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Wissenschaftliche Abschlussarbeit - Detailansicht

Bereich Bau und Umwelt - Fakultät Umweltwissenschaften - Fachrichtung Hydrowissenschaften - Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft - Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen

Entsalzung von salinen Grundwässern mit Hilfe der Umkehrosmose und der Membran-kapazitiven Deionisation
Art der Abschlussarbeit
Master
Autoren
  • Fröhlich, Fabian
Betreuer
  • Prof. Dr. André Lerch
  • M.Sc. Hanna Rosentreter
Weitere Betreuer
JProf. Marc Walther (TU Dresden, Professur für Schadstoffhydrologie)
Abstract
Wasserknappheit ist ein globales Problem, wovon aride und semi-aride küstennahe Gebiete am stärksten betroffen sind. Grundlage hierfür sind ein steigender Bedarf an Frischwasser für Trinkwasser und Bewässerungszwecke durch Bevölkerungswachstum und eine voranschreitende Urbanisierung in Küstenregionen. Salzwasserintrusion (SWI) ist dabei einer der Hauptgründe dafür, dass eine Nutzung von Grundwasserressourcen für Trink- und Brauchwasserzwecke nicht mehr möglich ist. Um kontaminierte Grundwasserleiter (GWL) wieder nutzbar zu machen sind gezielte Maßnahmen, wie das Schaffen von hydraulischen Barrieren durch künstliche Grundwasseranreicherung, vonnöten. Da in betroffenen Gebieten zumeist kein Wasser in ausreichender Qualität und Quantität vorhanden ist, kann an dieser Stelle entsalztes Grundwasser als Quelle für die Sanierung von GWL genutzt werden. Hierzu wurden an Hand gemessener Grundwasserzusammensetzungen aus der Literatur Modellwässer erstellt und in Laborversuchen mit den Verfahren Umkehrosmose (UO), der Nanofiltration (NF) und der Membran-kapazitiver Deionisation (MCDI) aufbereitet. In allen drei ausgewählten Regionen stellt SWI ein großes Problem für die dortigen Grundwasserressourcen dar. Bei Daweijia in China handelt es sich um ein leicht salines GW, das GW aus Salalah im Oman ist eher mittelmäßig saline und das GW aus dem östlichen Nil-Delta in Ägypten kann mit stark saline charakterisiert werden. Neben den Laborversuchen wurden zusätzlich Simulationen der UO-Versuche mit Hilfe der Software LewaPlus und WAVE durchgeführt. Die UO stellt durch eine breite globale Anwendung ein etabliertes Verfahren dar. Elektrochemische Verfahren wie die MCDI befinden sich auf Grund eines hohen Potentials hinsichtlich Energieverbrauch und Optimierungsmöglichkeiten bei guter Entsalzungsleistung aktuell im Fokus vieler Untersuchungen. Sowohl die MCDI als auch die UO und die NF sind in der Lage, das Modellwasser aus dem Oman und aus China zu entsalzen. Auf Grund der hohen Salinität des Modellwassers aus Ägypten ist eine Aufbereitung unter den gegebenen Bedingungen mit der MCDI und der NF nicht sinnvoll. Bezogen auf das eher brackige Wasser aus dem Oman und China zeichnen sich die verwendete NF-Membran und die MCDI mit sehr gutem Salzrückhalt bei recht geringem Energieverbrauch aus. Die Simulationen zeigen ein starkes Optimierungspotential im Vergleich zu den Laborversuchen und auch die Möglichkeit der Herstellung größerer Mengen an entsalztem GW zur späteren Reinjektion in den kontaminierten GWL als hydraulische Barriere.
Schlagwörter
Membran-kapazitive Deionisation, Nanofiltration, Umkehrosmose, Salzwasserintrusion, versalzenes Grundwasser, Brackwasser, LewaPlus, WAVE, hydraulische Barriere
Berichtsjahr
2019
Stand: 30.07.2019