Arzneimittelrückstände im Abwasser effizienter entfernen
Im Forschungsprojekt OZON-EFF erforscht Prof. Dr. Verena Fath ein neuartiges, energieeffizientes Reaktorkonzept zur Ozonung kommunaler Abwässer. Ziel ist die wirksame Entfernung von Arzneimittelspuren bei deutlich reduziertem Energie- und Ressourcenverbrauch.
Vermehrte Arzneimittelrückstände und andere organische Spurenstoffe stellen Kläranlagen vor große Herausforderungen. Herkömmliche dreistufige Reinigungsverfahren können diese Stoffe nur unzureichend aus dem Abwasser entfernen, sodass weitere Maßnahmen zur Wasseraufbereitung erforderlich werden.
Eine Möglichkeit, solche organischen Spurenstoffe abzubauen, ist die Behandlung des Abwassers mit Ozon. Das Gas reagiert mit den im Wasser gelösten Stoffen und kann diese chemisch verändern und abbauen. Dabei muss das Ozon zunächst aus der Gasphase ins Wasser übertreten. Dieser Stoffübergang an der Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit kann jedoch die Effizienz des Verfahrens begrenzen. Die Folge: Für eine ausreichende Reinigungsleistung kann unter Umständen mehr Ozon und damit auch mehr Energie benötigt werden als technisch wünschenswert.
„Genau hier wollen wir ansetzen”, sagt Verena Fath, neuberufene Professorin in der Fakultät für Verfahrens- und Chemietechnik. „Im Forschungsprojekt OZON-EFF entwickeln wir einen neuen Reaktoransatz, der die Ozonbehandlung effizienter machen soll. Dazu entwerfen wir einen sogenannten Rieselfilmreaktor, in dem das Abwasser als dünner Film über inerte Packungen fließt, während Ozon im Gegenstrom durch die Gasphase geführt wird. Durch die Gestaltung des Reaktors wollen wir den Kontakt zwischen Ozon und Abwasser gezielt verbessern. So soll die Reaktion effizienter ablaufen und sich der Einsatz von Ozon und Energie möglichst bedarfsgerecht steuern lassen.”
Zusammenspiel von Reaktortechnik, Messung und Simulation
Im Projekt untersucht das Forschungsteam systematisch, wie Stoffübergang, Reaktionskinetik und Reaktorgeometrie zusammenwirken. Auf dieser Grundlage soll ein Prototyp des Rieselfilmreaktors entwickelt und erprobt werden. Ergänzend entstehen robuste Mess- und Regelsysteme, mit denen sich die Ozondosierung an den tatsächlichen Bedarf anpassen lässt.
Auch die Übertragbarkeit auf die Praxis steht im Fokus: Das Projekt untersucht den Energiebedarf und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und bewertet, unter welchen Bedingungen sich die Technologie auf kommunale Kläranlagen übertragen lässt. Investitionen in eine vierte Reinigungsstufe, die aufgrund einer Neufassung der EU-Abwasserrichtlinie vielen Kommunen in den kommenden Jahren bevorstehen, werden dadurch zukunftssicher gestaltet und Einschränkungen im Gewässerschutz vermieden.
Förderung ermöglicht Forschungsstart
Das Projekt wird im Förderprogramm „CZS Forschungsstart“ der Carl-Zeiss-Stiftung mit 240.000 Euro gefördert. Das Programm richtet sich gezielt an Professorinnen und Professoren, die innerhalb der vergangenen zwölf Monate erstmals eine Professur an einer Hochschule für angewandte Wissenschaften angetreten haben. Voraussetzung ist ein Forschungsvorhaben aus den Natur-, Lebens- und/oder Ingenieurwissenschaften mit hohem Potenzial für die weitere Entwicklung der Forschungsaktivitäten.
Neuberufene erhalten so die Möglichkeit, bereits zu Beginn ihrer Professur ein eigenes Forschungsprofil aufzubauen, erste Forschungsinfrastrukturen zu entwickeln und Forschungsvorhaben mit wissenschaftlichen und praktischen Partnern anzustoßen.
„Dass Verena Fath bereits zu Beginn ihrer Professur die Möglichkeit erhält, mit einer eigenen Forschungsidee zu starten, ist eine großartige Chance,” sagt Prof. Dr. Carsten Hopf, Prorektor für Forschung und Transfer. „Das Programm CZS Forschungsstart schafft dafür hervorragende Voraussetzungen. Ihr Projekt zeigt, wie verfahrenstechnische Forschung an der Hochschule dazu beitragen kann, die Abwasserbehandlung energieeffizienter, ressourcenschonender und wirtschaftlicher zu gestalten. Dass eine junge Professorin so früh eigene Forschung aufbauen kann, ist zudem ein schönes Signal und kann andere Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler ermutigen, ihren eigenen Weg in der Forschung zu gehen.”
