Inhalt des Teilprojektes: Als Vorreinigungsstufe vor weitergehenden Aufbereitungsprozessen zur Aufkonzentrierung eines Prozesswassers zur Nutzung als Sole für die Chloralkalielektrolyse, ist eine Filtration über granulierte Aktivkohle (AK) geplant. Ziel dieser Vorreinigungsstufe ist die Entfernung von Kohlenwasserstoffen die die weiteren Schritte der Aufkonzentrierung der Sole und bei der Elektrolyse stören. Mit den üblichen zur Wasserreinigung eingesetzten AK kommt es insbesondere bei der Entfernung von polaren oder ionogenen Substanzen zu einem sehr schnellen Durchbruch der Festbett-Aktivkohlefilter. Dies führt, bedingt durch den häufigen Austausch der AK, zu hohen Betriebskosten. Hauptziel des Arbeitspakets ist es daher, die Adsorptionskapazität der AK gegenüber zuvor identifizierten besonders problematischen polaren Substanzen und Ionen um ca. 30 %. zu erhöhen. Hierzu ist eine gezielte Modifikation der funktionellen Oberflächengruppen (FOG) geplant. Die gezielte Modifikation von Aktivkohlen (AK) zur selektiven Entfernung von polaren und ionischen organischen Störstoffen soll in dem Unterarbeitspaket (UAP) gemeinsam mit der Uni-DuE untersucht werden. Das UAP beinhaltet die chemische Behandlung der AK, die thermische Aktivierung im Labormaßstab inkl. der Charakterisierung, die Herstellung der als optimal getesteten Produkte im Großmaßstab sowie die Betrachtung der Ergebnisse einer Reaktivierung. Im Einzelnen gliedert es sich in die Arbeitsschritte: Erzeugung 'konventioneller AK' im Labor-Drehrohrofen (Überprüfung der Übertragbarkeit industrieller Prozess - Labormaßstab und als Referenz-AK), Herstellung chemisch-oberflächenmodifizierter AK im Labor- und Großmaßstab (verbesserte Adsorptionsleistung gegenüber polaren/ionogenen organischen Wasserinhaltsstoffen), Charakterisierung der AK (chemisch-physikalische Eigenschaften, Adsorptions-Batchtests), Festbettversuche sowie Reaktivierungsversuche mit den in den Festbettversuchen erschöpften AK.
Im Projekt ist beabsichtigt, ein geeignetes Membransystem zur selektiven Trennung von CO2-Wasserdampfgemischen zu schaffen, das sich auch für höhere Temperaturniveaus größer als 85 Grad Celsius eignet. Derartige Gasgemische liegen in der abgetrennten, feuchten CO2-Fraktion aus Bioerdgasanlagen vor. Dadurch sollen neue, energetisch hoch effiziente verfahrenstechnische Optionen zur Trocknung feuchter CO2-Gasströme und zur gleichzeitigen technologischen Nutzbarmachung des Wärmegehalts des heissen Wasserdampfs in Amin-Wäschen ermöglicht werden. Der zu schaffende Teilstrom-Funktionsdemonstrator soll unter Technikums- und praxisnahen Bedingungen an einer Bioerdgasanlage charakterisiert und getestet werden. Weiterhin erfolgt eine Analyse und Bewertung der CO2-Bilanz der Technologie und die Prüfung möglicher Übertragungen auf vergleichbare industrielle Aufgabenstellungen. Konform zu den Anforderungen einer Aminwäsche wird ein Membranmodul zur Konditionierung des Offgasstromes entwickelt. Geeignete Membranmaterialien, die bzgl. ihres Trennmechanismus getestet werden, sind poröse Schichten auf Polymer-, Silica-, Kohlenstoff- sowie Zeolithbasis. Neben der Stabilität gegenüber Wasserdampf, Kohlendioxid, Aminen und Schwefelverbindungen sind die Durchbruchskurven der Wasseradsorption ein entscheidendes Kriterium zur Materialauswahl. Geeignete Materialien werden als Membranen synthetisiert und zu einem Membranmodul zusammengefasst, welches im Technikumsbereich unter realitätsnahen Bedingungen (Druck- und Temperaturvariationen, verschiedene Offgaszusammensetzungen) erprobt wird. Durch ein parallel entwickeltes Sensorset ist die Überwachung der Membranstandzeit möglich. Eine Robustheitsprüfung des Membranmoduls in einer Biogasaufbereitungsanlage wird abschließend durchgeführt.
