Projekt 05374/01

Optimierter Einsatz von Aktivkohlefiltern bei der Reinigung von Eluaten aus der Altlastensanierung

Projektträger

Universit√§t StuttgartInstitut f√ľr Siedlungswasserbau,Wasserg√ľte- und Abfallwirtschaft
Bandtäle 2
70569 StuttgartZielsetzung und Anlass des Vorhabens Bei der Behandlung von Eluaten aus der Altlastensanierung ist als letzte Stufe h√§ufig ein Aktivkohlefilter notwendig. Durch die Beladung der Aktivkohle mit Schadstoffen entsteht jedoch ein Sekund√§rproblem, da die beladene Aktivkohle entweder deponiert oder thermisch regeneriert werden muss. Durch eine optimale Ausnutzung der Beladungskapazit√§t der Aktivkohle kann die Umweltbelastung durch die Entsorgung der beladenen Aktivkohle reduziert und die Betriebskosten k√∂nnen gesenkt werden. Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Betriebs- und Regelstrategie zur optimierten Ausnutzung der Beladungskapazit√§t von Aktivkohlefiltern bei der Reinigung von Eluaten aus der Altlastensanierung. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie f√ľr die Entwicklung einer Betriebs- und Regelstrategie erforderlichen Versuche sollen mit Sickerw√§ssern und anderen Eluaten aus der Altlastensanierung in einer Versuchsanlage im Laborma√üstab durchgef√ľhrt werden. Die geplanten Arbeitsschritte gliedern sich in drei Projektabschnitte: 1. Projektabschnitt: Untersuchung der Einfl√ľsse der tempor√§ren Au√üerbetriebnahme von Filterkolonnen, der gezielten R√ľcksp√ľlung des Filters, der Str√∂mungsumkehr und der tempor√§ren Umw√§lzung des Aktivkohlebetts auf die optimale Ausnutzung der Beladungskapazit√§t der Aktivkohle. 2. Projektabschnitt: Entwicklung einer Regelstrategie mit Str√∂mungsumkehr, gezieltem R√ľcksp√ľlen, tempor√§rer Umw√§lzung und zeitweiliger Au√üerbetriebnahme von Adsorberkolonnen zum optimalen Einsatz von Aktivkohlefiltern bei der Reinigung von Eluaten aus der Altlastensanierung. 3. Projektabschnitt: Entwicklung eines computergest√ľtzten Auslegungsverfahrens f√ľr Aktivkohlefilter auf der Basis von Laborversuchen. Ergebnisse und Diskussion Als Verschaltungsstrategien wurden neben der konventionellen Reihenschaltung einer Adsorberkolonne, die Reihenschaltung mit umgekehrter Durchstr√∂mungsrichtung sowie die Parallelschaltung zweier Adsorber untersucht. Es zeigte sich, dass allein die Betriebsweise Reihenschaltung mit Str√∂mungsumkehr eine Verbesserung der Adsorbenskapazit√§t bzw. der Standzeit des Adsorbers gegen√ľber der konventionellen Reihenschaltung erbringt. Die Standzeit bei konventioneller Reihenschaltung betr√§gt bis zum Erreichen des Ablaufgrenzwertes ca. 670 Stunden. Bei der Betriebsweise Reihenschaltung mit Str√∂mungsumkehr verl√§ngerte sich die Standzeit des Adsorbers um mehr als 60 Stunden, was einer Standzeitverl√§ngerung von ca. 9 % entspricht. Die M√∂glichkeit einer Str√∂mungsumkehr muss allerdings mit wesentlich h√∂heren Investitionskosten durch den h√∂heren technischen Aufwand bezahlt werden. Durch Parallelschalten von Adsorbern unterschiedlicher Beladungszust√§nde kommt es zu einer h√∂heren Zulaufkonzentration des nachfolgenden Adsorbers, was eine Standzeitverk√ľrzung dieses Adsorbers bedeutet. Die Betriebsweise Parallelschalten von Adsorbern hat somit keine Standzeitverl√§ngerung sondern eine Standzeitverk√ľrzung der Adsorber zur Folge. Es konnte gezeigt werden, dass f√ľr die maximale Ausnutzung der Beladungskapazit√§t die Filtergeschwindigkeit so gew√§hlt werden muss, dass die Korndiffusion gleich der Filmdiffusion ist. Bei 15¬įC wurde f√ľr die Filtergeschwindigkeit ein optimaler Bereich bei 1 - 2 m/h ermittelt. Die in der Literatur angegebenen Filtergeschwindigkeiten von 5 - 15 m/h sind somit f√ľr Adsorptionsprozesse mit Deponiesickerwasser als zu hoch einzustufen. Laborversuche ergaben, dass