Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Heutzutage wird verst\u00e4rkt Dachablaufwasser aufgefangen, um es in Haus oder Garten einzusetzen. Die W\u00e4sser enthalten Eintr\u00e4ge von Metallst\u00e4uben aus Luft und\/oder Umgebung sowie Eintr\u00e4ge durch die Bedachungsmaterialien. Mit den Dachablaufw\u00e4ssern erfolgt somit ein Eintrag von Metallen in Kl\u00e4ranlagen und Umwelt. Eine Minimierung der Metalleintr\u00e4ge w\u00fcrde die Umweltqualit\u00e4t von Gew\u00e4ssern, B\u00f6den und Kl\u00e4ranlagen (Verringerung des Metallgehalts des Kl\u00e4rschlamms) verbessern, machte Dachablaufw\u00e4sser f\u00fcr weitere Anwendungen nutzbar und verringerte so den Verbrauch an Trinkwasser. Ziel des Projekts war es, ein Filtersystem zu entwickeln, das Metallionen (Cu, Zn, Pb) mittels Ionenaustausch (mittels Zeolith) aus Dachablaufw\u00e4ssern entfernt. Dieses System sollte in die Dachentw\u00e4sserung integrierbar sein.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung des Filtersystems gliederte sich in die Bereiche Auswahl des Filtermaterials, Erfassung wichtiger Parameter zur Konstruktion des Filters und Tests von Filterprototypen. An einer Reihe von handels\u00fcblichen Zeolithen wurden Tests hinsichtlich ihrer Verwendung als Filtermaterial f\u00fcr das Filtersystem durchgef\u00fchrt. Von ausgew\u00e4hlten Zeolithen wurde dann die Austauschkapazit\u00e4t (Menge der austauschbaren Ionen pro Masseneinheit des Zeoliths) ermittelt. Parallel dazu wurden auf einem Freibewitterungsgel\u00e4nde der KM Europa Metal AG Versuchsd\u00e4cher mit den g\u00e4ngigen Bedachungsmaterialien (Aluminium, Betonpfanne, Bitumen, Blei, Kupfer, PVC, Zink) aufgebaut und mit einer Wetterstation verkn\u00fcpft. Damit konnten Angaben \u00fcber Zeiten, Mengen und Art der Niederschlagsw\u00e4sser erhalten werden. Die anfallenden Dachablaufw\u00e4sser wurden gesammelt und die Metallkonzentrationen ermittelt. Anhand der erhaltenen Daten \u00fcber Niederschlagsmengen pro Zeiteinheit, H\u00f6he der Metallkonzentrationen in den Dachablaufw\u00e4ssern und Austauschkapazit\u00e4t des Clinoptiloliths konnten Filterdimensionierungen berechnet und ein Filterkonzept (Fallrohrfilter, Regensammlerfilter und Druckfilter) erstellt werden. Die Filterprototypen wurden an einer gr\u00f6\u00dferen Dachfl\u00e4che getestet. Es wurden Untersuchungen hinsichtlich eines einfach durchf\u00fchrbaren und m\u00f6glichst ressourcenschonenden Verfahrens zur Regenerierung des Zeoliths durchgef\u00fchrt und ein Recyclingkonzept erstellt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
F\u00fcr die Auswahl eines geeigneten Filtermaterials wurden Untersuchungen an 21 synthetischen bzw. nat\u00fcrlichen Zeolithen durchgef\u00fchrt. Bei Umsetzungen der Zeolithe mit verschiedenen Cu-Pr\u00fcfl\u00f6sungen unter statischen Bedingungen stellte sich heraus, da\u00df neben der Entfernung von CU mittels Ionenaustausch auch eine Ausf\u00e4llung des Kupfers als Hydroxid auftritt. Die Zeolithe reagieren in w\u00e4\u00dfriger L\u00f6sung unterschiedlich stark alkalisch, da ein Austausch von austauschf\u00e4higen Kationen (Na, K, Ca…) der Zeolithe gegen Protonen des Wassers erfolgen kann. Diese F\u00e4llung kann je nach Basizit\u00e4t des Zeoliths und Konzentration\/Menge der eingesetzten Cu-L\u00f6sung unterschiedlich stark ausgepr\u00e4gt sein. In den durchgef\u00fchrten Versuchen wurde sowohl der Anteil des durch Ionenaustausch entfernten Kupfers als auch die Menge des \u00fcber die Hydroxidf\u00e4llung entfernten Kupfers bestimmt. Zum abschlie\u00dfenden Vergleich der Ionenaustauschf\u00e4higkeit der Zeolithe wurden Verteilungskoeffizienten berechnet. Vier Zeolithe zeigten hohe Verteilungskoeffizienten. Von diesen Zeolithen wurde jeweils die Austauschkapazit\u00e4t unter dynamischen Bedingungen bestimmt. Hierbei erwies sich der nat\u00fcrliche Zeolith Clinoptilolith f\u00fcr die Anforderungen an das Filtersystem am besten geeignet. Es konnte gezeigt werden, da\u00df die Austauschkapazit\u00e4t des Clinoptiloliths durch Modifizierung auf 35 mg Cu pro g Clinoptilolith erh\u00f6ht werden kann.
