13 Fragen zum UV-FSR und ein direkter Link zur Antwort:

  1. Um die recht strengen Direkt- bzw. Indirekteinleiter-
Grenzwerte für gefährliche Abwasserinhaltsstoffe einhalten zu können fordert der Gesetzgeber in Deutschland den "Stand der Technik". Ist hier die UV-FSR-Technik angesprochen?


  2. Für welche Industrieabwässer kommt das UV-FSR-Verfahren in Frage?

  3. Wie funktioniert der UV-H2O2-Prozess?


  4. Worin besteht die Innovation bei der UV-FSR-Technologie?


  5. Die UV-FSR zeichnen sich durch beachtliche Anschlußleistungen aus. Wie wird die Wärme abgeführt?

  6. Industrieabwässer sind manchmal recht korrosiv gegenüber Metallen. Aus welchen Materialien besteht ein UV-FSR?


  7. Wie wird ein UV-FSR betrieben - batch oder kontinuierlich?


  8. Die UV-FSR sind mit Mitteldruckstrahlern aus dem etwas teureren Sonderquarzglas bestückt. Warum?

  9. Es wird immer wieder propagiert, den UV-H2O2-Prozess durch Zugabe von Eisensalzen als Katalysator oder Titandioxid als Photosensibilisator effektiver ablaufen zu lassen. Was ist davon zu halten?

  10. Welche technischen und personellen Voraussetzungen in einer Firma sind zum Betrieb eines UV-FSR erforderlich?

  11. Wer führt Voruntersuchungen mit UV-FSR durch und was kostet das?

  12. Wie hoch sind die spezifischen Betriebskosten für die UV-FSR-Technik in der Praxis?

  13. Kann der Freispiegelreaktor (FSR) auch zur Wasser- und Abwasserentkeimung eingesetzt werden - z.B. für Schneidöl-emulsionen oder Krankenhausabwasser oder auch für die Trinkwasseraufbereitung in Entwicklungsländern?


Frage: Um die recht strengen Direkt- bzw. Indirekteinleiter-Grenzwerte für gefährliche Abwasserinhaltsstoffe einhalten zu können fordert der Gesetzgeber in Deutschland den "Stand der Technik". Ist hier die UV-FSR-Technik angesprochen?

Antwort: Was der "Stand der Technik" bzw. "the best available technology" gemäß der EG-Terminologie ist, kann nicht immer klar benannt werden. Die Vielzahl der möglichen Abwasserinhaltsstoffe ist unübersehbar groß und die herkömmlichen probaten Methoden, wie z.B. Biologie, Aktivkohleadsorption, Fällung/Flockung, Membranverfahren, Strippung oder Eindampfung führen nicht immer zur Einhaltung der geforderten Grenzwerte.
Die Großchemie hat für ihre Zwecke u.a. Druck-Naßoxidationsverfahren entwickelt. Man denke an Loprox von Bayer/Bertrams oder das Hochdruckverfahren von Ciba. In Extremfällen wird das Abwasser "verbrannt".
Die Entsorgungskosten für solche Problemabwässer sind oft recht hoch und können fallweise mehrere 100 Euro pro m³ Abwasser betragen, - bei der Verbrennung sind die Kosten noch wesentlich höher.
Auch die Behörden sind oftmals ratlos und können keine adäquate Problemlösung betreffend den "Stand der Technik" vorschreiben. Fallweise wird die Einhaltung eines Grenzwerts so lange ausgesetzt, bis ein geeignetes Behandlungsverfahren verfügbar ist. Beim AOX war dies z.B. längere Zeit in der Metallbranche der Fall.
Hieran wird deutlich, daß es für bestimmte Industriebwässer noch technologische Lücken zu schließen gilt.
Die hier vorgestellte Advanced Oxidation Technology (AOT) mittels der UV-FSR-Technik soll dazu beitragen.

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Frage: Für welche Industrieabwässer kommt das UV-FSR-Verfahren in Frage?

Antwort: Für Abwässer, welche mit gefährlichen Stoffen hoch belastet sind und die in verhältnismäßig kleinen Volumenströmen anfallen – einige Kubikmeter pro Stunde. Folgende reale Problemabwässer haben wir untersucht: am häufigsten Prozessabwässer, bei welchen der AOX vermindert werden solltewässrige Lösungen und Konzentrate, welche z.B. Phosphonsäuren, Dioxan, Dimethylsulfoxid, Phenole, EDTA, MTBE, Nitroaromaten, Siloxane, Reaktivfarbstoffe, metallorganische Verbindungen oder Pharmazeutika enthalten Wasserlack-AbwasserAbwässer aus Behandlungsanlagen für Flüssig-Sonderabfälle (CPB-Anlagen)Abwässer aus der Tankreinigung Wässer mit chlorierten Lösemitteln aus der Halbleiterbranche aber auch aus der Altlastensanierung Obwohl mit dem UV-H2O 2-Prozess letztlich alle organischen Abwasserinhaltsstoffe mineralisiert werden könnten, so wird dies aus Zeit- und Kostengründen niemals angestrebt, sondern es geht in der Praxis meist nur um die Grenzwerteinhaltung für bestimmte Stoffe.

