Biofouling auf polymeren Wärmeübertragungsflächen bei der Nutzbarmachung von Fließgewässern

Kontakt

Dip.-Ing. Sebastian Pohl

Motivation

Bei der Nutzbarmachung von Fließgewässern zur Kühlung von industriellen Prozessen kommt es durch milde Temperaturen (< 50°C) in Zuleitungen, Wärmeübertragern und Kühltürmen verstärkt zum Biofouling. Gerade in Entwicklungs- und Dritte-Welt-Ländern kommt es durch mangelhafte Abwasserbehandlung und wärmere klimatische Bedingungen zu erhöhter mikrobieller Belastung in Fließgewässern. Die sich ausbildenden Biofilme greifen die eingesetzten Oberflächen durch inhärente Stoffwechselprozesse an und erhöhen aufgrund von verstärkter Reibung des Fluides sowie der auftretenden Querschnittsverengung die erforderliche Pumpenleistung und stellen zudem einen zusätzlichen Widerstand für den Wärmedurchgang dar.

Zielsetzung

Für metallische Werkstoffe werden und wurden bereits vielfältige Untersuchungen bezüglich Biofouling in Wärmeübertragungsprozessen durchgeführt. Ziel dieser Forschungsarbeit soll deshalb sein, den Einfluss der Oberflächeneigenschaften auf das Foulingverhalten und die Vorgänge beim Biofouling auch bei Polymeren zu untersuchen.

Dazu soll die Fouling-Affinität verschiedener Polymere in Abhängigkeit der Oberflächeneigenschaften (Rauheit, Oberflächenenergie, Zeta-Potenzial, usw.) mit unterschiedlichen Biofilmen (natürliche und modellhafte aus bspw. E.coli) untersucht werden. Ebenso sollen die Kinetik der Belagbildung und die Adhäsion der Foulingschicht für die oben genannten Einflussgrößen bestimmt werden. Als Referenz gilt hier Edelstahl, da dies der derzeitige Industriestandard in Hinblick auf Wärmeübertrager ist.

Nach der grundlegenden Beschreibung des Biofoulings sollen geeignete Vorbeugungs- bzw. reinigungsmaßnahmen untersucht werden. Hierzu zählt unter anderem die Modifikation der Polymeroberflächen hinsichtlich Rauheit und Oberflächenenergie, aber auch die Erzeugung gezielter Pulsströmung unter gleichzeitiger Nutzung der Flexibilität polymerer Wärmeübertragungsflächen zum Abreinigen bereits ausgebildeter Biofilme.

Im Zuge dieser Forschungsarbeit besteht eine Kooperation mit der AG Mikrobiologie (Prof. W. Manz) der Universität Koblenz-Landau, Institut für Integrierte Naturwissenschaften.