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Wirkstoffe und Medikamentenrückstände reinigen

Weg mit dem Wirkstoff: Medikamentenrückstände im Abwasser und was zu tun ist

| Redakteur: Dr. Jörg Kempf

So verlieren auch stabile Wirkstoffe im Abwasser ihren Schrecken – Wirkstoffrückstände, Metabolite und Biozide im Abwasser sind ein heißes Thema, und ihre Beseitigung ist häufig aufwändig und teuer. Wäre es möglich, die toxischen in nicht-­toxische Stoffe und schwer abbaubare in biologisch verwertbare Substanzen umzuwandeln? Eine Möglichkeit dazu bieten die Advanced Oxidation Processes (AOP).

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(Bild: ©rufar; ©Manuel Schäfer - stock.adobe.com; [M]Tscherwitschke)

Hochaktive organische Substanzen, wie Arzneimittelwirkstoffe, Biozide, Pestizide und deren Metabolite, werden zunehmend im Abwasser nachgewiesen und sind im Fokus der öffentlichen Diskussion. Bei Herstellungsprozessen in der pharmazeutischen und chemischen Industrie fallen Spül- und Abwässer an, die kritische Substanzen in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten können. Die Behandlung der Abwässer wird in der Regel dadurch erschwert, dass die Inhaltsstoffe nur schwer biologisch abbaubar sind und nicht über eine biologische Behandlungsstufe eliminiert werden können. Oft müssen die Abwässer in einer thermischen Verbrennung entsorgt werden, was mit hohen Kosten verbunden ist. Physikalische Be- handlungsoptionen wie Membrantechnik oder Aktivkohle, die Rückstände abtrennen oder adsorbieren, sind aufwändig und teuer. Es entstehen hier Reststoffe, die kostenpflichtig zu entsorgen sind.

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Eine kosteneffizientere Alternative ist die Vorbehandlung der anfallenden Abwasserkonzentrate mittels Advanced Oxidation Processes (AOP). Hierzu gehören Oxidationsverfahren, bei denen hochreaktive Verbindungen wie OH-Radikale gebildet werden. Die Oxidation der schwer abbaubaren Verbindungen führt zu einer Zerstörung der aktiven Substanzen bzw. zu biologisch abbaubaren Zwischenprodukten. Das vorbehandelte Abwasser kann im Anschluss indirekt eingeleitet bzw. falls vorhanden einer betriebseigenen biologischen Behandlungsstufe zugeführt werden.

Ziel der unterschiedlichen Oxidationsverfahren ist es, toxische in nicht-toxische Stoffe und schwer abbaubare in biologisch verwertbare umzuwandeln. Im Nachgang dieser chemischen Behandlung kann das Abwasser einer biologischen Reinigung zugeführt werden. Eine vollständige Oxidation der Substanzen, unter Bildung von Kohlendioxid, Wasser und gegebenenfalls Salzen ist in vielen Fällen aufgrund des hohen Verbrauchs an Oxidationsmitteln und Energie unwirtschaftlich. Daher hat die oxidative Vorbehandlung das Ziel, die Oxidation nur so weit auszuführen, dass eine weitergehende Behandlung mit biologischen Methoden möglich ist.

Restlos? Begeistert!

Bei einem deutschen Unternehmen aus der Pharmaindustrie wurde eine modulare Abwasseraufbereitungsanlage für Spülwässer aus der Tablettenproduktion realisiert. Die Abwässer sind mit unterschiedlichen aktiven pharmazeutischen Inhaltsstoffen (API) belastet. Daher war es wichtig ein Verfahren zu wählen, das mit den diversen Wirkstoffen im Abwasser zurechtkommt, diese ohne Rückstände entfernt, einfach erweiterbar ist und keine aufwändigen Sicherheitsvorkehrungen erfordert. Zudem wurde ein überzeugendes Preis/Leistungs-Verhältnis gewünscht. Der Betreiber entschied sich für eine Oxidation mittels Wasserstoffperoxid und UV-Technik (eine Lösung, die Envirochemie in flexibel erweiterbaren Modulen bietet).

Wasserstoffperoxid ist ein Oxidationsmittel, das bei Bestrahlung mit UV-Licht in Radikale zerfällt, die bevorzugt mit Doppelbindungen reagieren, wie sie in den Arzneimittelwirkstoffen üblich sind. Nach der Behandlung bleiben keinerlei Wirkstoffe oder Reststoffe übrig. Im Gegensatz zu Ozon ist Wasserstoffperoxid jedoch einfach und sicher zu handhaben: Es wird dem Abwasser direkt in einem AOP-Modul zugefügt. Anschließend wird eine 20-Kubikmeter-Charge in dieser Anwendung bis zu 24 Stunden lang mit UV-Licht bestrahlt. Der vorbehandelte Teilstrom kann mit dem restlichen Abwasser gemischt in die Kanalisation geleitet werden.

Die exakte Dosis an Wasserstoffperoxid und UV-Strahlung wird im Labor berechnet und getestet. Dabei nehmen die Planer stets den Worst Case-Fall an, also eine ungewöhnlich hohe Belastung. Das gewünschte Limit liegt bei maximal einem Mikrogramm Wirkstoff pro Liter und wird auch dann erreicht, wenn 10 000 μg Rückstände eingeleitet werden sollten.

Im Beispielprojekt erreicht die tägliche Abwassermenge bis zu 25 m3/d, die API-Konzentration schwankt zwischen 2000 und 10 000 μg/l. Dabei soll ein Limit von 10 µg/l API nicht unterschritten werden. Die Tagesabwassermenge wird hierzu in einem Abwasserpuffer aufgefangen und anschließend im Rahmen einer Chargenbehandlung unter Zugabe von H2O2 über einen Zyklus von 24 Stunden mit UV-Licht bestrahlt.

Module bevorzugt

Die genaue Bestimmung der Konzentration an Arzneirückständen im Abwasser ist nicht trivial, da jeder Wirkstoff andere Messmethoden benötigt. Für den täglichen Betrieb wäre das zu aufwändig. Daher behilft man sich mit den Summenparametern TOC (Total Organic Carbon) und CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf). Im Rahmen einer Korrelationsstudie wurde der Abbau der pharmazeutischen Inhaltsstoffe mit der Reduktion des CSB bzw. TOC dargelegt, um im Betrieb eine schnelle und gesicherte Analyse nutzen zu können. Auf diese Weise kann exakt bestimmt werden, dass bei einem bestimmten CSB die Wirkstoffe im Wasser zu 99,9 % beseitigt sind.

Durch die modulare Bauweise kann die Behandlungsanlage separat vor der Produktionshalle platziert werden und ist baulich einfach erweiterbar. Vorgesehen ist ein Ausbau bis auf ein Abwasservolumen von 50 m3/Tag. Dabei ersparte die modulare Bauweise dem Pharmaunternehmen einen Neubau mit dem entsprechenden Aufwand wie etwa für die Bau- und Brandschutzgenehmigung.

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