Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Wasserreinigungstechnologie zur Nutzung von Abwasser für die Bewässerung
Herausforderung
Die Bereitstellung von sauberem Wasser ist eines der wichtigsten globalen Herausforderungen und wird durch den Klimawandel deutlich verstärkt. Um das Klarwasser von Kläranlagen als zusätzliche Wasserquelle für die Bewässerung nutzen zu können, muss es von organischen Mikroschadstoffen, z. B. Pharmazeutikarückständen, befreit werden, die sich sonst in den Feldfrüchten oder in der Umwelt anreichern.
Lösung
SERPIC erprobte eine neuartige Technologie als vierte Reinigungsstufe mMit dem Ziel, Mikroschadstoffe und Pathogene zu reduzieren wird SERPIC eine vierte Reinigungsstufe für Kläranlagen erproben. Ein Nanofilter wurden eingesetzt, um erzeugen einen schadstofffreien Permeatstrom zu erzeugen, der nach einer Desinfektion mit Chlordioxid elektrolytisch erzeugtem Ozongas zur Bewässerung genutzt werden sollwurde. Im Konzentratstrom sind waren die Schadstoffe enthaltenaufkonzentriert und wurden, die durch UV-angeregte elektrochemische Oxidation mit elektrolytisch erzeugtem Persulfat abgebaut werden. Die Oxidantien Ozon und Persulfat weurden in Elektrolyseuren in hoher Effizienz mithilfe von Diamantelektroden erzeugt. Mit Eine einer Prototypanlage in Ciudad Real wird wurde das gereinigte Wasser in Testfeldern zur Bewässerung erprobt.
Mehrwert
Die Ziele zur Entfernung der Mikroschadstoffe und Pathogene wurden zu 92 % erreicht. Damit liegt eine neue Multibarrierentechnologie auf TRL 5 vor, die entsprechend der EU-Regularien zur Wiedernutzung von Brauchwasser zur Bewässerung genutzt werden kann. Die elektrolytische Erzeugung von Ozongas zur Desinfektion hat sich als energiesparende Alternative zur üblichen Ozongaserzeugung aus Sauerstoff oder Luft erwiesen.Die SERPIC-Technologie bietet im Gegensatz zu bislang erprobten Reinigungstechniken die Potenziale, eine höhere Abbaurate zu erzielen sowie eine bessere Nachhaltigkeit durch die Nutzung von in-situ erzeugtem Solarstrom zu erreichen. Es werden Konzepte zum Transfer der Technologie in weitere – insbesondere niedrig- oder gering-entwickelte – Regionen inklusive Südafrika entwickelt.
Einblick ins Projekt
Es wurden mit der SERPIC-Technologie nahezu alle Ziele zur Reduzierung der Mikroschadstoffe und Pathogene erreicht; VNLX: Venlafaxin, DIC: Diclofenac, SMX: Sulfamethoxazole, IOP: Iopromide, E. coli: Escherichia coli, sul1: Antibiotika-Resistenzgen, TC: Total coliform.
SERPIC prototype treatment plant at UCLM.
Zur Optimierung der Persulfatproduktion in der Elektrolysezelle führte das Fraunhofer IST Strömungssimulationen durch.
Prozesskette der SERPIC-Technologie: Route A dient der Bewässerung von Feldfrüchten, Route B wird in die Umwelt abgegeben.
Förderhinweis
The authors would like to thank the EU and Bundesministerium für Bildung und Forschung, Germany, Ministero dell’Università e della Ricerca, Italy, Agencia Estatal de Investigación, Spain, Fundação para a Ciência e a Tecnologia, Portugal, Norges forskningsråd, Norway, Water Research Commission, South Africa for funding, in the frame of the collaborative international consortium SERPIC financed under the ERA-NET AquaticPollutants Joint Transnational Call (GA Nº 869178). This ERA-NET is an integral part of the activities developed by the Water, Oceans and AMR Joint Programming Initiatives.
