Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Zur Verbesserung der Wasserqualit\u00e4t im Vorfluter, und damit auch der Oberfl\u00e4chengew\u00e4sser, ist f\u00fcr die Ammoniumbelastung eine Reinigungsleistung auf unter 2 mg NH4-N\/ Liter anzustreben.
\nDie Kl\u00e4ranlagenbetriebsf\u00fchrung gestaltet sich f\u00fcr prozessbedingte Ammoniumbelastungen aus Sp\u00fclw\u00e4ssern z.B. der Halbleiterindustrie oder aus Fischzuchtbetrieben problematisch. Schwierigkeiten bereiten auch tempor\u00e4r anfallende Abwassermengen, z. B. baubedingte Grundwasser-Einleitungen.
\nIonentauscher arbeiten auch unter ung\u00fcnstigen Milieubedingungen (Temperatur- und Konzentrationsschwankungen, Schwermetalle oder bakterieller Gifte) zuverl\u00e4ssig. F\u00fcr die Ammoniumentfernung geeignen sind besonders nat\u00fcrliche Zeolithe, vor allem die Klinoptilolithe. Das beladene Filtermaterial kann regeneriert werden. Die Verfahrensf\u00fchrung sieht eine Kombination aus expandiertem Zeolithbett zum Ionenaustausch sowie einer nachgeschalteten Regenerationseinheit vor. Es wird eine stetige Entnahme und Zudosierung neuen Zeoliths im Ionenaustauscherbett in Kombination mit einer synchronen Regeneration vorgesehen. Ammonium wird in einem weiteren Behandlungsschritt entfernt. Durch Strippen in Phosphor- oder Schwefels\u00e4ure kann hochwertiger D\u00fcnger produziert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEntsprechend der Zielvorgaben wurden folgende Arbeitsschritte ausgef\u00fchrt:
\n1)\tAuswahl geeigneter, handels\u00fcblicher Ionentauschermaterialien zur Adsorption von Ammonium aus Grund- und Abw\u00e4ssern unter Ber\u00fccksichtigung physikalisch-chemischer Parameter der eingesetzten Ionentauscher.
\n2)\tEntwicklung einer Pilotanlage im Laborma\u00dfstab zur Ermittlung der optimalen Auslegungsparameter und zu Durchf\u00fchrung von Labor- und Dauerversuchen, sowie zur Ermittlung wichtiger Kenngr\u00f6\u00dfen der Belastbarkeit, zur erreichbaren Standzeit und zur Auswirkung von St\u00f6rf\u00e4llen.
\n3)\tEntwicklung und Konstruktion mehrerer alternativer Regenerationsverfahren zur Extraktion mit Ammonium beladener Ionentauscher mit besonderem Augenmerk auf die thermische Regeneration.
\n4)\tOptimierung der Regenerationsparameter (Regenerationszeit, Temperatur, Thermische Leistung)
\n5)\tBau und Untersuchung eines Pilotreaktors zur Ammonium-Absorption aus der Ionentauscher Regeneration zur Herstellung hochwertiger technischer D\u00fcngemittel sowie Ermittlung wichtiger Kenngr\u00f6\u00dfen zur Belastbarkeit, zur erreichbaren Standzeit und zur Prozess- bzw. Erfolgskontrolle.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zur Ammoniumaufnahme wurden Beladungsversuche mit nat\u00fcrlichem Zeolith und Abw\u00e4ssern durchgef\u00fchrt. Dabei wurden verschiedene Ammonium-Beladungsformen verglichen, maximale Beladungskapazit\u00e4ten ermittelt, der Einfluss der Anfangskonzentration auf die Beladungskinetik untersucht und die Kinetik der Ammoniumadsorption aufgenommen. Im Ergebnis erwies sich der Ionentauschprozess als ein sehr schnelles Reinigungsverfahren, das innerhalb weniger Minuten hohe Anfangskonzentrationen zuverl\u00e4ssig abreinigen kann. Beim komplexen Vorgang des Ionentausches kommt es parallel zu den Adsorptionsprozessen auch zu Auswaschungs- und Regenerationsprozessen. <\/p>\n
Die Regeneration ist um den Faktor 3 bis 5 langsamer als die Beladung. Folgende Verfahren sind m\u00f6glich:
\na)\tRegeneration durch thermische Ammoniumextraktion, gestestet in Form von:
\n\tExtraktion mittels \u00fcberkritischem Kohlendioxid: keine vollst\u00e4ndige Regeneration m\u00f6glich;
\n\tExtraktion mittels Hei\u00dfluft: bei 150\u00b0C und 200\u00b0C wurde ein guter Regenerationseffekt beobachtet, bei Temperaturen darunter und dar\u00fcber traten keine nennenswerten \u00c4nderungen ein, zeitaufwendig;
\n\tExtraktion mittels Hei\u00dfdampf: zeitaufwendig, aber vergleichsweise einfach optimierbar.
\nb)\tRegenerationsversuche mittels Warmwasser:
\nUnabh\u00e4ngig von der Beladungsmenge des Zeoliths sind ca. 750 mg\/h vom Zeolith zu extrahieren.
\nDer gew\u00e4hlte Ansatz mit m\u00f6glichst geringen Absolutbeladungen zu arbeiten, wurde best\u00e4tigt.
\nc)\tRegeneration durch Kochsalz (NaCl), Durchleiten von Natriumchlorid haltigem Wasser.
\nUnklar ist bisher noch der erforderliche Natriumchlorid-\u00dcberschuss gegen\u00fcber Ammoniumionen
\n– dieser ist im Weiteren zu minimieren.
\nKaskadenartiges Durchleiten von NaCl-L\u00f6sung f\u00fchrte zu einer signifikant besseren Regeneration.
\nDiese L\u00f6sung scheint sehr gut geeignet f\u00fcr weitere halbtechnische Untersuchungen.
\nd)\tRegeneration durch pH-Wert-\u00c4nderung: Extraktion im alkalischen Bereich (pH > 11) ist nicht effektiv,
\nKombination aus pH-Korrektur und Natriumchlorid-Zugabe bewirkt sehr gute Regenerationserfolge.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Der Abschlu\u00dfbericht kann in der Bibliothek der DBU eingesehen und bei der Delphin Umwelttechnik GmbH angefordert werden. Weitere Ver\u00f6ffentlichungen der Projektergebnisse in Fachvortr\u00e4gen sind ge-plant. \u00dcber M\u00f6glichkeiten der k\u00fcnftigen Weiterentwicklung des Verfahrens wurde im Rahmen eines Gut-achtergespr\u00e4chs in der DBU am 20.02.2008 diskutiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Beim Ionenaustausch handelt es sich keinesfalls um einen trivialen Prozess. Die verschiedenen teils parallel ablaufenden und die Reaktionskinetik bestimmenden Gleichgewichtsreaktionen sind \u00fcberaus komplex. Zur Zeolith-Regeneration sind noch viele Zusammenh\u00e4nge und Gesetzm\u00e4\u00dfigkeiten zu entschl\u00fcsseln, was in der bisherigen Projektlaufzeit nicht durchgef\u00fchrt werden konnte. Die Ergebnisse erf\u00fcllen trotzdem die Erwartungen der Delphin Umwelttechnik und erlauben ein positives Fazit.
\nDas Verfahrenskonzept hat sich im Projektablauf als grunds\u00e4tzlich erfolgreich herausgestellt. Die Konstruktion des Reaktors bleibt eine Herausforderung, die anlagenbautechnischen Probleme erscheinen l\u00f6sbar. Es m\u00fcssen noch weitere Versuchsreihen zur Auswahl geeigneter Zeolithe mit hoher mechanischer Festigkeit durchgef\u00fchrt werden, um erh\u00f6hten Abrieb zu verhindern.
\nEine thermische Regeneration wurde ebenfalls erfolgreich erprobt. Dabei st\u00f6\u00dft die s\u00e4ulenartige Kolonne aufgrund von Zwickel- und Kanalbildung an ihre verfahrenstechnischen Grenzen. In Folgeversuchen k\u00f6nnte dies mittels eines bewegten Bettes optimiert werden. In k\u00fcnftigen Schritten m\u00fcsste vor allem die Ammonium-Extraktion von Zeolithen noch intensiver untersucht werden. Zu diesem Zweck wird bereits mit Professor Brunner an der Technischen Universit\u00e4t Hamburg-Harburg zusammengearbeitet.
\nAufgrund von Ergebnissen aus Versuchen mit Hamburger Grundwasser entstand die Idee, den Ionentauscher mit einer Aktivkohleeinheit zur Rest-CSB-Entfernung zu kombinieren, das sich auch h\u00e4ufig im Grundwasser befindet. Dies ist m\u00f6glich, da nach den Untersuchungen des Arbeitsbereiches Gew\u00e4sserreinigungstechnik der TU sehr gute Ergebnisse zur Niedertemperaturregeneration von CSB-beladener Aktivkohlen existieren, die sich gut mit der thermischen Regeneration von Ionentauschern (Zeolithen) kombinieren lassen. Dies k\u00f6nnte ggf. in einem einzigen Schritt erfolgen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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