Wasserreinigung mit Plasmen

Ihre Herausforderung

Schwer abbaubare Substanzen, beispielsweise Medikamentenrückstände, Pestizide, Herbizide sowie Chemikalien in Industrieabwässern können in der sogenannten vierten Reinigungsstufe über erweiterte Oxidationsprozesse (Advanced Oxidation Processes, AOP) mit oxidierenden Substanzen wie Ozon und Wasserstoffperoxid sowie UV-Bestrahlung entfernt werden. Diese Reinigungsverfahren benötigen jedoch zumeist chemische Zusätze, die als Gefahrstoff gelten, passend dosiert werden müssen und fachgerecht zu entsorgen sind.

Unser Lösungsansatz

Der Einsatz von Plasmaverfahren, die auch zu den AOP (advanced oxidation processes) zählen, kann eine umweltschonende und kostengünstige Alternative darstellen. In einem Plasma werden durch Anlegen einer elektrischen Spannung aus der umgebenden Luft und dem Luftsauerstoff Ionen, hochreaktive kurzlebige Radikale und kurzwellige Strahlung gebildet, die die Abwasserinhaltsstoffe abbauen.

Vorteile des Plasmaverfahrens

Damit entfällt der Einsatz von zusätzlichen Chemikalien und deren Entsorgung, da die Reaktivteilchen erst während der Entladung erzeugt werden und aufgrund ihrer hohen Reaktivität schnell mit den wassergelösten Schadstoffen abreagieren. Da keine Barriere zwischen Plasma und dem zu reinigenden Medium besteht, ist das Verfahren nahezu wartungsfrei und zeichnet sich durch eine hohe Standzeit aus.  

Ergebnisse

Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts »WaterPlasma« konnte in Kooperation mit verschiedenen Partnern gezeigt werden, dass Schadstoffe wie Atrazin, Lindan, 2,4-Dibromphenol und Chlorfenvinfos (Pestizid) sowie Cyanide sehr schnell und effektiv in einem offenen Plasmareaktor abgebaut werden.

Im Rahmen des BMBF-Vorhabens »WasserPlasmax« wurde der Abbau von perfluorierten Tensiden (PFAS) sowie verschiedenen Pharmaka wie Carbamazepin und Dicophenac an Laborproben mit unterschiedlichen Reaktorsystemen gezeigt.

Im Projekt »AtWaPlas« wurde der Abbau von poly- und perfluorierten Chemikalien (PFAS) aus realem Grund-, Sicker- und Waschwasser mit einem Atmosphären-Wasserplasma analysiert. Durch die Bildung von kurzlebigen Spezies mit hoher Energie und zahlreichen OH-Radikalen im Plasma ist es möglich, die stabilen C-F-Verbindungen der PFAS aufzubrechen. Mit unserer Technikumsanlage (TRL 5) haben wir die Wasserreinigung mittels Plasmabehandlung an realen Wasserproben untersucht und dabei sehr gute Abreinigungsergebnisse bei einer hohen Energieeffizienz im Plasmaprozess von bis zu 15 mg/kWh für PFAS-haltige Wasserproben erzielt.

Anwendungen

Der Einsatz von Plasmaverfahren ist für den Abbau von Pharmarückständen, Zyaniden, Pestiziden, PFAS usw. geeignet. Auch Mikroorganismen können mit Plasmaverfahren abgetötet werden. Die Plasmaverfahren können so gezielt auf die Trinkwasseraufbereitung, die Prozesswasserreinigung, die Behandlung von Ballastwasser usw. angepasst werden.

Auf internationaler Ebene, besonders in Asien und den USA, zielen viele Forschungsaktivitäten der Wasserbehandlung auf Anwendungen in der Landwirtschaft ab.

• Untersuchung des Schadstoffabbaus mit verschiedenen Plasmaprozessen im Labormaßstab
• Bestimmung der Abbaueffizienz
• Charakterisierung von Abbauprodukten
• Skalierung der Prozesse

Diese Arbeiten führen wir gerne im Kundenauftrag oder im Rahmen von Förderprojekten durch.

Zusammenarbeit

Für die Weiterentwicklung des Verfahrens zur Entfernung von PFAS aus Grund-, Sicker- und Waschwasser sind wir an einer Zusammenarbeit mit betroffenen Akteuren interessiert, um die Plasmaprozessparameter für den jeweiligen Problemfall hinsichtlich des Reinigungsergebnisses zu optimieren. Ziel ist eine Demonstrationsanlage, die sich für den dezentralen Einsatz im Freifeld unter realen Randbedingungen eignet.