Arzneimittelrückstände im Abwasser effizienter entfernen

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Im Forschungsprojekt OZON-EFF erforscht Prof. Dr. Verena Fath ein
neuartiges, energieeffizientes Reaktorkonzept zur Ozonung kommunaler
Abwässer. Ziel ist die wirksame Entfernung von Arzneimittelspuren bei
deutlich reduziertem Energie- und Ressourcenverbrauch. Das Projekt wird
von der Carl-Zeiss-Stiftung im Förderprogramm „CZS Forschungsstart“ mit
240.000 Euro gefördert.

Vermehrte Arzneimittelrückstände und andere organische Spurenstoffe
stellen Kläranlagen vor große Herausforderungen. Herkömmliche dreistufige
Reinigungsverfahren können diese Stoffe nur unzureichend aus dem Abwasser
entfernen, sodass weitere Maßnahmen zur Wasseraufbereitung erforderlich
werden. Eine Möglichkeit, solche organischen Spurenstoffe abzubauen, ist
die Behandlung des Abwassers mit Ozon. Das Gas reagiert mit den im Wasser
gelösten Stoffen und kann diese chemisch verändern und abbauen. Dabei muss
das Ozon zunächst aus der Gasphase ins Wasser übertreten. Dieser
Stoffübergang an der Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit kann jedoch
die Effizienz des Verfahrens begrenzen. Die Folge: Für eine ausreichende
Reinigungsleistung kann unter Umständen mehr Ozon und damit auch mehr
Energie benötigt werden als technisch wünschenswert.

„Genau hier wollen wir ansetzen”, sagt Verena Fath, neuberufene
Professorin in der Fakultät für Verfahrens- und Chemietechnik. „Im
Forschungsprojekt OZON-EFF entwickeln wir einen neuen Reaktoransatz, der
die Ozonbehandlung effizienter machen soll. Dazu entwerfen wir einen
sogenannten Rieselfilmreaktor, in dem das Abwasser als dünner Film über
inerte Packungen fließt, während Ozon im Gegenstrom durch die Gasphase
geführt wird. Durch die Gestaltung des Reaktors wollen wir den Kontakt
zwischen Ozon und Abwasser gezielt verbessern. So soll die Reaktion
effizienter ablaufen und sich der Einsatz von Ozon und Energie möglichst
bedarfsgerecht steuern lassen.”

Zusammenspiel von Reaktortechnik, Messung und Simulation

Im Projekt untersucht das Forschungsteam systematisch, wie Stoffübergang,
Reaktionskinetik und Reaktorgeometrie zusammenwirken. Auf dieser Grundlage
soll ein Prototyp des Rieselfilmreaktors entwickelt und erprobt werden.
Ergänzend entstehen robuste Mess- und Regelsysteme, mit denen sich die
Ozondosierung an den tatsächlichen Bedarf anpassen lässt.

Auch die Übertragbarkeit auf die Praxis steht im Fokus: Das Projekt
untersucht den Energiebedarf und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und
bewertet, unter welchen Bedingungen sich die Technologie auf kommunale
Kläranlagen übertragen lässt. Investitionen in eine vierte
Reinigungsstufe, die aufgrund einer Neufassung der EU-Abwasserrichtlinie
vielen Kommunen in den kommenden Jahren bevorstehen, werden dadurch
zukunftssicher gestaltet und Einschränkungen im Gewässerschutz vermieden.

Förderung ermöglicht Forschungsstart

Das Projekt wird im Förderprogramm „CZS Forschungsstart“ der Carl-Zeiss-
Stiftung mit 240.000 Euro gefördert. Das Programm richtet sich gezielt an
Professorinnen und Professoren, die innerhalb der vergangenen zwölf Monate
erstmals eine Professur an einer Hochschule für angewandte Wissenschaften
angetreten haben. Voraussetzung ist ein Forschungsvorhaben aus den Natur-,
Lebens- und/oder Ingenieurwissenschaften mit hohem Potenzial für die
weitere Entwicklung der Forschungsaktivitäten.

Neuberufene erhalten so die Möglichkeit, bereits zu Beginn ihrer Professur
ein eigenes Forschungsprofil aufzubauen, erste Forschungsinfrastrukturen
zu entwickeln und Forschungsvorhaben mit wissenschaftlichen und
praktischen Partnern anzustoßen.

„Dass Verena Fath bereits zu Beginn ihrer Professur die Möglichkeit
erhält, mit einer eigenen Forschungsidee zu starten, ist eine großartige
Chance,” sagt Prof. Dr. Carsten Hopf, Prorektor für Forschung und
Transfer. „Das Programm CZS Forschungsstart schafft dafür hervorragende
Voraussetzungen. Ihr Projekt zeigt, wie verfahrenstechnische Forschung an
der Hochschule dazu beitragen kann, die Abwasserbehandlung
energieeffizienter, ressourcenschonender und wirtschaftlicher zu
gestalten. Dass eine junge Professorin so früh eigene Forschung aufbauen
kann, ist zudem ein schönes Signal und kann andere
Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler ermutigen, ihren
eigenen Weg in der Forschung zu gehen.”

Professorin Fath studierte Chemische Technik und Chemieingenieurwesen an
der Technischen Hochschule Mannheim. Vor ihrer Berufung zur Professorin
war sie mehrere Jahre lang in der Sicherheitstechnik der BASF SE sowie als
wissenschaftliche Mitarbeiterin tätig. Ihre Promotion absolvierte sie an
der Technischen Universität Dortmund auf dem Gebiet der autonomen
Prozessoptimierung. Ihr Forschungsinteresse gilt vor allem der
Nachhaltigkeit und Effizienz chemischer Prozesse.

Über die Carl-Zeiss-Stiftung

Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert Wissenschaft und Lehre in den MINT-
Disziplinen Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik. Als
Partnerin exzellenter Wissenschaft ermöglicht sie Freiräume für
Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung. Die Stiftung wurde 1889
von Ernst Abbe in Jena gegründet und ist heute eine der großen privaten
wissenschaftsfördernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige
Eigentümerin der Carl Zeiss AG und der SCHOTT AG. Ihre Fördertätigkeit
wird aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen
finanziert.