ZeroTrace: Ressourcenschonendes Aktivkohleverfahren zur Abwasserreinigung

Neue Adsorptionsmaterialien und Regenerationsverfahren zur Elimination von Mikroschadstoffen in Kläranlagen

© Wupperverband

Kläranlage Wuppertal-Buchenhofen

Die ZeroTrace-Aktivkohlen werden im Pilotversuch auf der Kläranlage Wuppertal-Buchenhofen eingesetzt.

© Fraunhofer UMSICHT

ZeroTrace-Aktivkohlen

Im Projekt wurden 3 kg ZeroTrace-Aktivkohlen mit einer dreifach höheren elektrischen Leitfähigkeit bei gleichbleibender Adsorptionsfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen granulierten Aktivkohlen hersgestellt.

Projektziele

ZeroTrace will ein neues Aktivkohleverfahren zur Abwasserreinigung etablieren und dazu Aktivkohlen entwickeln, die

  • in großen Mengen Preiswert verfügbar sind (-> industrielle und kommunale Anwendbarkeit),
  • ortsnah effizient regenerierbar sind (-> Ressourcenschonung) und
  • möglichst viele Arten von Spurenstoffen entfernen (-> Breitbandwirksamkeit).

Wesentliche Innovation ist die Entwicklung von stabilen Komposit-Aktivkohlen mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit, die in einem neuen elektrischen Regenerationsverfahren (EFSA – Electric Field Swing Adsorption) im Labor- und Pilotmaßstab umgesetzt werden sollen.

Nutzen

Etwa 50 Millionen organische Verbindungen sind weltweit im Umlauf, von denen ca. 5000 als potenziell umweltrelevant eingestuft werden. In dem bevölkerungsreichen Land Deutschland, mit vielen industriellen Ballungsräumen, sind die Ab- und Gewässer oft außergewöhnlich hoch mit sogenannten Spurenstoffen wie z. B. Arzneimittelrückständen belastet. Diese Spurenstoffe sind zum Teil schwer abbaubar und wirken trotz ihrer sehr geringen Konzentration im Wasser – meist weniger als ein Teil Schadstoff auf eine Milliarde Teilchen Wasser – möglicherweise toxisch. Um die Spurenstoffe zu entfernen, setzen die Kläranlagen in vielen Fällen Materialien ein, die diese an sich binden können. Aktivkohle ist solch ein Material, das Schadstoffe an der Oberfläche bindet. Das so gereinigte Wasser verlässt die Kläranlage; die gebrauchte Aktivkohle wird entweder entsorgt oder in zentralen Aufbereitungsanlagen wieder regeneriert und erneut verwendet. Nachteilig ist, dass der überwiegende Anteil an Aktivkohle aus Steinkohle gewonnen wird – einem nicht nachwachsenden Rohstoff.

Der Lösungsweg des ZeroTrace-Konsortiums deckt die komplette Wertschöpfungskette ab, beginnend mit der Entwicklung von Komposit-Aktivkohle aus einem Basismaterial und einer elektrisch leitfähigen Komponente. Die modifizierte Aktivkohle wird konfektioniert und in einfachen Labortests auf ihre Anwendbarkeit zur Elimination bestimmter Indikator-Spurenstoffe untersucht. Ein neues Regenerationsverfahren auf Basis der EFSA, die bisher nur in der Gasadsorption Anwendung findet, wird im Labormaßstab für die spätere Pilotierung umgesetzt und untersucht. Die Adsorptionsfähigkeit der priorisierten Aktivkohlen wird im erweiterten Labormaßstab überprüft, bevor sich Pilotphasen mit kommunalem und industriellem Abwasser anschließen. Das neue Aktivkohleverfahren wird unter Berücksichtigung der sozio-ökonomischen und ökologischen Innovationstreiber und -hemmnisse bewertet, um eine zielgerichtete und nachhaltig wirkende Entwicklung sicherzustellen.

Projektpartner

  • Wupperverband
  • Fraunhofer UMSICHT
  • Carbotech AC GmbH (assoziiert)
  • BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
  • EVERS Wassertechnik & Anthrazitveredelung GmbH & Co. KG
  • EnviroChemie GmbH
  • inter 3 Institut für Ressourcenmanagement GmbH