Die Vorteile von Erweiterten Oxidationsverfahren (AOP) für die Wasseraufbereitung
24 März 2025Die globale Wasserkrise verschärft sich durch die kombinierten Auswirkungen von Umweltverschmutzung und Klimawandel.
Diese wachsende Nachfrage nach sicheren und zuverlässigen Wasserressourcen setzt in Kombination mit der abnehmenden Verfügbarkeit von Oberflächen- und Grundwasser die Wasserversorgungssysteme und Qualitätsstandards enorm unter Druck.
Gleichzeitig stellt das zunehmende Vorkommen persistenter, vom Menschen verursachter Chemikalien und Mikroschadstoffe in Wasserquellen ein erhebliches Risiko für die menschliche Gesundheit und aquatische Ökosysteme dar und schafft damit weltweit eine komplexe Herausforderung für Wasseraufbereitungsanlagen.
Erweiterte Oxidationsverfahren (AOP) bieten eine wirkungsvolle und nachhaltige Lösung für diese Probleme, da diese Methoden selbst die persistentesten Schadstoffe abbauen können.
Die nachgewiesene Wirksamkeit und Kosteneffizienz von AOP-Lösungen hat zu deren Einsatz in Wasseraufbereitungsanlagen auf der ganzen Welt geführt. Von der Wiederverwendung kommunaler Abwässer bis zur Aufbereitung von Oberflächen- und Grundwasser bietet AOP eine zuverlässige und effiziente Wasseraufbereitung für ein breites Anwendungsspektrum.
Kombinationen von Wasseraufbereitungstechnologien für erweiterte Oxidationsverfahren (AOP)
Erweiterte Oxidationsverfahren (AOP) ist die gängige Bezeichnung für chemische/photochemische Reaktionen, die im Wasser OH-Radikale erzeugen, um persistente und toxische chemische Verbindungen abzubauen.
Typische Beispiele für AOP-Kombinationen sind:
- Vakuum-UV / Ozon
- UV / Wasserstoffperoxid
- UV / Persulfat
- UV / Chlor
- Ozon/Peroxid
- Vakuum-UV
AOP wird in vielen Wasseraufbereitungsanwendungen häufig als abschließender Polierschritt eingesetzt, um eine kombinierte Desinfektion und die Entfernung organischer Spurenstoffe auf sehr niedrige Werte zu erreichen und so Wasser von sehr hoher Reinheit zu gewährleisten.
UV/Peroxid
Das grundlegende Prinzip dieses AOP besteht darin, dass Wasserstoffperoxid UV-Licht in unterschiedlichem Ausmaß über den gesamten Bereich von 200-300 nm absorbiert, was zur homolytischen Photolyse von Wasserstoffperoxid in Hydroxylradikale zum Abbau von Schadstoffen führt. Dieser Prozess wird dem UV/Chlor-Prozess vorgezogen, wenn der pH-Wert des Wassers im leicht sauren bis neutralen Bereich liegt. Die Auswahl des UV-Lampentyps für diesen Prozess hängt von den Wassereigenschaften ab.
UV/Persulfat
Der UV/Persulfat-AOP nutzt UV-Strahlung zur Aktivierung von Persulfat, wodurch Sulfatradikale mit starkem Oxidationspotenzial zum Abbau von Schadstoffen entstehen. Im Gegensatz zu Hydroxylradikalen sind Sulfatradikale selektiver und wirksamer gegen elektronenarme Schadstoffe und bieten spezifische Vorteile bei der Behandlung stickstoffhaltiger Verbindungen wie Harnstoff. Der Prozess ist bei saurem bis neutralem pH-Wert (pH 5–7) am effizientesten, da alkalische Bedingungen die Umwandlung in schwächere Radikalspezies begünstigen. Dieser Prozess nutzt in der Regel Niederdruck-UV-Lampentechnologie.
UV/Chlor
Der UV/Chlor-AOP nutzt UV-Strahlung zur Photolyse von Chlorspezies, die UV-Licht in unterschiedlichem Ausmaß über den gesamten Bereich von 200-300 nm absorbieren, wodurch Hydroxyl- und Chlorradikale zum Abbau von Schadstoffen entstehen. Er ist am wirksamsten, wenn der pH-Wert des Wassers im neutralen bis leicht alkalischen Bereich liegt, da Chlorradikale dort die Oxidationsselektivität verbessern. Die Auswahl des UV-Lampentyps für diesen Prozess hängt von den Wassereigenschaften ab.
Ozon/Peroxid
Der Ozon/Peroxid-AOP verstärkt die konventionelle Ozonoxidation durch die Zugabe von Wasserstoffperoxid, das den Abbau von Ozon zu Hydroxylradikalen beschleunigt. Die optimale Leistung wird bei neutralem bis leicht alkalischem pH-Wert erreicht, wo die Hydroxylradikalbildung maximiert wird. Dieser Prozess wird üblicherweise für Wässer mit geringer UV-Transmission gewählt, bei denen UV-basierte AOP weniger praktikabel sind.
Vakuum-UV
Der Vakuum-UV-AOP (VUV) nutzt hochenergetisches UV-Licht mit 185 nm, um Wassermoleküle direkt zu photolysieren und dabei Hydroxylradikale ohne chemische Zusatzstoffe zu erzeugen. Dieser Prozess ermöglicht eine breitbandige Oxidation organischer Schadstoffe und ist dadurch bei der TOC-Entfernung in der Reinstwasserproduktion sehr wirksam. Zwar entfällt dadurch der Bedarf an externen Oxidationsmitteln, doch erfordern der hohe Energieverbrauch und die begrenzte Eindringtiefe des VUV-Lichts optimierte Reaktordesigns für großtechnische Anwendungen.
Ozon/Vakuum-UV
Diese Kombination wird eingesetzt, um die Leistung des VUV-AOP zu verbessern. Ozon wird vor dem Vakuum-UV-Reaktor dosiert, um im Wasser vorhandene gelöste organische Substanz selektiv zu Produkten mit geringerer Reaktivität gegenüber OH-Radikalen zu oxidieren. Dadurch wird die Konkurrenz um OH-Radikale verringert und eine effizientere Stoffentfernung im nachfolgenden VUV-AOP ermöglicht.
AOP im Einsatz bei einer dänischen Carlsberg-Brauerei
Als Teil von DRIP (Dänische Partnerschaft für ressourcen- und wassereffiziente industrielle Lebensmittelproduktion) hat ULTRAAQUA durch den Einsatz von AOP-Systemen (Erweiterte Oxidationsverfahren) an der Gestaltung der Zukunft von Bierbrauereien mitgewirkt.
Durch die Implementierung der AOP-Wasseraufbereitung im Carlsberg-Werk in Fredericia kann Carlsberg 90 % seines Prozesswassers wiederverwenden und zusätzlich 10 % mehr Energie einsparen, wodurch sich der gesamte Wasserverbrauch halbiert hat – von 2,9 hl Wasser auf 1,4 hl Wasser pro hl Bier.
Der Einsatz von AOP-Verfahren erfreut sich zunehmender Beliebtheit, da sie sich in Anwendungen mit hohen Anforderungen an Sicherheit und Hygiene als besonders wirksam erweisen.
Konkret wurden umfassende Laborversuche durchgeführt und mit fortschrittlicher integrierter CFD-Modellierung kombiniert, um einen UV-basierten AOP-Reaktor zu entwickeln, der die chemische und mikrobiologische Wasserqualität stabilisiert und das Wiederverkeimungspotenzial während der Lagerung vor der Wiederverwendung verzögert. AOP fungiert dabei als letzter Aufbereitungsschritt der gesamten Anlage, bevor das Wasser wiederverwendet werden kann.
Durch diese Initiative ist die Carlsberg-Brauerei in Fredericia weltweit die erste, die Wasserverschwendung nahezu vollständig eliminiert hat, und übertrifft damit ihre Nachhaltigkeitsziele für 2030.
Erste Schritte mit der AOP-Wasseraufbereitung
Die F&E-Abteilung von ULTRAAQUA führt einige der neuesten Entwicklungsarbeiten in der Wasserbranche durch, unterstützt sie und ist dabei Vorreiter.
Die Projekte konzentrieren sich vor allem auf die Entwicklung einzigartiger und fortschrittlicher Lösungen zur Bewältigung einiger der komplexesten Wasserqualitätsprobleme der Welt.
Die umfangreichen Ressourcen, die für diese F&E-Aktivitäten – einschließlich zahlreicher AOP-basierter Projekte – bereitgestellt wurden, haben zu einem umfassenden Wissen über die optimale AOP-Konfiguration selbst für die komplexesten Herausforderungen geführt.
Die umfassenden hauseigenen Labor- und Testbereiche schaffen optimale Bedingungen für die Durchführung von AOP-Projekten und ermöglichen die Simulation von Pilotversuchen im großtechnischen Maßstab. Dies erlaubt eine präzise Bewertung der Systemleistung, um sicherzustellen, dass die gewählte Lösung kosteneffizient und auf die jeweilige Herausforderung zugeschnitten ist.
Umfangreiche Tests und Vorabbewertungen vor der Auswahl der idealen Lösung minimieren wirksam das Risiko und gewährleisten langfristige Kosteneffizienz.
ULTRAAQUA bietet maßgeschneiderte AOP-Lösungen für praktisch jede Herausforderung in der Wasseraufbereitung und nutzt dabei fortschrittliche integrierte CFD-, UV-Fluenzfeld- und Radikalchemie-Prozessmodelle, um die räumlich abhängige OH-Radikalkonzentration zu berechnen und zu optimieren sowie den Abbau der Zielverbindungen vorherzusagen.
Das Ergebnis ist eine Auswahl an Reaktionssystem, Lampentyp und optimalem Reaktordesign, die einen effizienten Aufbereitungsprozess unter Berücksichtigung der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Wassermatrix und der Zielverbindungen gewährleistet. Bei sehr komplexen Wassermatrices kann der empirische Abbau der Zielverbindungen experimentell im hochwertigen Forschungslabor von ULTRAAQUA ermittelt werden.
Wenn Sie eine persönliche Beratung zu Ihrer spezifischen AOP-Wasseraufbereitungsherausforderung benötigen, wenden Sie sich jederzeit gerne an unsere Vertriebsingenieure unter sales@ultraaqua.com – oder nutzen Sie das Kontaktformular unten. Wir unterstützen Sie von der allerersten Wasserprobenanalyse bis hin zu einer Lösung im großtechnischen Maßstab.
