Projekt 19053/01

1. Phase des Projektes: Entwicklung eines Verfahrens zur fotokatalytischen Aufbereitung industrieller phenol- bzw. chlorphenolhaltiger Abwasserteilströme

Projektdurchführung

ProSys GmbH
Wiener Str. 5
28359 Bremen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die prosys° GmbH hatte zum 31. März 2002 erfolgreich ein zwölf Monate dauerndes FuE-Verbundforschungsvorhaben mit dem Institut für Organische und Makromolekulare Chemie Universität Bremen (Prof. Wöhrle) abgeschlossen. Hierbei sollte ein Verfahren entwickeln werden, mit dessen Hilfe Tributhylzinnverbindungen (TBT) aus Abwasserteilströmen entfernt werden können. Mit Hilfe dieses Verfahrens sollten Schadstoffe durch Singulett-Sauerstoff, eine energetisch angeregte Form des Sauerstoffs, oxidiert und in unschädliche Reaktionsprodukte umgewandelt werden. Der Singulett-Sauerstoff sollte hierbei photokatalytisch durch Farbstoffe, so genannte Photosensibilisatoren erzeugt werden. In einem ersten Schritt sollte die Anwendbarkeit der Photooxidation von TBT-haltigen, wässrigen Lösungen im Labormaßstab unter verschiedenen Rahmenbedingungen und Einflussgrößen untersucht werden.
Aufgrund der bislang gewonnenen Erkenntnisse aus diesem FuE-Pilotprojekt und der diesem Projekt zugrunde liegenden Literatur sollte im DBU-Forschungsvorhaben die Anwendung des Verfahrens auf andere Schadstoffe untersucht und die Entwicklung einer entsprechenden Reaktionstechnik unter praxisrelevanten Bedingungen vorgenommen werden. Es sollten insbesondere phenol- und chlorphenolhaltige Abwasserteilströme unter praxisrelevanten Bedingungen untersucht werden, wie sie beispielsweise in der petrochemischen Industrie im Bereich der Abwasser- als auch der Abluftbehandlung anfallen. Des Weiteren sollte eine Überprüfung der Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens auf Sulfide und Sulfonate stattfinden, die nach wie vor als Problemstoffe anzusehen sind und die in weiten Bereichen der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung, der Papierindustrie (als Ligninsulfonate) u.ä. zum Einsatz gelangen. Ein Teil des Forschungsvorhabens sollte sich mit der Untersuchung der wirtschaftlichen Rahmenbedigungen für den Einsatz einer derartigen Reaktortechnik beschäftigen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie prosys° GmbH ging davon aus, dass die bisher geleisteten Vorversuche ausreichten, um das photokatalytische Verfahren durch ergänzende Untersuchungen im Labor und durch ingenieurtechnisches Verständnis in den halb-/ technischen Maßstab zu überführen. Eine grundsätzliche Konzeption für einen auf das Verfahren zugeschnittenen Reaktor war von der prosys° GmbH bereits im Modell getestet worden. Damit konnte die Konzeption einer Pilotanlage, deren Hauptbestandteil ein Reaktor darstellt, in Angriff genommen werden. Ein erster Kostenrahmen für eine entsprechende Anlage konnte abgesteckt und die Pilotanlage konzipiert und gebaut werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die erste Phase des Projektes bezog sich auf einen 1. Meilenstein, der die Anwendbarkeit der Photooxidation von phenol- und chlorphenolhaltigen wässrigen Lösungen im Labormaßstab beinhaltete. Im Rahmen der Laborversuche konnte bewiesen werden, dass die photokatalytische Oxidation nicht nur auf verschiedene Phenole in Gemischen, sondern auch auf andere Schadstoffklassen wie PAK oder Pestizide anwendbar ist. Auch konnte gezeigt werden, dass Störfaktoren wie eine hohe Ionenstärke oder ein hoher pH-Wert nicht zu einer Unterbindung der Reaktion führen. Die Aktivität des Photokatalysators ist auch in solchen Abwässern weiterhin gegeben und führt zu einem Abbau der Schadstoffe. n.

Allerdings zeigte das erste Teilprojekt auch Grenzen auf. So kann nicht jedes beliebige Abwasser gereinigt werden, da Singulett-Sauerstoff bei bestimmten Schadstoffen eine nicht ausreichende Oxidationskraft besitzt und auch eine Veränderung von Reaktionsbedingungen nicht den erhofften Erfolg liefern.

Die Reaktionsführung für kontinuierlich ablaufende Versuche gilt nach diesem Teilprojekt als gelöst. Fragen stellen sich noch insbesondere zu den einzustellenden Verweilzeiten, die vor allem von der gewählten Lichtquelle abhängen. Allerdings prognostiziert der Einsatz der speziellen Leuchtstoffröhren erste Lösungsansätze, die vor allem aus betriebswirtschaftlichen Gründen Sinn machen..

Für die zweite Phase des Projektes ist vorgesehen, die bereits angelaufenen Versuche mit dem kontinuierlich arbeitenden Reaktor auszuweiten, um eindeutige Aussagen über einzustellende Verweilzeiten treffen zu können. Dies betrifft in erster Linie die vorliegenden technischen Abwässer, aber auch das phenol- und PAK-kontaminierte Grundwasser, welches im Rahmen des ersten Teilprojektes noch nicht untersucht werden konnte. Dazu kann bereits zum jetzigen Zeitpunkt mit der Aufstellung einer Pilotanlage begonnen werden, womit ein Vor-Ort-Testlauf unter Beweis stellen soll, dass die Methode der photokatalytischen Oxidation als chemisch-oxidativ arbeitendes Verfahren eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Alternative zu den gegenwärtig am Markt etablieren Verfahren der Wasser-/ Abwasseraufbereitung ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Zur Zeit laufen seitens der prosys° GmbH Bemühungen, geeignete Betriebe für die Aufstellung von insgesamt drei Pilotanlagen zu finden, um eine zeitlich ausreichende als auch inhaltliche repräsentative Versuchsphase unterschiedlicher Anwendungsgebiete durchführen zu können. Dabei ist in Planung, Betriebe aus den Bereichen der Mineralöl verarbeitenden Industrie (Antioxidantien), der Farbstoffindustrie, der Kunststoffindustrie als auch der papierverarbeitende Industrie zu gewinnen, die phenol- und chlorphenolhaltige Abwässer unterschiedlicher Zusammensetzungen und Konzentrationen produzieren.

Bislang wurden von der prosys° GmbH unterschiedliche Firmen als auch Vertreter aus Behörden im Land Bremen und Niedersachsen angesprochen, um Ihnen die Vorteile des hier entwickelten Verfahrens zu präsentieren. Konkretisiert werden konnte dabei ein möglicher Einsatz des Verfahrens im Zuge einer Bodensanierungsmaßnahme in Bremen. Es ist geplant das Verfahren im Bypass zur herkömmlichen Adsorption an Aktivkohle zur in-situ Reinigung zum Einsatz zu bringen. Als ein Vorteil dabei wäre anzusehen, dass direkt vor Ort ein Abbau der Phenole als auch der PAK ermöglicht werden würde.


Fazit

Die im Rahmen des ersten Meilensteins erzielten guten Ergebnisse entsprechen voll und ganz den zum Zeitpunkt der Projektbeantragung erwarteten Ergebnissen. Im Hinblick auf die Fortführung des Projektes in einer zweiten Phase wird derzeit von einem erfolgreichen Gesamtergebnis des neuartigen Verfahrens ausgegangen