ECDeHalo – Entfernung halogenierter Schadstoffe aus Ab- und Prozesswasser durch heterogen katalysierten elektrochemischen Abbau

Motivation/Hintergrund

Die voranschreitende Kontamination der Umwelt mit persistenten organischen Schadstoffen (engl. persistent organic pollutants, POP) aus Abwässern und Prozesswasserströmen stellt aufgrund der kanzerogenen Wirkung eine große Herausforderung für eine nachhaltige Wasserwirtschaft dar. Der Begriff POPs umfasst eine Vielzahl von Stoffklassen, vor allem aber synthetische, halogenierte Organika, wie per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS), Röntgenkontrastmittel, Pflanzenschutzmittel und Desinfektionsmittel, die sehr resistent gegenüber photolytischem, chemischem und biologischem Abbau sind und in konventionellen Kläranlagen nicht aus dem Abwasser entfernt werden können.

Projektbeschreibung

Ziel des Projekts ECDeHalo ist die Entwicklung eines elektrochemischen Verfahrens zum Abbau von persistenten organischen Schadstoffen in Abwässern. In Zusammenarbeit mit der Aachener Verfahrenstechnik (AVT) werden deren neuartige, mikrotubulären Gasdiffusionselektroden (GDEs) aus magnetitdotierten Kohlenstoffnanoröhren (CNT) mit bordotierten Diamantelektroden (BDD) in einer modularen Durchflusszelle kombiniert. Dieser Aufbau ermöglicht die gleichzeitige Erzeugung von Hydroxylradikalen an beiden Elektroden und die direkte anodische Oxidation von Schadstoffen. Wasserstoffperoxid wird an den Kathoden durch die elektrochemische Reduktion von Sauerstoff erzeugt und reagiert anschließend durch heterogenen Fenton-Prozess (HEF), der durch das Magnetit initiiert wird, zu Hydroxylradikalen.

Bei der elektrochemischen Mineralisierung von Schadstoffen wird CO₂ freigesetzt, das mit einem nichtdispersiven Infrarot (NDIR)-Sensor detektiert wird. Dieses neuartige Gasüberwachungssystem wird in Verbindung mit Daten von pH-, Leitfähigkeits- und Temperatursensoren verwendet, um die Stromdichte der Elektrolyse automatisch zu steuern und eine ideale Stromausbeute und einen niedrigen Energieverbrauch zu erreichen. Der Prozess eignet sich ideal für die bedarfsgerechte Behandlung von Industrieabwässern und Retentaten der Nanofiltration und Umkehrosmose vor Ort.

Das IGF-Vorhaben Nr. IGF22353 N der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über AiF/DLR im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.