Entwicklung repräsentativer, synthetischer, saliner Grundwässer für Laborversuche mit einer selektiven membrangestützten kapazitiven Deionisation (engl.: Development of representative, synthetic, saline groundwaters for laboratory tests with selective membrane-supported capacitive deionisation)

Publikation: Hochschulschrift/AbschlussarbeitMasterarbeit

Beitragende

  • Lukas Schmitt - (Autor:in)

Abstract

Durch anthropogene und natürliche Einflüsse verursachte Salzwasserintrusion (SWI) stellt eine Gefahr für die Trink- und Brauchwasserversorgung in Deutschland und Europa dar und wird durch den Klimawandel verstärkt. Elektrochemische Entsalzungsverfahren wie die selektive monovalente membrangestützte kapazitive Deionisation (mMCDI) sind eine vielversprechende wirtschaftliche, energieeffiziente und einfach handhabbare Alternative zu thermischen- und Membran-Entsalzungsverfahren. Ziel dieser Arbeit ist es, für ausgewählte Standorte eine Anleitung zur Entwicklung repräsentativer synthetischer saliner Grundwässer für Laborversuche mit einer mMCDI zu erstellen. Dafür ist eine Literaturrecherche zur SWI sowie eine Datenrecherche zu Grundwasserqualitätsdaten in Deutschland und Europa durchgeführt worden. Es erfolgte eine statistische Aufbereitung der gesammelten Daten, um eine Übersicht und Einordnung gefährdeter Standorte und möglicher Störfaktoren anzufertigen. Außerdem wurde eine LC-OCD-OND-Analyse zur Bestimmung verschiedener organischer Fraktionen am Standort Langeoog durchgeführt.\nEs zeigt sich, dass eine Vielzahl von Faktoren Einfluss auf den Betriebsablauf einer mMCDI haben kann. Durch Hydrogenkarbonat und Eisen verursachtes Scaling sowie durch Organik verursachtes Fouling sind in Abhängigkeit mit pH-Wert- und Temperaturschwankungen als Haupteinflussfaktoren zu erwarten. In Bezug auf die Salinität sind deutsche Förderbrunnen im europäischen und weltweiten Vergleich nur schwach mineralisiert, küstennahe Messstellen weisen dagegen höhere Mineralisierungen auf, weshalb ein vorrausschauendes Wasserressourcenmanagement in Kombination mit wirtschaftlichen Entsalzungsverfahren wichtig für die Sicherung der Wasserversorgung ist. Genau hier setzt die mMCDI an, welche ihre Wirtschaftlichkeit und Praxistauglichkeit beweisen muss, um an Bedeutung zu gewinnen. Zukünftige Forschung sollte sich auf Optimierungen im Betriebsablauf konzentrieren. Die Anleitungen zur Herstellung synthetischer Wässer ermöglichen eine Standort-unabhängige effiziente wissenschaftliche Aufarbeitung der geschilderten Problemfelder.

Saltwater intrusion (SWI) – a process that is caused by anthropogenic and natural influences andexacerbated by climate change – poses a threat to drinking and industrial water supplies inGermany and Europe. Electrochemical desalination processes, such as selective monovalentmembrane-assisted capacitive deionisation (mMCDI), are a promising economic, energy-efficientand easy-to-handle alternative to thermal and membrane desalination processes. The objective ofthis thesis is to provide guidance for the development of representative synthetic salinegroundwaters for laboratory testing with mMCDI for selected sites. For this purpose, a literaturereview on SWI as well as research on groundwater quality data in Germany and Europe wasconducted. Statistical processing of the collected data was carried out to prepare an overview andclassification of endangered sites and possible disturbance factors. In addition, an LC-OCD-ONDanalysiswas completed to determine various organic fractions at the Langeoog site.The results have shown that a variety of factors can influence the operation of mMCDI. Scaling,caused by hydrogen carbonate and iron, as well as Fouling, caused by organic matter, are the maininfluencing factors in conjunction with pH value and temperature fluctuations. In terms of salinity,German production wells are only mildly mineralised when viewed in a European and globalcontext. However, coastal measuring points show higher mineralisation, which shows theimportance of proactive water resource management in combination with economical desalinationprocesses for securing the water supply. mMCDI is an possible solution and, must prove itseconomic viability and practicality in order to gain prominence. Future research should focus onimproving the operational aspects. The instructions to produce synthetic waters enable an efficient,location-independent scientific approach to the outlined problem areas.

Details

OriginalspracheDeutsch
QualifizierungsstufeMaster of Engineering
Gradverleihende Hochschule
Betreuer:in / Berater:in
Datum der Verteidigung (Datum der Urkunde)5 Aug. 2022
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021
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Schlagworte

Forschungsprofillinien der TU Dresden

Fächergruppen, Lehr- und Forschungsbereiche, Fachgebiete nach Destatis

Schlagwörter

  • Salzwasserintrusion, Grundwasserversalzung, selektive membrangestützte kapazitive Deionisation, monovalente-Ionen, Fouling, Scaling, Deutschland, Europa, LC-OCD-OND-Analyse, synthetisches Grundwasser, Anleitung, Saltwater intrusion, groundwater salinization, selective membrane capacitive deionisation, monovalent ions, Germany, Europe, LC-OCD-ONDanalysis, synthetic Groundwater, intrusion