Im vergangenen Jahrzehnt ist die Membrantechnologie zum weltweit eingesetzten und anerkannten Trennverfahren geworden. Obwohl das Membranbelebungsverfahren (MBR - Membran-Bio-Reaktor) nach wie vor Weiterentwicklung bezüglich der Leistungsfähigkeit und der Wirtschaftlichkeit benötigt, bieten die MBR-Anlagen beträchtliche Vorteile gegenüber konventionellen Belebungsverfahren. Vor allem sind der geringe Platzbedarf, der modulare Aufbau und die hervorragende Ablaufqualität durch den vollständigen Feststoff und Bakterienrückhalt zu nennen. MBR-Anlagen werden insbesondere dort bevorzugt eingesetzt, wo strengste Anforderungen an die Wasserqualität erfüllt werden müssen. Die zentrale Herausforderung dieser Verfahrenstechnik ist das Membranfouling, da dieses den Durch-satz verringert. Die Maßnahmen zur Begrenzung des Foulings führen zu erhöhtem Energie-, Personal-, und Chemikalienbedarf und somit zu erhöhten Betriebskosten. Zahlreiche Forschungsgruppen setzen sich deshalb mit dem Membranfouling auseinander, um die Natur des MBR-Foulings zu verstehen. Die Untersuchungen zur Prävention des Foulings und zum Permeabilitätsverlust bei Membran-bioreaktoren wurden auf drei MBR-Versuchsanlagen mit synthetischem und realem Abwasser durchge-führt. In erster Linie wurde die Reduzierung des Membranfoulings durch die Zugabe von abrasiv wirkenden Granulaten im Belebtschlamm getestet. Zudem wurden die Aufnahmen mit Rasterelektronenmikroskop (REM) und die Integritätstests (Rückhaltemessungen, mikrobiologische Tests) zur Bewertung des Ein-flusses der Abrasion durchgeführt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die mechanische Reinigung durch die Zugabe von Granulaten die ungewünschte Deckschichtbildung durch Abrasion verringert werden konnte. Mit dieser Methode wurde ein kontinuierlicher Betrieb ohne chemische Reinigungen und zugleich bei sehr hohen spezifischen Flüssen bis zu 40 L/(m2h) über mehr als 600 Betriebstage aufrechterhalten. Erst bei höheren Flüssen (> 35 L/(m2h)) wurde eine signifikante Abnahme der Per-meabilität beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass während der Hochlastphase mit Flüssen zwischen 35 und 40 L/(m²h) ein irreversibles Fouling, vermutlich wegen der „Schleppkraft der Filtrat-strömung“, die die kolloidalen und partikulären Stoffe zur Membranoberfläche transportiert, stattge-funden hat. Ein wirtschaftlicher MBR Betrieb mit Granulaten gegenüber konventionellen MBR Verfah-ren konnte mit einer 27 %igen Steigerung des Flusses nachgewiesen/realisiert werden. Die REM-Aufnahmen und die Integritätstests haben gezeigt, dass die Granulate auf der Membranoberfläche die Reinigungsspuren hinterlassen haben, allerdings nur geringe Oberflächenverletzungen festzustellen waren und die Membran intakt blieb, da ähnliche Rückhalte wie bei neuen Membranen (> 90 %) er-zielt wurden und fast alle Bakterien durch die Membran zurückgehalten werden konnten. Zusätzlich zu den Untersuchungen mit Granulaten wurde der Einfluss der Permeatrückspülungen mit einer Solelösung, der Einfluss der physikalischen (Filtrationspausen) und chemischen Reinigung sowie die Auswirkung des biologischen Milieuwechsels (aerob, anaerob) auf die Minimierung des Foulingprozesses untersucht. Unter den chemischen und physikalischen Methoden erwiesen sich die Filtrationspausen (Relaxationen) als Maßnahme zum Erhöhen der MBR-Performance als erfolgreichste. Die Relaxationen sind allerdings mit hohen spezifischen Kosten durch die Betriebsunterbrechungen bzw. geringen Membrandurchsätze verbunden. Darüber hinaus wurden Untersuchungen zum Permeabilitätsverlust bei Membranbioreaktoren