Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Grobziel des vorliegenden Projekts war die Entwicklung eines marktf\u00e4higen elektrokatalytischen Reaktors zur technischen Denitrifikation von Nitrat und Nitrit bei der Trinkwasseraufbereitung, Entsorgung von Konzentraten der physikalischen Wasseraufbereitung und f\u00fcr Abl\u00e4ufe aus der dezentralen Abwasserreinigung. Prim\u00e4res Feinziel in der ersten Projektphase war unter praxisgerechten Bedingungen die grunds\u00e4tzliche Eignung des Verfahrens f\u00fcr die Behandlung realer Trinkw\u00e4sser nachzuweisen. Die Einhaltung besonderer Anforderungen beim Umgang mit dem Lebensmittel Trinkwasser einschlie\u00dflich der Beachtung gesetzlicher Rahmenbedingungen ist eine Grundvoraussetzung f\u00fcr ein derartiges Projekt, deren Erf\u00fcllbarkeit war darzulegen. Mit einer Kostenabsch\u00e4tzung war die wirtschaftliche Tragf\u00e4higkeit des Aufbereitungsverfahrens im Vergleich mit anderen Verfahren nachzuweisen.
\nDie zweite, nicht durchgef\u00fchrte Projektphase zielte insbesondere auf die Behandlung von Konzentraten aus der physikalischen Aufbereitung von Trinkwasser, z.B. nitrathaltige Regeneratl\u00f6sungen von Ionenaustauschern oder Umkehrosmoseeinheiten.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Umsetzung der Zielsetzung war prim\u00e4r eine prozessstabile Versuchsanlage aufzubauen. Dazu sollte aus dem Batchbetrieb der zuvor vorhandenen Laborablage ein kontinuierlicher Prozess entwickelt werden. Zur Messwertaufnahme, Steuerung und Regelung sowie einer Prozessvisualisierung im Sinne eines Prozessleitstandes der Anlage war eine anpassungsf\u00e4hige Software zu erstellen. An die mechanische Pr\u00fcfung der Versuchsanlage schlossen sich Untersuchungen zur Stabilit\u00e4t von Elektroden (Bronze, Graphit) an. Analysen zur potentiellen mikrobiologischen Kontamination von Kathoden und verfahrensrelevanter Anlagenbestandteile (Ionenaustauschermembran), sowie mikrobiologische Un-tersuchungen zur Einhaltung der gesetzlich festgelegten Rahmenbedingungen f\u00fcr Trinkwasser (TVO, DIN 2000, WHO- u. EG-Richtlinien) umfassten unter Ber\u00fccksichtigung der zeitlichen Akkumulation innerhalb der Anlage folgende Qualit\u00e4tsparameter : KBE-Bestimmung mittels Plattenausgussverfahren nach den Vorschriften der TVO (Anlage 1, Abs. 5) zur Beurteilung der Entwicklung der mikrobiellen Belastung des Prozesswassers; REM-Aufnahmen zur Analyse der Biofilmbildungsrate; Fluoreszenzaufnahmen mittels DAPI\/CTC-F\u00e4rbeverfahren zur Beurteilung der Zellver\u00e4nderungen und Biofilmzusammensetzung.
\nZus\u00e4tzlich wurden parallel IC-Analysen von Kationen- und Anionengehalten durchgef\u00fchrt sowie physikalische Parameter wie pH-Wert, Leitf\u00e4higkeit und Temperatur des Prozesswassers erfasst. Sie dienten u.a. zur Korrelationen von Verfahrensparametern und mikrobieller Akkumulationen im zeitlichen Verlauf der Denitrifikation. Dieses analytische Instrumentarium er\u00f6ffnet Zugang zum Prozessverst\u00e4ndnis und erm\u00f6glich auf experimenteller Basis ein zielorientiertes Eingreifen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
F\u00fcr das EKN-Verfahren wurde erfolgreich eine PC-gesteuerte Durchflussanlage erstellt und im Verbund mit dem Wasserwerk Hattenrod\/Reiskirchen betrieben. Sowohl katalytische Systeme auf der Basis Graphit\/Palladium als auch Zinnbronzen wurden erfolgreich getestet. Mit beiden System wird im quasi Durchflussbetrieb ein stabiler Ablaufwert f\u00fcr Nitrat unter dem Grenzwert c(NO3) \u00a3 50 mg\/L erreicht. Jedoch \u00fcberstiegen die Nitritwerte und die mikrobiellen Belastung die Vorgaben der Trinkwasserverordnung (TVO).