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Frage: Wie funktioniert der UV-H2O2-Prozess?

Antwort: Das Verfahrensprinzip der UV-aktivierten Naßoxidation mit Wasserstoffperoxid ist seit langem bekannt und besteht darin, daß bei der UV-Bestrahlung von Wasserstoffperoxid, vornehmlich im Wellenlängenbereich zwischen 180 nm und 280 nm (entspricht etwa dem UV-C), kurzlebige, außerordentlich reaktive Radikale, insbesondere OH-Radikale, gebildet werden, welche zu den stärksten Oxidationsmitteln schlechthin gehören.
Wird nun einem Abwasser Wasserstoffperoxid zugegeben und UV-C eingestrahlt, so entstehen OH-Radikale, welche im weiteren Abwasserinhaltsstoffe oxidativ angreifen. Auf Grund der hohen Reaktivität der OH-Radikale verlaufen die Reaktionen schnell und weitgehend unspezifisch.
Neben den stoffzerstörenden Oxidationsreaktionen werden u.a. auch Hydroxylgruppen in die Moleküle eingeführt („Anoxidierungen“), womit i.d.R. ein Entgiftungseffekt einhergeht, was i.a. eine deutliche Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit des so behandelten Abwassers mit sich bringt.
Hervorzuheben ist, daß dieser altbekannte UV-H2O2-Prozess für praktische Anwendungen mittels des neuen UV-FSR-Konzepts optimal nutzbar gemacht werden konnte.

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Frage: Worin besteht die Innovation bei der UV-FSR-Technologie?

Antwort: Bei der naßchemischen UV-Oxidation von Abwässern mit Wasserstoffperoxid wurden - in Anlehnung an die UV-Entkeimungstechnik - bisher vornehmlich Reaktoren eingesetzt, bei welchen die UV-Strahler ins Abwasser eintauchen.
So einfach und elegant diese Technik vordergründig auch erscheint, so sind durch diese Anordnung oberflächige Verschmutzungen der UV-Strahlerschutzrohre nicht zu vermeiden. Dies bedingt eine zunehmende Schwächung des UV-Strahlungsflußes - immerhin werden organisch hochverschmutzte und salzhaltige Abwässer behandelt und nicht, wie in der Entkeimungstechnik üblich, klare und saubere Kläranlagenabläufe.
Letztlich sinkt sukzessive die Behandlungseffektivität - der Anwender wird unzufrieden und die UV-Technik hat ihren schlechten Ruf weg.
Bei der Entwicklung des UV-Freispiegelreaktors wurde eine andere Strahleranordnung realisiert, bei welcher ein Kontakt zwischen Abwasser und UV-Strahler konsequent vermieden wird. Hierbei ist der „nackte“ UV-Strahler (ohne Quarz-Schutzrohr) plus Reflektor in wenigen Zentimetern Abstand waagerecht über der Abwasseroberfläche angeordnet. Der Reaktor ist dabei als volldurchmischter Rührkessel konzipiert.
Bei dieser Reaktorkonstruktion bietet die oberste Schicht der Wasseroberfläche dem darüber befindlichen UV-Strahler zu jedem Zeitpunkt eine „neue“ Oberfläche, welche dazuhin keine nachteiligen Grenzschichteffekte aufweist - immerhin liegt die UV-Eindringtiefe in organisch belasteten Abwässern allenfalls im Millimeterbereich.

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Frage: Die UV-FSR zeichnen sich durch beachtliche Anschlußleistungen aus. Wie wird die Wärme abgeführt?

Antwort: Hier wird ein Hauptproblem der UV-Behandlung von Industrieabwasser angesprochen, ohne dessen Lösung diese Technik nicht praxistauglich wäre. So werden Wärmeleistungen von vielen Kilowatt in das Abwasser eingetragen, wodurch die Abwassertemperatur stark ansteigen würde, ggf. bis zum Sieden, und nicht hinnehmbare Ausdampfungen und Emissionen wären die Folge.
Der Beherrschung der Wärme kam daher bei der Entwicklung des UV-FSR höchste Priorität zu, wobei auf die in der Praxis bevorzugte Luftkühlung gesetzt wurde.
Durch entsprechend konzipierte Wärmeaustauscher bleibt die Temperatur des Abwassers im UV-FSR immer deutlich unter 40°C - und dies bei einer installierten Strahlerleistung von immerhin 40 kW.

