Reducing biofouling in reverse osmosis membrane modules by functional coatings of feed spacers

Abstract

Die Umkehrosmose ist eine energieeffiziente Technologie zur Herstellung von Trinkwasser. Die Leistung und Haltbarkeit der spiralförmig gewickelten Membranmodule werden jedoch häufig durch Biofouling beeinflusst. Ziel der Arbeit war die Entwicklung, Charakterisierung und Untersuchung einer nicht toxischen Antifouling-Beschichtung für die Spaceroberflächen. Die chemische Konditionierung verfolgt in einem zweistufigen Verfahren. Eine atmosphärische Plasmabehandlung wurde mit einer anschließenden nasschemischen Beschichtung mit zwitterionischem Sulfobetainmethacrylat (SBMA) kombiniert. Es konnte gezeigt werden, dass mit der Behandlung mittels dielektrischer Barriereentladung die Oberflächenhydrophilie erhöht und sauerstofffunktionelle Gruppen verankert wurden. Die nasschemische Behandlung führte zu einer heterogenen Verteilung der SBMA-Beschichtung. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Beschichtung die Adhäsion des Pseudomonas fluorescens Bakteriums um etwa 70% verringert.

Reverse osmosis is an energy-efficient technology for the production of high-quality drinking water from seawater. However, the problem which often affects the performance and durability of spiral-wound membrane modules is biofouling. This work aimed at the development, characterization, and application-related testing of nontoxic antifouling feed spacer coatings. A two-stage procedure, combining an atmospheric plasma treatment with a subsequent wet chemical coating with zwitterionic sulfobetaine methacrylate (SBMA), was used for the chemical conditioning of feed spacer material. It was shown that the applied plasma treatment with dielectric barrier discharge (DBD) increased surface hydrophilicity and introduced oxygen functional groups. The following wet chemical treatment resulted in a heterogeneous distribution of the SBMA coatings on the spacer material. With SBMA coatings, adhesion of Pseudomonas fluorescens bacterium was reduced by about 70%, compared to the untreated surfaces.