Projekt 19053/02

2. 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 hat 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 sollen Schadstoffe durch Singulett-Sauerstoff, eine energetisch angeregte Form des Sauerstoffs, oxidiert und in unschädliche Reaktionsprodukte umgewandelt werden. Der Singu-lett-Sauerstoff soll hierbei photokatalytisch durch Farbstoffe, sogenannte Photosensibilisatoren erzeugt werden. In einem ersten Schritt soll 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 soll im hier beantragten Forschungsvorhaben die Anwendung dieses Verfahrens auf andere Schadstoffe untersucht und die Entwicklung einer entsprechenden Reaktionstechnik unter praxisrelevanten Bedingungen entwickelt werden. Es sollen insbesondere phenol- und chlorphenol-haltige Abwasserteilströme unter praxisrelevanten Bedingungen untersucht werden, wie sei bspw. in der petrochemischen Industrie im Bereich der Abwasser- als auch der Abluftbehandlung anfallen. Diese Untersuchungen sollen erweitert werden, durch die Überprüfung der Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens auf Sulfide und Sulfonate, wie sie in weiten Bereichen
der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung, der Papierindustrie (als Ligninsulfonate) u.ä. zum Einsatz gelangen, die nach wie vor als Problemstoffe anzusehen sind.
Ein Teil dieses Forschungsvorhabens soll sich mit der Untersuchung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für den Einsatz einer derartigen Reaktortechnik beschäftigen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie bisher geleisteten Vorarbeiten genügen der prosys° GmbH als Lösungsansatz, um das photokatalytische Verfahren durch ergänzende Untersuchungen im Labor und durch ingenieurstechnischem Verständnis in den technischen Maßstab zu überführen. Dabei sind die Planungen der prosys° GmbH bereits so weit vorangeschritten, dass
- eine grundsätzliche Konzeption für einen, auf das Verfahren zugeschnittenen Reaktor bereits im Modell getestet wurde und damit
- die Konzeption einer Pilotanlage, deren Hauptbestandteil ein Reaktor darstellt, in Angriff genommen werden kann, womit
- ein Kostenrahmen für eine entsprechende Anlage abgesteckt und die Pilotanlage konzipiert und gebaut
werden kann. Das Verfahren kann somit umgehend in der Praxis zur Anwendung kommen.
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.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des ersten Teils bis zum vereinbarten Meilenstein nach acht Monaten (31.12.2003), in einem auf insgesamt 17 Monate beantragten Geasmtvorhaben, konnte eindrucksvoll bewiesen werden, dass die fotokatalytische 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 Fotokatalysators ist auch in solchen Abwässern weiterhin gegeben und führt zu einem Abbau der Schadstoffe.
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 das zweite Teilprojekt 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 fotokatalytischen Oxidation als che-misch-oxidativ arbeitendes Verfahren eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Alternative zu den gegenwärtig am Markt etablieren Verfahren der Wasser-/Abwasseraufbereitung ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

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 Ad-sorption an Aktivkohle zur in-situ Reinigung zum Einsatz zu bringen. Als ein Vorteil dabei wäre anzuse-hen, dass direkt vor Ort ein Abbau der Phenole als auch der PAK ermöglicht werden würde.


Fazit

Die bislang erzielten Erfolge entsprechen voll und ganz den zum Zeitpunkt der Projektbeantragung erwarteten Ergebnissen. Der beantragten Fortsetzung des Projektes kann daher mit Zuversicht auf ein Erfolg versprechendes Gesamtergebnis entgegengesehen werden.