AgTEX (Entwicklung eines Verfahrens zur Elimination von Nanosilber aus Industrieabwasser)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 347.27.10

Schlüsselwörter (Deutsch)

Nanosilber, Silberpartikel, Textilveredelung, Abwasser, Wäscherei,Tuchfiltration, Flockung, Abwasserbehandlung, Abwasserreinigung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Silber wird zum antimikrobiellen Schutz von Kunststoffen, Beschichtungen und Textilien eingesetzt. Die Ausrüstung von natürlichen Textilfasern kann dadurch erfolgen, dass partikuläres Silber ins Waschwasser dosiert wird und auf den Fasern anhaftet. Im Abwasser von Textilveredelungs bzw. -reinigungsbetrieben wie z.B. bei der Firma CWS kommen bedeutende Frachten von Silberpartikeln resp. Nanosilber vor. Die freigesetzte Menge von Nanosilber im Abwasser soll verfahrenstechnisch über eine gezielte Abwasserbehandlung reduziert werden. Dafür wird ein innovatives und kostengünstiges Verfahren zur Reinigung des Abwassers entwickelt. Mittels der Kombination von Flockung und Tuchfiltration soll Nanosilber kostengünstiger aus den Wäschereiabwässen entfernt werden als mit herkömmlichen Verfahren der Membran- oder Ultrafiltration. Durch die vorgesehene Abwasserbehandlung werden neben Nanosilber vermutlich auch andere Schmutzstoffe aus dem Abwasser entfernt. Vergleichbare Technologien sind bis heute nicht auf dem Markt verfügbar. Im vorliegenden Projekt soll diese innovative Verfahrenskombination aus Flockung und Tuchfiltration bei CWS in Form von grosstechnischen Versuchen getestet werden. Im Anwendungsfall soll das Verfahren die Silberfracht im Ablaufwasser um 80-90% reduzieren und durch die Behandlung der Schweizer Einleitergrenzwert von <0.1 mg/L Gesamtsilber eingehalten werden.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Die Eliminationsraten für zwei partikuläre Silberformen (AgCl, Ag0) sind für 15 verschiedene Flockungsmittel oder deren Kombinationen bekannt. Drei Produkte oder Kombinationen mit einem Eliminationspotential für Silberpartikel von mehr als 90% sind identifiziert (Meilenstein 1).

2. Die ausgewählten Flockungsmittel sind zusammen mit der Tuchfiltrationsanlage im halbtechnischen Massstab getestet. Testergebnisse mit Entfernungsraten von 80-90% des Gesamtsilbers liegen vor. Die Verfahrensplanung für die grosstechnische Umsetzung ist erstellt. (Meilenstein 2)

3. Die realisierte Verfahrenskombination im grosstechnischen Massstab führt zu einer Silberelimination von rund 80-90% und arbeitet unter realen Belastungsbedingungen robust und störungsfrei. Die Silberkonzentration im Abwasser liegt unterhalb des Grenzwerts von 0.1 mg/L Silber. (Meilenstein 3).

4. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 3.1 bis 3.3

5. Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

6. Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Entwicklung eines kostengünstigen Abwasserreinigungsverfahrens zur Elimination von Nanosilber mittels Flockung und Tuchfiltration, mit dem die Menge an Nanopartikeln signifikant um mindestens 80% reduziert wird, so dass der in der Gewässerschutzverordnung festgelegte Einleitergrenzwert von 0.1 mg/L Silber für Abwasser von „oberflächenbehandelnde Industrien“ (GSchV, Anhang 3, Punkt 33) eingehalten werden kann.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

In Laborversuchen wurden Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel unter besonderer Berücksichtigung des pH-Wert und der Stapelzeit des Abwassers untersucht. Die Resultate zeigen, dass sich die Feststofffraktion und die Silberpartikel aus tensidhaltigem Wäschereiabwasser mit Polyaluminiumchlorid (PAC), bevorzugt in Kombination mit einem nichtionogenen Polyelektrolyten, nach Stapelung optimal flocken lassen (Elimination >95%). In eine Pilotanlage wurden deshalb metallisches Nanosilber, Silberchlorid, und Silbernitrat dosiert. Alleine mit der Flockung und Sedimentation ist eine Feststoffelimination >95% erreicht worden. Die Elimination aller drei Silberarten ist mit 99% sogar noch besser. Die nachgeschaltete Tuchfiltration ist für die weitergehende Reduktion von der Feststofffraktion und Silber so lange nicht erforderlich, wie die Flockungsmittel entsprechend dosiert und eine ausreichende Sedimentationszeit eingehalten sind. Durch elektronenmikroskopische Abklärungen wurde gezeigt, dass Nanosilber in die Flocken fest eingebunden ist. Die Einhaltung des gewünschten Grenzwertes von 0.1 mg Silber/l ist unter Berücksichtigung der Zusammensetzung der Abwassermatrix alleine mittels Flockung und Sedimentation technisch machbar.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Wird ein Industriebbetrieb angetroffen, der eine Belastungssituation mit Nanosilber oder anderen Silberformen im Abwasser zu lösen hat, sind zunächst die chemischen und physikalischen Randbedingungen im Abwasser zu klären. Sind die vorgefundenen Bedingungen vergleichbar zur Verfahrensentwicklung, kann eine technische Behandlung realisiert werden. Dabei ist zu bedenken, dass die Tuchfiltration aufgrund der ausgezeichneten Flockbarkeit von Silberpartikeln vermutlich nicht immer erforderlich ist. Der Einsatz dürfte allenfalls im Rahmen einer Dosierungsoptimierung berücksichtigt werden.

Voraussetzung der erfolgreichen Flockung war, dass das Abwasser über mehrere Stunden gestapelt wird. Diese Bedingung führt in abwasserintensiven industriellen Anwendungen zu zusätzlichem Platzbedarf (Bau von Stapelbecken) und zu einer um einen Faktor 2-3 höheren Schlammenge. Daher ist die verfahrenstechnische Planung für jeden industriellen Belastungsfall gesondert auszulegen. Die Projektpartner sind nun strategisch aufgestellt, technische Lösungen zur Abwasserbehandlung mit Silber rasch und zielgerichtet umzusetzen, vor allem weil die relevanten Prozessmechanismen bekannt sind.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Es sind gegenwärtig keine weiteren Abklärungen vorgesehen. Die Mecana Umwelttechnik GmbH kennt die die Möglichkeiten und Grenzen der Tuchfiltration zur Entfernung von Nanosilber aus industriellem Wäschereiabwasser bzw. die Voraussetzungen für den technischen Einsatz.

Da die Anwendung von Nanosilber im vergangenen Jahr gesellschaftspolitisch massiv in Frage gestellt wurde, sind die Anwendungen in der Textilbranche unerwartet eingebrochen. Gegenwärtig ist unklar, wie sich der Markt entwickelt. Dadurch sind die möglichen Belastungsfälle vermutlich nicht angestiegen.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Keine, da die Projektpartner vorerst Vertraulichkeit wünschen.