Mikroschadstoffe

Rückhalt und Entfernung von Mikroschadstoffen

Um Mikroschadstoffe aus dem häuslichen Abwasser zu entfernen, wurde in den letzten Jahren die Forschung an End-of-Pipe-Lösungen intensiviert. Die Forschung konzentriert sich bislang vorrangig auf das Entfernungspotenzial durch Verfahren, die aus der Trinkwasseraufbereitung bekannt sind. Die Ozonierung sowie die Aktivkohlefiltration standen bisland im Mittelpunkt der Betrachtungen. Auch die unterstützende Wirkung durch erweiterte Oxidationsprozesse (Advanced Oxidation Processes ‒ AOPs), wie beispielsweise das UV-H2O2-Verfahren, wurde untersucht.

Die Ozonierung

Die Ozonierung ist eines der am häufigsten untersuchten Verfahren zur Entfernung von Mikroschadstoffen in kommunalen Kläranlagen[1]. Die Effizienz der Ozonierung ist einerseits von der betrachteten Substanz, andererseits von der verfügbaren Ozonmenge (Ozondosis) abhängig. Zu den gewässerrelevanten Stoffgruppen, die effizient, d. h. mit hohen Reaktionsgeschwindigkeiten  entfernt werden, gehören beispielsweise die hormonaktiven Substanzen wie Ethinylestradiol oder das Antibiotikum Sulfamethoxazol. Weniger effizient werden die meisten Röntgenkontrastmittel, einige Biozide oder das Schmerzmittel Ibuprofen eliminiert[1].

Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel. Die Herstellung erfolgt aus Sauerstoff und meist mittels stiller elektrischer Entladung. Alternative Methoden zur Ozonerzeugung sind elektrolytische Reaktionen oder die Bestrahlung im UV-Bereich. In jedem Fall muss die Erzeugung aufgrund der geringen Stabilität direkt am Einsatzort erfolgen.

Über ein geeignetes Eintragssystem kann das gebildete Ozon in den Abwasserstrom eingetragen werden. Dort reagiert Ozon durch selektive direkte Reaktion mit Wasserinhaltsstoffen, die elektronenreiche Bindungen besitzen (z. B. Doppelbindungen oder funktionelle aromatische Gruppen)[3].

Abwasserbestandteile, die weder die Umsetzung von Ozon beschleunigen noch zur Bildung von Radikalen beitragen, werden als Radikalfänger (Scavenger) bezeichnet. Typische Radikalfänger in natürlichen Gewässern sind Carbonat- und Bicarbonationen. Je nach Abwassermatrix können bei der Ozonierung auch unspezifische Nebenprodukte entstehen, die gemeinsam mit eventuell vorhandenem Restozon in einer abschließenden Einheit entfernt werden müssen. Das wichtigste unerwünschte Nebenprodukt der Ozonierung ist Bromat, das beim Einsatz von Ozon in bromidhaltigen Wässern gebildet wird. Bromat wird als krebserregend eingestuft und der Grenzwert von U.S. EPA, Europäischer Union und deutscher Trinkwasserverordnung liegt bei 10 μg/l.

Der UV-H2O2-Prozess

Der UV-H2O2-Prozess ist ein repräsentativer erweiterter Oxidationsprozess, der bislang hauptsächlich zur Reinigung industrieller Abwässer eingesetzt wird. In der kommunalen oder dezentralen Abwasserbehandlung findet der Prozess bislang keine Anwendung.

Die Erkenntnisse des Prozesses zur Mikroschadstoffreduktion basieren daher bisher auf Laborversuchen und vereinzelten Pilotprojekten, in denen gezeigt wurde, dass der UV-H2O2-Prozess ein breites Spektrum von Mikroschadstoffe entfernen kann.

Das H2O2-UV-Verfahren basiert auf der photolytischen Spaltung von Wasserstoffperoxid bei einer Wellenlänge von 254 nm und führt zur Bildung von OH-Radikalen. Bei der Wellenlänge von 254 nm besitzt H2O2 allerdings nur einen geringen molaren Absorptionskoeffizient von 18,6 l/(mol·cm), wodurch hohe H2O2-Konzentrationen im Prozess für eine ausreichende OH-Radikalproduktion eingesetzt werden müssen[5]. Hierdurch wird die Effektivität des UV-H2O2-Prozesses für praktische Anwendungen verringert. Dennoch bietet der Prozess für hochbelastete organische Industrieabwässer oder Flüssig-Sonderabfälle eine effiziente, einfache und kostengünstige Alternative zur Ozonierung oder anderen AOPs.