AiF-FV-Nummer 10596

Optimierung von UV-Oxidationsreaktoren durch Einsatz von Photokatalysatoren

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.01.1996 bis 31.12.1997

Forschungsstellen

  • Fraunhofer Institut Umwelt-, Sicherheits-, Energietechnik UMSICHT
    Osterfelder Str. 3, 46047 Oberhausen
    http://www.umsicht.fhg.de

Zusammenfassung

Ziel des durchgeführten Forschungsvorhabens war es, ein UV-Oxidationsverfahren auf Basis von Quecksilberniederdruckstrahlern (ND-Strahlern) unter Nutzung der photokatalytischen Wirkung von TiO² zu entwickeln und einen Effizienzvergleich des optimierten Verfahrens mit der konventionellen Variante auf Basis von Quecksilbermitteldruckstrahlern (MD-Strahlern) durchzuführen. Hierzu wurden im Rahmen von Voruntersuchungen zunächst verfahrenstechnische Grundlagen und Vorgehensweisen zur Erzeugung beständiger TiO²-Coatings auf Oberflächen aus Borosilikatglas nach dem Sol-Gel-Verfahren erarbeitet. Zur Untersuchung der Effektivität der basierend auf den Voruntersuchungen herge-stellten Coatings unter UV-C-Bestrahlung wurde eine Versuchsapparatur entwickelt, in der für den Einsatz verschiedener ND-Strahler unterschiedliche Reaktorgeometrien (Rohrreaktor, Fallfilmreaktoren unterschiedlicher Innendurch-messer) realisiert worden sind. Durch vergleichende Untersuchung des Abbauverhaltens von 2-Chlor-phenol (CP) als Modellschadstoff in wässriger Lösung mit und ohne H²O² sind die reaktionsbeschleunigenden Effekte von TiO² in Abhängigkeit von den Reaktions- bzw. Bestrahlungsbedingungen (Strahlungsquelle, Reaktortyp und –geometrie sowie H²O²-Konzentration) untersucht worden. Hierbei zeigt sich, dass TiO² je nach Reaktionsbedingungen sowohl zu einer Beschleunigung als auch zu einer Behinderung der Schadstoffabbaureaktionen führen kann. Für die Nutzung von TiO² zur UV-C-Oxida-tion mit H²O² ist es erforderlich, den Katalysator außerhalb des Ein-flussbereiches des Strahlungsanteils bei 185 nm der verwendeten UV-Strahler anzuordnen. Hierbei kommen Systeme in Frage, bei denen die erforderliche H²O²-Dosis unterhalb von 0,5 mmol/l liegt, das entspricht dem nach der Trinkwasserverordnung zulässigen H²O²-Dosis-Bereich für den Einsatz von H²O² in der Trinkwasseraufbereitung. Aufgrund der vollständigeren Strahlungsausnutzung erscheint insbesondere die Rohrreaktorkonzeption derzeit als energetisch effizientere Alternative. In der zweiten Stufe der Untersuchungen sind am praxisrelevanten Beispiel der Be-handlung eines mit EDTA kontaminierten Rohwassers (Uferfiltrat) zur Trinkwassererzeugung die Energieeinsparungspotentiale der Variante H²O²/UV-C bei Unterstützung durch immobilisiertes TiO² im Rohrreaktor untersucht worden (0,3 mmol/l H²O²). Die Ergebnisse zur EDTA-Eliminierung im Rohrreaktor der entwickelten Versuchsapparatur unter Verwendung von ND-Strahlern zeigen, dass bei Verwendung von Strahlern des Typs NIQ der für konventionelle MD-Strahler zu erwartende Energiebedarf überschlägig um 50 %, durch zusätzliche Verwendung von TiO² um etwa 70 % reduziert werden kann. Dies würde zu einer Verminderung der Betriebskosten der UV-C-Oxi-dation in ähnlicher Höhe führen. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente