C&M-1-2012
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Nachhaltige Prozesswasseraufbereitung durch neue technologische Ansätze
Nachhaltige Prozesswasseraufbereitung durch neue technologische AnsätzeKontrolliert reinigenWasser wird in zahlreichen industriellen Produktionsprozessen als Lösungs- oder Transportmittel, als Kühlwasser oder Waschwasser verwendet. Steigende Kosten bei der Abwasserentsorgung, aber auch regionaler oder saisonaler Wassermangel zwingen dazu, diese Prozesswässer möglichst gezielt aufzubereiten, um sie mehrfach zu verwenden. Verunreinigungen müssen dabei im Sinne einer Wertstoffrückführung selektiv entfernt werden. Für eine wirtschaftliche Kreislaufführung sind nachhaltige Prozesse notwendig, die keine toxischen Nebenprodukte bilden, Schadstoffe vollständig abbauen und eine Aufsalzung vermeiden. Herausforderung Mit der Weiterentwicklung von Produkten und Materialien sowie der Einführung neuer Produktionsmethoden und Fertigungstechniken entstehen immer wieder neue Aufgabenstellungen für die Aufbereitung der Prozesswässer wie beispielsweise // neue komplexe Farbstoffe, Pflanzenschutzmittel, Tenside und Pharmazeutika, // Einsatz von Nanopartikeln in Beschichtungstechnologien, // schwankende Abwasserbelastung durch schnelle Produktwechsel. Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB arbeitet an der Optimierung bestehender Prozesse wie Adsorption, Filtration, Flockung/Fällung, Oxidation und Desinfektion sowie an neuen Prozessansätzen und Komponenten. Neben Prozessen zur biologischen Reinigung bildet der Einsatz oxidativer und elektrolytischer Verfahren zur Wasseraufbereitung ein aktuelles Arbeitsfeld. Hierzu werden am Fraunhofer IGB neue Konzepte und Technologien zusammen mit Industriepartnern bis zum industriellen Maßstab entwickelt. Wasseraufbereitung und Kreislaufführung von Prozesswasser können so kundenspezifisch ausgelegt werden, um eine bestmögliche Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit zu erreichen. AOP – advanced oxidation processes Unter oxidativer Wasseraufbereitung (AOP, advanced oxidation processes) werden Verfahren zur chemischen Aufbereitung verstanden, bei denen Hydroxyl-Radikale und freier Sauerstoff gebildet werden. Diese hochreaktiven Spezies stehen für die Mineralisierung von Schadstoffen zur Verfügung und reagieren auch mit biologisch schwer abbaubaren organischen oder anorganischen Substanzen. Ihre Bildung kann durch Dosierung von Oxidationsmitteln wie beispielsweise Ozon und Wasserstoffperoxid und durch Energieeintrag mittels UV-Strahlung, Ultraschall oder elektrischem Strom über inerte Elektroden sowie durch Kombination solcher Verfahren erreicht werden. Derzeit werden am Fraunhofer IGB vorrangig fotochemische und elektrochemische Prozesse sowie Plasmaprozesse für die oxidative Wasseraufbereitung erforscht. Hierfür stehen unterschiedliche Versuchsaufbauten für kontinuierliche und diskontinuierliche Versuche zur Verfügung. Unter anderem verfügt das Fraunhofer IGB über eine Nassoxidationsanlage, mit der verschiedene Verfahren einzeln oder in Kombination erprobt werden können. Dank einer umfangreichen Sensorik und Datenerfassung können die Versuchsparameter flexibel variiert werden.
