Advanced Oxidation Processes (AOP)

Oxidative Verfahren bieten effektive und nachhaltige Lösungsansätze für die Wasseraufbereitung. Unter oxidativer Wasseraufbereitung (engl. Advanced Oxidation Processes, AOP), häufig auch erweiterte Oxidation genannt, werden Verfahren zur chemischen Aufbereitung zusammengefasst, bei denen Hydroxyl-Radikale gebildet werden. Diese sind hochreaktiv und reagieren auch mit chemisch oder biologisch schwer abbaubaren organischen Substanzen. Die Bildung von Hydroxyl-Radikalen kann durch Dosierung oxidativer Stoffe wie Ozon oder Wasserstoffperoxid, durch Energieeintrag mittels UV-Strahlung, Ultraschall oder elektrischen Stroms sowie durch Kombination solcher Verfahren erreicht werden.

Vorteile und Einsatzgebiete

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.

 

Anwendungsbeispiel: Quantifizierung des Methylenblau-Abbaus

Ein Problem im Bereich der oxidativen Abwasseraufbereitung ist die Bildung von Abbau- und Nebenprodukten, die teilweise ein erhebliches Gefahrenpotenzial haben oder nicht hinreichend toxikologisch bewertet sind. Durch die Auswahl geeigneter Prozessparameter kann jedoch in nahezu allen Fällen die Bildung toxischer Nebenprodukte vermieden werden. Um die Reaktionsmechanismen und Abbauprodukte unterschiedlicher AOP-Methoden in der AOP-Forschungsanlage zu quantifizieren, wurden Versuche mit der Modellsubstanz Methylenblau (C16H18Cl N3S) durchgeführt. Neben der Entfärbung (Messung bei 664 nm) wurde die Nebenproduktbildung über HPLC, gekoppelt mit UV- und Massenspektrometrie verfolgt. Im Vergleich von anodischer Oxidation, Ozonbehandlung und UV-Behandlung stellte sich die Ozonbehandlung als beste Behandlungsmethode dieses Modellwassers dar.

Anwendungsbeispiel: 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.

Anwendungsbeispiel: Reduktion der biologischen Kontamination von Kühlschmierstoffen mit Ultraschall/Ozon

In verschiedenen Projekten haben wir die Verlängerung der Standzeit von Kühlschmierstoffen ohne toxische Chemikalien und die Verbesserung ihrer Qualität anvisiert. Hierzu wurden neue physikalische Technologien wie fokussierte Ultraschallkavitation, die Anwendung gepulster elektrischer und elektromagnetischer Felder sowie sonochemische und nassoxidative Verfahren untersucht.

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Ihre Herausforderungen

  • Benötigte Wasserverbrennung ist zu teuer
  • Teure Gebühren für das Einleiten persistenter Stoffe
  • Test der Machbarkeit von AOP
  • Evaluation des besten spezifischen AOP
  • Hohe Leistungsfähigkeit von AOP benötigt
  • Prozesswasser beinhaltet persistente Stoffe
  • Etablierte Prozesse bedürfen eines hohen Einsatzes von Chemikalien, sind giftig und gefährlich

 

Unsere Entwicklung

 

  • Preiswerte Alternativen/Kostensenkung
  • Kundenspezifische AOP-Performanz
  • Lösungen für persistente Stoffe
  • Chemikalienfreie, ungiftige, ungefährliche Prozesse und Systeme

 

Ihre Vorteile

 

  • Konstruktion auf Basis wissenschaftlichen Know-hows
  • Umfassendes Technologie-Portfolio
  • Industrierelevante Eigendaten und Testsysteme
  • Interdisziplinäres Team mit umfassender Erfahrung in der Prozess-/System-Entwicklung
  • Modular kombinierbare Technologien sowie exklusive Technologien
  • Angewandte Elektrochemie mit industrierelevanter Umsetzung
  • One-Stop-Shop

Unsere Leistungen

  • Informationsbasis für Beratungen
  • Entscheidungsunterstützung und Handlungsempfehlung
  • Parameter für Konstruktionen
  • Performanz-Daten für Auslegungen
  • Technologietransfer und Systementwicklung

Gerne erstellen wir Ihnen ein individuelles Angebot.

Kombination und Integration oxidativer und elektrolytischer Verfahren

EpF-Reaktor

Kontinuierlich arbeitender EpF-Reaktor zur Behandlung von bis 5m 3h Prozessabwasser.

