Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schad- und Spurenstoffe aus Abwasser entfernen

18.04.2013
Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB hat gemeinsam mit europäischen Partnern Verfahren entwickelt, um schwer abbaubare Schadstoffe im Abwasser effizient abzubauen.

Diese Verfahren erzeugen reaktive Spezies, mit denen sich selbst hoch belastetes Deponiesickerwasser reinigen lässt. Polymere Adsorberpartikel wiederum können selektiv auch solche Schadstoffe entfernen, die in nur geringer Konzentration vorliegen. Die Verfahren zeigt das Fraunhofer IGB vom 23. bis 26. April 2013 auf der Messe Wasser Berlin.


Offener Plasmareaktor zur Wasserreinigung.
© Fraunhofer IGB

Medikamente im Abwasser von Krankenhäusern werden ebenso wie halogenierte Verbindungen oder Cyanide aus Industrieabwässern kaum in den biologischen Stufen der Kläranlagen abgebaut. So haben sich Antibiotika und hormonell wirksame Verbindungen, beispielsweise Bisphenol A aus der Kunststoffherstellung, bereits in der Umwelt angereichert und sind im Grundwasser und selbst in Trinkwasserproben nachweisbar. Um solch persistente Schadstoffe aus Abwasser zu entfernen, müssen spezielle Reinigungsverfahren eingesetzt werden. Oxidative Prozesse, die Wasserstoffperoxid oder Ozon als Oxidationsmittel nutzen, haben sich in der Praxis bewährt.

Damit die verschiedenen Inhaltsstoffe industrieller Abwässer effektiv und effizient abgebaut werden, müssen die Verfahren in der Regel angepasst oder kombiniert werden. Für diese Aufgabe steht am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart eine Versuchsanlage zur Verfügung, mit der alle gängigen Verfahren einzeln und in beliebiger Kombination erprobt werden können. Ergänzt werden die bisherigen Verfahren durch zwei neue Verfahren, die reaktive Spezies, allen voran Hydroxyl-Radikale, effizient erzeugen. Diese oxidieren die Schadstoffe zu kleineren, abbaubaren organischen Molekülen oder mineralisieren sie vollständig zu CO2. Bei einem Verfahren werden die reaktiven Moleküle elektrochemisch in einem Anoden-Kathoden-Prozess erzeugt, bei dem anderen mit einem Atmosphärendruckplasma. Beide Verfahren kommen ohne den Zusatz von Hilfsstoffen aus.

Deponiesickerwasser oxidativ-elektrochemisch behandeln

Ein oxidatives Verfahren, welches ohne den Zusatz von Hilfsstoffen auskommt und aufgrund seines elektrochemischen Funktionsprinzips auch für sehr trübe Abwässer geeignet ist, hat das Fraunhofer IGB in dem von der EU geförderten Projekt CleanLeachate (Förderkennzeichen 262335, www.cleanleachate.eu) entwickelt. Das Konsortium mit sechs Partnern aus fünf europäischen Ländern behandelt hoch belastetes Sickerwasser, das auf Mülldeponien entsteht, mit einem gekoppelten Anoden-Kathoden-Prozess. Eine durch eine Membran geteilte Elektrolysezelle bildet dabei zwei getrennte chemische Reaktionsräume. Ein Schwerpunkt des Projekts war die Auswahl geeigneter Elektrodenmaterialien, vor allem der Anode, an der bei Anlegen einer Spannung Hydroxyl-Radikale als reaktive Spezies entstehen. Das verunreinigte Wasser passiert zunächst die Anode, wo es oxidiert wird, und wird danach zur Kathode gepumpt, wo die Inhaltsstoffe reduziert werden.

Das Verfahren wird derzeit in Tschechien auf einer Mülldeponie im Dauerbetrieb getestet. Der Prozess konnte bereits so optimiert werden, dass der chemische Sauerstoffbedarf und die Gesamtstickstoffkonzentrationen unter die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte gesenkt und die Anforderungen der Abwasserverordnung erfüllt werden. Um das Verfahren zur Marktreife zu bringen, wurde eine automatisierte und transportable Prototypanlage gebaut, mit der die Behandlung weiterer Abwässer getestet und Erfahrungen und verlässliche Daten für die weitere Optimierung gesammelt werden sollen.

Mit offenem Plasma Wasser reinigen

Ein weiterer neuer Ansatz ist die Anwendung eines Atmosphärendruckplasmas. Ein Plasma ist ein ionisiertes Gas, das neben Ionen und Elektronen auch chemische Radikale und elektronisch angeregte Teilchen sowie kurzwellige Strahlung enthält. Ein solches Plasma lässt sich durch ein elektromagnetisches Feld, beispielsweise durch Anlegen einer Hochspannung, zünden. Charakteristisch ist das Plasmaleuchten, welches in Leuchtstoffröhren zur Leuchtreklame genutzt wird. Technisch werden Plasmaverfahren seit langem zur gezielten Modifizierung und Reinigung von Oberflächen eingesetzt.

