KERAMESCH: Entwicklung und Erprobung von Keramik-Metall-Schwebekörpern aus Kompositwerkstoffen zur effizienten reduzierenden Schadstoffelimination aus Abwässern in fluidised-bed-Reaktoren bei hohen Durchsätzen

Auch wenn von den nachweisbaren Mengen an Medikamenten- und Pestizidrückständen in Oberflächen- und Trinkwasser keine akute Gefährdung der Gesundheit ausgeht, so steht außer Frage, dass der dauerhafte Eintrag solcher Stoffe in Gewässer mit gesundheitlichen und ökologischen Risiken verbunden ist. Leider können solche Rückstände mit den derzeit etablierten Wasserbehandlungsverfahren nur unbefriedigend zurückgehalten werden und besser wirksame Verfahren sind wesentlich teurer als die z.Z. verwendeten.
Die Zielstellung des Projektes ist es daher, ein preiswertes Verfahren für die Entfernung solcher Schadstoffe zu entwickeln bzw. die dafür benötigten Aktivmassen, mit deren Hilfe die Schadstoffe in harmlose Stoffe umgewandelt werden können. Hierfür soll ein aus der Altlastensanierung bereits gut bekanntes Reaktionsprinzip genutzt werden, bei dem die Schadstoffe durch Reaktion mit preiswerten Eisenlegierungen abgebaut bzw. in solche mit geringerem ökotoxikologischen Gefährdungspotenzial umgewandelt werden. Die dies bewirkenden chemischen Reaktionen verlaufen allerdings bislang zu langsam. Die Ursache dafür sind Aktivmassen, die im Laufe der Zeit blockierende Deckschichten bilden. Um diesen Nachteil zu kompensieren soll die Aktivmasse aus speziellem Eisen auf schwimmfähigen Keramikschaumkugeln als wiederverwendbarem Träger aufgebracht werdent. Wird ein solches Verbundmaterial in einen Abwasserstrom eingebracht, so reiben die Kugeln aneinander, wobei die blockierende Deckschicht regelmäßig abgerieben wird und die Reaktionsfähigkeit erhalten bleibt. So sollen dann auch große Abwasserströme behandelt werden können.

Ziel

Ziel des Projektes ist es, ein hochdurchsatzfähiges Verfahren auf Basis redoxaktiver Aktivmassen für die Entfernung biorefraktärer Schadstoffe aus Abwässern zu entwickeln, mit deren Hilfe solche Schadstoffe auf kostengünstige Weise in harmlosere Stoffe umgewandelt werden sollen.
Die angestrebte Innovation besteht in der Vereinigung teilweise bekannter Ansätze aus den Bereichen Materialforschung / metallurgischer und keramischer Technologie und elektrochemischer Katalyse zu einem innovativen, leistungsfähigen und preiswert anwendbaren Materialkonzept für die Abtrennung/Beseitigung bislang zumindest unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht effizient abtrennbarer Schadstoffe aus Abwasser oder Grundwasser. Die stark unterschiedlichen technologischen Ansätze wurden bislang noch nicht in dieser Weise miteinander verknüpft.
Basis für die Materialentwicklung sind breit verfügbare einheimische Rohstoffe wie Tone für die Fertigung der keramischen Träger und Eisenlegierungen. Untersuchungen zur Wiederverwendung sind Gegenstand des Projektes.

Arbeitsschwerpunkte

Im Vorhaben werden folgende wissenschaftlich-technische Arbeitsziele verfolgt:

• Auswahl relevanter Schadstoffe als Modellsubstanzen für das Projekt, Ertüchtigung/Anpassung der benötigten chemischen Analytik
• Optimierung von Eisenwerkstoffen im Hinblick auf die anzugreifenden funktionellen Gruppen in den ausgewählten Substanzen bzw. zur Reduktion von Uran/Arsen
• Optimierung/Anpassung der Herstellungsprozesse im Partnerunternehmen (Hersteller von Eisenlegierungen)
• Auswahl, Optimierung und Erprobung geeigneter Trägersubstrate auf Basis keramischer Schäume
• Entwicklung der Beschichtungstechnologie
• Entwicklung und Fertigung des Modellreaktors
• Funktionstest  der neuartigen Compositwerkstoffe im Technikumsmaßstab
• Überführung in den Pilotmaßstab und Test in einer kommunalen Kläranlage einschließlich analytisches Monitoring