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 über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente