Applikationszentren für elektrochemische Wasserbehandlung: Abwasser als Ressource nutzen

Mit den richtigen Reinigungs- und Aufbereitungstechnologien können Abwässer eine wertvolle Ressource darstellen: ob für thermische Energie, strategische Rohstoffe oder aufbereitet als wertvolles Trink- oder Brauchwasser. Wie das funktionieren kann, zeigen wir in unseren Applikationszentren für elektrochemische Wasserbehandlung. Verteilt auf fünf Standorte entwickelt, analysiert und erprobt das Fraunhofer IKTS neue Wege hin zu sauberem Wasser und geschlossenen Stoffkreisläufen.

 

Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe

In Neustadt-Glewe in Mecklenburg-Vorpommern wird aus mehr als 2400 m Tiefe 90 °C heißes Wasser gefördert, das die Stadt, mehrere Betriebe und Gärtnereien mit Wärme versorgt. Hier betreibt das Fraunhofer IKTS einen Tiefen-Geothermie-Versuchsstand und arbeitet an Lösungen, um unerwünschte Nebeneffekte wie Korrosion und radioaktive Ablagerungen zu mindern und womöglich gar in Vorteile zu verwandeln. All diese Versuche sollen zu einer breiteren und sicheren Nutzung der Wärmegewinnung aus der Erde beitragen.

Bei der Förderung von Thermalsolen lagern Schwermetalle, Spurenelemente und natürlich vorkommende Radionuklide an kritischen Anlagenteilen ab. So verursachen sie beispielweise korrosive Schädigungen an Rohren, Pumpen, Ventilen und Wärmetauschern, was zu größeren Ausfallzeiten führen könnte. Die Wissenschaftler suchen unter anderem nach Spezialbeschichtungen und Werkstoffen, auf denen sich wenig Beläge bilden und die dem aggressiven heißen Wasser besser widerstehen als normaler Stahl. Darüber hinaus widmen sie sich der Konditionierung der Thermalsolen mit Hilfe elektrochemischer Wasseraufbereitungsverfahren. Einzigartig in Deutschland ist dabei die galvanische In-Situ-Abscheidung von radioaktivem Blei, Arsen und nutzbaren Spurenmetallen. Gleichzeitig werden auch Verfahren zur Nutzung gelöster Hauptkomponenten wie Natriumchlorid erforscht. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen in die Auslegung zahlreicher Geothermieanlagen ein.

 

Wasserwerk Brüel

In Brüel nahe Güstrow belasten Bentazon und andere Herbizide aus der Landwirtschaft das Brunnenwasser eines Wasserwerks. Das Fraunhofer IKTS hat im dortigen Wasserwerk Testanlagen mit verschiedenen Reinigungsverfahren installiert und über einen längeren Zeitraum im Pilotmaßstab mit einer Reinigungsleistung von 50 bis 100 l/h betrieben. Somit ist es uns möglich, verschiedene Aufbereitungsverfahren miteinander hinsichtlich Effektivität, Kosten und Zuverlässigkeit zu bewerten. Mit der elektrochemischen Totaloxidation lassen sich beispielsweise ohne eine aufwändige Vorkonditionierung des Brunnenwassers nicht nur die Herbizide entfernen, sondern gleichzeitig auch Aluminium, Eisen, Mangan bis auf Spuren abtrennen und der pH-Wert stabilisieren. Damit kann das Wasser wieder als Trinkwasser genutzt werden. Derzeit gibt es Überlegungen, dieses Applikationszentrum weiter auszubauen.

