Aufbereitungsmethode beseitigt Spurenstoffe vollständig

Abwasser ohne Medikamentenrückstände

20.05.2018

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Aufbereitungsmodul mit integrierten Ultraschallsensoren zur vollständigen Entfernung von Medikamentenrückständen. (Bild: Fraunhofer IKTS)

Von dort gelangen sie auch ins Grund- und Oberflächenwasser. Sie sind mit konventioneller Klärwerks- und Wasseraufbereitungstechnik meist nur schwer zu entfernen. Zwei sehr bedenkliche Trends werden damit in Zusammenhang gebracht: Die zunehmende Verbreitung multiresistenter Mikroorganismen und die Zunahme von Fruchtbarkeitsstörungen.

Die Medikamentenrückstände lassen sich mit elek-trochemischen Verfahren vollständig abbauen. Die Rückstände werden dabei an der Anode einer Elektrolysezelle elektrochemisch umgesetzt, so dass am Ende nur noch Kohlendioxid übrig bleibt. Allerdings sind die bisher verwendeten Anoden aus bordotiertem Diamant mit einem Quadratmeterpreis von derzeit rund 16.000 Euro dafür viel zu teuer. Um die Elektroden deutlich preiswerter zu fertigen und die Abbauraten zu steigern, verfolgen Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) zwei Ansätze.

Günstige Materialien und Ultraschall

Zum einen entwickelten sie edelmetallfreie halbleitende Mischoxidphasen als alternatives Anodenmaterial. Als besonders effektiv haben sich dabei Zinn-Antimonoxid-basierte Systeme erwiesen. Bei gleicher Funktionsweise und Lebensdauer kosten sie nur ein Zehntel im Vergleich zu bordotiertem Diamant. Zum anderen bringen die Wissenschaftler das Abwasser mittels Ultraschall zum Schwingen, um den Stofftransport an der Elektrode zu intensivieren. So erreichen sie noch größere Abbau-raten: Der Ultraschall minimiert die Dicke der sogenannten Diffusionsschicht auf der Anode. Diese Schicht wirkt als eine Art Reaktionsbarriere und verlangsamt somit die Zerstörung der Medikamentenrückstände.

Raffiniert ist neben der Verfahrenskombination auch der Aufbau des entsprechenden Elektroden-Sonotroden-Moduls: Die Ultraschallsensoren werden per Siebdruck direkt auf die keramische Elektrode gedruckt, so dass diese selbst wie eine Feder in Schwingung versetzt wird. Damit verbessert sich der Stofftransport zur Elektrode enorm.

Im Labormaßstab hat das Forscherteam bereits die Funktionsfähigkeit des Elektroden-Sonotroden-Moduls nachgewiesen. „Angesichts der positiven Ergebnisse sehen wir nun ein Upscaling als realistisches Ziel“, sagt Hans-Jürgen Friedrich, Gruppenleiter „Technische Elektrolyse“ am Fraunhofer IKTS in Dresden. Dafür entwickeln und erproben die Forscher einen elektrochemischen Reaktor im kleintechnischen Maßstab. Das Elek-troden-Sonotroden-Modul soll künftig nicht nur Medikamentenrückstände, sondern auch Nitroaromaten, Weichmacher, Herbizidrückstände oder andere toxische Stoffe in gewerblichen Abwässern zerstören. „Anwendungen im Bereich der chemischen Synthese und in der Sensortechnik stehen ebenso im Fokus“, ergänzt Projektleiter Friedrich.

Heftausgabe: Juni 2018
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Katrin Schwarz,  Pressereferentin, Fraunhofer IKTS

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Katrin Schwarz, Pressereferentin, Fraunhofer IKTS
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