Projekt 21689/01

Photokatalytischer Abbau von Arzneimittelreststoffen in Problemabwässern mittels UV-Strahlung und Mineralien

Projektträger

UMEX GmbH Dresden Technologieentwicklung
Moritzburger Weg 67
01109 Dresden
Telefon: 0351/3240396

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines Verfahrens zur Beseitigung von ökologisch bedenklichen Wirkstoffen aus Abwässern der Produktion von Arzneimitteln. Das Verfahren sollte auf dem photokatalytischen Abbau der Wirkstoffe basieren. Als Katalysatoren war die Verwendung natürlicher und synthetischer Materialien auf Basis von Titan- und Silizium-Verbindungen vorgesehen. Für die erforderlichen Lichtquellen sollten neben der natürlichen Sonnenstrahlung hauptsächlich verschiedene UVA-Strahlungsquellen hinsichtlich ihrer Eignung untersucht werden. Als Resultat des Vorhabens sollte ein Verfahrensvorschlag vorliegen, der es ermöglicht, eine entsprechende Abwasserbehandlungstechnologie für die pharmazeutische Industrie zur Verfügung zu stellen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben, geleitet und koordiniert durch die Fa. UMEX GmbH Dresden wurde in drei Teilaufgaben gegliedert:
Aufbau und Testung einer 10-Liter-Technikumsanlage zur photokatalytischen Nassoxidation von Arzneimittelrohstoffen und Hilfsstoffen in wässriger Lösung im Kreislauf.
Optimierung des Verfahrens und der Katalysator-Immobilisierung sowie die analytische Identifizierung der entstehenden Metaboliten.
Untersuchung praxisnaher Prozessabwässer u.a. aus der Pharmaproduktion.


Ergebnisse und Diskussion

Im Ergebnis des Vorhabens konnte gezeigt werden, dass die getesteten Materialien als Träger verwendbar sind. Die untersuchten mineralischen Stoffe verfügen über eine photokatalytische Aktivität, die unterschiedlich stark ausgeprägt ist. Insgesamt ist diese aber, wie erwartet, bei solchen mineralischen Stoffen gegenüber den auf dem Markt erhältlichen hoch entwickelten Produkten deutlich geringer. Für eine praktische Anwendung muss also eine Kostenanalyse, die alle anfallenden Aufwendungen sowohl für die An-lagentechnik als auch die zu verwendenden Katalysatoren einschließt, Entscheidungsgrundlage für die jeweils einzusetzenden Materialien bilden. Insbesondere für große Stoffströme, die nur gering belastet sind, ist jedoch das hier näher untersuchte Verfahrenskonzept eine echte Alternative zur reinen Nassoxidationsbehandlung.
Durch umfassende Untersuchungen an Modelllösungen und insbesondere an praktisch anfallenden Abwässern mit teilweiser hoher Matrixbelastung konnten wichtige Erkenntnisse gewonnen werden, die aufzeigen, dass die Photokatalyse ein ökologisch und ökonomisch sinnvolles Verfahren zur Abwasserbehandlung ist, wenn:
· es optimal auf die Problemstellung eingestellt ist (z. B. Strahlungsquellen, Reaktorgeometrie, Kombination mit weiteren vor- und nachgelagerten Verfahrensschritten),
· die Ausgangskonzentrationen der organischen Stoffen klein sind,
· die Matrix-Belastung (CSB, Trübung) gering ist,
· ein nahezu vollständiger Abbau der Problemstoffe und damit eine drastische Senkung der Toxizität des behandelten Wassers erreicht werden soll.
Während der photokatalytischen Reaktion entsteht ebenso, wie bei anderen Abbaureaktionen eine Vielzahl von Metaboliten, die sich in ihrer Art in Abhängigkeit von den jeweiligen Prozessbedingungen stark unterscheiden können. Insbesondere mit Blick auf deren zu erwartende Toxizitäten muss diesen Stoffen eine große Aufmerksamkeit gewidmet werden.
Für eine erfolgreiche technische Umsetzung zur direkten Behandlung von problematischen Abwasserteilströmen aus der Produktion von Arzneimitteln müssen entscheidende Anlagenkomponenten weiter entwickelt werden. Dies betrifft insbesondere die Strahlungsquellen und die Gestaltung von geschlossenen Reaktormodulen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Veröffentlichung von Teilergebnissen des Vorhabens wurde auf der ACHEMA 2006 realisiert. Eine Markteinführung des entwickelten Verfahrens- und Anlagenkonzeptes ist im Anschluss an die Bearbeitung des zweiten Projektabschnittes geplant.


Fazit

Mit der Bearbeitung des Vorhabens sind die Grundlagen zur erfolgreichen Umsetzung eines neuartigen Verfahrens und von entsprechenden Anlagen zur photokatalytischen Umsetzung von Arzneimittelreststoffen in Abwässern der pharmazeutischen Industrie geschaffen worden.