Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bentonite sind aufbereitete Tone aus nat\u00fcrlichen Vorkommen, die in Wasser dispergiert f\u00fcr den Spezial-tiefbau von besonderer baupraktischer Bedeutung sind. Durch die vielseitige Verwendbarkeit entstehen auf diversen Baustellen gro\u00dfe Mengen von gebrauchten Bentonitsuspensionen, die durch Aufladung mit Bodenpartikeln ihre bautechnisch relevanten Eigenschaften verlieren und in dieser Form nicht mehr ver-wendet werden k\u00f6nnen. Die anschlie\u00dfende Entsorgung der gebrauchten Bentonitsuspensionen erweist sich als schwierig, da diese stabil sind und sich nicht selbstst\u00e4ndig entmischen.
\nHier setzte die Idee eines geschlossenen Recyclingprozesses f\u00fcr Bentonitsuspensionen an: Ziel dieser Forschungsarbeit war und ist es, die aktuell bestehenden Separationsverfahren durch ein innovatives, neuartiges Verfahren zu optimieren oder zu ersetzen und in ein neu zu entwickelndes Aufbereitungssys-tem einzubinden. Synergie-Effekte mit den bestehenden Systemen leisten dabei einen positiven Beitrag zur Entlastung der vorrangigen Kosten und der Umwelt, indem die Ressourcen der Bentonitlagerst\u00e4tten und Wasservorkommen geschont, Transportwege massiv reduziert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Entwicklungsziel konzentrierte sich auf die Anwendung der Elektrokoagulationstechnik zur Trennung von Bentonitsuspensionen, die mit Bodenpartikeln bis an die Grenze der Tragf\u00e4higkeit aufgeladen sind. Dabei waren insbesondere die Auswirkungen der besonderen rheologischen Eigenschaften von Ben-tonitsuspensionen auf den Elektrolyse- bzw. Elektrokoagulationsprozess ebenso dezidiert zu untersu-chen, wie der Einfluss der sich im Zuge des Koagulationsprozesse ver\u00e4ndernden Leitf\u00e4higkeit der Sus-pension und der an den Elektroden durch die Anlagerung der Bentonitpartikel auftretenden Passivierung. Hierbei wurden v\u00f6llig neue Anforderungen an die Trenntechnik gestellt, da die Schwebstoffe, die in der kommunalen oder industriellen Abwasserreinigung zu separieren sind, in weitaus geringeren Konzentra-tionen anfallen und mit den Inhaltsstoffen von aufgeladenen Bentonitsuspensionen nicht vergleichbar sind.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In der ersten Projektphase wurden an der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum verschiedene Elektrolysezellen kon-struiert und gebaut (Laborprototypen), die alle wesentlichen Systembestandteile f\u00fcr die Elektrokoagulati-on enthalten. Mithilfe dieser Zellen wurden zielorientiert die den Elektrolyseprozess beeinflussenden
\nEigenschaften, wie z.B. Leitf\u00e4higkeit, pH-Wert, Str\u00f6mungsverhalten und Durchflussgeschwindigkeit der Suspension innerhalb der Elektrokoagulationszelle ebenso wie Ursprung, Menge und Eigenschaften der aufgeladenen Bodenpartikel als auch Elektrodenmaterial, -gr\u00f6\u00dfe und -abstand sowie Varianz von Strom-st\u00e4rke und Spannung, in einzelnen Parameterstudien systematisch untersucht.
\nEine Herausforderung stellte die zunehmende Passivierung der Anode durch die vermehrte Anlagerung von Bentonitpartikeln an der Anodenoberfl\u00e4che im Zuge der Elektrolyse dar. Hier wurde ein Weg zur kon-tinuierlichen Reinigung der Anode gefunden. Die besten Ergebnisse der Laboruntersuchungen im Hin-blick auf eine m\u00f6glichst hohe Effektivit\u00e4t beim Trennprozess wurden in der sog. “Best Combination”-Matrix zusammengefasst.
\nAuf dieser Basis wurde das Design eines gro\u00dfformatigen Prototypen von der Firma Herrenknecht f\u00fcr den Einsatz des Elektrokoagulationsprozesses auf der Baustelle entwickelt. Hierzu wurde eine Analyse des Verfahrensablaufs innerhalb der Elektrolysezelle und m\u00f6glicher Varianten durchgef\u00fchrt. Dabei wurden die verschiedenen M\u00f6glichkeiten der Integration des neuen Trennverfahrens in bestehende Separationsabl\u00e4ufe untersucht und verschiedene L\u00f6sungen f\u00fcr die Separation und Destabilisierung gebrauchter Suspensionen erarbeitet.
