Gepulste Plasmen zur Wasserreinigung

BMBF-Forschungsprojekt PLASWAS untersucht den Abbau von pharmazeutischen Rückständen im Trinkwasser.

Korona-Entladung, die in Wasser mit exponentiell abfallenden Hochspannungspulsen erzeugt wurde. Bild: INP Greifswald / Foto: Robert Banaschik

07.04.15

BMBF-Forschungsprojekt PLASWAS

Die Versorgung mit sauberem und sicherem Trinkwasser wird in unserer modernen Gesellschaft gerne als selbstverständlich betrachtet. Allerdings wird die hohe Trinkwasserqualität zunehmend durch unseren Lebensstandard selbst bedroht. Stetige Fortschritte in der Medizin gehen einher mit zunehmenden Konzentrationen pharmazeutischer Rückstände in Abwässern und letztlich auch im Trinkwasser. Intensive Landwirtschaft und wasserintensive Produktionsprozesse führen ebenfalls zu einem Anstieg chemischer Verbindungen in unserer Umwelt.

Viele dieser Substanzen sind, wenn überhaupt, nur schwer mit herkömmlichen Verfahren zur Wasseraufbereitung abzubauen. Trinkwasserversorgung und Abwasseraufbereitung stehen damit vor der Herausforderung, geeignete neue Technologien zu entwickeln und letztendlich einzuführen.

Viele Anstrengungen bemühen sich aus diesem Grund um Verfahren, mit denen sich Hydroxylradikale erzeugen und einsetzen lassen. Diese reaktiven Moleküle besitzen ein weit höheres Oxidationspotential als Ozon oder Chlor und können dadurch selbst sehr stabile und problematische Stoffe wirksam aufbrechen. Außerhalb des Behandlungsvolumens erzeugt, müssen Hydroxylradikale aber erst ins Wasser eingebracht werden. Dabei schränkt die kurze Lebensdauer des Radikals die Effektivität der Methode deutlich ein.

Verfahren bei denen Radikale durch ultraviolette Bestrahlung im Wasser selbst erzeugt werden, sind dagegen oft durch die Absorption des Lichts im Wasser in ihrer Effektivität eingeschränkt. Auch sind diese Verfahren bei getrübten Abwässern weniger wirkungsvoll. Im Unterschied dazu bieten Entladungen, die im Wasser selbst erzeugt werden, den Vorteil Hydroxylradikale und auch andere kurzlebige Radikale in einem Behandlungsvolumen dort bereitzustellen, wo sie benötigt werden. Mit der Ausbreitung des Plasmas lassen sich damit auch größere Volumina durchdringen.

Ausgedehnte filamentierte Plasmen können im Wasser durch schnelle Hochspannungspulse erzeugt werden, d.h. Spannungspulse von kurzer Dauer von vorzugsweise weniger als einer Mikrosekunde und Anstiegszeiten von nur wenigen Nanosekunden. Beim Aufbau der Plasmakanäle wird die eingebrachte elektrische Energie dabei bevorzugt in Mechanismen geleitet, die insbesondere zur Erzeugung von Hydroxylradikalen und Emission ultravioletter Strahlung führen. Längere Hochspannungspulse tragen dagegen nur verstärkt zu Erwärmung und damit thermischen Verlusten bei.

In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Vorhaben PLASWAS sollen Plasmen, die sich mit gepulsten Hochspannungen erzeugen lassen, bezüglich eines effizienten Abbaus pharmazeutischer Verbindungen untersucht werden. Schwerpunkt sind Substanzen, die sich bereits als problematisch durch den Abbau mit anderen Verfahren erwiesen haben. Dabei sollen elektrische Betriebsparameter in Zusammenhang mit verschiedenen Entladungsgeometrieen untersucht werden.

Ziel ist es, den Abbau und dessen Energieeffizienz unter möglichst realistischen Bedingungen, d.h. verschiedenen Wasserbedingungen, zu bestimmen. Bei der Untersuchung der Abbaureaktionen werden darüber hinaus auch Abbauprodukte und Wasserqualitätsparameter überwacht.

Diese Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen bieten die Grundlage für die weitere technische Umsetzung und Einbindung in Wasseraufbereitungsanlagen. Da das Problem mit chemischen Verunreinigungen belasteter Abwässer nicht auf Deutschland oder Europa beschränkt ist, ist zu erwarten, dass die Technologie auch international erfolgreich sein wird.

Das PLASWAS-Projekt am Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP Greifswald) ist Anfang April 2015 gestartet. Im Rahmen der Initiative „Wissenschaftliche Vorprojekte“ wird es bis Ende März 2017 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 280.000 Euro gefördert.

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Projekt PLASWAS (PDF)

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