Filterfreie Entfernung von Mikroplastik aus Wasser, basierend auf der innovativen Abscheidetechnologie durch H₂O₂ Flotation und deren Echtzeitüberwachung durch die Detektion von Mikroplastik mittels Online Raman-Spektroskopie

Teilprojekt:
Entwicklung von Fluidmodellen zur Beschreibung des filterfreien Reinigungsprozesses durch eine reaktive Flotation

Projektpartner:
ITUN Institut für Thermische Verfahrenstechnik, Umwelt- und Naturstoffverfahrenstechnik der TU Bergakademie Freiberg
MLE Medizin- und Labortechnik Engineering GmbH Dresden
TIA Technologien zur Industrie-Abwasser-Behandlung GmbH

Gefördert durch:
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand

Projektbeschreibung:
Über 300 000 t an Mikroplastik werden alleine in Deutschland jedes Jahr in die Umwelt emittiert. Neben Ozeanen und Stränden wurden diese Partikel hierzulande auch in Seen, Flüssen und neuerdings sogar in Trinkwasser gefunden. Kunststoffe können somit auch vom Menschen aufgenommen werden und obwohl ihre Auswirkungen noch nicht abschließend erforscht sind, wird angenommen, das ihre chemischen Bestandteile negative Effekte auf den lebenden Organismen haben. Diese Kleinstpartikel stellen durch ihre Größe Filteranlagen vor neue Herausforderungen, weswegen in diesem Projekt ein innovatives, filterfreies Trennverfahren auf Basis einer blasenunterstützenden Flotation entwickelt werden soll, welches Mikroplastik in der Wasseraufbereitung abscheiden kann.

Der Ansatz besteht darin, durch die Einleitung von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) in den Aufbereitungsprozess Sauerstoff-Nanoblasen an der Oberfläche der in der Flüssigkeit dispergierten Partikel entstehen zu lassen. Der Auftrieb dieser Teilchen-Blase-Cluster sorgt für ein Aufsteigen zur Wasseroberfläche, s. Abbildung 1, wo das Mikroplastik durch einen Abstreifer in ein separates Aufnahmebecken entfernt werden kann.

Im Rahmen dieses Teilprojektes wird ein Modell zur Beschreibung der Entstehung der Nanoblasen auf dem Partikel in OpenFOAM erstellt und der Transport von H₂O₂ anhand einer im Modell implementierten Transportgleichung berücksichtigt. Außerdem ist die auf der rauen Oberfläche der Mikroplastik-Partikel erfolgte Reaktion im numerischen Modell nachzubilden. Die Bewegung der Partikel-Blasen-Cluster wird mit einem Discrete-Phase-Modell (DPM) beschrieben. Die Einrichtung einer Labor-Versuchsanlage erlaubt die Validierung der numerischen Ergebnisse und ermöglicht die Verifizierung der Prozessschritte für die großtechnische Versuchsanlage sowie die Detektionsschritte für die stimulierte Raman-Spektroskopie als optische Messmethode der Mikroplastikpartikel.