Projekt 05136/01

Entwicklung der Grundlagen für ein Verfahren zur naßkatalytischen Umsetzung halogenierter Kohlenwasserstoffe in Abwässern

Projektdurchführung

Martin-Luther-Universität Halle-WittenbergInstitut für Mechanische Verfahrenstechnikund Umweltschutztechnik
Geusaer Str.
06217 Merseburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Herstellung und Überprüfung der Wirksamkeit von Festkörperkatalysatoren zur naßoxidativen Umsetzung von persistenten, insbesondere chlorierten organischen Wasserschadstoffen. Ziel des Projektes war die Entwicklung der Grundlagen für ein Verfahren zur Abwasserreinigung, welches im Vergleich zum Stand der Technik sowohl aus ökologischer als auch aus ökonomischer Sicht günstiger ist.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Herstellung bzw. die Auswahl der Katalysatoren erfolgte auf der Grundlage des entwickelten NFP-Konzeptes. Es wurden auf silicatische Festkörper (Zeolithe und röntgenamorphe Alumosilicate) postsynthetisch Schwermetallverbindungen (insbesondere Eisenverbindungen) aufgebracht und anschließend z.T. durch eine thermische Behandlung modifiziert. Weiterhin wurden Aktivkohlen, die anorganische Verunreinigungen enthalten, verwendet. Die Austestung erfolgte in Batch-Versuchen und bei einigen ausgewählten Katalysatoren in einer kontinuierlich arbeitenden Apparatur. Verwendet wurde ein Modellabwasser (Komponente: p-Chlorphenol) und ein Realabwasser (kontaminiertes Grundwasser). Die Elimination der Schadstoffe wurde analytisch durch die Bestimmung der TOC-Konzentration, der gebildeten Cl-Menge und der Konzentration der Einzelkomponenten (HPLC und GC) verfolgt.


Ergebnisse und Diskussion

Es konnte nachgewiesen werden, daß es prinzipiell möglich ist, die naßoxidative Umsetzung von organischen Wasserschadstoffen auf eine Festkörperoberfläche zu verlagern. Die daraus im Vergleich zu Verfahren entsprechend dem Stand der Technik zu erwartenden Vorteile, wie z.B. höhere Reaktionsgeschwindigkeiten bei geringen Restkonzentrationen an Schadstoffen und geringeren Verbräuche an Oxidationsmittel (H2O2) konnten bestätigt werden. Katalysatoren auf der Grundlage einer silicatischen Matrix und Eisenverbindungen als Aktivkomponente bewirken einerseits hinreichende Umsetzungsgeschwindigkeiten, neigen aber andererseits unter bestimmten Prozeßbedingungen zu einer schnellen Deaktivierung. Diese wird im wesentlichen durch eine Rücklösung der Aktivkomponente (Fe3+-Ionen) verursacht. Eine Deaktivierung des Katalysators kann weitestgehend vermieden werden, wenn im Reaktionsmilieu relativ geringe Konzentrationen an Fe3+-Ionen vorliegen (im realen Abwasser im Regelfall gegeben). Eine stärkere Fixierung der Aktivkomponente kann weiterhin durch die Art der postsynthetischen Fixierung der Fe3+-Ionen und durch eine thermische Nachbehandlung der Festkörper erreicht werden.
Aktivkohle zeigt einerseits eine hohe katalytische Aktivität und andererseits eine im Vergleich zu silicatischen Katalysatoren höhere Stabilität. Im Untersuchungszeitraum konnten bei der eingesetzten Aktivkohle keine Desaktivierungserscheinungen festgestellt werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnte aber die Ursache für die katalytisch aktivierte Bildung von Radikalen aus H2O2 nicht aufgeklärt werden. Wahrscheinlich wird dies sowohl durch anorganische Verunreinigungen in dieser (z.B. Eisenoxide) als auch durch funktionelle Gruppen an der Oberfläche bewirkt.
Die entwickelte und experimentell überprüfte Technologie zur Elimination von chlorierten Kohlenwasserstoffen aus Abwässern ist aus betriebswirtschaftlicher Sicht insbesondere dann von Vorteil, wenn auf eine Totaloxidation aller Schadstoffe verzichtet und eine Detoxifikation angestrebt wird. Die entstehenden Reaktionsprodukte können in einer nachfolgenden biologischen Behandlungsstufe kostengünstig abgetrennt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die im Rahmen des Forschungsvorhabens erzielten Ergebnisse wurden bzw. werden auf folgenden Tagungen vorgestellt:
1. Poster auf der 7. Deutschen Zeolithtagung in Konstanz 1995: Metal oxides supported zeolites as wet oxidation catalysis for halohydrocarbons
2. Vortrag auf der Tagung Produktionsintegrierter Umweltschutz in Bremen 1995: Untersuchungen zur katalytischen Naßoxidation toxischer Abwasserinhaltsstoffe
3. Poster auf der 8. Deutschen Zeolith-Tagung in Friedrichroda 1996: Das NFP-Konzept als Grundlage für die Entwicklung von Katalysatoren für die Elimination von CKW aus Abwässern
4. Poster auf der 8. Deutschen Zeolith-Tagung in Friedrichroda 1996: Heterogene Katalysatoren in der Abwasserbehandlung - Forderungen des Verfahrenstechnischers an den Chemiker
5. Poster auf der Tagung Produktionsintegrierter Umweltschutz in Bremen 9/1996: Einsatz heterogener Katalysatoren bei der Naßoxidation von chlorierten Kohlenwasserstoffen in Abwässern


Fazit

Die im Rahmen des Forschungsprojektes erzielten Ergebnisse belegen, daß eine heterogen katalysierte Naßoxidation sowohl aus ökologischer als auch aus ökonomischer Sicht eine erfolgversprechende Alternative zu Verfahren entsprechend dem Stand der Technik darstellen kann. Abschließende und gesicherte Aussagen zur Leistungsfähigkeit und Praxisrelevanz dieser technologischen Lösung müssen im Rahmen von Untersuchungen im Pilotmaßstab erarbeitet werden.