Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Auf der Basis der aus den bisherigen Arbeiten (Projekt: Az 03206) und der Literatur gewonnenen Erkenntnisse soll ein neuer, flexibler Mehrzweckphotoreaktor im Baukastenprinzip konzipiert und gebaut werden. Dieser Reaktor ist hinsichtlich ausgew\u00e4hlter praxisrelevanter Reaktionsparameter zu automatisieren und zu optimieren. Mit den kinetischen Daten wird die Grundlage f\u00fcr die Proze\u00dfmodellierung und ein scale-Up zur kleintechnischen Anlage geschaffen. Die Realisierung der optischen Me\u00dfeinrichtungen zur Filmdickenbestimmung stellt ein innovatives Verfahren dar.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenErste Arbeiten sollen sich mit der Optimierung der Konstruktion des vorhandenen D\u00fcnnschichtrollenphotoreaktors befassen. Dazu ist eine Literaturrecherche zur Thematik der Verteilereinbauten zur Parametrisierung von Photoreaktoren anzufertigen. Auf der Basis der erhaltenen Literatur und unter Ber\u00fccksichtigung der geometrischen Verh\u00e4ltnisse am D\u00fcnnschichtrollenphotoreaktor erfolgt die Konstruktion eines Prototypen des neuen Mehrzweckphotoreaktors. F\u00fcr die weiteren Untersuchungen sollen beide Photoreaktoren in einen Batchproze\u00df \u00fcberf\u00fchrt werden. Dabei ist der Aufbau so vorzunehmen, da\u00df geeignete Stellen f\u00fcr Me\u00df- und Regeleinheiten vorhanden sind beziehungsweise Dosierkreisl\u00e4ufe zugeschaltet werden k\u00f6nnen. F\u00fcr die Me\u00dfdatenerfassung und zur Anlagensteuerung mu\u00df ein Proze\u00dfleitsystem programmiert werden. S\u00e4mtliche Me\u00dfstellen beziehungsweise Ger\u00e4teansteuerungen sind darin einzubinden.
\nAussagen zur Strahlungsbilanz und zur Geometrie des Films sollen \u00fcber eine optische Me\u00dfstelle erhalten werden. Mit den quantitativen Daten erfolgt \u00fcber die Methode der statistischen Versuchsplanung die Optimierung der Reaktionsparameter f\u00fcr Modellsysteme. Die daraus erhaltenen Erkenntnisse zur Parametrisierung werden auf praxisrelevante Systeme \u00fcbertragen.
\nDurch die Variation der Reaktormaterialien sollen potentielle Photokatalysatoren auf ihre Eignung untersucht werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ein modularer D\u00fcnnfilm-UV-Reaktor (BKR) wurde aufbauend auf dem Prinzip der Filmerzeugung durch einen rotierenden Verteiler entwickelt. Verschiedene Reaktorkombinationen k\u00f6nnen durch den Wechsel der Bauteile zusammengestellt werden. Der Austausch der Zylinderk\u00f6rper ist mit wenigen Handgriffen in kurzer Zeit m\u00f6glich. Zwei Reaktoren (Miniplants) sind f\u00fcr die Untersuchungen vorhanden. Diese w\u00fcrden f\u00fcr die verschiedenen Behandlungen (Modellsubstanz, reale Abw\u00e4sser, Farbstoffe) entsprechend zusammengesetzt. Wie beschrieben ist, sind alle Photoreaktoren in den Kreislaufbetrieb \u00fcberf\u00fchrt und mit der notwendigen Me\u00df- und Steuertechnik verbunden. Mit Hilfe eines Softwaretools wurde speziell f\u00fcr die Photoreaktoren eine Proze\u00dfsteuerung programmiert. Die Software bietet durch eine modulare Struktur die M\u00f6glichkeit, einfach Me\u00df- und Testaufgaben zu \u00e4ndern bzw. weitere Sensoren in das System zu integrieren. Als online-Methode kann mit der Fl\u00fcssigchromatographie der Reaktionsverlauf verfolgt werden. \u00dcber die Kopplung k\u00f6nnen prinzipiell auch andere Me\u00dfmethoden eingebunden werden.
