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wlb - UMWELTTECHNIK 3/2018

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wlb - UMWELTTECHNIK 3/2018

t WASSER/ABWASSER

t WASSER/ABWASSER COMPLIANCE MACH-WAS-KONFERENZ Welche Methoden zur Reinigung und Analyse von Wasser werden uns zukünftig weiterbringen? Um dieser Fragestellung nachzugehen, sind wir nach Frankfurt zur Dechema gereist und haben uns im Rahmen unserer Serie „vor Ort“ auf der MachWas-Konferenz über aktuelle Forschungsergebnisse und fertige Projekte zu diesem Thema informiert. Im Folgenden werden einige besonders spannende Projekte vorgestellt. Die Fördermaßnahme „Materialien für eine nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt die Erforschung und Entwicklung von Materialien für eine nachhaltige Wasserwirtschaft. Am 29. und 30. Mai wurde in Frankfurt über den aktuellen Sachstand der 13 Verbundprojekte, an denen insgesamt 75 Partner beteiligt sind, berichtet. In der ersten Runde ging es um Membranverfahren, denn diese sind in der Wasserreinigung und -aufbereitung nicht mehr wegzudenken. Mikro-, Ultra- und Nanofiltration sowie Umkehr osmose Autorin: Dipl.-Ing. (FH) Anne Schaar, Redakteurin, wlb UMWELTTECHNIK, Mainz haben sich als Alternativen zu konventionellen Trenn verfahren in der Wasserreinigung etabliert und gelten mittlerweile als Schlüsseltechnologien. Ziel des Projektes KerWas ist die Entwicklung keramischer Membranen aus Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) in Form von Waben und Hohlfaserbündeln mit hydrophoben Makroporen für die Membrandestillation und hydrophilen Nanoporen für die Nanofiltration. In den ersten zwölf Monaten der Projektlaufzeit konnte die Membranfläche der Nanofiltrationsmembranen von 1,3 m 2 /Element auf 4,5 m 2 /Element erhöht werden. Es wurden umfangreiche Berechnungen mit unterschiedlicher Kanal- und Schlitzgeometrie durchgeführt und durch praktische Schlitz- und Pluggingversuche erprobt. Mittels 3-D-Druck wurden neue Werkzeuggeometrien hergestellt und diese werden jetzt getestet. Derzeit wird eine entsprechende Pilotanlage konzipiert und gebaut. In Hinblick auf die Mikroschadstoff-Problematik ist das Projekt Polinom sehr interessant. In diesem Vorhaben werden Mate rialien und Verfahren entwickelt, um Membranen vollständig räumlich zu nutzen. Hierfür werden neue Beschichtungsmaterialien und neue partikuläre Additive entwickelt. Diese werden entweder direkt in den Herstellungsprozess oder in einem Nachbehandlungsschritt in die Membran integriert. Durch diese neuartige Kombination sollen Mixed-Matrix-Membranadsorber mit multifunktionellen inneren Oberflächen entwickelt werden, die unterschiedliche Stoffgruppen, wie z. B. die Mikroschadstoffe, mit hoher Kapazität und Selektivität binden. In diesem Projekt sind die Vorarbeiten soweit abgeschlossen, dass jetzt mit Modulbau und Pilotprojekten weitergemacht werden kann. Auch in dem Projekt Rohrmembran geht es um Beschichtungsmethoden. Es sollen säurebeständige Umkehrosmose-Rohrmembranmodule hergestellt werden, die dann in der Aufbereitung partikelhaltiger Prozesswässer verwendet werden können. Das zu 20 wlb UMWELTTECHNIK 3/2018