\nDie in der gegenw\u00e4rtig genutzten Versuchsanlage beobachtete mikrobiellen Belastung beruht prim\u00e4r auf zu langer Stand- und Verweilzeit des Wassers im Vorlagenbeh\u00e4lter bzw. im Reaktor. Ung\u00fcnstig erscheinen dar\u00fcber hinaus die aus experimentell-praktischen Gr\u00fcnden zum Anlagenbau verwendeten Kunststoffmaterialien. Zur Problembehebung in Bezug auf die mikrobiellen Belastung w\u00e4re die Verwendung von Edelstahl angezeigt, da dieses Material Ansiedelungsm\u00f6glichkeiten unterdr\u00fcckt. Durch elektrisches Umpolen im Rahmen von Wartungsintervallen kann der Biofilmbildung entgegengewirkt werden.
\nDes Weiteren wird durch das Umpumpen die Temperatur auf \u00fcber 20\u00b0 C erh\u00f6ht, wodurch optimale Wachstumsbedingungen f\u00fcr die Mikroorganismen realisiert werden. Das nitratreiche Rohwasser hat urspr\u00fcnglich eine Temperatur von 7\u00b0 C und sollte ggf. durch K\u00fchlverfahren auf diesem f\u00fcr Mikroorganismen ung\u00fcnstigen Temperaturniveau gehalten werden. Es ist die Nichteignung der untersuchten katalytischen Systeme f\u00fcr Trinkwasser aufgrund des \u00dcberschreitens des Grenzwertes f\u00fcr Nitrit festzuhalten. Hier bietet der Einsatz von Palladium-Katalysatoren Verbesserungsm\u00f6glichkeiten. Innerhalb der Projektlaufzeit ist der Preis f\u00fcr Palladium von 5-7 DM\/g auf 56,70 DM\/g gestiegen. In der Konsequenz ist ein wirtschaftlicher Einsatz von Pd-katalysierten Verfahren derzeit nicht m\u00f6glich. F\u00fcr den wirtschaftlich-technischen Betrieb der elektro-katalytischen Nitratentfernung kann daher derzeit nur das System Zinnbronze f\u00fcr den Bereich der Entsorgung von Konzentraten aus Wasseraufbereitungsanlagen nach dem Ionenaustauschverfahren bzw. der Membrantechnologien (Umkehrosmose\/Nanofiltration) sowie im abwassertechnischen Bereich (K\u00fchl-, Schmierstoffaufbereitung) herangezogen werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
M. R\u00f6hricht, E.A. Stadlbauer, H. Happl: Nitratentfernung durch Kombination von Nanofiltration und Elektroanalyse, in 4. GVC-Abwasser-Kongre\u00df 1999), Verfahrenstechnik der Abwasser- und Schlammbehandlung -additive und prozessintegrierte Ma\u00dfnahmen (Hrsg. VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen), 6.-8. September 1999, Bremen
\nStadlbauer, E.A.; R\u00f6hricht, M.; Weber, B.; Althaus,T. Combined Nanofiltration \/ Electro-Catalysis System to treat Nitrate contaminated Water, in: Proceedings Waste Minimisation and End of Pipe Treatment in Chemical and Petrochemical Industries, IAWQ International Specialised Conference of the Chemical Industry Group, Merida Yucatan, Mexico, (1999), 521-524.
\nStadlbauer, E.A.; R\u00f6hricht, M.; Happl, H.; Weber, B.; Eberheim, J ; Sauerland, U,; Bojanowski, S.; Esch, J.: Removal of Nitrate from Aqueous Streams, in: Bioremediation of Metal and Inorganic Compounds, Fifth International In Situ and On-Site Bioremediation Symposium, San Diego, California, (1999), 97-102.
\nAchema 2000 Frankfurt Gemeinschaftsstand hessischer Hochschulen, Exponat und Vortrag zum Thema Physikalisch-elektrokatalytische Nitratentfernung, 22.-27. Mai 2000<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Preisgef\u00fcge auf dem Weltmarkt Palladium macht die Verfolgung palladium-katalysierter Systeme im Trinkwasser\/Brauchwasser derzeit wirtschaftlich nicht m\u00f6glich.Katalysierte Systeme auf der Basis von Zinnbronzen sind f\u00fcr die nachgeschaltete Entsorgung physikalischer Wasseraufbereitungstechnologien, z.B. Membrantechnologie und Ionenaustausch zu untersuchen. Mikrobielle Kontaminationen und auftretende geringe Nitritkonzentrationen sind in diesem Anwendungsbereich ohne besondere Bedeutung. Sie verbieten mit dem derzeitigen Entwicklungsstand jedoch einen Einsatz im Trinkwasserbereich. Das Hauptziel der ersten Projektphase, die Einsetzbarkeit f\u00fcr Trinkwasser nachzuweisen, wurde somit nicht erreicht. Dies begr\u00fcndet den Projektabbruch und Verzicht auf die zweite Phase.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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