{"id":38366,"date":"2022-04-28T08:04:51","date_gmt":"2022-04-28T08:04:51","guid":{"rendered":"https:\/\/stage.ionexchangeglobal.com\/?page_id=38366"},"modified":"2023-10-09T14:10:45","modified_gmt":"2023-10-09T08:40:45","slug":"fortschrittliche-oxidationssysteme","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/ionexchangeglobal.com\/int\/de\/fortschrittliche-oxidationssysteme\/","title":{"rendered":"Fortschrittliche Oxidationssysteme"},"content":{"rendered":"\t\t
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Fentons Prozess<\/h2>\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Fentons Reagenz ist eine L\u00f6sung aus Wasserstoffperoxid und einem Eisenkatalysator, die zur Oxidation von Schadstoffen oder Abw\u00e4ssern verwendet wird. Fentons Reagenz kann zur Zerst\u00f6rung organischer Verbindungen wie Trichlorethylen (TCE) und Tetrachlorethylen (PCE) verwendet werden.
Eisen (II) wird durch Wasserstoffperoxid zu Eisen (III) oxidiert und bildet dabei ein Hydroxylradikal und ein Hydroxidion. Eisen (III) wird dann durch ein weiteres Molek\u00fcl Wasserstoffperoxid wieder zu Eisen (II) reduziert, wobei ein Hydroperoxylradikal und ein Proton entstehen. Der Nettoeffekt ist eine Disproportionierung von Wasserstoffperoxid, wodurch zwei verschiedene Sauerstoffradikalspezies entstehen, wobei Wasser (H+ + OH-) als Nebenprodukt entsteht.<\/p>

Fe2+ \u200b\u200b+ H2O2 \u2192 Fe3+ + HO\u2022 + OH-<\/p>

Fe3+ + H2O2 \u2192 Fe2+ + HOO\u2022 + H+<\/p>

Die dabei entstehenden freien Radikale gehen dann Folgereaktionen ein. Beispielsweise ist Hydroxyl ein starkes, nichtselektives Oxidationsmittel. Die Oxidation einer organischen Verbindung durch Fentons Reagenz verl\u00e4uft schnell und exotherm und f\u00fchrt zur Oxidation von Verunreinigungen haupts\u00e4chlich zu Kohlendioxid und Wasser.<\/p>\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Oxidation mit Ozon<\/h2>\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Ozon ist ein stark oxidierendes Mittel und kann mit einem organischen Substrat durch eine langsame und selektive Reaktion oder durch eine schnelle und nicht selektive radikalische Reaktion unter Bildung von HO\u2022 reagieren. Es wurde gezeigt, dass bei der Ozonzersetzung in w\u00e4ssriger L\u00f6sung HO\u2022 entsteht, insbesondere wenn sie durch OH- initiiert wird.<\/p>

Der Weg kann auf unterschiedliche Weise eingeleitet werden, durch HO2-, HCOO-, Fe2+, Huminstoffe oder haupts\u00e4chlich durch HO-. Aus diesem Grund ist die Ozonierung in alkalischen Medien grunds\u00e4tzlich deutlich effizienter und weist ein Optimum bei pH 9 auf. Bei der Ozonung werden komplexe organische Stoffe in Aldehyde, Ketone oder Carbons\u00e4uren umgewandelt, allesamt leicht biologisch abbaubare Verbindungen. Die Ozonung l\u00e4sst sich auch vielseitig mit anderen konventionellen oder AOPs kombinieren.<\/p>

Aus betrieblicher Sicht gibt es jedoch Einschr\u00e4nkungen im Zusammenhang mit dem Gas-Fl\u00fcssigkeits-Ozon-Massentransfer. Folglich erfordert der Prozess eine effiziente Reaktorkonstruktion, um den Ozon-Massen\u00fcbergangskoeffizienten zu maximieren; Vergr\u00f6\u00dferung der Grenzfl\u00e4chenkontaktfl\u00e4che. Dar\u00fcber hinaus kann es wirksam sein, die Verweilzeit im Reaktor durch gro\u00dfe Blasens\u00e4ulen zu erh\u00f6hen oder die L\u00f6slichkeit von Ozon durch Erh\u00f6hung des Drucks auf mehrere Atmosph\u00e4ren zu erh\u00f6hen.<\/p>

Die Zugabe von H2O2 zum Ozonierungssystem erh\u00f6ht die Oxidationskapazit\u00e4t des Prozesses durch Sekund\u00e4rreaktionen. Wasserstoffperoxid leitet die O3-Zersetzung durch Elektronen\u00fcbertragung ein.<\/p>

