Neue Materialien entfernen organische Schadstoffe aus dem Abwasser
Aufgrund der wachsenden Anzahl von Fremdstoffen, die in geringer Konzentration in Wassersystemen, üblicherweise im mikromolaren oder nanomolaren Bereich, vorhanden sind, sind neue fortschrittliche Techniken erforderlich, mit denen konventionelle Prozesse in der Abwasseraufbereitung verbessert oder ersetzt werden können. Fremdstoffe sind chemische Verbindungen, die der Pflanzen- und Tierwelt fremd sind, da sie nicht auf natürlichem Wege produziert werden. Hierzu zählen organische und synthetische Stoffe, die von Quellen wie Arzneimitteln stammen und die durch herkömmliche Wasseraufbereitungsverfahren nicht ohne Weiteres entfernt werden können. Obwohl sie nur in geringen Mengen vorhanden sind, können sich Fremdstoffe ansammeln und potenziell massiv auf aquatische Ökosysteme und die menschliche Gesundheit auswirken. Die Entfernung von Fremdstoffen durch konventionelle Abwasseraufbereitungsprozesse ist derzeit nicht immer effektiv.
Anwendung neuer Materialien
Das mit Unterstützung durch das Marie-Skłodowska-Curie-Programm durchgeführte EU-finanzierte Projekt MAT4TREAT entwickelte verschiedene Ansätze für die Verwendung innovativer Materialien und Prozesse für die Abwasseraufbereitung. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fokussierten sich auf „Schadstoffe mit zunehmender Bedeutung“, hierzu zählen organische und synthetische Stoffe, die von neuen Quellen wie Arzneimitteln stammen und zu einem großen Problem für die Gesundheit der Bürgerinnen und Bürger werden. Die Arbeit wurde von weltweit führenden Kräften in den Bereichen graphenbasierte und kohlenstoffbezogene Materialien, Polymermaterialien, Oxidkeramikmaterialien und hybride organische und anorganische Materialien durchgeführt. Konsortiumsmitglieder waren acht Universitäten und zwei nichtakademische Einrichtungen, die sich der Entwicklung neuartiger Materialien zum Entfernen von Schadstoffen über eine innovative integrierte weitergehende Abwasserbehandlung widmeten. „Die Projektpartner widmeten einen großen Teil ihrer Arbeit dem Verständnis der Prozessgrundlagen, der Kinetik und Mechanismen, der Entwicklung neuer Materialien, der Modellierung, der Prozessintegration und -hochskalierung“, sagt Projektkoordinatorin Giuliana Magnacca. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten neue Materialien zur Verwendung als Adsorptionsmittel, Photokatalysatoren und als aktive Schichten für die Fabrikation der Membrane, und prüften diese auf die Schadstoffentfernung aus wässrigen Modelllösungen und realen Wasserproben. Es wurden zudem mehrere Kategorien an Materialien zur Verwendung in integrierter Technologie entwickelt, um Schadstoffe von verunreinigtem Wasser zu trennen und anschließend abzubauen.
Kosteneffektiv und umweltfreundlich
Die Forschenden bauten zwei Labortischgeräte zur Validierung dieses Ansatzes. Die Geräte bestehen aus einer Membran, die als Filter fungiert, um die Schadstoffe vom Wasser zu trennen. „Die Membranen bestehen aus oder beinhalten Materialien, die durch Sonnenlicht aktiviert werden, um aktive Spezies zu produzieren, die in der Lage sind, Schadstoffe abzubauen, damit diese vollständig reduziert werden können“, erklärt Magnacca. „Magnetische Materialien werden ebenfalls angewandt, da sie bei ordnungsgemäßer Aktivierung durch die Präsenz organischer Moleküle die Schadstoffe einfangen können. Diese können dann ohne Weiteres nach der Verwendung eines Magneten aus dem Wasser entfernt werden.“ „Nachdem die beste Technik getestet wurde, ist es möglich, den Prozess in einer Pilotanlage zur Aufbereitung großer Wasservolumen nach oben zu skalieren“, erklärt Magnacca. MAT4TREAT entwickelte erfolgreich innovative kostengünstige Materialien zur Entfernung organischer Schadstoffe aus Abwasser. „In manchen Fällen stammen sie von Huminstoffen, die aus kompostierten Abfällen gewonnen werden, sodass erdölfreie Quellen für deren Produktion angewandt werden. Ferner werden durch die Verwendung von Huminabfällen die organischen Komponenten der Abfälle aufgewertet, die Maßnahmen der Bürgerinnen und Bürger unterstützt, die ihren Hausmüll trennen“, betont Magnacca.
Schlüsselbegriffe
MAT4TREAT, Fremdstoffe, Membran, Abwasser, organischer Schadstoff, Arzneimittel, weitergehende Behandlung, Schadstoffe von steigender Bedeutung
