Entfernung von komplexen Phosphorverbindungen wie Phosphonaten, Phosphinaten, Phosphiten, usw. aus industriellen Prozessabwässern bei gleichzeitiger Phosphorrückgewinnung durch den Einsatz von bordotierten Diamantelektroden und geeigneten Fällungs- oder Adsorptionsmitteln. Das ist das Ziel des von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projekts „ElPhoDia“.

Phosphor wird derzeit vor allem als kritischer Rohstoff diskutiert, dessen überwiegender Anteil als Düngemittel in der Landwirtschaft Verwendung findet und über unsere Nahrung letztendlich im Klärschlamm der kommunalen Abwasserbehandlung landet. Für die Industrie spielen Phosphorderivate wie Phosphonate, Phosphinate, Phosphite usw., eine wesentliche Rolle. Demzufolge sind entscheidende Mengen von Phosphorverbindungen in verschiedenen Industrieabwässern zu finden. Bisher existieren keine technischen Verfahren, welche den Abbau der oben genannten Verbindungen in industriellen Abwässern leisten. Bisher bleibt für die Unternehmen in vielen Fällen als einzige Lösung die sehr energieaufwändige und kostenintensive Abwasserentsorgung.

Projektansatz
Hier setzt das Forschungsprojekt ElPhoDia »Elektrochemischer Abbau von Phosphonaten in industriellen Prozessabwässern mittels Diamantelektroden« an. Unter der Leitung der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS entwickeln die Forscher zusammen mit der Fa. DiaCCon einen elektrochemischen Prozess für den Abbau von anorganischen bzw. organischen Phosphorderivaten aus Industrieabwässern, um später die Rückgewinnung von Phosphor durch Einsatz von geeigneten Fällungs- und Adsorptionsmitteln durchzuführen. Basis dafür sind die von der Firma DiaCCon hergestellten Durchflusszellen mit Diamantbeschichtung - sogenannte Diamantelektroden.

Einsatz von Diamatelektroden
Um eine Ausfällung des Phosphates aus den Industrieabwässern zu erreichen, ist die Umwandlung der organischen und anorganischen Phosphate zu Orthophosphat erforderlich. Hierzu kommt die elektrochemische Oxidation mit Hilfe von Diamantelektroden zum Einsatz. Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektroden erzeugen Diamantelektroden stark oxidative Spezies (OH-Radikale) und sind so in der Lage eine Vielzahl an chemischen Verbindungen abzubauen. Die Elektroden sind bereits im Bereich der Abwasserbehandlung zur Entfernung organischer Schadstoffe bzw. zur Reduzierung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) großtechnisch im Einsatz.

Innovativer Charakter des Projektes
Die Neuartigkeit des Vorhabens beinhaltet das Gesamtkonzept vom Abbau der Schadstoffe bis hin zur Phosphorrückgewinnung in bisher wenig oder gar nicht beachteten industriellen Abwasserströmen. Im Bereich der chemischen Industrie würde die Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens die zu entsorgende Abwasservolumen in erheblichem Maße reduzieren. Darüber hinaus wird die Biologie der Kläranlage entlastet. Ein weiterer positiver Effekt bringt unter Umständen die Hygienisierung des Kühlwassers mit sich, da sich der Einsatz von Antifouling-Reagenzien reduzieren lässt oder gar erübrigt. Zudem werden für den elektrochemischen Abbau keine weiteren Chemikalien benötigt und es entstehen keine zu entsorgenden sekundären Abfallstoffe.
Die Option der direkten Wiederverwendung der rückgewonnenen Phosphate soll geprüft werden. Eine Etablierung im Bereich Phosphor basierter Verbindungen, würde die Rückgewinnung der kritischen Ressource Phosphor unterstützen und gleichzeitig die Ressource Wasser schonen. Für die ausgefällten ortho-Phosphate bietet sich zudem die Möglichkeit des Recyclings innerhalb des Unternehmens oder eine Verarbeitung zu Düngemittel an.

Projektpartner
Die Firma DiaCCon ist ein führender Hersteller von Diamantelektroden für elektrochemische Synthese bzw. Wasserreinigung und in der Lohnbeschichtung für Verschleißbauteile (Gleitringdichtungen bzw. -lager). Speziell in der Entwicklung von mit elektrisch leitfähigem Diamant beschichteten Elektroden kann DiaCCon auf eine mehrjährige Entwicklungstätigkeit zurückblicken und darf sich als einer der technologischen Marktführer mit inzwischen weltweitem Absatz nennen. Die Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC ist neben der Projektkoordination zuständig für die Behandlung der Industierabwässer und für die Entwicklung der Konzepte für die Rückgewinnung und Verwertung, der aus den Prozessen entstehenden Reststoffe.

Assoziierte Partner
Um die Technologie möglichst anwendungsnah entwickeln zu können, werden von den Firmen Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH (MHPSE) und Clariant Produkte Deutschland GmbH Proben zur Verfügung gestellt. In den weiteren Phasen des Projektes werden beide Firmen bei der Entwicklung einer Pilotanlage beteiligt. Die Projektlaufzeit von ElPhoDia beträgt 18 Monate. Die Förderung des Vorhabens erfolgt aus Mitteln der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU).