Gdch-jahrestagung06-uv

Entfernung von Arzneimittelrückständen aus Wasser durch Ozonung
Sona, M, Karlsruhe/D, Baus, C, Karlsruhe/D, Sacher, F, Karlsruhe/D, Brauch, H-J, Dr. Christine Baus, DVGW-Technologiezentrum Wasser, Karlsruher Str. 84, 76139 Das Auftreten von Arzneimitteln in der aquatischen Umwelt gibt immer wieder Anlass zu großen Diskussionen. Eine unzureichende Eliminierung in kommunalen Kläranlagen führt zu einem Eintrag der Substanzen in Vorfluter, die in vielen Fällen die Grundlage zur Gewinnung unseres Trinkwasser sind. Deshalb müssen Eliminationspotentiale ver- schiedener Technologien untersucht werden, um die Freisetzung dieser Substanzen am Entstehungsort oder in der Kläranlage zu verhindern bzw. die Stoffe bei der Trink- In dieser Studie wird der Abbau von sechs Pharmaka durch Ozonung, UV-Bestrahlung und die Kombinationsverfahren UV/H2O2 und Ozon/H2O2 untersucht. Zielverbindungen sind neben dem Antibiotikum Sulfamethoxazol das Antiepileptikum Carbamazepin, das schmerz- und entzündungshemmende Mittel Diclofenac, der lipidsenkende Wirkstoff Clofibrinsäure, das durchblutungsfördernde Mittel Pentoxifyllin und Amitriptylin, ein Psychopharmakum. Sulfamethoxazol, Carbamazepin und Diclofenac werden in ab- wässerbeeinflussten Oberflächengewässern in Konzentrationen von bis zu über 100 ng/L nachgewiesen. Clofibrinsäure und Pentoxifyllin treten in etwas niedrigeren Kon- zentrationen in Gewässern auf. Zu Amitriptylin liegen noch keine Messdaten vor, an- hand der Verbrauchszahlen lässt sich jedoch abschätzen, dass die Substanz für die aquatische Umwelt relevant sein könnte. Die Ozonungsversuche werden in einem Batch-Reaktor unter Zugabe von Ozonstark- wasser durchgeführt. Als Matrix dient dabei Trinkwasser, um den Einfluss natürlicher Wasserinhaltsstoffe wie Hydrogencarbonat und DOC zu berücksichtigen. Während der Versuche wird die Konzentration des zu untersuchenden Stoffes und des Ozons in de- finierten Zeitabständen gemessen. Für das erweiterte Oxidationsverfahren (AOP) O- zon/H2O2 wird Wasserstoffperoxid (H2O2) vor der Ozonung im halb-stöchiometrischen Daneben steht eine Bestrahlungsapparatur zur Verfügung, die mit einer Quecksilber- niederdrucklampe ausgestattet ist. Neben dem reinen photochemischen Umsatz durch UV-Bestrahlung kann in einem quasi-Batch-Verfahren durch Dosierung von H2O2 der UV-induzierte Prozess UV/H2O2 untersucht werden. Auch hier werden in regelmäßigen Zeitabständen Proben für die Ermittlung der Konzentration des zu untersuchenden Erste Experimente zeigen eine gute Entfernbarkeit von Sulfamethoxazol, Clofibrinsäure und Diclofenac durch UV-Bestrahlung (vgl. Abbildung 1). Die Eliminationsgeschwindig- keiten sind nahezu identisch. Die Anfangskonzentrationen der untersuchten Substan- zen lagen bei diesen Versuchen bei ca. 200 µg/L. h
a
n
b
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s 0.6
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tra 0.4
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e
z
n
o
K 0.2
Zeit [min]
Abb. 1: Abbau von Clofibrinsäure, Diclofenac und Sulfamethoxazol durch UV-
Bestrahlung (c0,Substanz = 200 µg/L, Hg-Niederdruckstrahler)
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Zeit [min]
Umsetzung von Carbamazepin und Sulfamethoxazol durch reine UV-
Bestrahlung und durch Kombination UV/H2O2 (c0,Substanz = ca. 800 µg/L,
c0,H2O2 = 4 mg/L)
Die Umsetzung von Carbamazepin dagegen verläuft durch reine UV-Bestrahlung lang- Durch Zugabe von H2O2 vor der Bestrahlung wird eine leichte Beschleunigung des Ab- baus von Sulfamethoxazol erreicht. Die Zugabemenge von H2O2 betrug bei diesen Versuchen 4 mg/L. Es wird erwartet, dass bei einer Optimierung der H2O2-Menge eine wesentliche Verbesserung der Umsetzung erreicht werden kann. Versuche zur Oxidation der genannten vier Arzneimittel durch Ozon und Ozon/H2O2 Pentoxifyllin (1)
Pentoxifyllin (2)
Zeit [min]
Umsetzung von Pentoxifyllin durch Ozon in Trinkwasser - Konzentrati-
onsverlauf von Pentoxifyllin und Ozon (2 Versuche)
Pentoxifyllin zeigt eine gute Abbaubarkeit durch Ozon (s. Abbildung 3). Erste Messun- gen ergaben eine Reaktionsgeschwindigkeitskonstante k von 1,15 104 L/mol sec. Die- ser Wert wird derzeit durch weitere Untersuchungen validiert. Darüber hinaus soll die Geschwindigkeitskonstante für die Reaktion mit OH-Radikalen durch Anwendung des Rct-Konzeptes nach von Gunten [1] ermittelt werden. Ein Vergleich der Umsetzungsraten bei den Kombinationsprozessen UV/H2O2 und O- zon/H2O2 erlaubt eine genaue Bestimmung und Validierung dieser Geschwindigkeits- Ein abschließender Vergleich der Stoffe untereinander und der Effizienz der einzelnen Oxidationsverfahren für die jeweiligen Stoffe wird nach Abschluss der Versuchsreihen durchgeführt. Anhand der 'figure-of-merit' EE/O (electrical energy per order = elektri- sche Energie, die zum Abbau einer Substanz um eine Zehnerpotenz in 1 m3 Wasser benötigt wird) kann die Wirtschaftlichkeit der Verfahren miteinander verglichen werden. Ein Teil der hier vorgestellten Untersuchungen wird im Rahmen eines Kooperationspro- jektes mit dem Institut für Umweltmedizin und Krankenhaushygiene des Universitätskli- nikums Freiburg durch den Innovationsfonds badenova finanziell gefördert. [1] Elovitz MS, von Gunten U. Hydroxyl radical/ozone ratios during ozonation proces- ses. I. The Rct concept. Ozone Science and Engineering 1999; 21:239-260

Source: http://tzw.de/pdf/abteilungen/analytik/baus_gdch_2006.pdf