Elektrophysikalische Fällung und Koagulation mit Opferanoden

Ein innovatives am Fraunhofer IGB etabliertes Verfahren ist die elektrophysikalische 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.

 

Anwendungsbeispiel: Emulsionsspaltung

Besonders geeignet ist das EpF-Verfahren auch für die Spaltung stabiler Emulsionen, beispielsweise Bohr- und Schneidölemulsionen oder Abwässer aus Waschprozessen, die sonst häufig durch Zusatz von Spaltchemikalien erfolgt. Die Emulsionstrennung durch den Einsatz von Membranen, insbesondere durch Ultrafiltration, liefert zwar ein wiederverwendbares Permeat, ist aber teuer in Anschaffung und Betrieb. Thermische Verfahren, bei denen die Wasserphase verdampft und die Ölphase zurückbleibt, sind sehr energieintensiv. Für die Feststoffabscheidung aus Suspensionen werden Metallsalze wie FeCl3 oder organische Polymere eingesetzt. Diese bewirken eine starke Aufsalzung des Wassers. Polymere müssen exakt dosiert werden, da sie bei Überdosierung als Emulgatoren wirken. Die elektrophysikalische Fällung ist ein alternatives innovatives Verfahren zur Spaltung stabiler Emulsionen und Suspensionen, bei dem vollständig auf die Zugabe von Chemikalien verzichtet werden kann.

 

 

Ihre Herausforderungen

  • Hohe Kosten für Transport und Logistik von zusätzlich teuren Chemikalien für die Verwendung als Fällungsmittel/-zusätze
  • Hohe Kosten für platzintensive Systeme bzw. Lagerung
  • Test der Machbarkeit von EpF
  • Intermittierender Betrieb notwendig
  • Prozesswasser beinhaltet schwer präzipitierende Stoffe
  • Konventionelle Fällungsprozesse weisen eine schlechte Leistung/Effizienz auf
  • Etablierte Prozesse bedürfen eines hohen Einsatzes von Chemikalien, sind giftig oder gefährlich

Unsere Entwicklung

Die elektrophysikalische 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.

  • Preiswerte Alternative/Kostensenkung
  • Kundenspezifischer, adaptiver, On-site-Prozess kann intermittierend betrieben werden
  • Lösungen für schwer präzipitierende Stoffe wie Kolloide und Nanopartikel
  • Chemikalienfreie, ungiftige, ungefährliche Prozesse und Systeme
Elektrolytisch generiertes Eisenhydroxid

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

Ihre Vorteile

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.

  • Konstruktion auf Basis wissenschaftlichen Know-hows
  • Umfassendes Technologie-Portfolio
  • Industrierelevante Eigendaten und Testsysteme
  • Interdisziplinäres Team mit umfassender Erfahrung in der Prozess-/Systementwicklung
  • 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.

Referenzprojekte

SENSOFLOC – Sensor- und Regelungsentwicklung zur vollständig automatisierten Flockenbettkontrolle in der Prozesswasseraufbereitung

Laufzeit: Juli 2017 – Juni 2019

In dem vom BMWi geförderten Projekt SENSOFLOC entwickelt das Fraunhofer IGB in Zusammenarbeit mit einem Partner aus der Industrie Sensor und Regelsystem, um das Flockenbett, das sich während der elektrophysikalischen Fällung (EpF) von Prozesswasser bildet, automatisiert kontrollieren zu können. Dies ermöglicht, das EpF-Verfahren industriell zu nutzen und fein dispergierte oder auch gelöste Stoffe ohne zusätzliche Zugabe von Chemikalien abzutrennen.

Halbierung der Aufbereitungskosten für Papierabwasser

Industrieprojekt

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 elektrophysikalischen 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

Industrieprojekt

In einer Machbarkeitsstudie für einen Flugzeughersteller konnten wir Farbabwasser aus den Lackieranlagen mittels elektrophysikalischer 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.

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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Nanofloc – Elektroagglomeration und Abtrennung von synthetischen Nanopartikeln aus Prozess- und Abwässern der Oberflächenbeschichtung

Laufzeit: Januar 2013 – Dezember 2014

Die schnelle Markteinführung von Produkten mit synthetischen Nanopartikeln (ENP, Engineered Nanoparticles), unter anderem bei der Farben- und Lackindustrie, hat Bedenken über deren Auswirkungen auf die Gesundheit und Umwelt aufkommen lassen. Die Wissenschaftler vom EU-Projekt »NANOFLOC« entwickeln eine Technologie, die Nanopartikel mit Hilfe der Elektroagglomeration vergleichsweise kostengünstig entfernt.

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OilEClear – Kompakte und vollautomatische Aufbereitungsanlage auf Basis der Elektrokoagulation zur Abtrennung von emulgiertem Öl aus Abwässern von Schiffen und Bohrinseln

Laufzeit: November 2012 – November 2014

Im EU-Projekt OilEClear haben wir das Ziel, auf Basis der Elektrokoagulation eine zuverlässige, kompakte und vollautomatische Aufbereitungsanlage zur Abtrennung von emulgierten Öl aus Bilgenwasser (Schiffe) und aus Abwässern aus Bohrninseln zu entwickeln.

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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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