Bioverfahrenstechnik (Prof. Dr.-Ing. Clemens Posten)

Entwicklung einer Strategie zur Fouling-Kontrolle einer Membran-Filtrationsanlage im Labor-Maßstab

  • Forschungsthema:Membranfiltration, Algenkultivierung
  • Typ:Bachelorarbeit, Praktikum
  • Datum:abgeschlossen
  • Betreuer:

    M.Sc. Franziska Schwertner

Beschreibung der Abschlussarbeit

Eingebettet in ein internationales Projekt soll eine Filtrationsanlage zur effektiven Abtrennung von Algen etabliert werden. Ziel dieses Projektes ist die Aufarbeitung von Abwasser aus der Lebensmittelindustrie in einem zweistufigen Prozess. In der zweiten Stufe des Prozesses findet ein Mikroalgen-Photobioreaktor Einsatz, dessen Abfluss das Zielprodukt – Trinkwasser – darstellt. Um dieses zu erhalten wird ein innovatives Algen-Erntesystem angewandt, welches sich dem Prinzip der Membranfiltration mit getauchten Ultrafiltrations-Membranen (Hohlfasern) bedient.

Problematisch bei allen Membran-Prozessen ist das sogenannte Fouling. Dies wird in der Literatur als Verblockung der Membranporen (reversibel oder irreversibel) durch Adsorption von Substanzen des zu trennenden Materials beschrieben. Dadurch kommt es zu einem Anstieg des zu überwindenden Membran-Widerstandes und damit zu einem Abfall des Filtratflusses (bei konstantem Filtrationsdruck) bzw. einer Erhöhung des notwendigen Filtrationsdruckes (bei konstantem Filtratfluss). Zur Beseitigung des reversiblen Foulings während des Filtrations-Prozesses können verschiedene physikalische Methoden angewandt werden. Durch eine Richtungsumkehr des Filtratflusses (= Rückspülen), kann die sich auf der Membranoberfläche ausbildende Kuchenschicht (reversibles Fouling) abgetragen und der Filtratfluss damit stabilisiert werden. Im Zuge der Abschlussarbeit soll – basierend auf einer vorhergehenden Literatur Recherche – die Dauer und Frequenz des Rückspülens untersucht werden. An der hierfür zu verwendenden Filtrationsanlage im Labormaßstab (~100 mL) wird ein konstanter Unterdruck (Transmembrandruck) angelegt und dadurch ein Filtratfluss erzeugt, welcher bei der Filtration von Zellsuspensionen aufgrund von Fouling im zeitlichen Verlauf abnimmt. Die Effizienz verschiedener Rückspül-Strategien kann dann experimentell sowie rechnerisch bestimmt und im Anschluss optimiert werden. Problematisch ist die durch die Rückspülung erzeugte Verdünnung des Retenats, welche bei der Optimierung berücksichtigt werden muss. Diese sogenannte Anti-Fouling-Strategie soll für drei verschiedene biologische Systeme (Bäckerhefe, Grünalgen Chlorella vulgaris & Scenedesmus) entwickelt werden. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für den späteren Betrieb einer Filtrationsanlage im Pilotmaßstab.

Wir suchen motivierte Studierende der Fachrichtung Bio- oder Chemieingenieurwesen, Biotechnologie oder verwandten Fachrichtungen mit Interesse an Algenkultivierung und Filtrationstechnik. Vorkenntnisse im Bereich Kultivierung sind hilfreich, jedoch kein Muss, eine verantwortungsbewusste und zuverlässige Arbeitsweise sowie Fleiß und Spaß an der Laborarbeit ist wichtiger.

Im Zuge der Abschlussarbeit bieten wir die Einarbeitung in die Thematiken der Kultivierung und Membranfiltration, die Möglichkeit zur eigenständigen, wissenschaftlichen Arbeit sowie dem Einbringen eigener Ideen.