Elektrolytische Roh- und Prozesswasseraufbereitung

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Elektro-physikalische Fällung

Elektrolytisch generiertes Eisenhydroxid
Elektrolytisch generiertes Eisenhydroxid. Abbau von partikulären Verunreinigungen durch ein elektrophysikalisches Verfahren.

Ein weiteres 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 neben reaktiven Radikalen (AOP-Prozess) 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 direkt am Ort des Bedarfs in molekular gelöster Form bereitgestellt werden. Als Elektrodenmaterial können Eisen oder Aluminium eingesetzt werden, welche kostengünstig, stets verfügbar und einfach zu handhaben sind. Es wird gezielt nur das Metallion dem zu behandelnden Wasser beigefügt, eine Aufsalzung findet nicht statt. Die Kosten für Einkauf, Handhabung und Dispergierung von Flockungs- und Flockungshilfsmitteln entfallen.

Kombination und Integration oxidativer und elektrolytischer Verfahren

Oxidative und adsorptive Verfahren wie die EpF können je nach Aufgabenstellung kombiniert werden. Dadurch können Ergebnisse erzielt werden, die über die Summe der Ergebnisse der Einzelprozesse hinausgehen. Ein weiterer Vorteil dieser Prozesse liegt darin, dass sie für einen Standby-Betrieb geeignet und jederzeit zu- und abschaltbar sind. Die Integration in bestehende Anlagen und die Automatisierung bis hin zum autonomen Betrieb oder zur Fernsteuerung sind problemlos möglich. So kann beispielsweise die kontinuierliche Online-Erfassung des organischen Kohlenstoffs (TOC, total organic carbon) eine bedarfsabhängige und folglich energieoptimierte Aufbereitung gewährleisten.

Ausblick

Durch die Einsparung von Chemikalien bieten elektrolytische und oxidative Verfahren wirtschaftlich attraktive und nachhaltige Lösungen für die Reinigung von Betriebs-, Prozess- und Abwasser mit Substanzen, die in einer biologischen Klärstufe nicht abgebaut werden. Die für den Betrieb der Anlage benötigte Energie kann als elektrischer Strom auch regenerativ durch Photovoltaik- oder Windkraftanlagen bereitgestellt werden.

Vorteile

Mit oxidativen und elektrolytischen Verfahren ist es möglich, auch schwer abbaubare, gelöste Kontaminationen oder Schadstoffe entweder direkt zu oxidieren oder über Hydroxid-Flocken zu fällen. Generell bringen diese Verfahren einzeln und in Kombination folgende Vorteile:

  • Vollständige Mineralisierung möglich
  • Keine Aufsalzung – Kreislaufführung möglich
  • Keine Desinfektionsnebenprodukte – insbesondere keine halogenierten Verbindungen
  • Keine oder geringe Schlammbildung
  • Hygienisch einwandfreies Ablaufwasser
  • Robuster Prozess – Einleitungskriterien dauerhaft sicher erreichbar
  • Schnelle Verfügbarkeit – Standby-Betrieb möglich
  • Geeignet für schwankende Abwassermenge und Schadstofffracht
  • Personaleinsparung und erhöhte Sicherheit