Elektrokinetisches Antifouling

Elektrokinetisches Antifouling beschreibt eine Reihe von Verfahren, die elektrische Wechselfelder nutzen, um Partikel, Mikroorganismen oder Sedimente von Oberflächen fernzuhalten. Besonders relevant ist diese Technologie für Anwendungen wie Membranbioreaktoren (MBR) oder optische Systeme unter Wasser, bei denen Fouling zu erheblichen Leistungseinbußen führt.

Eine zentrale Rolle spielt hierbei die Dielektrophorese (DEP) – die gerichtete Bewegung polarisierbarer Partikel in einem nicht-homogenen elektrischen Feld. Aufgrund ihrer geringeren Permittivität im Vergleich zu Wasser erfahren viele biologische Partikel eine negative DEP-Kraft, wodurch sie von Elektroden bzw. Membranoberflächen abgestoßen werden. Dadurch wird die Bildung von Deckschichten und Porenblockaden an Membranen wirksam unterdrückt.

In Membranbioreaktoren bildet sich nach einiger Zeit der Operation eine Schmutzschicht auf der Oberfläche der Filtermodule, die aus den gefiltertern Partikeln oder Organismen besteht. Konventionell werden solche Schichten durch Rückspülen (also ein Umkehren der Flussrichtung) von der Membran entfernt. Durch das Einbringen von Elektroden unter oder über der Filtrationsfläche lassen sich inhomogene elektrische Felder erzeugen, die die (bio-)Partikel polarisieren und so von der Ablagerung abhalten können. Dadurch lässt sich effektiv durch das einbringen einer (geringen) Spannung die Zeit die bis zur Rückspülung benötigt wird drastisch verlängern.

Neben Anwendungen in der Abwassertechnik gewinnt elektrokinetisches Antifouling auch im Bereich unterwasseroptischer Systeme an Bedeutung. Hier kombiniert man die negative DEP-Wirkung mit elektrothermalen Strömungen, die durch Joule-Heating erzeugt werden. Asymmetrische Elektroden erzeugen dabei gerichtete Mikroströmungen, welche Partikel nicht nur abstoßen, sondern aktiv von der Oberfläche abtransportieren. Diese Strategie ist transparent, ungiftig und prädestiniert für den Einsatz an Kameras oder Sensoren im Meerwasserumfeld.