Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
In der Abwasser- und Grundwasserreinigung werden zur Elimination von Fremdstoffen h\u00e4ufig Adsorptionsverfahren eingesetzt. Diesem Aufkonzentrierungsschritt folgt die Entsorgung des Adsorbers in Form von Deponierung oder thermischer Reaktivierung. Dies bedeutet entweder nur eine Problemverlagerung oder aber eine energie- und anlagenintensive Nachbehandlung. Dabei f\u00fchrt die Reaktivierung nicht nur zu Verlust an Adsorbens (ca. 30 %), sondern ist auch oftmals nur bei ausreichender Chargenmenge \u00f6konomisch durchf\u00fchrbar. Unter der Voraussetzung, dass die adsorptiv aufgenommenen Schadstoffe biologisch abbaubar sind, ergeben sich durch den Einsatz leicht regenerierbarer synthetischer Adsorberharze neue Perspektiven bei der Behandlung von Abwasser- oder Abluftstr\u00f6men. Hierbei erfolgt eine biologische Regeneration durch eine zirkulierende Fl\u00fcssigphase, die sich durch Schadstoffdesorption im Adsorber anreichert und im Bioreaktor durch mikrobielle Degradationsprozesse abgereichert wird. An-tragsgem\u00e4\u00df wurden Grundwassersch\u00e4den an Tankstellen und Tanklagern bearbeitet, bei denen die mikrobiell abbaubaren organischen Schadstoffe des Vergaserkraftstoffs durch den kombinierten Einsatz der Adsorption an polymere Adsorberharze und der nachgeschalteten biologischen Regeneration vor Ort entsorgt wurden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm ersten Projektabschnitt wurden Untersuchungen zur Auswahl geeigneter Adsorbentien zur Elimination von BTX-Aromaten aus Grundw\u00e4ssern, zur Modellierung der Mischadsorption auf Grundlage experimenteller Laboruntersuchungen und zur modellgest\u00fctzten Desorption durchgef\u00fchrt. Parallel wurden zur biologischen Umsetzung geeignete Mikroorganismen aus dem Grundwasser isoliert und angereichert. Nach reaktionskinetischen Untersuchungen sollte ein Festbettbioreaktor mit nachgeschalteter Biomasser\u00fcckf\u00fchrung entwickelt werden, wobei eine Sauerstoffversorgung ohne Strippverluste \u00fcberpr\u00fcft wer-den sollte. Im Rahmen der biologischen Regeneration waren modellgest\u00fctzte Experimente zur Optimierung vorgesehen, bei denen Volumendurchsatz, apparative Gestaltung der Adsorber, Energiebedarf der Desorption und weiterer Prozessparameter erhalten werden sollten, die die Grundlage zur Auslegung einer technischen Anlage bildeten. Im zweiten Projektabschnitt waren Langzeituntersuchungen zur Adsorption und biologischen Regeneration anhand eines realen kontaminierten Grundwassers vorgesehen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bei der Aufnahme von Einzelisothermen mit den polymeren Adsorberharzen AP250 und EP63 f\u00fcr die Modellkomponenten Benzol, Toluol und o-Xylol, die als Hauptbestandteile verschiedener Schadensf\u00e4lle identifiziert wurden, zeigten sich keine wesentlichen Unterschiede. Die Messungen zur Gleichgewichts-beladung erm\u00f6glichten die Ermittlung der Parameter f\u00fcr die Langmuir- und die Freundlich-Einzelisothermen und somit eine Modellierung der Adsorption. Bei Untersuchungen mit einem Modellgemisch aus Benzol und Toluol konnte eine gr\u00f6\u00dfere Adsorptionsf\u00e4higkeit f\u00fcr Toluol im Vergleich zu Benzol festgestellt werden. Die ersten Untersuchungen zur Gemischadsorption best\u00e4tigten die Ergebnisse der Einzeladsorptionsexperimente. Eine endg\u00fcltige Entscheidung f\u00fcr AP 250 konnte erst nach Untersuchungen zur Readsorption durchgef\u00fchrt werden, denn die biologische Regeneration f\u00fchrte bei EP 63 zu verringerter Kapazit\u00e4t, w\u00e4hrend die Adsorptionskapazit\u00e4t von AP 205 konstant blieb.
