WaterPlasma

Dekontamination von persistenten xenobiotischen Kontaminationen in Abwasser durch Einwirkung von Atmosphärendruckplasma

Aktuell genutzte, chemisch-physikalische oder biologische Prozesswasserbehandlungsverfahren sind in ihrer Wirkungsweise begrenzt, da sie nicht in der Lage sind xenobiotische Kontaminationen effizient abzubauen. Ziel des EU-Projekts »WaterPlasma« war die Entwicklung einer Prozesstechnologie zum wirksamen Abbau persistenter, xenobiotischer Kontaminationen in Prozesswasser durch Einwirkung von Atmosphärendruckplasma. Der Prozess kann ohne chemische Zusätze oder zu entsorgende Absorber auskommen. Die neue Technologie ist prinzipiell für alle Arten von organisch kontaminierten Prozesswässern geeignet, die nicht ohne Vorbehandlung in das öffentliche Abwassersystem eingeleitet werden dürfen.

Plasmachemischer Abbau organischer Schadstoffe aus Wasser

Schematischer Aufbau eines Plasmareaktors zur Wasserreinigung.

Abbaukinetik von 1 mg/L Methylenblau (Wirkungsgrad90 % Reduktion von 4 g/kWh).

Abbau von 0,8 mg/L Cyanid in Wasser durch Plasmabehandlung.

Für die Entfernung biologisch schwer abbaubarer Substanzen kann die Verwendung von Atmosphärendruckplasmaverfahren eine umweltschonende und kostengünstige Alternative darstellen. In einem Plasma werden durch Anlegen einer Hochspannung einfach aus der umgebenden Luft und dem Luftsauerstoff Ionen, hochreaktive Radikale und kurzwellige Strahlung gebildet, die die Abwasserinhaltsstoffe abbauen. Damit entfällt der Einsatz von Chemikalien – und deren Entsorgung. Ziel eines von der EU geförderten Projekts war daher, ein Plasmaverfahren für die Reinigung von Wasser und einen dafür geeigneten Plasmareaktor zu entwickeln.

 

Neuartiger Plasmareaktor

Die Konstruktion des Plasmareaktors berücksichtigt, dass eine effektive Übertragungsrate der im Plasma gebildeten hochreaktiven Spezies in das mit Schadstoffen belastete Wasser gewährleistet ist. Dies wird dadurch realisiert, dass das Plasma in direktem Kontakt mit einem fließenden Wasserfilm gebildet wird. Das zu reinigende Wasser fällt entsprechend der Schwerkraft direkt auf der äußeren Oberfläche einer geerdeten Elektrode (Edelstahlzylinder) durch die Plasmazone.

Es ist ein entscheidender Vorteil des Plasmaverfahrens, dass die behandelte (Wasser-)Oberfläche ständig erneuert wird und somit nicht, wie bei der klassischen UV-Reinigung, verschmutzt und sich mit Kontaminationen zusetzt, die die Effizienz von Systemen normalerweise schnell einschränken. Eine aufwendige Reinigung der Oberflächen zur Entfernung von Biofilmen und anderen Oberflächenkontaminationen entfällt mit dem Plasma-Wasserreinigungsverfahren. Im Plasma werden unter anderem Hydroxyl-Radikale gebildet, die in das Wasser übertreten und mit ihrem hohen Oxidationspotenzial darin gelöste Schadstoffe bis zur Mineralisierung zersetzen können.

Energieeffizienter und effektiver Abbau

Ein Verfahren zum Effizienzvergleich fortgeschrittener Oxidationsprozesse ist die Messung des Energieaufwands, der zur Entfärbung von Methylenblau um eine Größenordnung benötigt wird [1]. Mit dem Plasmaverfahren erreichen wir 4 g/kWh. Dieser Wert ist um nahezu eine Größenordnung besser als die mit einer UV-H2O2-Behandlung bei Methylenblau gemessene Energieeffizienz [2]. In einer anderen Anwendung der Wasserplasmamethode wurde im Projekt gezeigt, dass Cyanid innerhalb von 2 Minuten um 90 Prozent abgebaut wird [3].

Auch ohne Eintrag von Gefahrstoffen wie Wasserstoffperoxid oder Ozon wird ein hervorragender Wirkungsgrad erreicht. Als Ergebnis des Projekts steht ein Demonstrator zur Verfügung, der für die Reinigung größerer Mengen von kontaminiertem Wasser (240 L/h) geeignet ist.

 

Literatur

  1. Malik, M. A. (2010) Water purification by plasmas: Which reactors are most energy efficient?, Plasma Chem Plasma Proc. 30: 21-31
  2. Siemens Industry (2011) New actinometry procedure for industrial UV applications, http://www.industry.siemens.com/topics/global/en/fairs/siww/water-convention/Documents/09_Poster_New-Actinometry-Procedure.pdf
  3. Valsero, M. H.; Molina, R.; Schikora, H.; Müller, M.; Bayona, J. M. (2013) Removal of cyanide from water by means of plasma discharge technology, Water Research 47: 1-7

Projektinformationen

Projekttitel

WaterPlasma – Water decontamination technology for the removal of recalcitrant xenobiotic compounds based on atmospheric plasma technology

 

Laufzeit

Januar 2011 – Dezember 2012

 

Projektkoordinator

Ventilaqua - Tratamento de Águas e Efluentes Lda

Förderung

Wir danken der Europäischen Union für die Förderung des Forschungsprojekts »WaterPlasma – Water decontamination technology for the removal of recalcitrant xenobiotic compounds based on atmospheric plasma technology« im 7. Forschungsrahmenprogramm (FP7/2007-2013), Förderkennzeichen 262033.

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