Tiefen-Geothermie-Versuchsstand in Neustadt-Glewe zur Untersuchung von Scalingerscheinungen und zur Konditionierung von Thermalsolen.
© Fraunhofer IKTS
Tiefen-Geothermie-Versuchsstand in Neustadt-Glewe zur Untersuchung von Scalingerscheinungen und zur Konditionierung von Thermalsolen.
Technikumsanlage im Wasserwerk Brüel zur Trinkwasseraufbereitung von Brunnenwasser mittels elektrochemischer Totaloxidation.
© Fraunhofer IKTS
Technikumsanlage im Wasserwerk Brüel zur Trinkwasseraufbereitung von Brunnenwasser mittels elektrochemischer Totaloxidation.
Pilotanlage Rainitza zur elektrochemischen Behandlung von Grubenwässern.
© Fraunhofer IKTS
Pilotanlage Rainitza zur elektrochemischen Behandlung von Grubenwässern.

Grubenwasserreinigungsanlage Rainitza

Das Grundwasser aus ehemaligen Braunkohle-Tagebauen ist mit Eisen, Mangan, Sulfaten und weiteren Stoffen belastet. Bei Großräschen in der Rainitza verfügt das Fraunhofer IKTS über ein 1000 m² großes Versuchsgelände mit entsprechender technischer Infrastruktur. Im Pilotmaßstab bei einem Volumenstrom bis zu 10 m³/h können verschiedene Versuchskampagnen gefahren werden. Dies reicht von der Erprobung unterschiedlicher elektrochemischer Wasseraufbereitungsverfahren und deren Kombination über die Aufbereitung unterschiedlicher Arten von Bergbauwässern bis hin zur Behandlung von sehr stark belasteten Wässern, einschließlich der ökonomischen Bewertung.

So trennen beispielsweise große Elektrolysezellen das Sulfat aus dem Grubenwasser ab, das sich dann zu Düngeprodukten verarbeiten lässt, und Aluminium, Eisen, Mangan und Nickel werden herausgelöst. Zusätzliches Kohlendioxid mindert die Sulfatfracht weiter, wobei als Nebenprodukt Kalk entsteht.

 

Zinnerzgrube Ehrenfriedersdorf

Um in Zukunft auch Pilotversuche an einem Untertage-Versuchsstandort anzubieten, baut das Fraunhofer IKTS in einer ehemaligen Zinnerzgrube in Ehrenfriedersdorf derzeit ein neues Applikationszentrum auf. Im Stollensystem werden dazu verschiedene Anlagenmodule installiert und unter realen Bedingungen getestet. Ziel ist es, auf verschiedenen technologischen Wegen große Volumenströme verunreinigten Grubenwassers zu Brauchwasser aufzubereiten. Zudem evaluieren die Forschenden, wie Wertstoffe wirtschaftlich aus dem Grubenwasser extrahiert werden können, um sie beispielsweise als Grundstoff für die Metall- oder Glasindustrie, als Düngemittel für die Landwirtschaft oder als strategischen Rohstoff für die Leistungselektronik- und E-Mobilität zu nutzen. Außerdem ist es in diesem Applikationszentrum auch möglich zu erproben, wie sich mit Industrie 4.0-Technologien Prozesse effizienter gestalten lassen.

 

Klärwerk Bitterfeld-Wolfen

Im Chemiepark Bitterfeld-Wolfen fallen unterschiedliche industrielle Abwässer an, beispielsweise aus der chemischen, Kunststoff- und Pharmaindustrie. In den kommenden Monaten errichtet das Fraunhofer IKTS im Gemeinschaftsklärwerk des Chemieparks schrittweise Versuchscontainer mit verschiedenen Pilotanlagen für Elektrodialyse, elektrochemische Totaloxidation sowie Membran-Destillation und Membran-Extraktion. Diese Einzeltechnologieplattformen sollen so geschickt miteinander verbunden sein, dass Schadstoffe vernichtet, hohe Salzfrachten abgetrennt, Wertstoffe effizient zurückgewonnen und Stoffkreisläufe geschlossen werden können. Angesichts verschärfter Wassergütekriterien kommt man damit dem Bedarf an besseren Reinigungsmethoden für Industrieabwässer nach und bietet bei kontinuierlich steigenden Rohstoffpreisen eine wirtschaftlich darstellbare Lösung an, um wertvolle Stoffe aus dem Abwasser zurückzugewinnen.

 



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