Wasser- und Abwassertechnologie

Abwässer

Effiziente Lösungen für die chemie- und biologiefreie Behandlung von verunreinigtem Wasser –von der Beratung bis zur Anlagenentwicklung. Mit der Kombination der richtigen Verfahrensschritte können selbst schwer zu behandelnde Inhaltsstoffe in zentralen und dezentralen Anlagen zielgerichtet und wirtschaftlich abgebaut werden.

© Fraunhofer IKTS
Versuchsaufbau zur photokatalytischen Oxidation.

Desinfektion

 

Die Desinfektion von vorgereinigtem Abwasser ist sowohl für die Verbesserung der hygienischen Qualität der Gewässer als auch für eine Wiederverwendung als Betriebs- oder Beregnungswasser von großer Bedeutung. Viele konventionelle Verfahren greifen dabei auf Chemikalien zurück, die entsprechend vorgehalten werden müssen und bei deren Einsatz zum Teil erhöhte Sicherheitsanforderungen einzuhalten sind. Das Fraunhofer IKTS hat deshalb Lösungen entwickelt, die leicht in Prozessabläufe integrierbar sind und ohne Chemikalien arbeiten. So verfügt das Fraunhofer IKTS über eine Pilotfertigung keramischer Membranen aus Titandioxid, Siliciumcarbid und Aluminiumoxid zur Sterilfiltration.

Darüber hinaus werden photokatalytische und elektrochemische Verfahren zur vollständigen Entfernung pathogener Mikroorganismen durch radikalbasierte Oxidationsprozesse (AOP – Advanced Oxidation Process) entwickelt. Entsprechend der Anforderungen können diese in unterschiedlichen Verfahrensmodi einfach und effizient betrieben werden.

Vorteile:

  • Sichere Desinfektion
  • Kostengünstige und beständige Materialien
  • Bedarfsgerechter, flexibler Einsatz
  • Energieeffiziente Betriebsweise
  • Keine Verbrauchsmittel erforderlich
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Funktionalisierte zelluläre Keramik für Abwasserbehandlung.

Abbau anthropogener Spurenstoffe

 

Die Gewässerbelastung durch organische Stoffe anthropogenen Ursprungs, wie beispielsweise Arzneimittelrückstände, bereitet zunehmend Besorgnis. Zur wirksamen und effizienten Elimination können sowohl adsorptive als auch oxidative Verfahren und Verfahrenskombinationen eingesetzt werden. Zur selektiven Schadstoffentfernung hat das Fraunhofer IKTS eine integrative Verfahrenskombination aus Aktivkohleadsorption und Membranfiltration (MF/UF) entwickelt und bereits erfolgreich auf die Entfernung unterschiedlicher Spurenstoffe wie beispielsweise Carbamazepin und Diclofenac getestet.

Zum vollständigen Abbau persistenter Schadstoffe eignen sich AOP-Verfahren (Advanced Oxidation Processes) wie bspw. photokatalytische und elektrochemische Aufbereitungsverfahren. Vor diesem Hintergrund wurden am Fraunhofer IKTS TiO2-beschichtete, zelluläre Keramiken entwickelt, die durch hohe Wechselwirkungs-oberflächen sowie günstige Eindringtiefen der Lichtbestrahlung niedrigere Energieeinträge im Vergleich zu anderen AOP-Verfahren benötigen.

Vorteile:

  • Vollständiger Abbau oder selektive Abtrennung organischer Verbindungen
  • Bedarfsgerechter, flexibler Einsatz
  • Keine Verbrauchsmittel erforderlich
  • Regenerierbare Materialien
  • Simultane Desinfektion möglich
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Pilotanlage zur Sulfatabtrennung.

Behandlung von Bergbauwässern

 

Schwefelsaure, sulfatreiche und schwermetallhaltige Bergbauwässer zeichnen weltweit für schwerwiegende Schädigungen von Gewässersystemen verantwortlich.

