Roh- und Prozesswasseraufbereitung

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Wasser wird in zahlreichen industriellen Produktionsprozessen als Lösungs- oder Transportmittel, als Kühlwasser oder Waschwasser verwendet. Steigende Kosten bei der Abwasserreinigung und -entsorgung, regionaler oder saisonaler Wassermangel, aber auch ein wachsendes Umweltbewusstsein der Unternehmen führen dazu, diese Prozesswässer möglichst mehrfach zu verwenden und Verunreinigungen selektiv zu entfernen.

Forschungsthemen

  • Elektrolytische Roh- und Prozesswasseraufbereitung
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  • Oxidative Roh- und Prozesswasseraufbereitung
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  • Thermische Roh- und Prozesswasseraufbereitung
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Wissenswertes

  • Roh- und Prozesswasseraufbereitung – eine Einführung
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Projekte für oxidative Roh- und Prozesswasseraufbereitung

ADOXPOL – Industrielle Abwasserreinigung mit Ozon

  • Das Fraunhofer IGB entwickelt gegenwärtig im Rahmen eines EU geförderten Projektes zusammen mit europäischen Partnern aus Industrie und Forschung eine Technologie zur effizienten und kostengünstigen Reinigung von industriellen Abwässern. Durch die Kombination von Flotation und Oxidation in einem Prozessschritt können die Vorzüge beider Technologien genutzt und weitere Vorteile durch die Synergie erreicht werden.

Reduktion der biologischen Kontamination von Kühlschmierstoffen mit Ultraschall/Ozon

  • Ziel dieses Projekts ist die Verlängerung der Standzeit von Kühlschmierstoffen ohne toxische Chemikalien und die Verbesserung ihrer Qualität. Hierzu werden neue physikalische Technologien wie fokussierte Ultraschallkavitation, die Anwendung gepulster elektrischer und elektromagnetischer Felder sowie sonochemische und nassoxidative Verfahren untersucht.

Flächige UV-Lichtquelle

  • In Zusammenarbeit mit einem europäischen Industriepartner hat das Fraunhofer IGB eine neuartige Hochleistungs-UV-Lichtquelle entwickelt, bei der das UV-Licht aus einem Plasma emittiert wird, welches über Mikrowellen angeregt wird. Die Lampe eignet sich zur Entkeimung von Wasser.
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Entfärbung von organischen Farbstoffen durch anodische Oxidation

  • Im Hinblick auf die Aufbereitung realer Abwässer aus der Textilindustrie wurden in orientierenden Versuchen ein molekular gelöster organischer Farbstoff und ein feinpartikulärer organischer Farbstoff zu mehr als 90 Prozent abgebaut – bis die Flüssigkeiten dem menschlichen Auge farblos erschienen. Die Studie umfasste auch die Ermittlung der energieeffizientesten Prozessparameter sowie eine vergleichende Charakterisierung der Abbauprodukte.

Light4CleanWater

  • Im EU-Projekt Light4CleanWater ist das Fraunhofer IGB an der Entwicklung eines UV-Behandlungssystems beteiligt mit dem giftige Substanzen aus Abwasserströmen zu harmlosen Komponenten abgebaut werden.

Cleanleachate

  • Beim Zerfall der auf Mülldeponien gelagerten Abfälle entsteht Deponiesickerwasser. Dieses darf nicht in die Umwelt gelangen, da es gesundheitsschädliche Substanzen in erheblicher Konzentration enthält. In diesem Projekt wird ein oxidatives Behandlungsverfahren (AOP) mit einer neuartigen, für Deponiesickerwasser optimierten Elektrolysezelle entwickelt.

Projekte für elektrolytische Roh- und Prozesswasseraufbereitung

Halbierung der Aufbereitungskosten für Papierabwasser durch elektro-physikalische Fällung

  • Für einen Papierhersteller haben wir die Anlage zur Reinigung des Prozessabwassers optimiert und deren Kapazität erweitert. Eine herkömmliche Flockung wurde dabei durch eine Anlage nach dem Prinzip der elektro-physikalischen Fällung ersetzt. Durch die Einsparung von Chemikalien wie Flockungsmitteln, Polyelektrolyten und Natronlauge konnten die Kosten für die Abwasseraufbereitung halbiert werden.

Entfernung fein suspendierter Stoffe aus Farbabwässern mittels elektro-physikalischer Fällung

  • In einer Machbarkeitsstudie für einen Flugzeughersteller konnten wir Farbabwasser aus den Lackieranlagen mittels elektro-physikalischer Fällung erfolgreich aufbereiten. Die Trübung des Abwassers wurde um 95 Prozent reduziert, der CSB-Wert (chemischer Sauerstoffbedarf) um 75 Prozent. Ähnliche Untersuchungen wurden im Auftrag von Farbherstellern durchgeführt. Dabei konnten wir zeigen, dass auch hier die Trübung, der CSB-Wert und der Geruch deutlich reduziert werden konnten.

