Projekt 06637/01

Lasergest√ľtzte photochemische Wasseraufbereitungsanlage

Projektträger

Friedrich-Schiller-Universit√§t JenaInstitut f√ľr Optik und Quantenelektronik
Max-Wien-Platz 1
07743 JenaZielsetzung und Anlass des Vorhabens Untersuchung des photochemischen Abbaus problematischer Textilabw√§sser durch die intensive und im Vergleich zu herk√∂mmlichen Quecksilberstrahlern kurzwelligere UV-Strahlung von Excimerlasern. Ziel waren die Kl√§rung der prinzipiellen Abbaubarkeit der Farbstoffe mittels Excimerstrahlung sowie die Erarbeitung eines Bestrahlungs-/Behandlungs-Algorithmus f√ľr eine energie- und additivasparende Behandlung solcher u.a. problematischer Abw√§sser. Anhand der gewonnenen Daten sollten Absch√§tzungen zur √Ėkonomie des Verfahrens gemacht werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen wurden am Realabwasser der Firma Curt Bauer GmbH Aue sowie an Modell√∂sungen aus repr√§sentativen handels√ľblichen Farbstoffen durchgef√ľhrt. Als typische Vertreter verschiedener Farbstoffklassen wurden ausgew√§hlt: die Reaktivfarbstoffe reactive black 5 und reactive orange 16, die Idanthrenfarbstoffe vat red 10 und vat blue 6 sowie der basische Farbstoff basic red 18. Die Farbstoffl√∂sungen mit Farbstoffkonzentrationen zwischen 50 mg/l und 250 mg/l wurden in einer Quarzglask√ľvette (5¬ī3¬ī1 cm¬≥) mit unfokussiertem Excimerlaserlicht (Strahlquerschnitt 3¬ī1 cm¬≤) be-strahlt. Die K√ľvette ist mit zwei Glasrohren f√ľr die Zu- und Abfuhr von Ozon oder Luft versehen. Falls kein Ozon eingeblasen wurde, sorgte ein Magnetr√ľhrer f√ľr die aufgrund der sehr geringen Eindringtiefe der Laserstrahlung (< 1 mm) notwendige Durchmischung. Als Strahlungsquelle wurde ein Multigas-Excimerlaser (Lambda Physik EMG 101) verwendet, so da√ü je nach verwendetem Gasgemisch zwei Wellenl√§ngen zur Verf√ľgung standen: 193 nm (ArF) und 248 nm (KrF). Bei der Excimerlaser-Strahlung handelt es sich um gepulste Strahlung mit einer Impulsdauer von etwa 20 ns. ES wurde bei einer Impulsfolgefrequenz von 15 Hz gearbeitet. Die maximale Energie eines Laserimpulses war 110 mJ bei ArF und 200 mJ bei KrF. Der photolytische Abbau der Farbstoffe wurde anhand der Zweistrahl-UV/VIS Absorptionsspektren (ZEISS M500) sowie der umweltpolitisch relevanten Summenparameter TOC (totaler Gehalt an organischem Kohlenstoff und CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) verfolgt. Ergebnisse und Diskussion W√§hrend des F√∂rderprojektes wurde anhand von Abw√§ssern aus der Textilindustrie sowie entsprechenden Modell√∂sungen der photochemische Abbau der enthaltenen Schadstoffe mittels Excimerlaserstrahlung untersucht. Dabei zeigte sich, da√ü die intensive, monochromatische (248 nm oder 193 nm) und gepulste Strahlung des Excimerlasers in der Lage ist, die im Abwasser enthaltenen Farbstoffe abzubauen. Insbesondere ist die Strahlung des bei 193 nm emittierenden ArF-Lasers sehr effektiv, da im Vergleich zum KrF-Laser (248nm) deutlich weniger Strahlungsenergie sowie wesentlich weniger beziehungsweise keine zus√§tzlichen Oxidationsmittel wie H2O2 oder Ozon ben√∂tigt werden. √Ėkonomische Absch√§tzungen f√ľhrten jedoch zu dem Schlu√ü, da√ü der Excimerlaser aufgrund seines geringen Wirkungsgrades von maximal 2% bei der Behandlung von Farbabw√§ssern mit den herk√∂mmlichen Quecksilberstrahlern bez√ľglich des Verbrauchs an Elektroenergie nicht konkurrieren kann. Dennoch wird eine Einsatzm√∂glichkeit des Excimerlasers bei der Behandlung von mit konventionellen Methoden schwer abbaubaren Abw√§ssern gesehen. Solche Abw√§sser sind z. B. Grundwasser aus milit√§rischen Altlasten, Abw√§sser aus der chemischen Industrie und l√∂sungsmittelhaltige (CKW-haltige) Abw√§sser. Diese in der zweiten Projektphase untersuchten Abw√§sser sind mit der ArF-Laserstrahlung ebenfalls abbaubar, wobei √∂konomische Betrachtungen noch ausstehen. Wegen der hohen Effektivit√§t der 193nm-Strahlung, die derzeitig nur mit dem ArF-Excimerlaser bei ausreichender Intensit√§t erzeugt werden kann, wurden in der zweiten Projektphase au√üerdem Anstrengungen zur Entwicklung einer neuartigen, bei 193 nm emittierenden Strahlungsquelle mit deutlich h√∂herem Wirkungsgrad unternommen. Die Funktionsweise des zum Patent angemeldeten Strahlers sowie erste Ergebnisse von Labortests werden im vorliegenden Abschlu√übericht beschrieben. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Die Ergebnisse wurden in 2 Publikationen der √Ėffentlichkeit zug√§nglich gemacht: Sie wurden auf der 1. Internationalen Konferenz √ľber Oxydationstechnologien f√ľr die Wasser- und Abwasserbehandlung, die vom 12.-15. Mai 1996 in Goslar stattfand, in Form eines Posters sowie eines Beitrages f√ľr den Tagungsband, der zus√§tzlich f√ľr die Ver√∂ffentlichung im IAWQ-Journal Water Science and Technology ausgew√§hlt wurde, vorgestellt. Desweiteren wurden die Ergebnisse in der Th√ľringer Zeitschrift Biosph√§re Nr.9(1996)4-7 umfassend dargestellt. Das Projekt zur Abwasserreinigung mittels Excimerlaserstrahlung wurde auf der Hannovermesse 1996 im Rahmen des Gemeinschaftsstandes Forschungsland Th√ľringen vorgestellt. Im Zusammenhang damit wurde eine Presse-Information erstellt. Das f√ľhrte zu zahlreichen Mitteilungen bzw. redaktionellen Ver√∂ffentlichungen sowohl in der universit√§tseigenen als auch der Tagespresse. W√§hrend der Hannovermesse wurde au√üerdem ein Vortrag im Forum der Messehalle gehalten, der vom Nachrichtensender NTV aufgezeichnet wurde. Fazit Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, da√ü die kurzwellige, im Bereich unter 200 nm liegende UV-Strahlung prinzipiell sehr gut zum Schadstoffabbau im Abwasser geeignet. Es bleibt jedoch die Aufgabe, geeignete, √∂konomisch vertretbare Strahlungsquellen zu entwickeln, die im Wellenl√§ngenbereich zwischen 180-200 nm eine intensive Strahlung liefern.

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Telefon

03641/9-47200

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Bundesland

Alte und Neue Bundesländer

Fördersumme

97.145,46 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.09.1995 - 31.08.1996