\nZur Konstruktion der Filter waren u.a. Untersuchungen hinsichtlich Niederschlagsmengen und
\n-h\u00e4ufigkeiten, H\u00f6he der Metallkonzentrationen in den Dachablaufw\u00e4ssern und Verlauf der Metallkonzentrationen w\u00e4hrend eines Regenereignisses notwendig. Die H\u00f6he der Metallkonzentration ist neben anderen Faktoren von der jeweiligen Niederschlagsmenge abh\u00e4ngig: Hohe Metallkonzentrationen treten meist nur in geringen Niederschlagsvolumina (bis zu 1 mm Niederschlag) auf. Betrachtet man den Verlauf der Metallkonzentrationen w\u00e4hrend eines Regenereignisses, so stellt man hohe Konzentrationen nur im ersten Millimeter Niederschlag fest. Die Verlaufskurven wurden f\u00fcr Kupfer-, Zink- und Blei-D\u00e4cher ermittelt.
\nIn 90 % der F\u00e4lle betrugen die Niederschlagsmengen pro 10 Minuten 0,2 bis 0,6 mm. Im Mittel fielen 0,4 mm\/10 min.. Die Auslegung des Filtersystems mu\u00df so sein, da\u00df Niederschlagsmengen dieser Gr\u00f6\u00dfenordnung pro Zeitintervall filtriert werden k\u00f6nnen. Unter Ber\u00fccksichtigung des durchschnittlichen Niederschlags pro Jahr und der mittleren Metallkonzentrationen wurde der Zeolithbedarf pro Jahr berechnet. Aufgrund dieser Daten zeigte sich, da\u00df eine Anpassung des Filtersystems an die jeweilige Dachgr\u00f6\u00dfe und an den jeweiligen Anteil Metallfl\u00e4che an der Gesamtgr\u00f6\u00dfe des Daches notwendig ist. Es wurde das nachfolgende Filterkonzept entwickelt. Die drei Filtersysteme sind zum Patent angemeldet.
\n\u00b7 Fallrohrfilter: Dieser Filter wird direkt in das Regenfallrohr integriert. Die an diesem Fallrohr angeschlossene Niederschlagsfl\u00e4che kann maximal 156 m2 betragen. Wenn die Dachfl\u00e4che nur zu einem Teil aus Metall besteht (10 – 20 %), hat der Filter eine Standzeit von ca. 5 Jahren.
\n\u00b7 Regensammlerfilter: Dieser Filter wird im Bereich des Regensammlers integriert. Die angeschlossene Niederschlagsfl\u00e4che kann bis zu 460 m2 reine Metalldachfl\u00e4che betragen.
\n\u00b7 Druckfilter: Dieses Filtersystem kann kosteng\u00fcnstig installiert werden, wenn schon eine Regenwassernutzungsanlage vorliegt. Es wird in einem Druckbeh\u00e4lter an der Entnahmestelle eines Regenwassertanks installiert. Die Dimensionierung ist variabel der Tankgr\u00f6\u00dfe und der durchschnittlichen Wasserentnahme anzupassen.
\nZur Schonung der Ressourcen wurde ein Recyclingkonzept zur R\u00fcckf\u00fchrung und Wiederaufbereitung des Clinoptiloliths erstellt. Dabei ist von besonderem Vorteil, da\u00df die Modifizierung des Clinoptiloliths (zur Erh\u00f6hung der Kapazit\u00e4t) nach dem gleichen Verfahren durchgef\u00fchrt werden kann, wie die Regenerierung des Clinoptiloliths. Vertrieb und R\u00fcckf\u00fchrung der Filter kann \u00fcber eine Art Pfandflaschensystem organisiert werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Filtersysteme werden, sobald alle noch offenen Fragen und Probleme zur Serienreifmachung (inkl. Logistik) und Markteinf\u00fchrung gekl\u00e4rt sind, auf verschiedenen Fachmessen pr\u00e4sentiert. Eine Ver\u00f6ffentlichung in entsprechenden Fachzeitschriften ist geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Es wurde ein Fallrohrfilter und ein Regensammlerfilter zum Anschlu\u00df an die Dachentw\u00e4sserung und ein Filtersystem zum Anschlu\u00df an eine Regenwassersammelanlage entwickelt. Die Aufteilung macht eine flexible Anpassung des Filters an die jeweilige Gegebenheiten bei der Dachentw\u00e4sserung eines Geb\u00e4udes m\u00f6glich. Tests an dem Fallrohrfilter, der das gr\u00f6\u00dfte Anwendungspotential besitzt, wurden erfolgreich durchgef\u00fchrt: Es konnte eine Verringerung des Metallgehalts der Dachablaufw\u00e4sser von \u00fcber 90 % erzielt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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