NanoPurification – Entwicklung fortschrittlicher Materialien und Verfahren zur Wasser- und Abwasserbehandlung mittels funktioneller Nanokomposite
Noch kann das Leitungswasser in Deutschland bedenkenlos getrunken werden, noch wird das geklärte Abwasser sauber in Gewässer abgegeben. Aber in unserer Wohlstandsgesellschaft verschmutzen zunehmend toxische Spurenstoffe und Arzneimittelrückstände das Wasser. Multibarrierensysteme, die nicht nur klar filtrieren, sondern auch aktiv Spurenstoffe abbauen, wirken als Barriere sowohl gegen feste als auch gelöste Substanzen.
In NanoPurification sollte ein Hybridsystem „NanoPur“ entwickelt werden, das in einem Prozessschritt partikuläre Verunreinigungen und Mikroorganismen mechanisch zurückhalten und zusätzlich chemische und biologische Kontaminanten abbauen bzw. abtöten kann. Dazu sollten Komposit-Mikrosiebe (techn. nμ-sieves) – also oberflächenaktive metallische Filter – mit einer photokatalytischen Beschichtung aus Nano Titandioxid und einer UV-LED-Dekontamination kombiniert werden. Mit dem Projektergebnis sollten Prozesse in der Trinkwasseraufbereitung, Abwasserbehandlung, Abwasserreinigung und der Produktaufbereitung intensiviert werden.
Im Vergleich verschiedener physikalischer und chemischer Titandioxid-Beschichtungsverfahren hat sich die nasschemische Beschichtung als bestgeeignete Methoden herausgestellt, über die maximal mögliche Abbaugrade einer Testsubstanz (Methylenblau) erreicht wurden. Die meisten Beschichtungen waren sogar unter sehr abrasiven Bedingungen dauerhaft haftstabil.
Die Komposit-Mikrosiebe wurden in kompakte Kombinationsmodule mit einem neuartigen LED Belichtungssystem umgesetzt, in Pilotanlagen integriert und im Bypass auf einer kommunalen Kläranlage und in einem Wasserwerk betrieben. In beiden Anwendungsfällen wiesen sie für bestimmte Spurenstoffe gute Abbaugrade auf. Als breitbandwirksames System zur Spurenstoffelimination ist NanoPur allerdings nicht geeignet, da andere Mikroschadstoffe nicht oder nur gering entfernt wurden.
Eine umfangreiche Recherche aktueller Studien hat ergeben, dass Nano-Titandioxid zwar ein ökotoxikologisches Potential in der aquatischen Umwelt besitzt, aber sehr schnell infolge von Agglomerations- und Adsorptionsprozessen zu toxisch unbedenklichen Makropartikeln umgewandelt wird. Ein Vorteil des NanoPur Systems gegenüber den meisten photokatalytischen Reaktoren mit Nanopartikel-Suspensionen ist die Immobilisierung der Nanopartikel auf einem Trägermaterial. In Laboranalysen wurde kein Titandioxid im Ablauf der Pilotanlage nachgewiesen.