O3 + H2O2 \u2192 HO\u2022 + O2 + HO2\u2022.<\/p>

Das Verfahren ist teuer, aber schnell und kann organische Schadstoffe in sehr geringen Konzentrationen (ppb) bei einem pH-Wert zwischen 7 und 8 behandeln; Das optimale 03\/H2O2-Molverh\u00e4ltnis betr\u00e4gt 2:1. Ein Hauptanwendungsgebiet dieser Behandlung ist der Abbau von Pestiziden. Es eignet sich auch zur Nachbehandlung von zuvor mit Chlor behandeltem Wasser, da es Trihalogen-Methane oder verwandte Verbindungen zersetzen kann.<\/p>\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Photochemischer Oxidationsprozess<\/h2>\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Wenn Ozon mit UV-Strahlung kombiniert wird, laufen mehrere Prozesse ab. Die Bestrahlung von Wasser mit Ozon f\u00fchrt zur quantitativen Bildung von H2O2: Die Photolyse von H2O2 durch UV-Strahlung ergibt zwei Hydroxylradikale pro Molek\u00fcl Wasserstoffperoxid; das Reagenz reagiert auch mit 03:
Neben H2O2 reagiert Ozon mit Hydroxylradikalen unter Bildung von Superoxidradikalen:
Da Ozon einen h\u00f6heren Absorptionskoeffizienten als H2O2 hat, kann dieses kombinierte AOP zur Behandlung von Wasser mit hohem UV-Absorptionshintergrund verwendet werden. Die Effizienz ist h\u00f6her als die von Oz oder direktem UV, da UV-B-Licht (280-315 nm) verwendet werden kann und der Einsatz eines Quarzreaktors entf\u00e4llt.
Bei Verwendung von UV-C-Bestrahlung entsteht durch Photolyse von O3 zus\u00e4tzliches HO\u2022. und anderen Oxidationsmitteln, mit der anschlie\u00dfenden Steigerung der Effizienz.<\/p>\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Fortgeschrittene Oxidationsprozesse (AOPs)<\/h2>\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Unter AOPs im weitesten Sinne versteht man eine Reihe chemischer Behandlungsverfahren, die darauf abzielen, organische (und manchmal auch anorganische) Materialien in Wasser und Abwasser durch Oxidation durch Reaktionen mit Hydroxylradikalen (OH) zu entfernen. Bei solchen chemischen Prozessen kommen Ozon (O3), Wasserstoffperoxid (H2O2) und\/oder UV-Licht zum Einsatz. Ein solcher Prozess wird als chemische In-situ-Oxidation bezeichnet.<\/p>

AOPs beruhen auf der In-situ-Produktion hochreaktiver Hydroxylradikale (OH). Diese reaktiven Spezies sind die st\u00e4rksten Oxidationsmittel, die in Wasser eingesetzt werden k\u00f6nnen, und k\u00f6nnen praktisch jede in der Wassermatrix vorhandene Verbindung oxidieren. Folglich reagiert OH nach seiner Bildung unselektiv und Verunreinigungen werden schnell und effizient fragmentiert und in kleine anorganische Molek\u00fcle umgewandelt. Hydroxylradikale werden mit Hilfe eines oder mehrerer prim\u00e4rer Oxidationsmittel (z. B. Ozon, Wasserstoffperoxid, Sauerstoff) und\/oder Energiequellen (z. B. ultraviolettes Licht) oder Katalysatoren (z. B. Titandioxid) erzeugt.<\/p>

Das AOP-Verfahren ist besonders n\u00fctzlich f\u00fcr die Behandlung von biologisch toxischen oder nicht abbaubaren Materialien wie Aromaten, Pestiziden, Erd\u00f6lbestandteilen usw., die im Abwasser vorhanden sind. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen AOPs zur Behandlung von sekund\u00e4r behandeltem Abwasser verwendet werden, was dann als Terti\u00e4rbehandlung bezeichnet wird. Die Schadstoffe werden zu einem gro\u00dfen Teil in stabile anorganische Verbindungen wie Wasser, Kohlendioxid und Salze umgewandelt, also mineralisiert.<\/p>

Generell l\u00e4sst sich die Chemie in AOPs im Wesentlichen in drei Teile unterteilen:<\/p>

