Adsorption schlägt thermische Entsorgung

Die Hersteller pharmazeutischer Wirkstoffe stehen häufig vor dem Problem, dass Abwasser mit wirksamen Substanzen anfällt. Das kommt vor allem daher, dass sie gezwungen sind, die Apparate, in denen die Wirkstoffe hergestellt werden, nach jeder Charge bzw. bei der Umstellung auf eine andere Substanz, gründlich zu reinigen. Das entstehende Abwasser ist mit Rückständen dieser Wirkstoffe und Reinigungsmitteln belastet. Für die Abwasserbehandlung werden dann in der Regel Membranverfahren (MBR/ SBR), Oxidationsverfahren (AOP), Eindampfung, thermische Entsorgung (Verbrennung) oder thermische Inaktivierung eingesetzt. Die aufgezählten Verfahren sind zwar sehr effektiv, verursachen zum Teil jedoch hohe Energie- und damit hohe Betriebskosten, oder sie erfordern eine Nachaufbereitung.

Eine Alternative wäre ein adsorptives Verfahren, da es sich bei den Inhaltsstoffen der Abwässer um organische Belastungen handelt. Eine nähere Betrachtung der Wirkstoffe zeigt jedoch, dass diese organische Moleküle häufig polar sind, hervorgerufen durch eingebundene Stickstoff-, Halogen-, Schwefel- und/oder Sauerstoffatome. Durch die Polarität und die damit verbundene erhöhte Wasserlöslichkeit sind die Moleküle an der herkömmlich verwendeten Aktivkohle schwierig zu adsorbieren. Die Kapazität der Aktivkohle ist gegenüber solchen Stoffen im Allgemeinen gering und das Verfahren damit ineffizient. Mit speziell zugeschnittenen adsorptiven Materialien, kann hier gegengesteuert werden.

Die Saratech-Adsorbenzien basieren auf einem synthetischen Rohstoff. Die adsorptiven Materialien wurden für die effektive Entfernung von polaren Substanzen wie Pharmazeutika, Kontrastmittel, Pestizide, Schwermetalle und Radionuklide konzipiert. In zahlreichen Versuchen wurde die überdurchschnittliche Rückhalteleistung für die pharmazeutischen Stoffe im Trink- und im kommunalen Abwasser nachgewiesen. Daher lag der Gedanke nahe, den Einsatz der Saratech-Adsorbenzien auf die Aufbereitung von Abwässern aus der pharmazeutischen Produktion zu übertragen. Nach Vorversuchen war in diesen Fällen festzustellen, dass die Adsorbenzien bestens geeignet sind, neben den üblichen organischen Molekülen hocheffektiv Substanzen aufzunehmen, die polar sind oder eine chemische Struktur besitzen, die eine gute Wasserlöslichkeit bewirken. Interessierten Anwendern kann Blücher jederzeit die Machbarkeit einer adsorptiven Reinigung aufzeigen. Für Vor-Ort-Tests steht auch eine Pilotanlage zur Verfügung, um Daten bzgl. der Rückhalteleistung aufzuzeigen.

In einem Fall wurde Blücher beauftragt, die Wirksamkeit der Saratech-Adsorbenzien an einem Abwasser zu testen, in dem bis zu acht verschiedene pharmazeutische Wirkstoffe vorhanden sein können. Die Versuchsbedingungen wurden in Anlehnung an die Bedingungen zur Aufnahme von Isothermen festgelegt. Die Durchführung erfolgte im Technologiezentrum Wasser, das auf einen großen Erfahrungsschatz in der Wasseranalytik verweisen kann. Dazu wurde Originalabwasser erst gefiltert (50 µm) und die Konzentration der sieben Einzelsubstanzen gemessen. Dann wurden die Proben mit 250 mg Adsorbenzien beaufschlagt. Nach 24 h Schütteln wurde wiederrum die Bestimmung der Einzelsubstanzen durchgeführt.

Bei sechs der vorliegenden Wirkstoffe wurde eine Rückhalterate von 80 % erzielt. Fünf der Wirksubstanzen wurden zu mehr als 98 % aus dem Abwasser entfernt. Eine Bilanzierung aller aufgenommenen Wirkstoffe ergibt eine statische Beladung von knapp 30 mg/g Adsorbenz. Aus Erfahrung und durch entsprechende Durchflusstests kann man davon ausgehen, dass die Kapazität im Betrieb bei etwa 1/3 der erreichten statischen Beladung liegt, d. h. hier wären 10 mg/g Adsorbenz anzusetzen. Eine erste Wirtschaftlichkeitsbetrachtung im Vergleich zur bis dato durchgeführten thermischen Entsorgung zeigt, dass die Adsorption an Saratech-Adsorbenzien deutliche Vorteile mit sich bringt.

In dem vorliegenden Fall würden die Investition und der regelmäßige Austausch samt fachgerechter Entsorgung der erschöpften Adsorbenzien ca. 140,00 Euro/m³ Abwasser kosten. Darin sind die Kosten für Umfüllung und Transport in geeigneten Behältern innerhalb Deutschlands durch ein Fachunternehmen bereits enthalten. Die Preise für eine thermische Entsorgung liegen – zumindest in Deutschland – bei etwa dem 2,5-fachen Wert.

Darüber hinaus ist die notwendige Verfahrenstechnik (Filterbehälter, Pumpe, Ventile etc.) einfach und jahrelang erprobter Stand der Technik und im Allgemeinen durch geringe Energieverbräuche gekennzeichnet. Gerade der Eintrag an thermischer Energie ist minimiert, da eine deutlich geringere Menge thermisch entsorgt werden muss. Der weitere Energiebedarf beschränkt sich weitgehend auf elektrische Energie zum Betrieb der Pumpen. Da beide Verfahren mit geringen Drücken arbeiten, ist auch dieser Energiebedarf gering.

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Projektingenieur, Blücher