Oxidative und adsorptive Verfahren und die elektrophysikalische Fällung (EpF) können je nach Aufgabenstellung kombiniert werden. Dadurch können Ergebnisse erzielt werden, die über die Summe der Einzelprozesse hinausgehen. Ein 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.

Referenzprojekte

demEAUmed – Demonstration integrierter Technologien für sichere geschlossene Wasserkreislaufsysteme in touristischen Einrichtungen im Mittelmeerraum

Laufzeit: Januar 2014 – Juni 2017

Das Projekt demEAUmed beschäftigt sich mit innovativen Ideen für einen optimalen und sicheren geschlossenen Wasserkreislauf im Euro-mediteranen Touristeneinrichtungen. Ziel ist die Reduzierung des Frischwasserverbrauchs in Hoteleinrichtungen, Grün- und Erholungsanlagen, durch alternative Wasserquellen wie behandeltes Grundwasser, Regenwasser sowie Wiederaufbereitung von Schmutzwasser.

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OxFloc – Integrierte Wasseraufbereitung über ein einstufiges oxidativ-adsorptives Verfahren

Laufzeit:September 2013 – Dezember 2015

Das EU-Projekt OxFloc beschäftigt sich mit der Wasseraufbereitung, wobei hier in einem integrierten Ansatz über ein einstufiges oxidativ-adsorptives Verfahren gefährliche Substanzen abgebaut und entfernt werden sollen. Dadurch sollen in Zukunft nicht nur Betriebskosten der Abwasseraufbereitung gesenkt, sondern ein weitreichender Nutzen für die Umwelt erzielt werden.

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RAZone – Entwicklung einer nachhaltigen und kostengünstigen Technologie zum Management der Wasserqualität in Aquakulturen

Laufzeit: Dezember 2012 – November 2014

Im EU-Projekt RAZone möchten wir die Produktivität von Aquakulturen verbessern sowie Risiken, die mit der Anwendung von Ozon bei der Aufbereitung von im Kreislauf geführtem Wasser verbunden sind, minimieren.

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NAWADES – Wasserentsalzung mit Nanotechnologie

Laufzeit: Oktober 2012 – September 2016

Ziel des von der EU geförderten Projekts NAWADES ist die Erforschung, Auslegung, Herstellung und Erprobung eines neuen Konzepts zur Meerwasserentsalzung mit Membranen.

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ECOWAMA – Ökologisch effizientes Wassermanagement in der Fertigungsindustrie

Laufzeit: Oktober 2012 – September 2016

In dem von der EU geförderten Projekt ECOWAMA »ECO-efficient management of water in the manufacturing industry« entwickelt ein Projektkonsortium mit Partnern aus Forschung und Industrie unter der Leitung des Fraunhofer IGB ein effizientes und kostengünstiges Verfahren zur elektrochemischen Behandlung dieser Abwässer mit dem Ziel der Rückgewinnung der Wertstoffe und deren Wiederverwendung im Produktionsprozess.

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REWAGEN – Abwasserreinigung mit Wasserstoff- und Energierückgewinnung in der Molkereiindustrie

Laufzeit: Juni 2012 – Mai 2016

Im EU-Projekt REWAGEN »Electrochemical WAter treatment system in the dairy industry with hydroGEN REcovery and electricity production« entwickelt ein europäisches Projektkonsortium mit Partnern aus Forschung und Industrie unter der Leitung des Fraunhofer IGB ein mehrstufiges Verfahren zur effizienten elektrochemischen Behandlung von Prozess- und Abwässern aus der milchverarbeitenden Industrie.

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ConductMem – Leitfähige Membran als oxidative Oberfläche zur Vermeidung von Biofilmen und Ablagerungen

Laufzeit: November 2011 – Oktober 2013

Das EU-Projekt ConductMem zielt auf die Entwicklung eines Systems, in dem die Ausbildung eines Biofilms durch keimtötende oxidative Substanzen dauerhaft vermieden wird. Die oxidativen Substanzen sollen dabei von der Filtermembran selbst elektrolytisch erzeugt werden.

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Cleanleachate – Aufbereitung von Deponiesickerwasser

Laufzeit: Dezember 2010 – November 2011

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.

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Flächige UV-Lichtquelle zur Entkeimung von Wasser

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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ADOXPOL – Industrielle Abwasserreinigung mit Ozon

Laufzeit: September 2005 – März 2008

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.

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