Prototyp entwickelt: Nachhaltige und abbaueffiziente Methode reinigt schädliche Abwässer aus dem Weinbau

Das Wissenschaftskonsortium „PHOTOPUR“ unter der Leitung des Instituts für Umweltwissenschaften an der Universität Koblenz-Landau hat in den vergangenen drei Jahren einen Prototyp entwickelt, der Abwasser reinigen soll, das bei der Reinigung von Pflanzenschutzgeräten entsteht. Mit der eingesetzten Methode, der Photokatalyse, können Winzer Zeit sparen und die Umwelt schonen.

Die beiden Landauer Umweltwissenschaftler Dr. Frank Seitz (links) und Dr. Ricki Rosenfeldt mit dem Photokatalysator-Prototypen. Foto: Paul van Schie

Die beiden Landauer Umweltwissenschaftler Dr. Frank Seitz (links) und Dr. Ricki Rosenfeldt mit dem Photokatalysator-Prototypen. Foto: Paul van Schie

Mildere Temperaturen sind gut für einen edlen Tropfen. Sie beflügeln aber auch den Schädlings- und Pilzbefall der Reben, der ohne Pflanzenschutzmittel nicht zu verhindern ist. Gereinigt werden sollten die Pflanzenschutzgeräte gemäß des Gesetzgebers nach dem Einsatz direkt auf der Anwendungsfläche oder an einem speziellen Reinigungsplatz wie ihn beispielsweise das Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum (DLR) in Neustadt an der Weinstraße anbietet. Das Waschwasser muss auf dem Reinigungsplatz außerdem aufgefangen und aufgereinigt werden. „Pflanzenschutzmittel dürfen nicht in die Kanalisation und in die angeschlossenen kommunalen Kläranlagen gelangen“, erläutert Christine Tisch vom DLR. Denn: Die Kläranlagen können Pflanzenschutzmittel und Biozide nicht ausreichend abbauen, so dass deren Rückstände über den Vorfluter in angeschlossene Oberflächengewässer gelangen können. Mit dem Prototyp hat das Projekt „PHOTOPUR - Photokatalytische Reinigung von pestizidbelastetem Wasser aus dem Weinbau“ nun für Winzer eine Möglichkeit entwickelt, das bei der Reinigung der Pflanzenschutzgeräte anfallende Waschwasser einfach, schnell und umweltfreundlich aufzubereiten. 

Abwasserreinigung durch Photokatalyse 

Um die Pflanzenschutzmittel aus dem Abwasser zu entfernen oder deren Konzentration zumindest zu reduzieren, setzen die Wissenschaftler auf die Photokatalyse. Dabei wird durch UV-Licht eine chemische Reaktion ausgelöst, die organische Verbindungen, wie synthetisch erzeugte Pflanzenschutzmittel, mineralisiert, sprich abbaut. Übrig bleiben unbedenkliche Abbauprodukte wie Wasser und Kohlenstoffdioxid. Für die Aufreinigung wird das aufgefangene Waschwasser in einen Tank am Gerät gefüllt. Von dort aus zirkuliert es so lange langsam an dem Photokatalysator des Reaktors vorbei, bis es gereinigt ist. Untersucht haben die Forscher den Vorgang unter anderem mit Abwasser, das das Anti-Pilzmittel Myclobutanil enthielt. Bereits nach 24 Stunden Behandlung im Photokatalysator waren 75 Prozent der Fungizid-Verunreinigung abgebaut.

Als Photokatalysator kommt Titandioxid zum Einsatz, das auf einem metallbasierten Trägermaterial aufgetragen ist. Wissenschaftliche Experimente der Projektpartner haben gezeigt, dass diese anorganische Verbindung die untersuchten Pflanzenschutzmittel besser abbauen und deren schädliche Wirkung reduzieren konnte als andere Photokatalysatoren. „Mit dem ausgewählten Trägermaterial, das sich in unseren Studien verglichen mit anderen Trägermedien im Hinblick auf Haltbarkeit und verfügbare Gesamtoberfläche durchgesetzt hat, haben wir die bestmögliche Kombination von Materialen im Einsatz“, so die Projektleiter Dr. Frank Seitz und Dr. Ricki Rosenfeldt vom Institut für Umweltwissenschaften an der Universität Koblenz-Landau. Erprobt haben die Projektpartner das entwickelte Gerät vorrangig mit Fungiziden, die häufig im Weinbau zum Einsatz kommen und im Vorfluter einer Kläranlage in der Region nachgewiesen wurden. Aber auch stellvertretend an einem Herbizid und einem Insektizid haben die Wissenschaftler die Funktionsfähigkeit ihrer Entwicklung erfolgreich im Labor getestet. Die Laboruntersuchungen liefen unter realen Bedingungen: Winzer reinigten ihre Geräte auf dem Waschplatz des DLR und stellten die Abwässer zur Verfügung. Derzeit laufen weitere Testungen mit solchen Freilandproben. „Mit vielversprechenden Ergebnissen“, so Seitz. 

