Projekt 15975/01

Entwicklung pflanzlicher Flockungsmittel – Identifizierung von flockungsaktiven Strukturen in heimischem Pflanzenmaterial und deren Gewinnung zum Einsatz als Flockungsmittel –

Projektträger

CCS Competence Centrum Suderburg Institut für Innovations- u. Technologieförderung an der Fachhochschule Nordostniedersachsen GmbH
Karl-Hilmer-Str. 5
29556 Suderburg
Telefon: 05826/959-260

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gegenstand des Vorhabens war die Entwicklung eines neuen Flockungsmittels. Flockungsmittel (FM) finden besonders Anwendung in der Trinkwasseraufbereitung und in der Abwasserbehandlung. Die derzeit verwendeten FM sind gemäß Umweltbundesamt (UBA) aus ökologischer und toxikologischer Sicht bedenklich. Alternative wirtschaftliche Mittel stehen bislang nicht zur Verfügung. Es ist bekannt, dass sich aus tropischen Pflanzen effektive Flockungssubstanzen extrahieren lassen. Dieses Wissen sollte auf die Gewinnung von FM aus einheimischen Pflanzen umgesetzt und ein alternatives FM entwickelt werden. Hierbei war es das Ziel ein unbedenkliches, biologisch abbaubares, pflanzliches FM zu gewinnen. Als Grundlage sollte eine Hypothese betreffs der Wirkungskomponenten dienen, welche die Flockungsei-genschaften von Substanzen aus nachwachsenden Rohstoffen bestimmen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAuf Grundlage der entwickelten Hypothese wurden verschiedenste pflanzliche Rohmaterialien mittels einfachster Methoden auf mögliche Flockungsaktivität untersucht. Hierzu wurden Extrakte gewonnen und durch verschiedene Versuchsschritte weiter aufbereitet, um eine möglichst gute Flockungswirkung zu erzielen.
Es wurde eine Vielzahl von Materialien untersucht. Dies erforderte eine hohe Anzahl von Flockungsnachweisen, so dass auf einfachste Testverfahren zurückgegriffen werden musste (eigens entwickelte Schnelltests, herkömmliche Jar-Tests). U a. wurden hierzu auch Verfahrensprotokolle von Flockungsmittelproduzenten herangezogen. Verglichen wurden hierbei Eigenschaften mit denen herkömmlicher Flockungsmittel.
Auf Grund der sich herausstellenden Komplexität und Vielzahl der erforderlichen Stoffanalysen musste auf einfache chemische Untersuchungsmethoden zurückgegriffen werden. An Hand der chemischen Substanzanalysen konnten Extraktions-, Reinigungs- und Endsubstanzbehandlungsverfahren bestimmt werden. Neben den Stoffanalysen wurden besonders physikalische Parameter (pH, Temperatur, Trübung u. a.), die besonders Einfluss auf die Flockungssubstanzen bzw. Flockungswirkung Einfluss nehmen, bestimmt.
Eine Bewertung der Wirtschaftlichkeit über Herstellung wurde an Hand von Vergleichswerten durchgeführt. Das Markteinsatzpotential wurde u. a. durch Kontakte zu Unternehmen aus dem Flockungsmittelgewerbe und deren Interesse an einem neuen biologischen Produkt bewertet.


