Ob Steak oder Käse, Karosserieblech oder Kolben, Farben oder Papier: Für den Herstellungsprozess von Lebensmitteln, Metallteilen und Chemikalien sowie die Reinigung von Produktionsanlagen wird Wasser benötigt. Ein Teil dieses Prozesswassers wird dabei mit organischen Verbindungen verunreinigt, die in den kommunalen Kläranlagen nicht oder nur schwer abgebaut werden. In diesen Fällen müssen die Abwässer bereits vor der Einleitung in das Kanalnetz behandelt werden. Derzeitige Verfahren stoßen an ihre Grenzen: Denn gelöste Verunreinigungen können nicht durch Filtration entfernt werden. Membranverfahren konzentrieren die Schadstoffe, bauen sie aber nicht ab und thermische Verfahren verbrauchen generell viel Energie.

Eine Lösung, mit der organische Schadstoffe oxidativ – ohne den Einsatz von Chemikalien – aus dem Wasser entfernt werden, haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in dem von der Europäischen Union geförderten Projekt »Light4CleanWater« entwickelt. In Zusammenarbeit mit ihren Partnern haben sie eine Demonstrationsanlage gebaut, welche die oxidative Behandlung mittels UV-Licht mit einer Echtzeit-Messung des gesamten organisch gebundenen Kohlenstoffs (total organic carbon, TOC) als Maß für den Reinigungserfolg und einer vollautomatischen Steuerung kombiniert.

Im Reaktionstank der Anlage strahlt wahlweise eine Mitteldruck- oder ein Vakuum-UV-Lampe energiereiches UV-Licht in das Abwasser. Treffen für das Auge unsichtbare, sehr energiereiche Strahlen von nur 172 Nanometer Wellenlänge auf Wassermoleküle, werden aus diesen hochreaktive Hydroxylradikale abgespalten. In einer Kettenreaktion lösen diese die Bildung weiterer Radikale aus. »Treffen diese Radikale auf organische Schadstoffe, werden sie in kleinere, biologisch abbaubare Verbindungen wie kurzkettige organische Säuren zerlegt« erläutert Verfahrensingenieurin Christiane Chaumette die Wirkung der UV-Strahlung.

Um sicherzustellen, dass nur sauberes Wasser die Anlage verlässt, wird während der UV-Behandlung kontinuierlich eine Probe aus dem Reaktionstank gezogen und auf den Gehalt an organischem Kohlenstoff (TOC) analysiert. Ist der zuvor eingestellte Grenzwert erreicht, wird das gereinigte Abwasser automatisch heraus- und weiteres verunreinigtes Wasser in den Reaktionstank hineingepumpt. »100 Liter Abwasser pro Stunde kann der Laborprototyp auf diese Weise behandeln. Im Praxistest wurde der Farbstoff Methylenblau innerhalb nur weniger Minuten vollständig entfernt. Und selbst bei hoch belastetem Abwasser aus der Papierherstellung konnten wir den TOC auf den erforderlichen Grenzwert reduzieren«, so Chaumette.

Der Prototyp steht nun Industriebetrieben zur Verfügung, um den Abbau organischer Verunreinigungen in realem Abwasser zu untersuchen. Denn kein Abwasser gleicht dem anderen. »Kriterien für den Erfolg der Abwasserreinigung sind neben der Art der Verunreinigungen auch deren Konzentration und das anfallende Volumen«, weiß die Verfahrensingenieurin. Letzteres ist wichtig, um den Energieverbrauch abzuschätzen. »Die Daten liefern uns die Grundlage für ein kostengünstiges industrielles System, welches im Betrieb Abwässer effektiv und ohne den Einsatz chemischer Hilfsstoffe behandelt«, ergänzt Abteilungsleiter Siegfried Egner im Hinblick auf geplante Arbeiten.

Das Projekt »Light4CleanWater« wurde im 7. Forschungsrahmenprogramm von der EU gefördert. Projektpartner waren SICO Technology GmbH (Österreich), HECKMANN POLSKA Produkcja Metalowa i Maszyn Sp. z o.o. (Polen), UVASOL Limited (Großbritannien), E.R.S. - Steuerungstechnik - GmbH & Co. KG und LFE Laboratorium für industrielle Forschung GmbH & Co Entwicklungs KG (Deutschland), BAMO Mesures SAS (Frankreich), ADINSA Aditivos industriales y servicios para el agua S.L und VILA Electroquimica, S.A. (Spanien). Als Forschungspartner war neben dem Fraunhofer IGB die spanische ITAV Technologias avanzadas inspiralia SL beteiligt.