Schad- und Spurenstoffe aus Abwasser entfernen

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Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Biover- fahrenstechnik (IGB)

Mit offenem Plasma Wasser reinigen

Ein weiterer neuer Ansatz ist die Anwendung eines Atmosphärendruckplasmas. Ein Plasma ist ein ionisiertes Gas, das neben Ionen und Elektronen auch chemische Radikale und elektronisch angeregte Teilchen sowie kurzwellige Strahlung enthält. Ein solches Plasma lässt sich durch ein elektromagnetisches Feld, beispielsweise durch Anlegen einer Hochspannung, zünden. Charakteristisch ist das Plasmaleuchten, welches in Leuchtstoffröhren zur Leuchtreklame genutzt wird. Technisch werden Plasmaverfahren seit langem zur gezielten Modifizierung und Reinigung von Oberflächen eingesetzt.

Dieses Prinzip nutzen die Partner des von der EU geförderten Projekts Wasserplasma, bei dem ein Plasma für die oxidative Reinigung von Wasser eingesetzt wird. Ergebnis des Projekts ist ein Plasmareaktor, bei dem die im Plasma gebildeten reaktiven Spezies direkt in das mit Schadstoffen belastete Wasser übertreten können. Hierzu ist das Plasma »offen«: Es steht in direktem Kontakt zum Wasserfilm. Der Plasmareaktor ist so aufgebaut, dass zwischen einer geerdeten Elektrode in Form eines Edelstahlrohres im Inneren des Reaktors und einem Kupfernetz, welches die Funktion der Hochspannungselektrode übernimmt, durch Anlegen einer Hochspannung ein Plasma gezündet und aufrechterhalten wird.

Das Kupfernetz ist auf einem Glaszylinder angebracht, der als dielektrische Barriere fungiert und gleichzeitig den Reaktor nach außen abschirmt. Im Innern des Edelstahlrohrs, dem Zentrum des Plasmareaktors, wird verunreinigtes Wasser nach oben gepumpt. Wenn das Wasser auf der Außenseite des Edelstahlrohrs herunterläuft, passiert es die Plasmazone zwischen Edelstahlrohr und Kupfernetz, in welcher die Schadstoffe oxidiert werden.

In Laborversuchen konnten die Fraunhofer-Forscher zeigen, dass eine Lösung des Farbstoffs Methylenblau innerhalb nur weniger Minuten vollständig entfärbt wird. Auch Cyanid wurde innerhalb von nur 2 Minuten um 90 Prozent effektiv abgebaut. Aufgrund der vielversprechenden Ergebnisse wird das Verfahren momentan in einem größeren Maßstab erprobt. Bei einem Projektpartner steht ein Demonstrator, der für die Reinigung von 240 Liter kontaminiertem Wasser pro Stunde ausgelegt ist.

Aufgrund dieser Ergebnisse sollen das Reaktordesign und die Prozessführung dann weiter optimiert werden, um das Verfahren mit weiteren Partnern aus der Industrie zur Marktreife bringen zu können. Das Potenzial ist groß, denn bei diesem offenen Plasmaverfahren gibt es keine Barriere zwischen dem Ort, wo die oxidativen Radikale entstehen (Plasma) und dem zu reinigenden Wasser.

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