Systemintegration

Prinzipiell ist bei der Aufbereitung von Prozesswasser zwischen der Abtrennung von Stoffen, etwa zur (Rück-)Gewinnung von Inhaltsstoffen, und dem Abbau von Schadstoffen zu unterscheiden. Somit ergibt sich in vielen Anwendungsfällen bereits aus diesem Umstand heraus, dass die Aufbereitung in mindestens zwei Prozessstufen erfolgen muss. Aber auch innerhalb einer Stufe, z. B. dem Stoffabbau, kann es notwendig sein, mehrere Teilprozesse vorzusehen.

Durch die zunehmend wichtige Notwendigkeit Ressourcen zu schonen, kommt der Abtrennung von Inhaltsstoffen, und hier einer werterhaltenden und insbesondere einer selektiven Abtrennung, eine steigende Bedeutung zu. Aufgrund der komplexen Zusammensetzung typischer industrieller Prozesswässer ist eine solche Stofftrennung in einem Schritt üblicherweise nicht möglich. Durch die Kombination und Integration verschiedener Verfahren erarbeiten wir effiziente, aufeinander abgestimmte Lösungen, die in Bezug auf Selektivität und Energieeffizienz in ihrer Gesamtwirkung als Prozesskette optimiert sind.

Wasseraufbereitung mit Mehrwert

Ein Alleinstellungsmerkmal des Fraunhofer IGB ist unsere Kompetenz zur Integration von Einzelprozessen oder -komponenten in Systemlösungen. Hierzu steht uns eine große Bandbreite am IGB etablierter Technologien zur Verfügung. Weitere spezielle Kompetenzen und Technologien können im Bedarfsfall über unsere Vernetzung mit anderen Forschungseinrichtungen und Industriepartnern bereitgestellt werden.

So werden beispielsweise Membranadsorber zur Konzentrierung von Schadstoffen aus Lösungen mit niedriger Schadstoffkonzentration eingesetzt, um die dann angereicherte Lösung anschließend energieeffizienter mit AOP-Technologien behandeln, bzw. den Schadstoff zerstören zu können. Für einen möglichst vollständigen, aber auch energetisch optimierten Abbau von Schadstoffen untersuchen wir ebenso die Kombination chemisch-physikalischer und biologischer Verfahren im Labor- und Technikumsmaßstab.

AOP-Systeme – Mehr als Hydroxylradikale

Unter oxidativer Wasseraufbereitung (AOP, Advanced Oxidation Processes oder AOT, Advanced Oxidation Technologies) werden Verfahren zur chemischen Aufbereitung zusammengefasst, bei denen hochreaktive Hydroxylradikale für die Oxidation schwer abbaubarer Wasserinhaltsstoffe genutzt werden. AOP-Verfahren werden immer dann eingesetzt, wenn ein biologischer Abbau nicht oder nicht effizient möglich ist, beispielsweise weil die Verunreinigungen persistente Substanzen beinhalten. Ferner sind AOP-Prozesse das Mittel der Wahl, wenn das Prozessabwasser toxisch auf die Mikroorganismen einer biologischen Reinigungsstufe wirkt oder äußerst diskontinuierlich anfällt. In vielen Fällen empfiehlt sich auch eine Verfahrenskombination mit einem reduktiven Teilabbau als energiegünstigste Variante. Die Möglichkeit, verschiedenste Kombinationsbehandlungen im Labor und Technikum des IGB zu testen, ist eines unserer Alleinstellungsmerkmale.

Bildung reaktiver Radikale ohne Chemikalien

Generell kann die Bildung der reaktiven Hydroxylradikale durch Dosierung von Oxidationsmitteln wie Ozon und Wasserstoffperoxid, aber auch durch Energieeintrag mittels Plasmatechnik, UV-Strahlung, Ultraschall oder elektrischem Strom sowie durch Kombination solcher Verfahren erreicht werden. Die Verfahren mit Wasserstoffperoxiddosierung (Fentonreaktion, UV/H2O2 und O3/H2O2) und Ozonbehandlung werden von uns als etablierte Referenzprozesse untersucht und auch optimiert. Bei den am IGB entwickelten elektrolytischen, photolytischen und plasmatechnologischen AOP-Verfahren werden die reaktiven Spezies direkt durch das Verfahren selbst erzeugt, sodass der Einsatz von Hilfsstoffen (Gase, Flüssigkeiten) und deren eventuelle Entsorgung entfällt.

Aufreinigungs- und Fraktioniersysteme

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Kombination adsorptiver und elektrophoretischer Verfahren und ihre Integration in Prozessketten. Die kapazitive Deionisierung lässt sich beispielsweise zur Vorkonzentration von Stoffen anwenden, welche später mittels Free-Flow-Elektrophorese (FFE) getrennt werden sollen. Ein weiteres Beispiel ist die selektive Abtrennung größerer Moleküle vor der Elektrodialyse mittels Elektro-Membranfiltration.