\nDie Herausforderung liegt nun in der \u00dcberf\u00fchrung der Elektrokoagulationstechnik vom Laborma\u00dfstab in einen Gro\u00dfma\u00dfstab, der die technischen Anforderungen der Tunnelvortriebs-Praxis erf\u00fcllt, wie. z.B. gro-\u00dfe Durchflussmengen, inhomogenes Bodenmaterial von klebrigem Ton \u00fcber Sande zu grobk\u00f6rnigen Kiesen in der Suspension, etc. Grunds\u00e4tzlich werden f\u00fcr den Praxiseinsatz zwei Anwendungsf\u00e4lle der Elektrokoagulationstechnik unterschieden: Im ersten Fall werden spezielle Elektrokoagulationszellen an definierten Punkte innerhalb des bestehenden Separationskreislaufs zur Unterst\u00fctzung der herk\u00f6mmli-chen Trenntechnik eingesetzt, wie z.B. bei Kammerfilterpresse und Hydrozyklonen. Im zweiten Fall wird die Elektrokoagulation als stand-alone Anlage die Trennung der verwendeten Suspension realisieren. Es gilt hierbei, den Anforderungen aus der Praxis hinsichtlich Verweildauer in der Zelle, Trennpotential in Abh\u00e4ngigkeit von der Einwirkzeit, erforderliche Durchflussmenge usw. gerecht zu werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Aufgrund des engen Zeitplans und des anspruchsvollen Versuchsprogramms wird mit der Verbreitung der Forschungsergebnisse im Anschluss an die Projektbearbeitung begonnen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Bislang existiert kein weiterf\u00fchrender, \u00fcber die bestehenden Separationsstufen hinausgehender Ansatz f\u00fcr das Recycling von gebrauchten Bentonitsuspensionen, so dass alle eingesetzten Rohstoffe nahezu vollst\u00e4ndig verloren gehen. Mit dieser Forschungsarbeit wird der Nachweis erbracht, dass Suspensionen mit einem einfach anzuwendenden Trennverfahren auf Basis der Elektrokoagulation ohne den Einsatz von chemischen Zusatzstoffen weitestgehend in ihre Bestandteile Wasser, Bentonitpartikel und aufgela-denes Bodenmaterial separiert werden k\u00f6nnen.
\nIn einer n\u00e4chsten Phase soll die Umsetzung dieser innovativen Technik vom Laborma\u00dfstab in den Gro\u00dfma\u00dfstab realisiert werden. Dann w\u00e4re es erstmalig m\u00f6glich, die Idee f\u00fcr einen geschlossenen Re-cyclingprozess f\u00fcr gebrauchte Bentonitsuspensionen zu konkretisieren: Das Bodenmaterial kann bei ent-sprechender Eignung f\u00fcr andere Zwecke wieder verwendet werden, das Wasser kann entweder dem Wasserkreislauf zugef\u00fchrt oder erneut eingesetzt werden. Weitere Forschungsarbeiten sind n\u00f6tig, um technische L\u00f6sungen f\u00fcr die Aufbereitung des Bentonits nach der Trennung zu finden, so dass es zum erneuten Anmischen von frischen und qualitativ hochwertigen Suspensionen verwendet werden kann.
\nGesamtziel dieser Forschungsarbeit, die aktuell bestehenden Separationsverfahren durch ein innovati-ves, neuartiges Verfahren zu optimieren und in ein neu zu entwickelndes Aufbereitungssystem einzubin-den, kann nur in mehreren Schritten erfolgen. Die gesteckten Teilziele der ersten Phase wurden erreicht.
\nMit der konsequenten Umsetzung eines praxisgerechten Trennverfahrens auf Basis der Elektrokoagula-tion k\u00f6nnen positive Beitr\u00e4ge zur Entlastung der vorrangigen Kosten und der Umwelt geleistet werden, indem die Ressourcen von Bentonitlagerst\u00e4tten und Wasservorkommen geschont sowie Transportwege (lokal und global) massiv reduziert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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