Fortgeschrittene Oxidationsverfahren

Neue Vorschriften zur Entfernung neu auftretender Schadstoffe bringen herkömmliche Abwasserbehandlungstechnologien an ihre Grenzen. Arzneimittel, Pestizide und Industriechemikalien werden in herkömmlichen Kläranlagen nicht entfernt. Viele persistente Mikroverunreinigungen, wie perfluorierte und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS), lassen sich mit keiner der derzeit auf dem Markt verfügbaren Behandlungstechnologien entfernen. Anlagenbetreiber suchen nun nach neuen Technologien, die eine wirksame und wirtschaftlich tragfähige Alternative für Wasseraufbereitungssysteme bieten, um die neuen Standards für die Behandlung neu auftretender Schadstoffe zu erfüllen.

Experten des CLEWATEC Innovation Lab entwickeln in Zusammenarbeit mit Industriepartnern einen neuartigen Ansatz zum Abbau neu auftretender Schadstoffe, bei dem Ozonisierung und hydrodynamische Kavitation kombiniert werden. Bei dem sogenannten HyKaPro-Verfahren wird ein Nebenstrom des kontaminierten Abwassers zunächst mit Ozon angereichert und dann unter Druck durch eine speziell entwickelte Düse injiziert, um hydrodynamische Kavitation zu induzieren. Dies führt zur Erzeugung extremer Temperaturen in Verbindung mit hochreaktiven Hydroxylradikalen (OH*). Es hat sich gezeigt, dass die kombinierte Wirkung von Oxidation durch OH* und thermischen Abbau in der Lage ist, Schadstoffmoleküle abzubauen, die von bestehenden Behandlungsalternativen für neu auftretende Schadstoffe, z. B. Ozonierung, nicht beeinflusst werden.

Das entwickelte Verfahren bietet folgende Vorteile:

• Abbau von Schadstoffen, die gegenüber anderen Oxidationsverfahren resistent sind.
• Kein Bedarf an weiteren Materialien außer Sauerstoff, z. B. Katalysatoren.
• In-Pipe-Lösung, die keine großen Reaktorvolumina erfordert und eine bessere Kontrolle der Oxidationsmitteldosierung ermöglicht.

Das HyKaPro-Verfahren ist Gegenstand des gleichnamigen SAB-Validierungsprojekts, in dessen Rahmen die Technologie unter praktischen Bedingungen demonstriert wurde.

Publikationen:

• Kumar, A., Georgi, A., Huaccallo-Aguilar, Y., Meier, M., Kryk, H., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Degradation and defluorination of perfluorooctane sulfonate (PFOS) forever chemical in water using hydrodynamic cavitation treatment.
  Chemical Engineering Journal Advances, 25, 101046 (2026).
• Kumar, A., Huaccallo-Aguilar, Y., Schäfer, J., Meier, M., Ding, W., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Pilot-scale hydrodynamic cavitation-enhanced ozonation for efficient removal of persistent pharmaceuticals from aqueous matrices: Experimental and numerical simulation studies.
  Separation and Purification Technology, 379, Part 1, 134558 (2025).
• Huaccallo-Aguilar, Y., Kumar, A., Meier, M., Lerch, A., Reinecke, S. F.,
  Efficient removal of succinic acid by continuous hydrodynamic cavitation combined with ozone and side influent injection.
  Journal of Environmental Management, 370, 122795 (2024).
• Huaccallo-Aguilar, Y., Kumar, A., Mante, J., Meier, M., Reinecke, S. F.,
  Efficient micropollutant removal from effluents using continuous hydrodynamic cavitation combined with ozone,
  13th IWA Micropol & Ecohazard Conference, 16.-20.06.2024, Taipei, Taiwan
• Kumar, A., Georgi, A., Huaccallo-Aguilar, Y., Meier, M., Kryk, H., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Degradation and defluorination of perfluorooctane sulfonate (PFOS) forever chemical in water using hydrodynamic cavitation treatment.
  Chemical Engineering Journal Advances, 25, 101046 (2026).
• Kumar, A., Huaccallo-Aguilar, Y., Schäfer, J., Meier, M., Ding, W., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Pilot-scale hydrodynamic cavitation-enhanced ozonation for efficient removal of persistent pharmaceuticals from aqueous matrices: Experimental and numerical simulation studies.
  Separation and Purification Technology, 379, Part 1, 134558 (2025).
• Kumar, A., Huaccallo-Aguilar, Y., Meier, M., Ding, W., Reinecke, S. F.,
  The combination of experimental and numerical investigations on the hydrodynamic cavitation-based advanced oxidation process for wastewater treatment,
  12th International Cavitation Symposium – CAV2024, 02.-05.06.2024, Chania, Greece.
• Kumar, A.; Huaccallo Aguilar, Y.; Rangarajan, R.; Matzke, N.; Reinecke, S.; Ding, W.; Meier, M.; Hampel, U.,
  Numerical simulation of hydroxyl radical production during hydrodynamic cavitation in the presence of dissolved ozone,
  IOA World Congress & Exhibition, Milan, Italy — 2 -7 July, 2023, 02.-07.07.2023, Milan, Italy.
• Huaccallo Aguilar, Y.; Kumar, A.; Mante, J.; Meier, M.; Reinecke, S.; Hampel, U.,
  Influence of the inlet pressure, flowrate and ozone dosage on the ozonation/cavitation for the rapid removal of succinic acid,
  IOA World Congress & Exhibition, 02.-07.07.2023, Milan, Italy.
• Kumar, A.; Huaccallo Aguilar, Y.; Reinecke, S.; Meier, M.; Ding, W.; Hampel, U.,
  Experimental and computational investigations of hydrodynamic cavitation for micropollutant removal,
  16th International Conference on Gas–Liquid and Gas–Liquid–Solid Reactor Engineering - GLS 16, 02.-05.09.2024, Dresden, Deutschland