Projekt 01130/01

Erfassung organischer Wasserinhaltsstoffe durch elektrochemische Oxidation an Metalloxidelektroden (elektrochemische CSB-Bestimmung)

Projektträger

LAR Laser and Analytik & Umwelt Messtechnik GmbH
Tempelhofer Ufer 23 - 24
10963 BerlinZielsetzung und Anlass des Vorhabens Der Chemische Sauerstoffbedarf (CSB) ist einer der wichtigsten Parameter der Abwassertechnik, da er erlaubt, die Belastung eines Wassers mit organischen Stoffen summarisch zu beschreiben. Der CSB kennzeichnet dabei weniger die einzelnen Inhaltsstoffe des Wassers; vielmehr beschreibt er den Aufwand - eben den Sauerstoffbedarf - der zum Abbau der Stoffe erforderlich ist. Aufgrund dieses universellen Ansatzes hat sich der CSB als ein Leitparameter zur Wasseranalytik in der Umwelttechnik und Abwassertechnik ganz allgemein durchgesetzt. Das durchgef√ľhrten F+E- Vorhaben befa√üt sich damit, eine neuartige, elektrochemische Methode der CSB- Messung zur Anwendungsreife zu bringen. Die Reaktion wird √ľber an einer Anode elektrochemisch zu entwickelnde Oxidantien vermittelt, deren Bildung √ľber den Anodenstrom kontrolliert werden kann. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Projekt waren die folgenden Arbeitspakete zu bearbeiten: * Beschreibung der anzuwendenden Me√ümethode und Festlegung der me√ütechnischen und chemischen Randbedingungen (z.B. Art und Konzentration des Elektrolyten, Temperatur). * Festlegung einer geeigneten Metalloxidanode und Definition sowie Optimierung der Herstellungsvorschrift f√ľr diese Elektroden. * Durchf√ľhrung von Stofftests und Untersuchung industrieller Abw√§sser. * Erweiterung der Applikationsbandbreite durch Variation des Elektrodenpotentials und cyclovoltammetrische Messung. Ergebnisse und Diskussion Ein wesentliches Ziel des Projekts war es, zuverl√§ssige Elektroden mit stabilen Eigenschaften herzustellen. Hier wurde im Rahmen eines externen Auftrags mit der DW Chem-Tech, Herrn Prof. D. Wabner in Garching eng kooperiert. Herr Prof. Wabner ist ein anerkannter Experte f√ľr das Fachgebiet der Hydro-xyl-Radikal-Chemie und die Zusammenarbeit mit ihm war f√ľr das Vorhaben von allergr√∂√ütem Wert. Basierend auf den Ergebnissen der DW Chem-Tech wurde in umfangreichen Versuchsreihen ein Herstellungsproze√ü entwickelt, mit dem Bleidioxidanoden erhalten werden, die eine Lebensdauer von 10 - 20 Monaten haben, mechanisch sehr stabil sind, eine sehr hohe Sauerstoff√ľberspannung aufweisen (also bis zu hohen Potentialen kein Sauerstoffgas entwickeln) und auch in ihren sonstigen Eigenschaften sehr gleichartig sind. Der im Arbeitspaket Elektrodenherstellung entwickelte Proze√ü f√ľhrt zu Bleidioxidelektroden, die langfristig stabile Eigenschaften haben und praxistauglich sind. Damit ist die entscheidende Grundlage f√ľr die weiteren Arbeitsschritte des Projekts gelegt Parallel zur Auswahl bzw. Entwicklung von Metalloxidelektroden mit besonders hohem OH- Radikalbildungsverm√∂gen wurden die chemischen Parameter, mit denen der Me√üproze√ü abl√§uft, untersucht und optimiert. Dabei wurde sowohl mit Einzelsubstanzen als auch mit tats√§chliche Abw√§ssern verschiedenster Herkunft gearbeitet. Die Ausrichtung des Entwicklungsprojekts elektrochemische CSB- Messung erfolgte von vornherein anwendungsbezogen. Aus diesem Gesichtspunkt heraus resultierten enge Kontakte mit verschiedenen Kl√§ranlagen kommunaler und industrieller Art. Insgesamt wurden im Rahmen des Projekts √ľber 50 verschiedene Abw√§sser untersucht, die aus so unterschiedlichen Bereichen wie Petrochemie, Papierindustrie, Lebensmittelindustrie und anorganischer Farbstoffproduktion f√ľr Betondachsteine stammten. Neben diesen industriellen Abw√§ssern wurden auch die unterschiedlichsten Proben aus kommunalen Kl√§rwerken untersucht. Neben dem Rohabwasser liegen Me√üergebnisse vor zu Abwasser aus der Schlammentw√§ssereung, der Vorkl√§rung sowie dem Kl√§ranlagenablauf, wo die elektrochemische Messung aufgrund ihrer hohen Me√üempfindlichkeit sich als sehr gut geeignet erwies. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Die Me√ümethode findet wegen ihrer vielen Vorz√ľge auf den internationalen Fachmessen (vorgestellt 1995 auf der ENVITEC in D√ľsseldorf und 1996 auf der IFAT in M√ľnchen) gro√ües Interesse. Bei diesen Gelegenheiten wurde und wird auf die finanzielle F√∂rderung der DBU zur anwendungsreifen Entwicklung des Me√üverfahrens hingewiesen. Fazit Betrachtet man die anf√§nglichen Zielsetzungen, so ist klar erkennbar, da√ü die Entwicklung einer anwendungsreifen Methode zur elektrochemischen Messung des gelungen ist: * Das Verfahren bzw. das mit ihm arbeitende Me√üger√§t ist ein umwelt- und gesundheitsfreundliches Produkt, da es ganz erheblich zum Arbeitsschutz beitr√§gt und die Umwelt von Sonderm√ľll entlastet, der bei der bislang √ľblichen CSB-Analytik in gro√üen Mengen anf√§llt. * In der Anwendung ist die Methode v√∂llig ungef√§hrlich, denn als einziges Reagens wird ein Me√üelektrolyt verwendet, der 1,4 g/l Natriumsulfat enth√§lt. * Das Verfahren gen√ľgt auch den Anforderungen nach einem umweltschonenden Rohstoff- und Energieeinsatz. Die maximale Leistungsaufnahme eines elektrochemischen CSB-Me√üger√§ts liegt bei 40 Watt, die durchschnittliche Leistungsaufnahme bei nur 10 Watt. Bedenkt man, da√ü bei der herk√∂mmlichen Analytik ein Kochen des Me√üansatzes √ľber 2 Stunden erforderlich ist, so kann man leicht berechnen, da√ü der Energieaufwand pro Analyse bei dem elektrochemischen Me√üverfahren unter einem Tausendstel des bislang √úblichen liegt. * Ein weiteres Ziel findet darin Ber√ľcksichtigung, da√ü das elektrochemische Me√üverfahren zur Schnellanalytik im Umweltschutz geeignet ist. Eine Messung dauert eine Minute; rechnet man die Me√üvorbereitungen mit ein, liegt der Zeitaufwand bei unter 10 Minuten. Auch unter dem Aspekt des geringen Energiebedarfs ist die Methode daher zur kontinuierlichen Messung auf Kl√§ranalgen oder anderen Bereichen der Umweltme√ütechnik in hohem Ma√üe geeignet. Die elektrochemische CSB- Messung hat sich mittlerweile in vielen Bereichen der Abwasserme√ütechnik und industriellen Proze√üsteuerung als gut geeignet erwiesen.

√úbersicht

Telefon

030/235532-0

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Bundesland

Berlin

Fördersumme

133.753,96 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.04.1993 - 31.12.1995