  1. Bildung von OH<\/li>
  2. Erste Angriffe von OH auf Zielmolek\u00fcle und deren Zerlegung in Fragmente.<\/li>
  3. Nachfolgende Angriffe von OH bis zur endg\u00fcltigen Mineralisierung.<\/li><\/ol>

    Ozonierung, UV\/H2O2 und photokatalytische Oxidation beruhen auf unterschiedlichen Mechanismen der OH-Erzeugung:<\/p>

    1.UV\/H202:
    \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a01.H202 + UV \u2192 2-OH
    2.Ozonbasiertes AOP:
    \u00a0 \u00a0 \u00a0 1. O3 + HO – HO2 + O2
    \u00a0 \u00a0 \u00a0 2.O3 + HO2 \u2192 HO2: + 03
    \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a03. 03: + H+ – HO3.
    \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a04.H03. \u2192 OH + O2
    3. Photokatalytische Oxidation mit TiO2:
    \u00a0 \u00a0 \u00a0 1.TiO2 + UV + e +h+
    \u00a0 \u00a0 \u00a0 2.Ti(IV) + H2O = Ti(IV)-H20
    \u00a0 \u00a0 \u00a0 3.Ti(IV)-H20 +h+ = Ti(IV)-OH + H+<\/p>\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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    Vorteile<\/h2>\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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    • Es k\u00f6nnte organische Verbindungen in der w\u00e4ssrigen Phase wirksam beseitigen, anstatt Schadstoffe zu sammeln oder in eine andere Phase zu \u00fcbertragen.<\/li>
    • Aufgrund der bemerkenswerten Reaktivit\u00e4t von OH reagiert es praktisch mit fast allen w\u00e4ssrigen Schadstoffen ohne gro\u00dfe Diskriminierung. AOPs k\u00f6nnten daher in vielen, wenn nicht allen Szenarien anwendbar sein, in denen erwartet wird, dass viele organische Schadstoffe gleichzeitig entfernt werden.<\/li>
    • Einige Schwermetalle konnten auch in Form von ausgef\u00e4lltem M(OH)x entfernt werden.<\/li>
    • Bei einigen AOP-Designs k\u00f6nnte auch eine Desinfektion erreicht werden, was AOPs zu einer integrierten L\u00f6sung f\u00fcr einige der Wasserqualit\u00e4tsprobleme f\u00fchrt.<\/li>
    • Da das vollst\u00e4ndige Reduktionsprodukt von OH H20 ist, bringen AOPs theoretisch keine neuen gef\u00e4hrlichen Stoffe in das Wasser ein.<\/li><\/ul>\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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      Nachteile<\/h2>\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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      • Vor allem sind die Kosten f\u00fcr AOPs zu hoch, da f\u00fcr die Aufrechterhaltung des Betriebs der meisten AOP-Systeme eine kontinuierliche Zufuhr teurer chemischer Reagenzien erforderlich ist.<\/li>
      • Einige Techniken erfordern eine Vorbehandlung des Abwassers, um eine zuverl\u00e4ssige Leistung zu gew\u00e4hrleisten, was potenziell kostspielig und technisch anspruchsvoll sein kann. Beispielsweise kann die Anwesenheit von Bicarbonat-Ionen (HCO3-) die Konzentration von \u2022OH aufgrund von Abfangprozessen, die H20 und eine viel weniger reaktive Spezies, .CO3-, ergeben, erheblich verringern. Infolgedessen muss Bikarbonat aus dem System entfernt werden, andernfalls werden die AOPs beeintr\u00e4chtigt.<\/li>
      • Angesichts der potenziellen Kosten k\u00f6nnen AOPs m\u00f6glicherweise nicht einzeln gro\u00dfe Abwassermengen verarbeiten. Stattdessen sollten AOPs in der Endphase eingesetzt werden, nachdem durch die Prim\u00e4r- und Sekund\u00e4rbehandlung ein gro\u00dfer Teil der Schadstoffe erfolgreich entfernt wurde.<\/li><\/ul>\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

        Fentons Prozess Fentons Reagenz ist eine L\u00f6sung aus Wasserstoffperoxid und einem Eisenkatalysator, die zur Oxidation von Schadstoffen oder Abw\u00e4ssern verwendet wird. Fentons Reagenz kann zur Zerst\u00f6rung organischer Verbindungen wie Trichlorethylen (TCE) und Tetrachlorethylen (PCE) verwendet werden.Eisen (II) wird durch Wasserstoffperoxid zu Eisen (III) oxidiert und bildet dabei ein Hydroxylradikal und ein Hydroxidion. 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