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Frage: Industrieabwässer sind manchmal recht korrosiv gegenüber Metallen. Aus welchen Materialien besteht ein UV-FSR?

Antwort: Die Lösung dieser Frage ist für einen praxistauglichen Behandlungsreaktor für Industrieabwässer von zentraler Bedeutung, da immer mit Chlorid-Korrosion gerechnet werden muß. Hier haben wir einiges Lehrgeld bezahlen müssen. Sämtliche abwasserberührten Teile eines UV-FSR bestehen konsequent aus Kunststoffen, insbesondere aus PE. Rührerwelle und Propeller bestehen aus PVDF. Die Plattenwärmeaustauscher sind zwar aus 1.4571 (oder 1.4539), jedoch mit einer dünnen Schicht wirbelgesintertem PE gecoatet.

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Frage: Wie wird ein UV-FSR betrieben - batch oder kontinuierlich?

Antwort: Ein UV-FSR ist konstruktionsbedingt als volldurchmischter Rührkesselreaktor konzipiert und kann sowohl im batch–Betrieb als auch im konti-Betrieb gefahren werden.
Bei problematischen Abwässern ist es oftmals vorteilhaft, mehrere UV-FSR in Serie zu betreiben. Eine solche Reaktorkaskade nähert sich in ihrem reaktionstechnischen Verhalten bekanntlich immer mehr einem Rohrreaktor mit dessen kostengünstigem Raum-Zeit-Verhalten.

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Frage: Die UV-FSR sind mit Mitteldruckstrahlern aus dem etwas teureren Sonderquarzglas bestückt. Warum?

Antwort: Die maximale UV-C-Ausbeute eines modernen auf UV-C „gezüchteten“ Mitteldruckstrahlers aus Normalquarzglas liegt - bezogen auf die Steckdose - leider nur bei 15 bis 18 Prozent. Nun verhält sich Normalquarzglas bei Wellenlängen unterhalb 220 nm, auf Grund seiner Spurenverunreinigungen, zunehmend weniger transparent, um unterhalb von 200 nm gar kein UV-C mehr durchzulassen.
Andererseits nimmt die Absorptionsfähigkeit von Wasserstoffperoxid bei diesen niedrigen Wellenlängen stark zu - und damit die erwünschte OH-Radikal-Produktion.
Unsere Untersuchungen zeigten, daß bei Verwendung hochreinen Quarzglases, die UV-C-Ausbeute im Wasserstoffperoxid-aktiven Wellenlängenbereich deutlich gesteigert wird - überschlägig auf insgesamt 22 bis 25 Prozent. Dies ist uns zwar immer noch nicht genug - aber die Strahlerphysik gibt heute einfach nicht mehr her.

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Frage: Es wird immer wieder propagiert, den UV-H2O2-Prozess durch Zugabe von Eisensalzen als Katalysator oder Titandioxid als Photosensibilisator effektiver ablaufen zu lassen. Was ist davon zu halten?

Antwort: Auf Grund unserer langjährigen Erfahrungen setzen wir heute nur noch in Sonderfällen solche Additive ein, da sie bei Realabwässern keinen oder nur einen geringen Effekt haben. Vielmehr überwiegen die Nachteile: mehr handling und höhere Kosten. Hinzu kommen Ablagerungen und Verschlammungen im gesamten Reaktionssystem – besonders beim Einsatz von Titandioxid. Auch die vielgerühmte Eisenoxalat-Katalyse brachte bei Realabwässern keinen nennenswerten Erfolg.
Es sollte nicht übersehen werden, daß zahlreiche anderslautende Untersuchungsergebnisse aus der Literatur, an Hand von Modellabwässern bzw. Reinstoffsystemen gewonnen wurden. In unseren Fällen haben wir es jedoch oft mit stark salzhaltigen, organisch hochbelasteten Prozessabwässern zu tun, wobei die TOC-Werte meist zwischen 1000 mg/l und 100000 mg/l liegen.

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Frage: Welche technischen und personellen Voraussetzungen in einer Firma sind zum Betrieb eines UV-FSR erforderlich?

