Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-Projekt „ARA“: Abbau von Arzneimittelrückständen durch Abwasserbehandlung mit niederenergetischen Elektronen
Fraunhofer FEP und CREAVAC GmbH demonstrierten im Verbundprojekt „ARA“ die Degradierung von Arzneimittelrückständen durch eine kombinierte Abwasserbehandlung mit niederenergetischen Elektronen und Ozon für eine verbesserte biologische Abbaubarkeit.
Hormone, Antibiotika und Röntgenkontrastmittel sind wegen ihrer vermehrten Anwendung in der Medizin und unzureichenden Abbaus in konventionellen Abwasser-behandlungsanlagen in immer höheren Konzentrationen in der Umwelt nachweisbar und gelangen auf diesem Wege auch in die Nahrungsketten und ins Trinkwasser. Die schädlichen Auswirkungen dieser Mikroschadstoffe auf den menschlichen Organismus sind Gegenstand aktueller Forschung. Noch sind die Wirkungsmechanismen nicht vollends verstanden, es existieren jedoch ernstzunehmende Indizien, die z. B. auf eine Verringerung der Fruchtbarkeit, einen Anstieg bestimmter Krebserkrankungen und das Auftreten von Antibiotikaresistenzen hindeuten.
In dem vom Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr geförderten Forschungsvorhaben „ARA“ hatten es sich deshalb die Verbundpartner Fraunhofer FEP und CREAVAC GmbH zum Ziel gesetzt, ein neuartiges Behandlungsverfahren zu entwickeln, das den Abbau der persistenten Mikroschadstoffe maßgeblich verbessert.
Zu diesem Zweck wurde das Labormuster eines hybriden Behandlungsmoduls entwickelt, erprobt und optimiert, welches die Bestrahlung eines dünnen Flüssigkeitsstroms durch niederenergetische Elektronen mit einer integrierten Ozonbehandlung kombiniert. Es wurde so kompakt ausgelegt, dass es (nach entsprechender Aufskalierung) künftig die lokale Vorreinigung der Abwässer von sogenannten Punktemittenten (wie Krankenhäusern und Pharmaunternehmen) energieeffizient und wirtschaftlich ermöglichen kann.
Dies zielt auf eine effektive, breitbandige Transformation bzw. Aufspaltung der Mikroschadstoffe, um sie für nachgeschaltete biologische Reinigungsstufen konventioneller Kläranlagen besser abbaubar zu machen.
Das Modul wurde in die FEP-Versuchsanlage REAMODE integriert. In diesem Laboraufbau wurden Teilaspekte des neuen Behandlungskonzeptes zunächst separat untersucht und dann als System optimiert. Dazu zählten die Funktionalität aller Komponenten und ihrer Ansteuerung, die Generierung von Ozon und dessen Injektion in die zu behandelnde Flüssigkeit, die Ausformung der Fluidströmung sowie die Homogenisierung und dosimetrische Quantifizierung des Energieeintrags in die mit niederenergetischen Elektronen bestrahlte Flüssigkeit.
Der gegenüber bekannten Verfahren (wie der Aktivkohle-Filtration oder UV-Bestrahlung) überlegene Behandlungserfolg konnte anhand ausgewählter Testsubstanzen demonstriert werden. Diese wurden in synthetischem Testabwasser behandelt und danach einer Hochleistungsflüssigkeitschromatographie sowie einer Simulation der biologischen Abbaubarkeit der Transformationsprodukte in einer Laborkläranlage mit Belebtschlamm aus einem kommunalen Klärwerk unterzogen. Nach erfolgreichem Projektabschluss ist nun eine Aufskalierung des Konzeptes und Erweiterung seines Anwendungsfeldes ins Auge gefasst, beispielsweise auf die Reinigung von Abwässern der chemischen Industrie oder der Agrarwirtschaft, wobei hier auch eine simultane Inaktivierung
von Pathogenen von Wert und zu erwarten ist.