durch eine Unterbrechung des Adsorptionsprozesses bzw. durch eine tempor√§re Au√üerbetriebnahme des Adsorbers oder des Adsorptivs zwar eine verbesserte Adsorptionsrate erzielt werden konnte, die jedoch bereits 3,5 Betriebsstunden nach Wiederaufnahme des Adsorptionsprozesses nicht mehr feststellbar war. Diese kurzen Zeitr√§ume lassen keinen wirtschaftlichen Einsatz dieser Methode zu. Um genauere Aussagen √ľber die erzielbare Standzeitverl√§ngerung von Aktivkohleadsorbern aufgrund von R√ľcksp√ľlungen treffen zu k√∂nnen, wurden Untersuchungen an Aktivkohleadsorbern an zwei bestehenden Deponiesickerwasserbehandlungsanlagen durchgef√ľhrt. Die Ergebnisse der R√ľcksp√ľlversuche zeigen, dass durch R√ľcksp√ľlungen keine positive Wirkung auf die Adsorptionskapazit√§t und damit auf die Standzeit von Aktivkohleadsorbern erzielt werden kann. Es konnte jedoch festgestellt werden, dass durch die Verwirbelung der im Adsorber befindlichen Aktivkohle die Gefahr besteht, dass der gleichm√§√üige Anstieg der Durchbruchskurve im Ablauf eines Adsorbers gest√∂rt wird. Hierdurch wird eine sichere Einhaltung der Ablaufgrenzwerte erschwert. Die Durchf√ľhrung von R√ľcksp√ľlungen mit dem Ziel einer Standzeitverl√§ngerung von Aktivkohleadsorbern kann daher nicht empfohlen werden. Im Rahmen des Forschungsprojektes ist es gelungen praxisorientierte Berechnungs- und Auslegungsmethoden zu erarbeiten, mit deren Hilfe eine Vorausbestimmung der Durchbruchskurve eines Adsorbers bzw. die optimale Auslegung einer Adsorberkolonne bei dynamischen Betriebsbedingungen m√∂glich wird. F√ľr diese neu entwickelten Berechnungs- und Auslegungsmethoden sind mehrere Parameter zur Beschreibung des Adsorbens, des Adsorptionsgleichgewichts und der Adsorptionskinetik erforderlich. Ein Schwerpunkt lag hierbei in der Auswahl von Methoden zur Bestimmung dieser Parameter. Einige Me√ümethoden wurden neu entwickelt oder so modifiziert, dass eine einfachere Parameterbestimmung m√∂glich wird. Durchgef√ľhrte Laborversuche belegen, dass die neu entwickelten Berechnungsmethoden in Kombination mit den ausgew√§hlten bzw. modifizierten Parameterbestimmungsverfahren eine sehr genaue Vorausberechnung der Durchbruchskurve bei dynamischen Betriebsbedingungen erm√∂glichen. Die Untersuchungen an gro√ütechnischen Adsorbern zeigen eine etwas gr√∂√üere Abweichung zwischen den gemessenen und den berechneten Durchbruchskurven als bei den Laborversuchen. Dies ist vermutlich auf eine √Ąnde-rung der qualitativen Sickerwasserzusammensetzung w√§hrend der Adsorberbetriebszeit zur√ľckzuf√ľhren. Die durchgef√ľhrte √úberpr√ľfung der Auslegung einer Adsorberkolonne und der Vergleich mit gemessenen Konzentrationen einer realen Kolonne ergibt, dass mit dem neu entwickelten Auslegungsverfahren eine Adsorberkolonne mit geringem Aufwand geplant und √ľberpr√ľft werden kann. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Detter, A: Ein Beitrag zur Berechnung und Auslegung von Festbettadsorbern am Beispiel der Deponiesickerwasserbehandlung. Dissertation Universit√§t Stuttgart (1997) Fazit Die Beladungskapazit√§t von Aktivkohle kann am vollst√§ndigsten bei Filtergeschwindigkeiten von 1 bis 2 m/h ausgesch√∂pft werden. Die neu entwickelten Berechnungs- und Auslegungsmethoden sind sehr gut geeignet, eine Adsorberkolonne optimal auszulegen und die Durchbruchskurve eines Adsorbers unter dynamischen Betriebsbedingungen zu berechnen, um damit eine wirtschaftliche Anwendung des Kornkohle-Adsorptionsverfahrens f√ľr die Deponiesickerwasserreinigung zu erm√∂glichen.

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Telefon

0711/685-3711

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Bundesland

Baden-W√ľrttemberg

Fördersumme

234.100,10 ‚ā¨

Förderzeitraum

10.03.1995 - 17.08.1999