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ePaper created 2013-09-23, 14:05:17 | version 1.25.20
Ausgangssituation Trinkwasser ist als Ressource nur begrenzt verfügbar. Gleich- zeitig ist seit Beginn der Industrialisierung der weltweite Was- serverbrauch massiv gestiegen und wird mit der stürmischen technischen Entwicklung in Asien weiter zunehmen. Die Ver- fügbarkeit von Wasser in Trinkwasserqualität, vor allem um eine wachsende Weltbevölkerung mit sauberem Wasser zu versorgen, ist heute eine globale Herausforderung. Die Ver- besserung des Wassermanagements und insbesondere effi- ziente Verfahren zur Wiederaufbereitung von Abwässern ge- winnen aus diesem Grunde an Bedeutung. Herkömmliche Abwasserreinigung Die im Abwasser enthaltenen Schadstoffe werden konventio- nell in zentralen Kläranlagen nach Abtrennung des Feststoff- anteils durch biologische und chemische Verfahren entfernt. Zunehmend bereiten jedoch solche Stoffe Sorgen, die biolo- gisch nur schwer abbaubar sind. Dazu gehören zum Beispiel Medikamente im Abwasser von Krankenhäusern und Senio- renheimen, organische Halogenverbindungen und Cyanide aus Industrieanlagen oder in der Landwirtschaft eingesetzte Pestizide. Zur Entfernung dieser Verbindungen können physi- kalisch-chemische Verfahren wie erweiterte Oxidationsprozes- se (Advanced Oxidation Processes, AOP) mit Ozonierung, UV- Bestrahlung oder die Zugabe von Eisensalzen in Kombination mit Wasserstoffperoxid angewandt werden. Diese Reinigungs- verfahren benötigen jedoch zumeist chemische Zusätze, die als Gefahrstoff gelten und zu entsorgen sind. Plasmaverfahren zur Wasserreinigung Die Verwendung von Atmosphärendruckplasmaverfahren könnte hier eine umweltschonende und kostengünstige Al- ternative darstellen. In einem Plasma werden durch Anlegen einer Hochspannung einfach aus der umgebenden Luft und dem Luftsauerstoff Ionen, hochreaktive Radikale und kurz- wellige Strahlung gebildet, die die Abwasserinhaltsstoffe ab- bauen. Damit entfällt der Einsatz von Chemikalien und deren Entsorgung. Ziel eines von der EU geförderten Projekts war daher, ein Plasmaverfahren für die Reinigung von Wasser und einen dafür geeigneten Plasmareaktor zu entwickeln. Neuartiger Plasmareaktor Die Konstruktion des Plasmareaktors berücksichtigt, dass eine effektive Übertragungsrate der im Plasma gebildeten hochre- aktiven Spezies in das mit Schadstoffen belastete Wasser ge- währleistet ist. Dies wird dadurch realisiert, dass das Plasma in direktem Kontakt mit einem fließenden Wasserfilm gebildet wird (Abb. 1). Das zu reinigende Wasser fällt entsprechend der Schwerkraft direkt auf der äußeren Oberfläche einer geerde- ten Elektrode (Edelstahlzylinder) durch die Plasmazone. Es ist ein entscheidender Vorteil des Plasmaverfahrens, dass die be- handelte (Wasser-)Oberfläche ständig erneuert wird und so- mit nicht, wie bei der klassischen UV-Reinigung, verschmutzt und sich mit Kontaminationen zusetzt, die die Effizienz von Systemen normalerweise schnell einschränken. Eine aufwen- dige Reinigung der Oberflächen zur Entfernung von Biofilmen und anderen Oberflächenkontaminationen entfällt mit dem Plasma-Wasserreinigungsverfahren. Im Plasma werden unter anderem Hydroxyl-Radikale gebildet, die in das Wasser über- treten und mit ihrem hohen Oxidationspotenzial darin gelöste Schadstoffe bis zur Mineralisierung zersetzen können (Abb. 3). 10 6 PLASMACHEMISCHER ABBAU ORGANISCHER SCHADSTOFFE AUS WASSER Dr. rer. nat. Michael Müller UMWELT Plasma- entladung Fließender Wasserfilm Gegenelektrode (Edelstahlrohr) Umlaufende Lösung (Methylenblau) Gaseinlass Gasauslass Zahnrad- pumpe Dielektrische Barriere Hochspannungs- elektrode (Kupfernetz) ˙OH N N N S + CH3 CH3 CH3H3C N N NH2 S OCH3 CH3 CH3H3C = 1 2 3