12.01.2022 - King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)

Leichtes Spiel mit neuen Mikroschadstoffen

Gefährliche und umweltschädliche organische Mikroverunreinigungen mit hochintensiven Lichtpulsen aus Abwasser entfernen

In einem von Forschern der KAUST entwickelten und demonstrierten Verfahren können organische Mikroverunreinigungen auf Kohlenstoffbasis im Wasser durch die Behandlung mit hochintensiven Lichtpulsen entfernt werden.

Es war bereits bekannt, dass dieser Photodegradationsprozess durchführbar ist, aber seine Anwendung war durch die langen Behandlungszeiten, die er erfordert, begrenzt. Luca Fortunato, Thomas Anthopoulos und ihre Kollegen haben gezeigt, dass diese Behandlung mit hochintensiven Lichtimpulsen, die von einer Xenon-Blitzlampe erzeugt werden, drastisch beschleunigt werden kann.

"Ein interessanter Aspekt dieser Arbeit ist, dass wir das Fachwissen und die Technologien aus zwei verschiedenen Bereichen kombiniert haben", sagt Fortunato. Er erklärt, dass die Zusammenarbeit zwischen den beiden verschiedenen Forschungsabteilungen - dem Solar Center und dem Water Desalination and Reuse Center der KAUST - es dem Team ermöglichte, ein gepulstes Lichtsystem zu verwenden, das zuvor für die Verarbeitung von Halbleitermaterialien für Transistoren und Solarzellen verwendet wurde.

Zu den organischen Mikroverunreinigungen (Organic Micropollutants, OMPs), die als neu auftretende Verunreinigungen bekannt sind, gehört eine lange Liste von Arzneimitteln, Hormonen, Verbindungen in Körperpflegeprodukten und industriellen chemischen Zusätzen. Aufgrund von Schwachstellen in der Umweltgesetzgebung stellen sie ein zunehmendes Problem in den Gewässern dar. Sie werden an vielen Stellen freigesetzt, sind im Wasser sehr langlebig und können schon in sehr geringen Konzentrationen toxische Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben. Schon wenige Nanogramm pro Liter können in manchen Fällen schädlich sein.

"Sie werden von Kläranlagen kontinuierlich in die Gewässer eingeleitet, wobei herkömmliche Behandlungsmethoden nur eine begrenzte Wirkung bei der Entfernung dieser Schadstoffe haben", sagt Fortunato.

Die Forscher fanden heraus, dass die Wirksamkeit von hochintensivem gepulstem Licht (HIPL) in Abhängigkeit von Parametern wie der Anzahl der Pulse und der vom Licht abgegebenen Gesamtenergiedosis erheblich variiert. Auf diese Weise konnten sie die wirksamsten Bedingungen für die Behandlung einer Testlösung ermitteln, die 11 bedeutende OMPs enthielt, darunter Medikamente, Hormone und industrielle chemische Verunreinigungen.

Sie fanden heraus, dass die HIPL-Behandlung die Zersetzung der OMPs mit außergewöhnlichen Abbauraten auslöst.

"Unser innovativer Ansatz ermöglicht die effiziente Entfernung von OMPs aus Wasser innerhalb von Millisekunden und ist damit ideal für Wasseraufbereitungsanwendungen mit hohem Durchsatz", sagt Anthopoulos.

Die Behandlung hat das Potenzial, eine hochwirksame, unkomplizierte und skalierbare Lösung für ein wachsendes Umweltproblem zu werden.

Das Team arbeitet daran, die Effizienz des Systems noch weiter zu verbessern und seinen Durchsatz zu erhöhen. Der nächste Schritt ist die Vergrößerung der Behandlungsanlage.

"Wir hoffen, dass wir bald einen Reaktor im Pilotmaßstab bauen können, um die Effizienz der Abwasserbehandlung realistischer einschätzen zu können", sagt Fortunato.

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