t WASSER/ABWASSER 01 02 03 01 Die Erprobung der aussichtsreichen Geometrien bezüglich der Extruierbarkeit war ein Kernpunkt der Forschungen zum Projekt KerWas 02 Im Technikumsreaktor des Projektes ElektroPapier werden unterschiedliche Elektrodengeometrien getestet 03 Erste industrietaugliche Ergebnisse des Projekts OEMP, hier ein Edelstahl-Rautenfilter mit einem Hochleistungstressengewebe, wurden schon auf der vergangenen IFAT gezeigt Testzwecken verwendete Prozesswasser stammt aus der Edelstahlproduktion. Ziel ist es, dieses soweit wieder aufzubereiten, dass es in den Prozess zurückgeführt werden kann. Derzeit werden die neu artig gefertigten Rohrmembranmodule industrienah in Betriebsversuchen an einer Produktionslinie getestet. NEUARTIGE ADSORPTIONSMITTEL Neben der Filtration spielt die Adsorption eine bedeutende Rolle in der Wasserreinigung und -aufbereitung. Adsorptionsmaterialien sollen dabei helfen, organische, endokrine und persistente Stoffe zu binden und auf diesem Wege aus dem Wasserkreislauf zu entfernen. Im Projekt ContaSorb werden neuartige „Multi-Purpose-Kompositmaterialien“ (Kohlenstoff-Eisen-Komposit-Materialien) für die Sorption und Zerstörung von halogenierten Grundwasserschadstoffen entwickelt und erprobt. Diese Materialien, die bei der In-situ-Grundwasserreinigung in den Aquifer eingespült werden, vereinen Adsorptionseigenschaften und Reaktivität. Halogenierte Grundwasserschadstoffe werden am Komposit gezielt adsorptiv angereichert und im sorbierten Zustand durch eingebaute Reagenzien bzw. Katalysatoren oxidativ oder reduktiv zerstört. Derzeit werden an zwei Feldstandorten Pilottests vorbereitet, dabei kommen unterschiedliche Kompositen zum Einsatz. Das Projekt ZeroTrace beschäftigt sich mit der Entwicklung von Adsorptionsmaterialien (Aktivkohle mit hoher Leitfähigkeit), diese sollen bei der Entfernung von Mikroschadstoffen in Kläranlagen Verwendung finden. Derzeit ist man soweit, dass erste Rezepturen für stabile Komposit-Aktivkohlen mit 10 und 20 % Graphit aus Steinkohle und aus Holzkohlemehl entwickelt und kleinere Chargen hergestellt wurden. In einem nächsten Schritt soll auf Aktivkohle aus nachwachsenden Rohstoffen umgestellt werden. ENTWICKLUNG VON MATERIALIEN Nicht nur die gezielte Weiterentwicklung der Verfahren zur Umwandlung kritischer Substanzen hat eine hohe Bedeutung für den gezielten Abbau im Wasser. Zudem werden Materialentwicklungen und Verfahren zur verbesserten Umweltverträglichkeit von Materialien oder Entfernung von Schadstoffen sowie Optimierung von bereits eingesetzten Verfahren und Technologien betrachtet. Im Projekt ElektroPapier werden papierbasierte und graphithaltige Elektroden (Elektropapiere) entwickelt. Diese sind im Gegensatz zu gängigen mikrobiellenn Elektrolysezellen-(MBZ)-Elektroden kosteneffizienter. Außerdem sollen sie, durch den Verzicht auf Metalllegierungen, umweltschonender sein und die Hochskalierung der Zellen erleichtern. Nachdem eine geeignete Papiermischung gefunden wurde, konnte die Herstellung des Elektrodenmaterials vorangetrieben werden. Auch die Abwasserreinigung mithilfe des Elektropapieres wurde erfolgreich im Labormaßstab mit verschiedenen Abwässern nachgewiesen. Derzeit wird u. a. ein Protokoll für die mikrobiologische Untersuchung etabliert und die ersten Proben aus dem Technikumsreaktor analysiert. Im Rahmen des Projektes Radar sollen schwer entfernbare organische Verunreinigungen mineralisiert werden. Dies wird durch eine Kombination von Reaktionen mit Wasserstoffperoxid und OH-Radikalen in einer elektrochemischen Zelle mit einer bordotierten Diamantelektrode (BDD) als Anode und eine Gasdiffusionselektrode (GDE) als Kathode realisiert. Denn sowohl an der Anode als auch an der Kathode entstehen starke Oxidationsmittel. Durch diese neuartige Kombination werden zusätzliche Oxidationsreaktionen erzeugt, die die elektrochemische Ausbeute und die Gesamtabbaueffizienz der Wasserreinigung erhöhen. Im Projekt OEMP geht es um die Entwicklung neuer Materialen und Verfahrenstechnik, um den Rückhalt von unterschiedlichen Mikroplastikpartikeln (Größe, Form, Material) aus verschiedenen Eintragspfaden zu gewährleisten. Die Arbeiten sind schon so weit gediehen, dass ein Trommelfilter mit einem speziellen Polstoff und eine Scheibenfilteranlage mit einem Hochleistungstressengewebe aus Edelstahl an einem Kläranlagenablauf betrieben und be probt werden kann. Ein Edelstahl Rautenfilter mit dem Hochleistungstressengewebe wurde bereits auf der Ifat 2018 vorgestellt. Außerdem wurde eine dezentrale Reinigungsanlage für Straßen ablaufwasser an einem speziellen Teststand unter definierten Bedingungen getestet. Sie wird derzeit in einer In-situ-Mess strecke betrieben, um das Betriebsverhalten zu untersuchen und zu optimieren. Bilder: 01 Fraunhofer IKTS, 02 EnviroChemie GmbH, 03 Invent Umwelt- und Verfahrenstechnik AG www.machwas-material.de wlb UMWELTTECHNIK 3/2018 21