Reaktionstechnik Wasser

Die Belastung von Wasser mit neuen Schadstoffen nimmt kontinuierlich zu. Mit dem Stand der Technik können vieler dieser Emerging Pollutants nicht oder nur marginal entfernt werden. Zum Schutz von Mensch und Natur werden daher neue Verfahren benötigt, um alle Schadstoffe sicher und kostengünstig auch in Zukunft entfernen zu können.

Das Fraunhofer IKTS nutzt innovative AOP-Verfahren (Advanced Oxidation Processes) wie Kavitationsverfahren für Anwendungen in der Wasserwirtschaft. Im Fokus stehen dabei die Entfernung von Mikroschadstoffen (z. B. Rückstände von Arzneimitteln und Industriechemikalien) sowie die kontinuierliche Erfassung von Summenparametern zur Bestimmung der Wasserqualität, was mit bestehenden Technologien bisher nicht realisierbar ist. Ziel ist es, gegenüber dem Stand der Technik deutlich effektivere und energieeffizientere Ansätze zur Abwasseraufbereitung zu entwickeln. So soll es gelingen, möglichst alle organischen Mikroschadstoffe zu entfernen und dabei nur die Hälfte der bisher verwendeten Energie aufzubringen. AOP-Verfahren können zur Aufbereitung von Prozesswässern in der Chemie-, Papier-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie vorteilhaft eingesetzt werden.  

Das Fraunhofer IKTS koppelt diverse Verfahren der hydrodynamischen, akustischen und sub/stabilen Kavitation und kombiniert diese gezielt mit Adsorptions- und Membranverfahren. Dabei entstehen völlig neue Verfahren und Reaktoren zur Abwasseraufbereitung, die über spezifische Wechselwirkungen Synergieeffekte freisetzen und modulierbar sind, d. h. an unterschiedliche Schadstoffaufkommen und Volumenströme im Prozess anpassbar. Neben der Entwicklung und Optimierung entsprechender Reaktordesigns werden Aspekte wie Maßstabvergrößerung und Steuerung bearbeitet sowie entsprechende technisch-ökonomische Analysen durchgeführt. Weiterhin werden mit Ansätzen des maschinellen Lernens prädiktive Modelle erprobt. Damit lassen sich die Geschwindigkeit und Vollständigkeit der Entfernung auch für unbekannte, nicht untersuchte Mikroschadstoffe vorhersagen sowie Anlagen in-silico-basiert auslegen.

Kavitationsassistierte Verfahren können auch zur Aufbereitung von Prozesswässern in anderen Branchen wie der Chemie-, Papier-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie vorteilhaft eingesetzt werden. Zudem lassen sich die neu entwickelten Reaktorprinzipien auf andere Sensoranwendungen übertragen und die hervorragenden analytischen Methoden beispielsweise in der Medizin nutzen.

Das Fraunhofer IKTS beschäftigt sich darüber hinaus mit der Detektion und Quantifizierung von Transformationsprodukten, die bei oxidativen und reduktiven Aufbereitungsverfahren über verschiedene Pfade und mehrere Zwischenschritte entstehen. Die Zusammensetzung und zeitliche Entwicklung der Konzentrationen dieser Verbindungen ist sowohl für die Ökotoxizität als auch Auslegung entsprechender Verfahren von Bedeutung.

Leistungsangebot
 

• Analytik von Mikroschadstoffen (Arzneimittel, Industriechemikalien, Pestizide etc.)
• Analytik reaktiver Spezies (reaktive Sauerstoffspezies, Radikale)
• Kavitationsverfahren (Kavitationsanalyse, Simulation, Reaktorentwicklung, Steuerung) für die effiziente Abwasseraufbereitung, z. B. von kommunalen Abwässern oder Prozesswässern der Chemie-, Papier-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie
• Entwicklung kundenspezifischer keramischer (schaltbarer) Adsorber
• Simulations-unterstützte Auslegung von kundenspezifischen Reaktorkonzepten
• Entwicklung kundenspezifischer Wasserbehandlungsverfahren
• Modelle zur Vorhersage der Geschwindigkeit und Vollständigkeit der Entfernung von Mikroschadstoffen
• Detektion und Quantifizierung von Transformationsprodukten

Technische Ausstattung
 

• (U)HPLC mit verschiedenen Detektoren zur Mikroschadstoff-Analytik in Wasser
• ESR-Spektrometrie zur Bestimmung reaktiver Spezies (ROS, OH-Radikale)
• Teststände für verschiedene AOP-Prozess und Kombinationen
• Chemische Labore zur Entwicklung keramischer Adsorber
• Teststände für keramische Adsorber
• Simulation (Reaktoren, Kavitation)