Nachhaltigkeit steht im Vordergrund

„Der Einsatz unseres Geräts ist nachhaltig“, unterstreicht Rosenfeldt. Der Photokatalysator braucht sich während der Reaktion nicht auf und ist somit theoretisch für eine unbegrenzte Zeit einsetzbar. Auch ist das Gerät energieautark und benötigt keine Stromversorgung vom Netz, um Pumpen, Motoren oder Steuerung zu betreiben. Überschüssige Energie wird für den späteren Gebrauch in modernen Hochleistungsakkus gespeichert. 

Laut der Wissenschaftler könnten Winzer mit dem Einsatz eines solchen Gerätes einen nachhaltigen Beitrag zur Steigerung und zum Erhalt der Wasserqualität leisten. Deshalb verfolgt das PHOTOPUR-Konsortium einen flächendeckenden Einsatz des Geräts. Noch dieses Jahr soll es zu einem Technologietransfer-Konsortium gewandelt werden, um nach Abschluss der offiziellen Projektlaufzeit (2020) den Prototypen zur Marktreife weiterzuentwickeln. Ziel ist es, gemeinsam mit einem Anlagenbauer das Gerät handlicher, nutzer- und bedienerfreundlicher zu gestalten. In zwei Jahren soll das Gerät für den Alltagsgebrauch der Winzer so weit sein. Das Gerät soll dann nicht nur im Weinbau, sondern in allen landwirtschaftlichen Betrieben und in Gärtnereien zum Einsatz kommen können.

Das Projekt „PHOTOPUR“ ist ein Interreg-V-Projekt der Wissenschaftsoffensive 2016 in der Trinationalen Metropolregion Oberrhein (TMO) und wurde vom Europäischen Fond für regionale Entwicklung mit 500.000 Euro gefördert. Insgesamt standen dem Projekt eine Million Euro zur Verfügung. Die Partner brachten folgende Expertise ins Projekt ein: Die Universität Koblenz-Landau als Projektinitiator und Koordinator ihre Erfahrung in der Ökotoxikologie, die Universität Straßburg ihr Know-how im Bereich der Photokatalyse, die Hochschule Offenburg ihre Erfahrung in der technischen Umsetzung und das Dienstleistungszentraum Ländlicher Raum (DLR) Rheinland-Pfalz sein Wissen im Bereich Pflanzenschutzmittelanalytik. Weitere Fördermittel kamen vom rheinland-pfälzischen Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur, der Region Grand Est und dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg. Weitere Informationen unter photopur.org

 

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Im Reaktor des PHOTOPUR-Prototyps vollzieht sich die photokatalytische Behandlung des Abwassers. Das Abwasser fließt hier über eine spezielle Fläche mit Titandioxidüberzug und wird gleichzeitig mit UV-Licht bestrahlt. Durch die damit ausgelöste photochemische Reaktion werden Sauerstoffradikale gebildet, die mit den Schadstoffen im Wasser reagieren und diese zersetzen. Foto: Paul van Schie
Im Reaktor des PHOTOPUR-Prototyps vollzieht sich die photokatalytische Behandlung des Abwassers. Das Abwasser fließt hier über eine spezielle Fläche mit Titandioxidüberzug und wird gleichzeitig mit UV-Licht bestrahlt. Durch die damit ausgelöste photochemische Reaktion werden Sauerstoffradikale gebildet, die mit den Schadstoffen im Wasser reagieren und diese zersetzen. Foto: Paul van Schie

Ein seitlicher Blick in den Prototyp: Über den an der Vorderseite angebrachten Reaktor, in dem die Photokatalyse abläuft, fließt das Abwasser zurück in die Abwasserspeicher. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis das Wasser komplett gereinigt ist. Auf dem Trägerrahmen des Prototypen befestigt sind die Photovoltaikmodule, die das Gerät energieautark betreiben und auch die Akkus laden. Foto: Frank Seitz, Universität Koblenz-Landau.
Ein seitlicher Blick in den Prototyp: Über den an der Vorderseite angebrachten Reaktor, in dem die Photokatalyse abläuft, fließt das Abwasser zurück in die Abwasserspeicher. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis das Wasser komplett gereinigt ist. Auf dem Trägerrahmen des Prototypen befestigt sind die Photovoltaikmodule, die das Gerät energieautark betreiben und auch die Akkus laden. Foto: Frank Seitz, Universität Koblenz-Landau.

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Kontakt:
Universität Koblenz-Landau
Dr. Frank Seitz und Dr. Ricki Rosenfeldt
Tel.: 06341 280-31323
E-Mail: seitz-f@uni-landau.de und rosenfeldt@uni-landau.de

 

Pressekontakt:
Universität Koblenz-Landau
Kerstin Theilmann
Tel.: 06341 280-32219
E-Mail:


Datum der Meldung 16.06.2020 00:00