Dieses Prinzip nutzen die Partner des von der EU geförderten Projekts Wasserplasma, bei dem ein Plasma für die oxidative Reinigung von Wasser eingesetzt wird (»Water decontamination technology for the removal of recalcitrant xenobiotic compounds based on atmospheric plasma technology«, Förderkennzeichen 262033, www.waterplasma.eu). Ergebnis des Projekts ist ein Plasmareaktor, bei dem die im Plasma gebildeten reaktiven Spezies direkt in das mit Schadstoffen belastete Wasser übertreten können. Hierzu ist das Plasma »offen«: Es steht in direktem Kontakt zum Wasserfilm. Der Plasmareaktor ist so aufgebaut, dass zwischen einer geerdeten Elektrode in Form eines Edelstahlrohres im Inneren des Reaktors und einem Kupfernetz, welches die Funktion der Hochspannungselektrode übernimmt, durch Anlegen einer Hochspannung ein Plasma gezündet und aufrechterhalten wird. Das Kupfernetz ist auf einem Glaszylinder angebracht, der als dielektrische Barriere fungiert und gleichzeitig den Reaktor nach außen abschirmt. Im Innern des Edelstahlrohrs, dem Zentrum des Plasmareaktors, wird verunreinigtes Wasser nach oben gepumpt. Wenn das Wasser auf der Außenseite des Edelstahlrohrs herunterläuft, passiert es die Plasmazone zwischen Edelstahlrohr und Kupfernetz, in welcher die Schadstoffe oxidiert werden.

In Laborversuchen konnten die Fraunhofer-Forscher zeigen, dass eine Lösung des Farbstoffs Methylenblau innerhalb nur weniger Minuten vollständig entfärbt wird. Auch Cyanid wurde innerhalb von nur 2 Minuten um 90 Prozent effektiv abgebaut. Aufgrund der vielversprechenden Ergebnisse wird das Verfahren momentan in einem größeren Maßstab erprobt. Bei einem Projektpartner steht ein Demonstrator, der für die Reinigung von 240 Liter kontaminiertem Wasser pro Stunde ausgelegt ist. Aufgrund dieser Ergebnisse sollen das Reaktordesign und die Prozessführung dann weiter optimiert werden, um das Verfahren mit weiteren Partnern aus der Industrie zur Marktreife bringen zu können. Das Potenzial ist groß, denn bei diesem offenen Plasmaverfahren gibt es keine Barriere zwischen dem Ort, wo die oxidativen Radikale entstehen (Plasma) und dem zu reinigenden Wasser.

Entfernung von Spurenstoffen mit selektiven Adsorberpartikeln

Schadstoffe können auch effektiv mit selektiven Adsorbern aus Abwasser entfernt werden. Eine solche Adsorptionsstufe eignet sich vor allem dann, wenn Schadstoffe stark verdünnt bzw. nur gering konzentriert oder sehr spezifisch vorliegen. Sinnvoll ist ihr Einsatz auch, wenn ein Abwasserinhaltsstoff in biologischen Klärstufen zu toxischen Metaboliten abgebaut wird. Hier kann es sich lohnen, das Abwasser vorzubehandeln und den fraglichen Stoff vor der Einleitung in die Kläranlage selektiv zu entfernen.

Hierzu hat das Fraunhofer IGB ein einstufiges und kosteneffizientes Verfahren für die Herstellung polymerer Adsorberpartikel entwickelt. In dem patentierten NANOCYTES®-Prozess werden funktionelle Monomere mit einem Vernetzer zu nanoskopisch kleinen Polymerkügelchen, sogenannten selektiven polymeren Adsorberpartikeln, umgesetzt. Die Selektivität der Adsorberpartikel kann noch erhöht werden, wenn dem Gemisch zusätzlich diejenigen Zielmoleküle zugefügt werden, die es aus dem Wasser zu entfernen gilt. Der Trick: Nach der Polymerisation der Monomere werden die Zielmoleküle wieder aus den Adsorberpartikeln entfernt. Dabei hinterlassen sie einen »Abdruck«, der die entsprechenden Schadstoffe adsorbiert.

Die Fraunhofer-Forscher konnten so bereits Bisphenol A und Penicillin G selektiv aus Abwasser entfernen. Die Adsorberpartikel sind chemisch und thermisch stabil und können äußerst vielfältig eingesetzt werden, ob als Schicht in einer Kompositmembran oder als Matrix auf Füllkörpern. Eine Adsorptionskolonne steht am Fraunhofer IGB für Testzwecke zur Verfügung. Nach der Adsorption der Schadstoffe können die Adsorberpartikel regeneriert und wiederverwendet werden.

Präsentation auf der Wasser Berlin – Halle 2.2, Stand 417

Die neuen Wasserbehandlungsverfahren stellt das Fraunhofer IGB vom 23. bis 26. April 2013 auf der Messe Wasser Berlin in Halle 2.2, Stand 417 vor. Die Forscher präsentieren zudem weitere Verfahren zur Wasseraufbereitung, zur Rückgewinnung von Abwasserinhaltsstoffen in Form von Energie und Düngesalzen und ein System zur semidezentralen Reinigung von häuslichem Abwasser.

Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Christiane Chaumette (Anoden-Kathoden-Prozess),
Telefon +49 711 970-4131
Dr. Michael Haupt (offenes Plasmaverfahren),
Telefon +49 711 970-4028
Dr. Achim Weber (selektive Adsorber),
Telefon +49 711 970-4022

Dr. Claudia Vorbeck | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.igb.fraunhofer.de/de/presse-medien/presseinformationen/2013/schad--und-spurenstoffe-aus-abwasser-entfernen.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten
18.07.2018 | BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH

nachricht Neues Verfahren verbessert Haltbarkeit der Beschichtung auf Werkzeugen
12.07.2018 | Technologie Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Europaweit erste Patientin mit neuem Hybridgerät zur Strahlentherapie behandelt

19.07.2018 | Medizintechnik

Waldrand oder mittendrin: Das Erbgut von Mausmakis unterscheidet sich je nach Lebensraum

19.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Automatisiertes Befüllen von Regalen im Einzelhandel

19.07.2018 | Verkehr Logistik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics