Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entfernung halogenierter Schadstoffe aus Ab- und Prozesswasser durch Kombination von Verfahren zur Adsorption und elektrochemischem Abbau

Die zunehmende weltweite Belastung Prozesswasserströme mit niedrig konzentrierten, synthetisch hergestellten organischen Schadstoffen ist eine der wichtigsten Umweltherausforderungen, mit der die Menschheit heute und in Zukunft konfrontiert ist.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines effizienten, zweistufigen Wasseraufbereitungsprozesses zur Entfernung und zum Abbau dieser Schadstoffe. Am Beispiel von perfluorierten Tensiden (PFT), Bioziden und Röntgenkontrastmitteln soll ein neues Verfahren entwickelt und in einen Demonstrator im Technikumsmaßstab umgesetzt werden.

Dabei sollen die Schadstoffe zunächst an einer porösen Kohlenstoffelektrode aus Kohlenstoffnanoröhrchen polarisiert adsorbiert und anschließend vor Ort in einem zweiten Schritt elektrochemisch abgebaut werden. Durch die zeitliche Trennung von Adsorption und Zersetzung kann beim Einsatz mehrerer Module der Prozess kontinuierlich durchgeführt werden. In enger Zusammenarbeit beider Forschungsstellen sollen optimale Materialien und Parameter für die Adsorption und den Abbau verschiedener Schadstoffe identifiziert werden. Mögliche Hindernisse, wie die Verblockung der Elektroden und die Toxizität der Abbauprodukte sollen frühzeitig identifiziert und überwunden werden.

KMU aus verschiedenen Branchen können dieses neuartigen Verfahrens in ihrer Betriebskläranlage zum Einsatz bringen und so geforderte Grenzwerte einhalten.

Für KMU, die Komponenten, Know-How oder die gesamte Technologie liefern, bietet sich die Möglichkeit, sich auf dem aufstrebenden Markt der Wasseraufbereitung zu positionieren.

Ergebniszusammenfassung:

Zum Abbau von halogenierten Schadstoffen wurde eine strömungsoptimierte Flusszelle entwickelt in der kohlenstoff-nanoröhrchen-basierte Mikroelektroden (CMTs) von bordotierten Diamant-Streckmetallelektroden (BDD) in einer „Sandwich“-Struktur umschlossen werden. Die CMTs dienten durch ihre mikroporöse Oberfläche sowohl als Adsorber, als auch als Kathodenmaterial, an dem durch Sauerstoffreduktion elektrochemisch Wasserstoffperoxid hergestellt werden konnte. Das Wasserstoffperoxid wurde mit Eisen(II)-Salzen im Fenton-Prozess zu Hydroxylradikalen gespalten um das Oxidationspotential zu steigern. Die bordotierten Diamantelektroden wurden als Anoden für den elektrochemischen Abbau der Schadstoffe durch Produktion von Hydroxylradikalen und direkten Elektronentransfer eingesetzt.

In einem zweistufigen Prozess aus Adsorption und Desorption zur Aufkonzentrierung mit anschließender Mineralisierung konnte gezeigt werden, dass die besonders schwer abbaubaren Modell-Schadstoffe Natrium-diatrizoat und Ammoniumperfluoroctanoat an den BDD-Elektroden vollständig mineralisiert wurden. Die CMTs erwiesen sich dabei als gute Gasdiffusionselektroden für die Wasserstoffperoxid-Produktion.

Mit den oben beschriebenen ökonomischen und ökologischen Vorteilen ist das zu entwickelnde Verfahren den herkömmlichen Verfahren überlegen und trägt darüber hinaus zur Eindämmung der Belastung der Umwelt mit organischen Schadstoffen bei. Weiterhin ist das neue Verfahren nicht nur auf halogenierte organische Schadstoffe anwendbar, sondern auch auf unzählige weitere anthropogene Spurenstoffe sowie resistente Mikroorganismen, die unsere Umwelt belasten und gefährden. Damit ist dieses Forschungsvorhaben in hohem Maße branchenübergreifend und KMU aus verschiedenen Zweigen der chemischen Industrie können auch zur Abwasser- und Prozesswasserbehandlung davon profitieren.