Oxidation mit Sulfat-Radikalen in einem nano-aktivierten katalytischen Filtrationsprozess zur Wasserwiederverwendung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines alternativen Verfahrens zur Spurenstoffelimination, das auf der in-situ Bildung von Sulfat-Radikalen in einem einfach betreibbaren Tiefenfilter basiert. Konventionell behandeltes Abwasser kann nicht wiederverwendet werden, bevor nicht Spurenstoffe und Krankheitserreger entfernt wurden, die die Gesundheit von Menschen, Tieren und Pflanzen beeinträchtigen können. Es konnte gezeigt werden, dass Sulfatradikale selektiver für elektronenreiche Substanzen sind als Hydroxylradikale und gleichzeitig ein hohes Oxidationspotenzial bei der Entfernung organischer Spurenstoffe besitzen. Verschiedene Metall- und Nichtmetallkatalysatoren sind in der Lage durch Elektronenwechselwirkung mit Peroxymonosulfat Radikale zu erzeugen. In diesem Projekt wird eine neuartige katalytische Filtrationsmethode entwickelt, bei der in-situ Peroxymonosulfat (PMS) mittels eines Mangan(II)-Oxid-Katalysators, der auf granulärer Aktivkohle (GAK) immobilisiert ist, aktiviert wird. Dieser katalytische Filtrationsprozess kann effektiv Spurenstoffe eliminieren. Die Desinfektionswirkung wird ebenfalls überprüft werden. Das Projekt umfasst den Entwurf, die Validierung, die Optimierung und die Hochskalierung eines Tiefenfilters zur Spurenstoff-Elimination.

Die optimalen Bedingungen werden zunächst im Labormaßstab mit synthetischen Lösungen und mit Kläranlagenablauf erforscht. Anschließend erfolgt ein Scale-up und die Installation in der Kläranlage Schweinfurt, um unter Realbedingungen einen Vergleich zu den etablierten Verfahren zur Spurenstoffelimination (insb. Ozonung) zu ziehen. Der letzte Meilenstein besteht in der Durchführung einer techno-ökonomischen Analyse dieser Anlage, um ihre Machbarkeit als praktische Lösung für die Produktion von Nutzwasser und potenziell Trinkwasser zu bestimmen.