Forschungsgebiete

Mit den definierten profilbildenden Schwerpunkten:

• Membranverfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung,
• Angewandte numerische Strömungsmodellierung (engl.: Computational Fluid Dynamics, CFD) in der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung,
• (Industrielle) Wasserwirtschaft im Rahmen des integrierten Wasser- und Ressourcenmanagements (IWRM).

stellt sich die Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen der Aufgabe der Entwicklung und Optimierung innovativer Verfahren zur Wasseraufbereitung und -behandlung im Kontext einer industriellen und akademischen Forschung und Entwicklung.

Ziel innovativer Verfahren muss es aus Sicht der Professur sein, verwendete Wasserressourcen nachhaltig zu nutzen, innerbetriebliche Wasserkreisläufe zu schließen, Wertstoffe zurückzuhalten, Rohstoffe zu recyceln und Wasser, Ressourcen und Energie effizient zu nutzen. Die Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen berücksichtigt dies durch die genannten profilbildenden Schwerpunkte, welche sich im Kontext des IWRM in idealer Weise ergänzen.

Die Membrantechnik konnte sich in diesem Zusammenhang als eine Schlüsseltechnologie etablieren, da sie ausreichend Raum für innovative Ansätze bietet. In vieler Hinsicht sind Membranverfahren bereits Stand der Technik und großtechnisch in der kommunalen und industriellen Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung umgesetzt. In Kenntnis der aktuellen nationalen und internationalen Forschungsthemen zeigt sich aber, dass weiterhin Optimierungsbedarf Effizienz und Selektivität besteht. Die Forschung und Entwicklung innovativer Verfahren wird daher auch künftig von Membranverfahren und deren Hybridprozesse dominiert werden. Generell sind Membranverfahren eine Kernkompetenz am Lehrstuhl und sollen national wie international in Forschungsprojekten bearbeitet werden.

Die Forschungsfelder der Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen im Bereich der Membranverfahren können in drei Richtungen unterteilt werden:

• Aufbereitung von Trink-, Reinst- und Prozesswässern sowie industriellen Abwässern zur Wasserwiederverwendung mit Schwerpunkt auf mögliche klassische Membran- und Membranhybridverfahren, bspw. Aktivkohle/Membranfiltration, Oxidation/Membranfiltration und Membranbioreaktoren (MBR), aber auch (modifizierte) Nanofiltration und Umkehrosmose zur weitergehenden Aufbereitung von Rohwässern mit anthropogenen Verunreinigungen;

• Behandlung von Membrankonzentraten zur Steigerung der Ausbeute, der Wertstoffrückgewinnung, Schadstoffminimierung und Schließung von Wasserkreisläufen im Hinblick auf Zero Liquid Discharge. Mögliche einzuschließende Verfahren sind Fällungs- und/oder Oxidationsverfahren.

Forschung zielt immer auch auf einen Fortschritt im Prozessverständnis, welches in hervorragender Weise durch numerische Modellierungsverfahren aufgezeigt werden kann. Mittels Simulationen können reale Systeme analysiert und durch aufgestellte Modelle Experimente durchgeführt werden, um Aussagen über das System selbst treffen zu können. Die numerische Strömungssimulation ist daher für die Verfahrenstechnik in Hydrosystemen ein besonders geeignetes und ergänzendes Werkzeug für konzeptionelle Studien des Anlagendesigns, detaillierten Produktentwicklungen, Neukonstruktionen und der Optimierung vorhandener Prozesse, sowie zur Darstellung von Problemlösungen. Es kann darüber hinausgehend eingesetzt werden, um mikroskopische Prozesse an Phasengrenzen zu beschreiben und zu analysieren. In Verbindung mit Membranverfahren und im Kontext von IWRM können somit sowohl grundlagenorientierte als auch praxisbezogene Forschungs- und Entwicklungsprojekte optimal ergänzt werden, um zu einem besseren Prozessverständnis oder einer optimierten Verfahrenstechnik beizutragen. Aus diesem Grunde etabliert die Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen ihre Kompetenz in der angewandten Strömungssimulationen in ihrem Forschungsprofil und richtet dieses speziell auf die Bedürfnisse der kommunalen und industriellen Trinkwasseraufbereitung und Abwasserreinigung aus.

Kompetenzen

Insbesondere in Zeiten der verstärkten Wasser(über-)nutzung und lokalem Wasssermangel in der Trinkwasseraufbereitung sowie der Ressourcenschonung, Wertstoffrückgewinnung, Wasserwiederverwendung und Kreislaufführung im industriellen Fertigungsprozess fällt der Entwicklung und Optimierung innovativer Verfahren eine besondere Bedeutung in der industriellen und akademischen Forschung und Entwicklung zu. Dieser Aufgabe stellt sich die Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen. 

Unsere anerkannte Kompetenz in chemisch-physikalischen Aufbereitungs- und Reinigungsverfahren mit Fokus auf Membran- und Membran­hybrid­verfahren nutzen wir, um Membranverfahren als Schwerpunktthema aktiv weiter am Lehrstuhl zu etablieren und auszubauen.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Einbeziehung und Nutzung neuer Methoden wie der numerischen Strömungsmodellierung (engl.: Computational Fluid Dynamics, CFD). Dies bezieht sich nicht nur auf die Simulation strömender oder ruhender Fluide und Mehrphasensysteme, sondern auch auf die Beschreibung von Stoff­umwandlungen und Reaktionsprozessen und deren Kopplung untereinander. Für angehende Ingenieurinnen und Ingenieure ist es ein Betätigungsfeld mit Zukunft, da die ingenieurtechnische Nutzung computergestützter Anwendungen rapide wächst und ein sehr hoher Bedarf in der Wirtschaft vorliegt. Folglich soll an dem Lehrstuhl eine Ausbildung der Studierenden in der Nutzung kommerzieller Software zur Anwendung und insbesondere Interpretation numerischer Simulationsverfahren in wasserwirtschaftlichen Prozessen stattfinden.