\nAn einer ausgew\u00e4hlten Modellsubstanz erfolgte die Optimierung der Reaktionsf\u00fchrung mit dem Ziel, die Substanz 2-Fluorphenol in k\u00fcrzester Zeit aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen. Alle Photoreaktoren wurden unter der gleichen Zielstellung f\u00fcr wesentliche Reaktionsparameter und ausgew\u00e4hlte Betriebszust\u00e4nde optimiert. Anhand der Vorgaben durch die statistische Versuchsplanung wurden f\u00fcr definierte Parameters\u00e4tze Experimente durchgef\u00fchrt. Berechnungen mit multipler-linearer Regression ergaben f\u00fcr die jeweiligen Reaktoren Modellgleichungen. Mit diesen Gleichungen wurde die Reaktionsf\u00fchrung optimiert. Als Ergebnis liefert die Rechnung die optimalen Parameters\u00e4tze. Aus dem Vergleich der Daten erh\u00e4lt man Reaktorparameter f\u00fcr ein scale-up und\/ oder scale-down. Dabei handelt es sich um die fl\u00e4chennormierte Geschwindigkeitskonstante. Normiert wird auf die bestrahlte Fl\u00e4che in dem Reaktionszylinder. Berechnungen f\u00fcr ein scale-down und auch ein scale-up liegen bereits vor.
\nDie Baukastenreaktoren mit unterschiedlichen Zusammenstellungen (L\u00e4nge, Strahler) wurden an mehreren Abwasserproben getestet. Dabei zeigte sich die Eignung der Reaktoren auch f\u00fcr reale Abw\u00e4sser. Getestet wurden: <\/p>\n
1.\tkontaminiertes Grundwasser und
\n2.\tschwermetallhaltiges Proze\u00dfabwasser (nicht n\u00e4her beschrieben, da Schutzrechte bestehen)<\/p>\n
Eine Methode zur optischen Filmdickenbestimmung konnte noch nicht vollst\u00e4ndig aufgebaut werden. In Vorversuchen wurden Kalibraitionsreihen f\u00fcr die Filmdicke als Funktion der Intensit\u00e4tsdifferenz gemessen. Eine \u00dcbertragung der Me\u00dfanordnung auf die Photoreaktoren gelang teilweise. Jedoch f\u00fchrten die Ergebnisse der online-Messungen noch nicht zu den berechneten Filmdicken. Untersuchungen zur optischen Filmdickenmessung werden im Rahmen einer Qualifikationsarbeit fortgef\u00fchrt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
a.)\tPoster auf dem Umwelttechnologieforum (UTECH) in Berlin im Februar 1997 mit dem Titel Proze\u00dfautomatisierung eines Miniplant-Photoreaktors
\nb.)\tPatentanmeldung unter der Patentnummer: 197 22 920.4 mit der Bezeichnung Apparatur zur photolytischen Bestrahlung fluider Medien im Mai 1997
\nc.)\tAusstellung eines Prototypen des Modularen D\u00fcnnfilm-UV-Reaktors auf der ACHEMA in Frankfurt\/Main im Juni 1997
\nd.)\tAusstellung eines Prototypen auf der Leipziger INNOVATIONS-Messe im September 1997
\ne.)\tVer\u00f6ffentlichung der Arbeitsergebnisse in der GIT-Laborfachzeitschrift unter dem Titel Automatisierung von Reaktoren im Laborma\u00dfstab, Artikel angenommen, Ver\u00f6ffentlichung in 2\/98
\nf.)\tVer\u00f6ffentlichung in Chemie-Ingenieur-Technik, Artikel in Arbeit
\ng.) Abstract in der Zeitschrift Markt und Mittelstand 12\/97 zu Verfahren und Apparatur zur Abwasserreinigung mittels UV-Licht<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Vielzahl der Ver\u00f6ffentlichungen zur Thematik der UV-Behandlung von Abfallstoffen in der Fachliteratur zeigen das grundlegende Interesse die Wirtschaft an dieser alternativen Technologie. W\u00e4hrend der Pr\u00e4sentationen der Anlage (Frankfurt, Leipzig) best\u00e4tigte das rege Interesse, da\u00df die UV-D\u00fcnnfilmtechnik sich als ein leistungsf\u00e4higes, problemorientiertes Verfahren parallel zu den etablierten Verfahren der UV-Abwasserbehandlung entwickelt hat. Die Anwendungsm\u00f6glichkeiten des Baukastenreaktors sind bedingt durch die Modularit\u00e4t sehr vielf\u00e4ltig. Mit dem erworbenen Wissensstand k\u00f6nnen weitere Reaktoren f\u00fcr spezielle Aufgaben gebaut werden. Detaillierte Anfragen liegen dazu schon mehrfach vor.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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