innovatION – Effiziente Entsalzung zur Grundwasseranreicherung
Selektive Entfernung monovalenter Ionen aus salzhaltigen Wässern für die Grundwasseranreicherung und Trinkwasseraufbereitung: innovatION, ein Forschungsprojekt an dem insgesamt zehn Partner aus Praxis und Forschung zusammenarbeiten.
Bei der Entwicklung eines effizienten Entsalzungsverfahrens steht nicht die vollständige Entsalzung von Wässern im Vordergrund, es ist lediglich eine Verminderung der monovalenten Ionen, wie beispielsweise Natrium, Chlorid oder Nitrat, nötig. Das auf diese Weise aufbereitete Wasser kann möglicherweise zur künstlichen Grundwasseranreicherung genutzt oder in die Trinkwasseraufbereitung integriert werden.
Im Projekt, das Teil des Förderprogramms WavE II ist, sollen selektive Membranen entwickelt werden, die monovalente Salze aus Grundwasser effizient entfernen können. Diese Membranen sollen in neukonstruierten Modulen für den Einsatz in einem elektrochemischen Verfahren (MCDI) verbaut werden, um deren Leistungsfähigkeit in Labor- und Pilotanlagen zu testen. Ziel ist es, die nachhaltige Wirksamkeit dieser Innovation (mMCDI – monovalent Membrane Capacitive Deionisation) zu identifizieren und zu verbessern.
Süßwasserlinse künstlich anreichern
Für die Pilotanlagen gibt es seit Sommer 2023 zwei Standorte in Norddeutschland: auf Langeoog und in Nienburg. Auf Langeoog soll die selektive Entfernung von Natriumchlorid (NaCl) angegangen werden. Das Salz gelangt auf natürlichem Weg in die Süßwasserlinse der Insel, aus der die Trinkwassergewinnung erfolgt. Die Rohwasserbrunnen liegen im Pirolatal, das durch natürliche Einflüsse immer schmaler wird. Durch ein effizientes Entsalzungsverfahren könnte die Süßwasserlinse künstlich angereichert und gestärkt werden.
In Nienburg wird die Nitratbelastung bestehender Trinkwasserbrunnen angegangen. Die Pilotanlage, integriert in lokale Wasserwerke, hat eine Kapazität von 10 bis 100 l/h. Zuvor wurde ein Versuchsaufbau im Labormaßstab für rund 5 l/h entwickelt.
Vollautomatische Mess- und Steuertechnik
Die technologische Herausforderung besteht darin, die monovalente Ionenselektivität zu maximieren, was neben den Membraneigenschaften auch von Prozessparametern beeinflusst wird. Die Pilotanlage ist mit einer vollautomatischen Mess- und Steuertechnik ausgestattet und führt Reinigungsintervalle automatisch durch.
Für den Erfolg von innovatION ist die Zusammenarbeit mit den Wasserversorgern OOWV und KWN von entscheidender Bedeutung. Die Trinkwasserversorgung des OOWV basiert ausschließlich auf Grundwasser. Die steigende Wassernachfrage durch Industrie und Bevölkerungswachstum erfordert die Optimierung der Wasserinfrastruktur und die Nutzung neuer Formen der Wasserwiederverwendung.
Bedingungen für realitätsnahe Tests
Auf Langeoog und an Küstenstandorten gibt es Salzwasserintrusionen, die als Testumgebung dienen. Die Implementierung auf Langeoog stellt eine logistische Herausforderung dar, doch der Standort bietet natürliche Bedingungen für realitätsnahe Tests.
Laboranlage
Das ist die Rückseite der Laboranlage. Zu sehen sind der Schaltschrank (oben links), die Vorlagebehälter (Zulauf, Reinigungslösung etc.), die Messtechnik (pH-Wert, Leitfähigkeit) inkl. Wertanzeige sowie ein Filter zum Schutz der Messtechnik, Pumpen und Membranen. Auf der anderen Seite sind die im Projekt entwickelten Membranen installiert. Diese Anlage steht bei der TU Dresden und diente zur Überprüfung der unterschiedlichen Membranen, die durch die Projektpartner hergestellt wurden. Anhand der Ergebnisse erfolgte die Auswahl für die Pilotanlage, die auf Langeoog aufgestellt wurde.
Laufzeit: Das Projekt läuft nach aktuellem Stand bis zum 31.10.2024.
Projektpartner: TU Dresden, Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen, TU Dresden, Professur für BWL, insb. Nachhaltigkeitsmanagement und Betriebliche Umweltökonomie, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, AG Hydrogeologie und Landschaftswasserhaushalt, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., AG Polymere Membranmaterialien, FUMATECH BWT GmbH, DEUKUM GmbH, elkoplan staiger GmbH – Automation für die Umwelt- und Verfahrenstechnik, Kreisverband für Wasserwirtschaft Nienburg, KWR Water Research Institute, United Nations University, Inst. for Integrated Management and Material Fluxes and of Resources
Projektleitung Konsortium: TU Dresden, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft, Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen
Ansprechpartner: Dr. Kolja Hesse, Yannick Tiemann
Kontakt: izw@oowv.de
Förderung des Projekts
Das Projekt wird zu 50 Prozent gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.