Elimination von Mikroschadstoffen im Wasser mittels hydrodynamischer Kavitation und nichtthermischem Plasma

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines kombinierten Kavitation/Nichtthermisches-Plasma-Verfahrens (HC/NTP) zur Eliminierung von Mikroschadstoffen im Wasser. Nichtthermisches Plasma (NTP) ist vielseitig einsetzbar, wird jedoch durch begrenzten Massentransport reaktiver Sauerstoffspezies eingeschränkt. Durch die Kopplung mit hydrodynamischer Kavitation konnte diese Limitation überwunden werden. Der Abbau des Modellschadstoffs Benzotriazol diente der Prozessbewertung. Zu Beginn wurde ein System mit atmosphärischem Plasma untersucht, das mit einem minimalen Energieeintrag von etwa 33 kWh/m³ eingesetzt werden konnte. Mit Luft als Ionisationsmedium erwies sich die Methode wegen hoher Nitratbildung als ungeeignet. Im kombinierten HC/NTP-System bestimmten abstromseitiger Absolutdruck, Leitfähigkeit, Temperatur und Düsengeometrie die Effizienz. Eine Mindestleitfähigkeit über 100 µS/cm wurde identifiziert, während ein Temperaturmaximum bei 30 °C die effizientesten Abbaubedingungen darstellte. Die Abbaueffizienz stieg mit der Schadstoffkonzentration, während die Geschwindigkeit abnahm. Das kombinierte Verfahren erreichte eine höhere Geschwindigkeitskonstante (0,63 min⁻¹ gegenüber 0,11 min⁻¹ bei atmosphärischem Plasma), gesteigerten Durchsatz (0,210 m³/h) und einen reduzierten Energieverbrauch (14,1 kWh/m³). Zudem wurde der unerwünschte Stickstoffeintrag durch das geschlossene System vermieden. Das HC/NTP-Konzept stellt damit eine energieeffiziente und skalierbare Alternative zu Einzelverfahren dar. Weitere Forschung sollte sich auf den Einfluss von Matrixkomponenten, die Optimierung des Energieeintrags im Ultraspurenbereich und die Anwendung in Realwassersystemen konzentrieren.