Manche hartnäckigen Schadstoffe im Abwasser können auch von Kläranlagen nicht abgebaut werden. Fraunhofer-Forscher haben ein Reaktorsystem entwickelt, in dem sich Wasser mit Hilfe von UV-Licht zuverlässig und mit hohem Durchsatz aufbereiten lässt - ohne dass chemische Katalysatoren zugesetzt werden müssen. Einen ersten industriellen Prototyp präsentierten sie auf der diesjährigen IFAT.

In unserem Abwasser befindet sich so Einiges, was nicht unbedingt in die Umwelt gelangen soll - doch auch Kläranlagen entfernen nur einen Teil der Verunreinigungen. Insbesondere persistenten Stoffen - dazu zählen unter anderem sehr stabile Kohlenwasserstoff-Verbindungen wie Aromaten - können auch die Bakterien, die in der biologischen Aufbereitungsstufe üblicherweise eingesetzt werden, nichts anhaben. Die Folge: Rückstände von Reinigungs- und Pflanzenschutzmitteln oder auch von Pharmaka gelangen in die Gewässer. In der Nordsee etwa ist heute eine Belastung mit solchen Schadstoffen deutlich messbar.

Schadstoffe mit Photolyse abbauen
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben in Zusammenarbeit mit internationalen Industriepartnern ein neues Reaktorsystem ent­wickelt, das solche hartnäckigen Schadstoff-Moleküle gründlich und effizient abbaut - ohne dass Chemikalien wie etwa Wasserstoffperoxid zugesetzt werden müssen. Stattdessen nutzen die Forscher die "Selbstheilungskräfte" des Wassers mit Hilfe der Photolyse. Das Prinzip basiert auf der Spaltung von Wasser-Molekülen durch Photonen. Je kürzer dabei die Wellenlänge des Lichts ist, umso höher ist die Photonenenergie. Die Forscher setzen in ihrer Anlage daher ausschließlich Lichtquellen ein, die UV-Licht im Wellenlängenbereich von 172 nm - also extrem energiereiche Photonen - emittieren. Sobald diese Photonen ins Wasser eintreten, spalten sie dort H2O-Moleküle auf und in Folge bilden sich hochreaktive Hydroxylradikale. „Diese Wasserstoff-Sauerstoffverbindungen haben ein noch höheres Reaktionspotenzial als beispielsweise atomarer Sauerstoff. Dadurch sind sie in der Lage, auch die sehr stabilen Kohlenwasserstoff-Verbindungen von Schadstoffrückständen aufzubrechen", erklärt Dipl.-Ing. Siegfried Egner, Abteilungsleiter Physikalische Prozesstechnik am IGB.

Die Herausforderung
Der beschriebene Prozess erfolgt nur in unmittelbarer Umgebung des UV-Strahlers - einem rechteckigen, flachen Glaskörper, der im Reaktorbehälter platziert wird. In eingeschaltetem Zustand bildet sich an der Glasaußenfläche eine etwa 50 µm dünne Reaktionsschicht, in der die Hydroxylradikale entstehen. Damit auch alle Kohlenwasserstoff-Verbindungen aufgebrochen werden, muss das Wasser im Reaktor kontrolliert durch diese Grenzschicht geleitet werden - eine echte Tüftlerarbeit: Einerseits gilt es sicherzustellen, dass der gesamte Reaktorinhalt aufbereitet wird. Anderseits möchten die Forscher nach Möglichkeit dafür sorgen, dass jedes einmal gebildetes Hydroxylradikal auch für eine chemische Reaktion genutzt wird. Die Verbindung besitzt eine extrem kurze Lebensdauer. Wenn sich in dieser Zeit kein "frisches" Schadstoffmolekül zum Reagieren findet, verpufft ihre Energie ungenutzt. Den Stuttgarter Experten ist es gelungen, die Wasserbewegung so exakt zu steuern, dass der gesamte Reaktorinhalt zu­verlässig und höchst effizient gereinigt wird.
Den ersten industriellen Prototyp zeigten die Forscher zusammen mit den Industriepartnern auf der Messe.