durch-geführt, wo die Betriebsbedingungen (Temperatur, Schlammalter/Schlammbelastung, Abwasserzu-sammensetzung) und der Einfluss der Schlammeigenschaften (TS-Gehalt, kolloidale Stoffe, gelöste Stoffe, Viskosität) auf das Fouling getestet wurden. Einige Parameter sind eng miteinander verknüpft und lassen sich nicht unabhängig variieren. Es wurde gezeigt, dass die Konzentration der Kolloidfraktion (0,45-0,04 μm) offenbar von Tempera-tur und Schlammalter abhängt. Sie scheint bei niedriger Temperatur anzusteigen. Parallelmessungen der Protein- und Polysaccharidkonzentrationen (Biopolymere) belegen einen nahezu linearen Zusam-menhang mit dem kolloidalen CSB. Während ein Zusammenhang zwischen dem Rückhalt an Proteinen und Polysacchariden mit der CST (capillary suction time – kapillare Fließzeit) des Belebtschlamms festgestellt werden konnte, ist ein eindeutiger Zusammenhang mit der Permeabilität der Membranen nicht gegeben. Zusätzlich wurde beobachtet, dass die Zugabe vom Polyaluminiumchlorid-Fällungsmittel eine Abnahme der Kolloidfraktion in der Wasserphase des Belebtschlamms um bis zu 80 % des Anfangswertes ergab. Das Fällungsmittel konnte ebenfalls gelöste Stoffe kleiner als 0,04 μm binden, da die CSB-Konzentration im Permeat etwas höher lag als in der Wasserphase des Belebtschlamms. Fraktionierungsversuche zeigten, dass die Kolloidfraktion (0,04-0,1 μm) während des hohen Foulingpotenzials der MBR-Anlage den größten Anteil in der Wasserphase des Belebtschlamms dar-stellte, ausgedrückt als CSB (71 %) und DOC (81 %) Konzentration. Diese Fraktion machte nur 21 % (CSB) und 20 % (DOC) der untersuchten Proben während des niedrigen Foulingpotenzials in der MBR-Anlage aus. Zudem wurde beobachtet, dass der biologische Abbau organischer Inhaltsstoffe in Zeiten des geringen Foulingpotenzials (41 %iger Rückhalt der organischen Stoffe durch die Membran) wesentlich höher war als in Zeiten des hohen Foulingpotenzials (84 %). Dass bedeutet auch, dass der größte Teil der Biopolymere (Proteine, Polysaccharide) im Reaktor durch die Membran zurückgehalten wurden. In der weiteren Untersuchung zum Einfluss der durch die Membrantrenngrenze definierten gelösten Stoffe (< 0,04 μm) auf das Foulingsverhalten wurde festgestellt, dass der Permeabilitätsverlust über-wiegend von „partikulären“ Abwasser- und Belebtschlammstoffen größer 0,04 μm hervorgerufen wur-de. Aus den rheologischen Untersuchungen ergab sich, dass der untersuchte Schlamm der Membranbelebungsanlage ein strukturviskoses Fließverhalten aufweist, d.h. bei steigender Scherbean-spruchung reduziert sich die Viskosität. Es wurde festgestellt, dass mit steigenden Trockensubstanzge-halten die Viskosität tendenziell ansteigt. Bei „üblichen“ Trockensubstanzgehalten von 12 g/L in Membranbelebungsanlagen und einer Scherrate von 40 s-1 liegt die Viskosität etwa bei 18 mPas. Zu-dem konnte festgestellt werden, dass die Viskosität bei einer Scherrate von 40 s-1 abhängig von der Menge an zurückgehaltenen Polysacchariden und Proteinen im filtrierten Schlammwasser ist. Die Koef-fizienten der beiden Modellierungsansätze (Oswald de Waele, Herschel-Bulkley) ließen sich als Funk-tion der Trockensubstanz mit Hilfe der nicht-linearen Regressionsanalyse beschreiben. Allerdings zeig-te der Ansatz nach Oswald de Waele eine bessere Übereinstimmung mit den gemessenen Daten. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass der Energiebedarf des mittelblasigen Crossflow-Belüftungs-systems zur Foulingkontrolle mehr als doppelt so hoch ist als für das feinblasige Crossflow-System zur Sicherstellung der Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen.