Die weltweit steigende Nachfrage nach Trinkwasser geht mit immer strengeren Anforderungen an die Trinkwasserqualität einher. Membranfiltrationsprozesse (z.b. Nanofiltration und Umkehrosmose) bieten eine Möglichkeit, den strengen Anforderungen gerecht zu werden. Durch das Auftreten von Biofouling können membrangestützte Trinkwasseraufbereitungssysteme eine erhebliche Einschränkung ihrer Produktivität erfahren. Biofouling tritt ein, wenn das Biofilmwachstum auf der Membranoberfläche einen Toleranzwert überschreitet. Dies beeinflusst die Förderkanaldruckdifferenz und die transmembrane Druckdifferenz negativ, wodurch die Wasserproduktion (Permeatfluss) verringert wird. Dies erhöht die Betriebskosten der Membranfiltrationsanlage immens und kann die Wasseraufbereitung mit Membranfiltration unter wirtschaftlichen Aspekten untragbar machen. In Membranfiltrationsanlagen verhalten sich Biofilme wie eine zusätzliche Membran und fügen einen weiteren hydraulischen Widerstand zu dem der Membran hinzu. Um die Wasserproduktionsrate dennoch konstant zu halten, muss die transmembrane Druckdifferenz erhöht werden. Aufgrund ihres hohen Reibungswiderstands verringern Biofilme die Querstromgeschwindigkeit in der Filtrationseinheit. Um dem entgegen zu wirken, muss der Wasserdruck am Eingang der Filtrationseinheit erhöht werden. Eine Druckerhöhung im Membranfiltrationssystem geht immer mit einer Erhöhung der Betriebskosten einher. Biofilme können auch Auswirkungen auf die Konzentrationspolarisation in einer Membranfiltrationsanlage haben. Konzentrationspolarisation ist die Anreicherung von gelösten Substanzen auf der Membranoberfläche, welche durch die Membran zurückgehalten werden. Durch den fehlenden Querstromfluss innerhalb eines Biofilms wird die Akkumulation von Salzen begünstigt und damit die Konzentrationspolarisation verstärkt, was einen negativen Einfluss auf die Filtrationsleistung hat. Hinsichtlich der großen Bedeutung, die Biofilme für die Membranfiltration haben, war es überraschend, dass zu Beginn dieser Arbeit keine Daten über den hydraulischen Widerstand von Biofilmen und deren Einfluss auf die Membranleistung verfügbar waren. Das Ziel dieser Arbeit war die Bestimmung des hydraulischen Widerstandes von Biofilmen und die Untersuchung, wie diese von Permeatfluss, Durchflussgeschwindigkeit, Nährstoffangebot und Feed Spacer beeinflusst werden. Um den hydraulischen Widerstand von Biofilmen, die Förderkanaldruckdifferenz und die transmembrane Druckdifferenz zu messen, wurde ein kleinformatiges Membranfiltrationssystem entwickelt (Kapitel 2). Die Verwendung einer Mikrofiltrationsmembran (Porengröße 0,05 µm) verhinderte die Konzentrationspolarisation von Salzen an der Membranoberfläche, wodurch der Betrieb bei niedrigem Druck sowie die exakte Messung des hydraulischen Widerstandes der Biofilme ermöglicht wurde. Eine umfangreiche Validierung des Systems zeigte, dass dieses Filtrationssystem geeignet ist, den hydraulischen Widerstand von Biofilmen unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen. Die Untersuchungen in dem oben beschriebenen System wurden bei zwei Permeatflussgeschwindigkeiten (20 und 100 L m-2 h-1) und einer konstanten Querstromgeschwindigkeit (0.1 m s-1) durchgeführt (Kapitel 3). Der hydraulische Widerstand der Biofilme erreichte Werte von bis zu 50 × 1012 m−1, bei einem Permeatfluss von 20 L m-2 h-1. Ein höherer Permeatfluss hatte einen vergrößerten Biofilmwiderstand zur Folge. Der Widerstand wurde nicht durch Bakterienzellen, sondern durch extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) verursacht. Der Biofilmwiderstand war hoch im Vergleich zu dem Widerstand der verwendeten Mikrofiltrationsmembran, jedoch niedrig im Vergleich zu dem Widerstand von Nanofiltrations- (20%) und Umkehrosmosemembranen (2%). Dennoch spielt Biofouling aufgrund einer durch Biofilme verstärkten Konzentrationspolarisation, für Nanofiltration und Umkehrosmose eine große Rolle. Ein Biofilm auf der Membranoberfläche begünstigt die Akkumulation von Salzen, was wiederum die Filtrationsleistung beeinträchtigt. Bei einem konstanten Permeatfluss von 20 L m-2 h-1 wurden die Biofilmakkumulation, der transmembrane (Biofilm-) Widerstand und die Förderkanaldruckdifferenz in Abhängigkeit von der Querstromgeschwindigkeit (0.05 und 0.20 m s-1) und dem Einsatz von Feed Spacern untersucht (Kapitel 4). Durch die Zugabe von Azetat als biologisch abbaubaren Nährstoff im Zuflusswasser (0.25 und 1.0 mg L-1 Kohlenstoff) konnte eine beschleunigte Biofilmakkumulation erreicht werden. Die Untersuchungen zeigten, dass die Entstehung von Biofilmen in Membransystemen sowohl die Förderkanaldruckdifferenz als auch die transmembrane Druckdifferenz ansteigen lässt. Der hydraulische Widerstand des Biofilms stieg durch (i) erhöhtes Nährstoffangebot, (ii) erhöhte Querstromgeschwindigkeit und (iii) die Verwendung eines Feed Spacers. Die häufig in der Praxis angewendeten Produktionsparameter in Membranfiltrationsanlagen (hohe Querstromgeschwindigkeiten und Feed Spacer Anwendung) verstärken die Auswirkungen von Biofouling auf die Membraneffizienz. Die Ergebnisse dieser Arbeit sowie mögliche zukünftige Forschungsansätze für Biofouling-Untersuchungen werden in Kapitel 5 diskutiert. Die Transformation von Biofilmen zu einem Biofouling Problem kann durch die Senkung des Nährstoffgehalts im Zuflusswasser, einen niedrigen Permeatfluss und eine niedrige Querstromgeschwindigkeit hinausgezögert werden. Die Konzentrationspolarisation könnte einerseits durch eine niedrigere Querstromgeschwindigkeit erhöht, andererseits durch einen niedrigeren Permeatfluss wieder verringert werden. Der Nährstoffgehalt innerhalb der Filtrationseinheit wird jedoch durch eine niedrige Querstromgeschwindigkeit verringert. Biofouling-Hemmung durch Reduzierung der Nährstoffe ist keine neue Erfindung, aber dennoch eine der effektivsten Lösungen um das Biofouling-Problem hinauszuzögern. Zukünftige Studien sollten sich mit den Auswirkungen von modifizierten Betriebsparametern und angepassten Feed Spacern auf die Effizienz der Membransysteme, die Konzentrationspolarisation und die nötige Reinigungsfrequenz beschäftigen. Eine Anwendung und Erforschung in „real life“ Umgebungen wäre wünschenswert.