SalinityScan

  • In diesem EU-Projekt ist das Fraunhofer IGB innerhalb eines trans-europäischen Konsortiums an der Entwicklung eines neuartigen Durchflussmesssystems beteiligt. Das Messsystem soll die genaue Bestimmung der Volumenströme von Mehrphasengemischen aus Öl, Wasser und Gas, wie sie bei der Offshore-Erdölförderung auftreten, ermöglichen.

Projekte für thermische Roh- und Prozesswasseraufbereitung

DeSol – Meerwasserentsalzung mit einer solar betriebenen Vakuumverdampferanlage

  • Zusammen mit europäischen Partnern aus Industrie und Forschung entwickelt das Fraunhofer IGB eine energieeffiziente und kostengünstige Technologie zur Meerwasserentsalzung. Dabei ermöglicht ein mehrstufiges Vakuumverdampfungsverfahren den effizienten Einsatz von Wärme bei niedrigen Temperaturen. Obwohl es sich um einen Vakuumprozess handelt werden keine Vakuum- oder Strahlpumpen benötigt.

Niederdruckverdampfung von Industrieabwässern

  • In vielen kleinen und mittleren Industriebetrieben fallen stark verunreinigte Abwässer an, die entsprechend den geltenden Richtlinien aufbereitet oder entsorgt werden müssen. Dabei wird bei kleineren Abwassermengen üblicherweise eine Entsorgung durch externe Dienstleister gewählt. In diesem Fall bietet die Vakuumverdampfung deutliche Einsparpotenziale.

Leistungen

  • Durchführung von Machbarkeitsstudien, Markt- und Technologieanalysen
  • Optimierung und Anpassung von thermischen Verfahren zur Effizienzsteigerung
  • Kundenspezifische Entwicklungen im Bereich thermische Stoffaufbereitung
  • Wissenschaftliche Beurteilung, Beratung, Untersuchungen zu elektrolytischen und oxidativen Verfahren der Wasseraufbereitung 
  • Umfassende, moderne Analytik zur Charakterisierung des Prozesswassers
  • Laboranlagen für kundenspezifische Vorversuche zu Flockungs- und Oxidationseigenschaften des Prozesswassers
  • Technikumsanlagen für:
  • Elektro-physikalische Fällung
  • Ozonbehandlung +/- Wasserstoffperoxid +/-Katalysator
  • UV-Behandlung
  • Ultraschall-Behandlung
  • Anodische Oxidation (direkt / indirekt), Kathodenreaktionen
  • Mobile Prototypanlagen für Untersuchungen vor Ort
  • Entwicklung der Anlagentechnik inklusive der Automatisierung bis hin zum industriellen Prototypen zusammen mit Industriepartnern
  • Prozessoptimierung auch für höher viskose Medien, beispielsweise Kühlschmiermittel, Lebensmittel, Schlämme und Pasten
  • Ganzheitliche Lösungsansätze durch die Kombination mit aeroben und anaeroben biologischen Verfahren 
  • Kombination mit Verfahren zur Entsalzung oder Rückgewinnung von Säuren und Laugen
  • Prozessauslegung und technisch/wissenschaftliche Projektbegleitung durch ein interdisziplinäres Team aus den Bereichen Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Umwelttechnik, Chemie, Biologie und Elektrotechnik

Ausstattung

Oxidative Roh- und Prozesswasseraufbereitung

Forschungsanlage für die Entwicklung oxidativer Verfahren zur Abwasseraufbereitung:

  • ein Ozongenerator (bis 4 g Ozon/h),
  • ein Ozonreaktor,
  • ein UV-Reaktor (2 kW Mitteldruck-Hg-Strahler),
  • Ultraschall-Einheiten (25 kHz und 40 kHz; 1,7 kW) und 
  • eine Elektrolysezelle (bis 50 A und 10 V) mit getrenntem Anolyt- und Katholytkreislauf (Elektrodenfläche jeweils 180 cm²) zur Verfügung.

Elektrolytische Roh- und Prozesswasseraufbereitung

  • Umfangreiche Labor- und Technikumsausstattung mit Reaktoren von bis zu 500 l/h Durchsatzleistung zur Behandlung von Prozesswässer verschiedenster Volumina

Thermische Roh- und Prozesswasseraufbereitung

  • Laboraufbauten zur Untersuchung von thermischen Trennprozessen
  • Technikumsanlage zur Aufkonzentrierung von (Industrie-)Abwässern
  • Konstruktions- und Simulationssoftware: SolidWorks, CST Microwave Studio, COMSOL MultiPhysics®, Design-Expert Workstation