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Oxidative Abwasserreinigung mit dem FENTOX®-Verfahren

Industrielle Abwässer enthalten oft persistente oder toxische Verbindungen, die eine biologische Behandlung erschweren oder gar unmöglich machen. Für diese Fälle wurde das FENTOX®-Verfahren entwickelt, das 1996 patentiert wurde. Es beruht auf der außerordentlich starken Oxidationswirkung von Fentons Reagenz. Dies ist eine Mischung von Wasserstoffperoxid und Eisen(II)-Salz als Katalysator. Durch in situ entstehende Hydroxylradikale können biologisch schwer abbaubare und bakterientoxische Schadstoffe entfernt werden.

FENTOX-Anlage in Gendorf
Bild 1: Teilansicht der FENTOX-Anlage in Gendorf

Anfang 1999 ging eine Behandlungsanlage für Deponiesickerwässer aus mehreren bayerischen Landkreisen mit einer Kapazität von 300 m³ pro Tag bei der InfraServ GmbH & Co Gendorf KG in Betrieb. Besonders preisgünstig ist das Verfahren dadurch, dass in der FENTOX-Anlage die Schadstoffe nur bioverfügbar gemacht werden, um dann in der Betriebskläranlage von InfraServ weiterbehandelt zu werden:Die chemische Oxidation findet dabei in jeweils 12,5 m³ fassenden in Reihe geschalteten Reaktoren statt. Der Prozess läuft bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur von 45 °C und bei Normaldruck ab. Dabei wird 40 % des zur vollständigen CSB-Oxidation notwendigen Wasserstoffperoxids eingesetzt, um nur so weit zu oxidieren, dass die Bakterien in der nachgeschalteten biologischen Kläranlage die Stoffe sicher abbauen können. Das Behandlungsschema ist in Bild 2 skizziert.

Ablaufschema Gendorf
Bild 2: Schematische Darstellung der kombinierten chemisch-biologischen Behandlung von Deponiesickerwasser und Industrieabwasser

Funktionsweise von Fentons Reagenz:

Das Schema der Fenton-Reaktion ist im Folgenden stark vereinfacht (für den Fall von aliphatischen Verbindungen) dargestellt. Dabei wird in Anwesenheit organischer Substrate im Wesentlichen eine Radikalkettenreaktion angenommen:

H2O2   +    Fe2+      Fe3+   +    OH-   +   OH     (1)

OH   +   RH       H2O   +   R                           (2)

R   +   Fe3+      Fe2+   +   Produkt                   (3)

OH   +   Fe2+      Fe3+   +   OH-                       (4)

2 R       Produkt (Dimer)                                  (5)

R   +   Fe2+   +   H+      Fe3+   +   RH                (6)

Einsatzmöglichkeiten

Das FENTOX-Verfahren ist besonders geeignet zum Abbau von CSB-Werten bis zu 20.000 mg/l, Entgiftung von bakterientoxischen Wässern und zur Zerstörung von AOX. Im Gegensatz zu Verfahren, die UV-Bestrahlung einsetzen, ist hier auch die Behandlung von trüben oder stark gefärbten Abwässern problemlos möglich. Verschiedene Problemabwässer wurden bisher im Labor- und Technikumsmaßstab behandelt. CSB, AOX, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Amine, Phenole, Phenylzinnverbindungen u.a. wurden z.B. aus Deponiesickerwässern (Hausmüll und Indtustrie), Wasserlack-Abwässern, Pharmazie- und Textilfärbeabwässern entfernt.

Forschungsprojekte

Zusammen mit den Firmen DW-Chem-Tech GmbH, Garching, und Eisenmann Maschinenbau KG, Holzgerlingen, wurde eine Labor- und eine technische Pilotanlage entwickelt, die in einem metallbearbeitenden Betrieb, der Sachsenhydraulik GmbH in Chemnitz getestet wurde. Bild 3 zeigt ein Fließschema der Laboranlage. In dieser FENTOX-Anlage konnten aus Kühlschmiermittel-Ultrafiltraten 70 - 90 % der organischen Schadstoffe (gemessen als CSB) entfernt werden. Die Bakterientoxizität wurde um Größenordnungen verringert. Diese Arbeiten wurden von 1991 bis 1994 im Rahmen des von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekts 00933 "Optimierung eines oxidativen Verfahrens zur Entgiftung organisch hochbelasteter Industrieabwässer zur technischen Anwendungsreife" durchgeführt.

Fließschema Laboranlage
Bild 3: Kontinuierliche Laboranlage zur Abwasserbehandlung mit Fentons Reagenz

In einem Bayerischen Staatsministerium für Landesentwicklung und Umweltfragen im Rahmen von BayFORREST geförderten Forschungsvorhaben "Oxidativer Abbau von refraktärem CSB mit Fentons Reagenz" (Laufzeit 1999 - 2000) sollen weitere Erkenntnisse über die Behandlung von biologisch schwer abbaubaren Industrieabwässern und Deponiesickerwässern gewonnen werden. So wird z.B. untersucht, wie oft das in katalytischen Mengen eingesetzte Eisensalz wiederverwendet werden kann. In Gendorf wird es nach der Reaktion in die biologische Stufe eingeleitet, wo es zur Fällung z.B. von Phosphat wirksam werden kann.

Ein weiterer Punkt wird die Untersuchung der Neubildung von chlororganischen Verbindungen in stark salzhaltigen Abwässern sein, die bei allen oxidativen Verfahren auftreten kann. Hier ist zu klären, wie sich diese Verbindungen auf die biologische Stufe auswirken.

Diese Forschungsergebnisse, in die auch unterschiedlichste Industrieabwässer einfließen sollen, werden zeigen, ob das FENTOX®-Behandlungsverfahren Grundstein sein kann für weitere Sickerwasserzweckverbände mit überregionaler Entsorgungs-Möglichkeit bzw. für Industrieabwasserzweckverbände. Es können sich auch Synergieeffekte zwischen dem öffentlich-rechtlichen Bereich (Deponiesickerwasser) und der Industrie ergeben, wie der bei der InfraServ GmbH & Co. Gendorf KG realisierte Fall zeigt.

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