Ergebnisse und Diskussion

Es konnte eine Serie ähnlicher, überwiegend nichtionischer bzw. sehr schwach ionischer, flockungsaktiver Polymere gewonnen werden. Sie zeigten in trüben wässrigen Medien eine sehr spontane kompakte Flockenbildung und ähneln damit in der Wirkungsweise denen der synthetisch organischen Polymeren. Sie zeigten weiterhin vergleichbare Flockungswirkung bei der Ausflockung von Trübungen wie synthetische Polymere. Bei Versuchen mit kommunalem Klärschlamm konnte zwar eine Flockenbildung beobachtet werden, jedoch war die erforderliche FM-Menge extrem hoch, um eine gute Flockbildung zu erreichen. Dies ist verständlich, da auch die derzeit verwendeten synthetischen Flockungspolymere i.d.R. vorwiegend kationische Eigenschaft aufweisen. Deshalb ist für diesen Einsatz eine Erhöhung der kationische Oberflächenladung erforderlich. Weiterhin zeigten die gewonnenen FM auf pflanzlicher Basis Wirkung in der Anwendung bei einem Abwasser aus dem galvanischen Gewerbe. Hier werden derzeit anionsche Flockungsmittel eingesetzt.
Die gewonnenen pflanzlichen Flockungspolymere können so hergestellt werden, dass sie den Standards der Lebensmittelherstellung entsprechen und bieten sich deshalb in der Anwendung besonders für solche Bereichen an, die hohe Ansprüche in dieser Richtung erfordern (z.B. Lebensmittelindustrie, Trinkwasseraufbereitung).
Die im Labor hergestellten FM bestanden allerdings nicht aus nur einer einzigen Art, sondern es handelt sich hierbei um ein Gemisch von Polymeren, welche sich nach derzeitigen Erkenntnissen in chemischer Zusammensetzung wie auch in Größe unterscheiden. Weiterhin wurde unterschiedliches Verhalten gegenüber Hitzeeinwirkung festgestellt. Nach Trocknung von Proben zur Bestimmung der Abdampfrückstandes im Trockenofen ließ sich nur ein Teil der Polymere erneut lösen bzw. dispergieren unter Beibehalt ihrer Flockungswirkung.
Außerdem war es mit den zur Verfügung stehenden Mitteln nicht möglich ein hochreines Produkt herzustellen. Aus diesem Grund konnten die Grenzwerte, für zulässige Trübung gemäß der deutschen Trinkwasserverordnung, bei Ausflockungsversuchen von Trübstoffen aus Wasser nicht ganz erreicht werden, so dass im Falle einer Anwendung bei der Trinkwasseraufbereitung entweder eine Reinigung der FM (z.B. nach Größe, Lösungseigenschaften) oder eine Nachbehandlung des Trinkwassers erfolgen muss. Kostenmäßig können die im Labor hergestellten Flockungsmittel mit auf dem Markt befindlichen Produkten konkurrieren. Letztendlich wird über die preisliche Konkurrenzfähigkeit jedoch der Aufwand zur Erreichung des erforderlichen Reinheitsgrades und die Nachfrage der Ausgangsrohstoffe für andere Verwendung entscheiden. Langfristig wird es auch erforderlich sein, eine weite Produktpalette, besonders auch in Hinsicht auf die ionische Oberflächenladung, herstellen zu können, um den verschiedenen Anforderungen in der Praxis gerecht zu werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektinformationen werden durch das CCS unter www.CCS-Institut.de im Internet veröffentlicht.
Zwischenzeitlich wurden Kontakte zu Unternehmen aus der Flockungsmittelbranche hergestellt, die grundsätzliches Interesse an dem neuen Flockungsmittel zeigen.


Fazit

Die Projektergebnisse zeigen, dass es sehr wohl möglich ist, Substanzen aus einheimischem Pflanzenmaterial zur Herstellung von Flockungsmitteln zu verwenden. Allerdings konnten in diesem Projekt nur Anfangserkenntnisse gewonnen werden. Die Komplexität dieses Themas ist vergleichbar mit der, der Entwicklung von Flockungsmittel auf Basis von Polyacrylsäure/-amiden, von denen sich eine Vielzahl an Spezifikationen auf dem Markt befinden und auf den jeweiligen Anwendungsbereich zugepasst sein müssen. Hinzu kommt, dass das Endprodukt maßgeblich vom Ausgangsrohstoff abhängig ist. Dem zu Folge steigt auch die Komplexität im Vergleich zu rein chemischen Produkten.
Die im Labor gewonnenen FM sind ökologisch und gesundheitlich unbedenklich, nicht nur in Hinblick auf den Eintrag in die Umwelt und bei ihrer Verwendung, sondern auch bei der Produktion und Handhabung. Sie sind voll biologisch abbaubar.
Um eine Markteinführung zu erreichen sind jedoch weiterführende Entwicklungsarbeiten erforderlich, insbesondere in Hinblick auf die Erhöhung der Ionität bzw. Polymeroberflächenladung. Die erforderlichen Analysen und Untersuchungen sind sehr zeitaufwendig bzw. kostenintensiv.
Als nächster Schritt wäre eine höhere Aufreinigung erforderlich und die Herstellung größerer FM-Mengen, um diese im praxisnahen Einsatz zu prüfen.