\nDie Temperaturabh\u00e4ngigkeit der Beladungskapazit\u00e4ten erwies sich als nicht ausreichend, um eine thermische Desorption (Elution mit 80\u00b0C hei\u00dfem Wasser) realisieren zu k\u00f6nnen. Nachdem alternative Desorptionsm\u00f6glichkeiten keine zufriedenstellende Ergebnisse brachten, wurde ein neuartiges biologisches Regenerationsverfahren entwickelt. Dabei handelt es sich um eine direkte Desorption des Adsorbens mit adaptierter Biomasse – bei gleichzeitiger Degradation der Schadstoffe. Mit einer aus einem kontaminier-ten Bereich eines Schadenfalls isolierten und kultivierten Mischkultur konnte eine ausreichende Adsorptionskapazit\u00e4t des Adsorbens reproduzierbar wiederhergestellt werden.
\nAufgrund des ge\u00e4nderten Desorptionsverfahrens wurde die Entwicklung des Festbettreaktors nicht vorangetrieben, statt dessen wurde eine Anlage konzipiert, bei der die beiden Verfahrensschritte – Adsorption im Festbett und biologische Regeneration in der Wirbelschicht – nacheinander in derselben Kolonne stattfinden k\u00f6nnen. Diese Miniplant-Laboranlage wurde zur modellgest\u00fctzten Untersuchung der Reaktionskinetik eingesetzt, was eine Simulation des Verfahrens ohne den Einsatz einer aufw\u00e4ndigen Technikumsanlage erm\u00f6glichte.
\nIm Mittelpunkt der zweiten Projektphase standen Projektierung, Bau und Automatisierung der Pilotanlage, um die Technikumsergebnisse im Feldversuch best\u00e4tigen zu k\u00f6nnen. Anhand der Ergebnisse der ersten Phase erfolgte die Auslegung der Anlage f\u00fcr 1m\u00b3 Grundwasser pro Stunde und einer BTX-Konzentration von 10 mg\/l. Um die Grundwasserreinigungsanlage m\u00f6glichst flexibel einsetzen zu k\u00f6nnen, wurde sie modular aus folgenden Teilen aufgebaut: Kiesfilter, Bioreaktor, Adsorbereinheit, Schaltschrank.
\nDie Pilotanlage ist inzwischen in Betrieb. Nach Optimierung der Anlagentechnik und der Bedingungen f\u00fcr die Mikrobiologie konnten die sehr guten Laborergebnisse best\u00e4tigt werden. Auch nach mehreren Zyklen (Adsorption und Regeneration) sind im Ablauf der Anlage keine BTX-Aromaten mehr nachweisbar. F\u00fcr die Zukunft ist die Umsetzung der Anlage an einen weiteren Standort geplant, um die Eignung des Verfahrens auch f\u00fcr andere Schadstoffspektren aufzuzeigen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Verfahren wurde von uns patentiert. Eine kurze Darstellung der ersten Ergebnisse erfolgte im November \u00b498 im UmweltMagazin in einem \u00dcbersichtsartikel zum Titelthema Grundwasserschutz. Weitere kurze Ver\u00f6ffentlichungen zur IFAT \u00b499 erschienen in einer Sonderausgabe der WLB und im April Heft der UTA. Auf der DECHEMA-Jahrestagung \u00b499 in Wiesbaden wurden das Verfahren, inkl. erster Ergeb-nisse aus der Pilotphase, im Rahmen eines Vortrages in der Fachsektion Umwelttechnik, vorgestellt. Erweitert um die in der Zwischenzeit gewonnenen Erkenntnisse der Pilotphase wird auf der GVC-Jahrestagung im September \u00b499 in Bremen ein Poster pr\u00e4sentiert werden.
\nDie zahlreichen Reaktionen auf die bisherigen Ver\u00f6ffentlichungen best\u00e4tigen die Bedeutung dieser Neu-entwicklung<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Projekt hat gezeigt, dass die Adsorption von Schadstoffen am polymeren Adsorberharz AP 250 mit nachgeschalteter biologischer Regeneration ein effektives und kosteng\u00fcnstiges Verfahren zur kontinu-ierlichen Reinigung von BTX-Grundwassersch\u00e4den darstellt. Nach Modifikation des Prozesses finden Desorption und biologische Degradation gekoppelt in einem Schritt statt. Die Pilotanlage hat sich inzwi-schen auch im Feldversuch bew\u00e4hrt. Im Anschluss an dieses Forschungsprojekt werden Untersuchungen stehen, die die Einsatzm\u00f6glichkeiten des Verfahrens auch f\u00fcr andere Schadstoffkontaminationen verdeutlichen werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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