Projekt 05374/01

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

Projektdurchf√ľhrung

Universit√§t StuttgartInstitut f√ľr Siedlungswasserbau,Wasserg√ľte- und Abfallwirtschaft
Bandtäle 2
70569 Stuttgart
Telefon: 0711/685-3711

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der Behandlung von Eluaten aus der Altlastensanierung ist als letzte Stufe häufig ein Aktivkohlefilter notwendig. Durch die Beladung der Aktivkohle mit Schadstoffen entsteht jedoch ein Sekundärproblem, da die beladene Aktivkohle entweder deponiert oder thermisch regeneriert werden muss. Durch eine optimale Ausnutzung der Beladungskapazität der Aktivkohle kann die Umweltbelastung durch die Entsorgung der beladenen Aktivkohle reduziert und die Betriebskosten können gesenkt werden. Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Betriebs- und Regelstrategie zur optimierten Ausnutzung der Beladungskapazität 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 temporäre Außerbetriebnahme 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 Zeiträume 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 Universität 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.

√úbersicht

Fördersumme

234.100,10 ‚ā¨

Förderzeitraum

10.03.1995 - 17.08.1999

Bundesland

Baden-W√ľrttemberg

Schlagwörter

Umwelttechnik