Antwort: Je nach Anzahl der zu betreibenden UV-FSR ist ein Drehstromanschluß mit entsprechender Absicherung nötig. Ferner entsprechende Zu- und Ableitungen für das zu behandelnde Abwasser. Kühlwasser ist nicht erforderlich, da die UV-FSR luftgekühlt sind. Für die Kühlluftabfuhr (ca. 60 °C) auf möglichst kurzem Wege ist zu sorgen (DN 250). Wasserstoffperoxid, 50 %-ig, ist entsprechend zu bevorraten.
Bei Kaskadenbetrieb werden die UV-FSR gestaffelt aufgestellt, so daß das Abwasser ohne Pumparbeit in freiem Gefälle die Anlagen durchlaufen kann.
Die UV-FSR können sowohl inhäusig als auch im Freien unter Überdachung mit Schlagregenschutz aufgestellt werden.
Ortswechsel eines UV-FSR ist durch dessen Gabelstaplertauglichkeit leicht möglich; der Elektroschaltschrank ist fahrbar.
Personal wird durch den UV-FSR-Betrieb wenig beansprucht. Nach erstmaliger Justierung der Anlage genügt ein Knopfdruck. Der Wechsel von UV-Strahler und Reflektor nach 2000 bis 4000 Betriebsstunden ist mit wenigen Handgriffen zu erledigen.

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Frage: Wer führt Voruntersuchungen mit UV-FSR durch und was kostet das?

Antwort: Solche Untersuchungen werden an der Universität Stuttgart durchgeführt, wo die UV-FSR-Technologie in Kooperation mit der Industrie entwickelt wurde. Es steht hierfür ein 1,7 kW-10 Liter-UV-FSR zur Verfügung – sowie eine Reaktorkaskade mit 3 x 1,7 kW.
Eine Voruntersuchung zur Abschätzung der optimalen Reaktionsbedingungen für ein Abwasser liegt bei 600 Euro. Ca. 100 Liter Abwasser ist hierfür notwendig. Geprüft wird der optimale pH-Bereich und die minimale Wasserstoffperoxid-Dosierung. Meist liegt die Reaktionsordnung formal bei 1, und es wird die optimale Reaktionsgeschwindigkeitskonstante ermittelt. Analytik ist optional und wird getrennt verrechnet. Vielfach wird die Analytik gerne vom Kunden selbst durchgeführt.
Durch eine solche Machbarkeitsuntersuchung wird deutlich, ob das Behandlungsziel erreicht werden kann und in welcher Höhe die Behandlungskosten liegen würden.
Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit einen 1 m³-UV-FSR im Entsorgungsmaßstab auszuleihen und beim Anwender Vor Ort eine Zeitlang unter Praxisbedingungen betreiben zu lassen. Der momentan leistungsfähigste 1 m³-UV-FSR hat eine Anschlußleistung von 2 x 20 kW. Die reine Leihgebühr ohne Zusatzleistungen liegt bei 800 Euro pro Woche.

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Frage: Zuletzt noch die Frage: Wie hoch sind die spezifischen Betriebskosten für die UV-FSR-Technik in der Praxis?

Antwort: Es versteht sich, daß diese Frage nur fallbezogen seriös beantwortet werden kann. Erfahrungswerte liegen oftmals bei einigen 10-er Euro pro m³ , fallweise auch bei einigen 100 Euro pro m³. Diese spezifischen Kosten beinhalten die Abschreibung, den Bedarf an elektrischem Strom, den H2O2-Bedarf sowie den UV-Strahler-Ersatz. Wir haben ein PC-Simulationsprogramm entwickelt, mit dem wir diese Frage fallbezogen zufriedenstellend beantworten können.
Die Entwicklung der UV-FSR-Technik erfolgte an der Universität Stuttgart in Zusammenarbeit mit der Gesellschaft für Chemischen und Technischen Umweltschutz mbH, Stuttgart (GCTU). Das Patent für den UV-FSR ist erteilt. Besonderer Dank gebührt der Willy-Hager-Stiftung Stuttgart, welche die F + E-Arbeiten jahrelang großzügig gefördert hat.

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Frage: Kann der Freispiegelreaktor (FSR) auch zur Wasser- und Abwasserentkeimung eingesetzt werden - z.B. für Schneidöl-emulsionen oder Krankenhausabwasser oder auch für die Trinkwasseraufbereitung in Entwicklungsländern?

Antwort: Grundsätzlich ja - allerdings sind die zur Stoffzerstörung eingesetzten UV-Mitteldruck-Kontinuumsstrahler hierfür energetisch nicht optimal und zu teuer, da für Entkeimung nur die 254 Nanometer-Linie erforderlich ist.
Wir bieten daher den Freispiegelreaktor mit entsprechend "abgespeckter" Peripherie, mit 4 UV-Niederdruckstrahlern und einer Anschlußleistung von insgesamt ca. 1,5 kW an. Für die vollkontinuierliche oder auch chargenweise Entkeimung ist der FSR als volldurchmischter Rührkesselreaktor der ideale Reaktortyp.

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