Für ihre Behandlung, speziell zur Abtrennung des Sulfats (Schwefelsäure), existieren neben dem RODOSAN®-Verfahren kaum Alternativen. Es handelt sich dabei um ein Membranelektrolyseverfahren, mit dem eine weitgehend selektive Abtrennung von Sulfat erreicht werden kann. Gleichzeitig werden dabei Schwermetalle (Fe, Mn) sowie Al quantitativ eliminiert und Pufferkapazität in-situ elektrochemisch erzeugt. Das abgetrennte Sulfat wird dabei in Wertstoffe (Düngemittel) konvertiert.

Das Verfahren ist für verschiedene Anwendungsfälle im Pilotmaßstab auf der Ebene industrieller Elektrolysezellen erprobt und modular konfiguriert, sodass sowohl kleinere als auch sehr große Wassermengen behandelt werden können. Eine Pilotanlage mit einer Leistung von 6 m3/h steht für technische Untersuchungen und für die Verfahrensoptimierung zur Verfügung.

Vorteile:

  • Sulfatabtrennung 45 – 70 %, Teilentsalzung
  • Quantitative Abtrennung von Al, Fe, (Mn), Erzeugung von Pufferkapazität
  • Gewinnung von Düngemittel als Koppelprodukt
  • Breiter Anwendungsbereich (Hydrochemie, Durchsatz)
  • Erzeugung von Wasserstoff und Verwertung von CO2
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Geflockte organische Suspension.

Flockung und Entwässerung – Trinkwasser- und Klärschlammbehandlung

 

In der Trink- und Abwasseraufbereitung werden Flockungshilfsmittel  (FHM) eingesetzt um unerwünschte Stoffe zu eliminieren, den Wassergehalt zu senken und so Schlammeigenschaften gezielt einzustellen. Der verbleibende Wassergehalt ist oft ein erheblicher Kostenfaktor bei anschließender Nutzung der entstehenden Schlämme. Je effizienter die Flockung und Entwässerung funktioniert, desto wirtschaftlicher gestaltet sich deshalb die Verwertung beziehungsweise Entsorgung. Je effizienter dieser Prozess ausgelegt wird, desto wirtschaftlicher gestaltet sich die anschließende Verwertung. Verschiedene gesetzliche Entwicklungen werden den Einsatz herkömmlicher, synthetischer FHM im Trink- und Abwasserbereich in Zukunft stärker reglementieren oder möglicherweise sogar ganz untersagen. Das Fraunhofer IKTS konzentriert sich daher neben der messtechnisch gestützten Optimierung konventioneller Flockungs- und Entwässerungsprozesse in Kläranlagen auf die Entwicklung, Erprobung und verfahrenstechnische Implementierung von kostengünstigen und hochwirksamen FHM auf Basis nachwachsender Rohstoffe.

Vorteile:

  • Nachhaltige und nicht toxische Rohstoffe
  • Vergleichbare oder bessere Performance im Vergleich zu herkömmlichen FHM
  • Gesetzlich konforme Verwendung im Trink- und Abwasserbereich möglich
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Analytiksystem für Schad- und Spurenstoffe im Wasser.

Umweltsensorik

 

Zur Steuerung umwelt- und wassertechnischer Anlagen, u. a. im Hinblick auf Energie- und Chemikalieneinsatz, ist die Erfassung von Schad- und Spurenstoffen im (Ab)Wasser unerlässlich. Für eine effiziente Steuerung sind die bisherigen Intervalle von Probennahme und chemischer Analytik jedoch oft zu groß. Das Fraunhofer IKTS widmet sich daher der Entwicklung von robusten Molekül- und Schadstoffsensoren für den Feldeinsatz. Diese stoffspezifischen Sensoren stehen aufgrund geringerer Sensitivität nicht in Konkurrenz mit Laboranalysen, sondern sollen vielmehr als zuverlässige Frühwarnsysteme für überhöhte Schadstoffkonzentrationen vor Ort und anlagenintegriert zum Einsatz kommen. Je nach Fragestellung können dabei unterschiedliche Molekülspezies im Fokus stehen.

 

Vorteile:     

  • Anlagenintegrierte Analytik mit kurzen Probenahmeintervallen im Bereich weniger Minuten
  • Hohe Robustheit und Ausfallsicherheit
  • Gute Lagerfähigkeit und einfachstes Handling der eingesetzten Chemikalien
  • Flexilbe Erfassung verschiedener molekularer Spezies