Abb.1 (a) und (b) Elektrolytisch generiertes Eisenhydroxid (a). Abbau von partikulären Verunreinigungen durch ein elektrophysikalisches Verfahren (b)
Abb.2 Technikumsanlage zur Entwicklung erweiterter Oxidationsprozesse (AOP) am Fraunhofer IGB: Ozon +/- Wasserstoffperoxid +/-Katalysator; UV-Strahlung; Ultraschall; anodische Oxidation (direkt / indirekt), Kathodenreaktionen
Abb.3 Im EU-Projekt Light4CleanWater entwickelter Prototyp zur VUV-Behandlung
Elektro-physikalische Fällung Ein am Fraunhofer IGB etabliertes Verfahren ist die elektro-physikalische Fällung (EpF). Hier wird das zu behandelnde Wasser durch einen Reaktor geleitet, in dem Opferelektroden von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Dies führt dazu, dass zwischen ihnen elektrochemische Reaktionen ablaufen und sich die Opferelektroden unter Freisetzung ihrer Metallionen auflösen. Dabei entstehen in einem elektrischen Feld neben reaktiven Radikalen (AOP-Prozess) auch Metall-Hydroxidflocken. Diese elektrolytisch gebildeten Metall-Hydroxidflocken haben ein hohes Adsorptionsvermögen und können so fein verteilte Partikel an sich binden. Außerdem kommt es zu Mitfällungs- und Einschlussfällungsreaktionen, bei denen gelöste organische und anorganische Stoffe gefällt werden. Die ausgefällten Stoffe lassen sich dann mechanisch abscheiden. Die elektro-physikalische Fällung ersetzt herkömmliche chemische Fällungs-Flockungstechniken mit dem Vorteil, dass die Flockungsmittel elektrolytisch aus Feststoffelektroden bereitgestellt werden. Als Elektrodenmaterial können Eisen oder Aluminium, aber auch andere Metalle eingesetzt werden, die kostengünstig und einfach zu handhaben sind. Es wird gezielt nur das Metallion dem zu behandelnden Wasser beigefügt, eine Aufsalzung findet nicht statt. Der Aufwand für Handhabung und Dispergierung von flüssigen Flockungschemikalien entfällt. Aktuelle Entwicklungen in Zusammenarbeit mit Kunden // VUV-Reaktor zum Abbau refraktärer Schadstoffe in Prozesswässern // AOX-Abbau durch kathodische Reduktion in einer Elektrolysezelle in Kombination mit anodischer Oxidation // Automatisierung der Abwasserbehandlung durch TOC-Überwachung // Oxidation mit Diamantelektroden und Mischoxidelektroden // Verfahrenskombinationen Erfolgreiche Anwendungen // Reduzierung der Aufbereitungskosten für Papierabwasser durch elektro-physikalische Fällung // Entfernung fein suspendierter Stoffe aus Farbabwässern mittels elektro-physikalischer Fällung // Abbau von organischen Farbstoffen über UV/H2O2 // Reduktion der biologischen Kontamination von Kühlschmierstoffen mit Ultraschall/Ozon // Elektrolytische Ozonerzeugung im Labor- und Technikumsmaßstab // CSB-Abbau in Lebensmittelabwasser mit O3/H2O2 // CSB-Abbau in Galvanikabwasser mit VUV-Technologie Elektrolytische und oxidative Verfahren können mit anderen Prozessen wie biologischen Verfahren in der Aufbereitungskette kombiniert werden. Sie eignen sich beispielsweise, um biologisch nicht abbaubare Stoffe in einer einem Bioreaktor nachgeschalteten Stufe zu entfernen. In einer solchen Stufe ist es möglich, toxische, kanzerogene oder mutagene (TCM-) Substanzen, Pharmaka oder auch hormonell wirksame Stoffe bis in den Nanogramm-pro-Liter-Bereich (Micropollutants) zu behandeln. Zusammenfassung Elektrolytische und oxidative Verfahren bieten wirtschaftlich attraktive und nachhaltige Lösungen für die Reinigung von Betriebs-, Prozess- und Abwasser mit Substanzen, die herkömmlich nicht oder nur sehr aufwändig abgebaut werden können. Die Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass sie ausschließlich auf elektrischem Energieeintrag beruhen. Foto: panthermedia.net/nejron |
C&M 1 / 2012![]() Das komplette Heft zum kostenlosen Download finden Sie hier: zum Download Die Autoren:Weitere Artikel online lesenNewsAhlborn GmbH: Hochgenaue Temperaturmessung mit digitalen FühlernBei über 80 % aller industriellen Messaufgaben werden Temperaturen gemessen. Wichtig ist das Zusammenspiel von Messgerät und Fühler sowie die verwendete Technologie. Aus der Präzisionsschmiede, der Firma Ahlborn aus Holzkirchen bei München, kommt jetzt ein Messsystem für hochgenaue Temperaturmessung, das nicht nur im Labor verwendet werden kann.© Ahlborn Mess- und Regelungstechnik GmbH |