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.

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.