Die Projektpartner beabsichtigen, ein Membransystem zur selektiven Trennung von CO2-Wasserdampfgemischen zu schaffen, das insbesondere bei höheren Temperaturniveaus größer als 85 Grad Celsius eingesetzt werden soll. Derartige Gasgemische liegen in der abgetrennten, feuchten CO2-Fraktion aus Bioerdgasanlagen, als off-Gas in Amin-Wäschen vor. Durch die Trocknung der feuchten CO2-Gasströme auf hohem Temperaturniveau kann der Wärmegehalt des heißen Wasserdampfs in Amin-Wäschen genutzt und damit neue, energetisch hoch effiziente Verfahrensoptionen eingeführt werden. Konform zu den Anforderungen einer Aminwäsche wird ein Membranmodul zur Konditionierung des Offgasstromes entwickelt. Geeignete Membranmaterialien, die bzgl. ihres Trennmechanismus getestet werden, sind poröse Schichten auf Polymer-, Silica-, Kohlenstoff- sowie Zeolithbasis. Neben der Stabilität gegenüber Wasserdampf, Kohlendioxid, Aminen und Schwefelverbindungen sind die Durchbruchskurven der Wasseradsorption ein entscheidendes Kriterium zur Materialauswahl. Geeignete Materialien werden als Membranen synthetisiert und zu einem Membranmodul zusammengefasst, welches im Technikumsbereich unter realitätsnahen Bedingungen (Druck- und Temperaturvariationen, verschiedene Offgaszusammensetzungen) erprobt wird. Durch ein parallel entwickeltes Sensorset ist die Überwachung der Membranstandzeit möglich. Eine Robustheitsprüfung des Membranmoduls in einer Biogasaufbereitungsanlage wird abschließend durchgeführt. Weiterhin erfolgt eine Analyse und Bewertung der CO2-Bilanz der Technologie sowie die Prüfung der Übertragungen auf vergleichbare industrielle Aufgabenstellungen.
Die Zielsetzung des Projektes ist die Produktentwicklung eines effizienten und kostengünstigen Filtermaterials und Verfahrens zur selektiven Entfernung von Crges und Cr(VI) aus Grundwasser und industriellem Prozesswasser, das Vorteile gegenüber bestehenden Verfahren bietet und ermöglicht, zukünftige Chrom-Grenzwerte wirtschaftlich einzuhalten. Ziel der Arbeiten des BFI ist die Entwicklung eines Adsorptionsverfahrens basierend auf dem neuen Filtermaterial, mit dem chromathaltige Abwässer der Stahl- und metallverarbeitenden Industrie behandelt werden können. Durch die Versuchsergebnisse des BFI soll die Produktentwicklung durch die Projektpartner auch für diese industriellen Abwässer erfolgen. Die Produktentwicklung, die auf der Modifikation von granuliertem Eisenhydroxid basiert, soll iterativ erfolgen. Das Material wird von den Projektpartnern in Batch- und Laborversuchen mit synthetischen und industriellen Wässern unterschiedlicher Zusammensetzung getestet und basierend auf den Ergebnissen verbessert und angepasst. Im Weiteren wird das neu entwickelte Filtermaterial in Pilotfiltern bei Wasserversorgern und exemplarisch in der Stahlindustrie getestet. Die Arbeiten des BFI beinhalten vor allem die Auswahl und Charakterisierung von industriellen chromathaltigen Abwässern für die Versuche und die Durchführung von Labor- und Pilotversuchen mit industriellem Abwasser. Die Versuchsergebnisse werden für die iterative Produktentwicklung und für die Modellierung an die Projektpartner weitergegeben. Die aus dem Labor- und Pilotmaßstab gewonnenen Ergebnisse werden von der TU Berlin für die Erstellung eines Modells zur Berechnung des Adsorptionsverhaltens in Abhängigkeit der Wasserzusammensetzung genutzt. Am Projektende wird die Wirtschaftlichkeit und Machbarkeit des neu entwickelten Verfahrens evaluiert. BFI ist in dieser Evaluierung für die industriellen Abwässer und die Verwertung des beladenen Filtermaterials verantwortlich.
'ESCAPE2' ist eine Software, die die Berechnung der Ausbildung einer Plateaukonzentration entsprechender Pflanzenschutzmittel (PSM) im Boden und von PEC-Boden-Werten in Abhängigkeit von der Zeit ermöglicht, wobei in das bereits existierende Programm 'ESCAPEI' folgende Parameter zusätzlich einbezogen werden: Porenwasserkonzentration 'ESCAPE1' berechnet Gesamtgehalte im Boden und differenziert nicht zwischen den verschiedenen Phasen 'Bodenwasser' und 'Bodenmatrix'. Im Rahmen der Revision des Dokuments 'Persistence in soll' ist geplant, zusätzlich zum Gesamtgehalt auch die Konzentration im Porenwasser zu berechnen, die häufig einen direkten Zugang zum bioverfügbaren Anteil im Boden bietet. Für die Weiterentwicklung von 'ESCAPEI' bedeutet diese Ergänzung, dass der Sorptionskoeffizient (Kd oder Koc) als zusätzlicher Parameter ins Programm einbezogen wird. Temperaturabhängigkeit des Bioabbaus Konstante Temperaturbedingungen, wie in einer Laborstudie sind keine sinnvolle Basis für die realistische Berechnung von Bodenkonzentrationen unter Freilandbedingungen. Derzeit entwickelt die EFSA im Rahmen der Revision des Dokuments 'Persistence in soil' eine Anzahl von realistic worst case Szenarien für Europa mit täglich schwankenden Temperaturen. Im Rahmen von 'ESCAPE2' werden diese (und eventuell, speziell für Deutschland abgeleitete) Szenarien berücksichtigt, um realistische Klimaszenarien für die Berechnung der Persistenz zu ermöglichen. Neben der Erstellung neuer benutzerfreundlicher Auswahl- und Einleseroutinen für diese Szenarien ist im 'ESCAPE2' zusätzlich die Temperaturabhängigkeit programmiert, wobei der neue von der EFSA vorgeschlagenen Q10-Faktor von 2.58 Berücksichtigung findet. Eine freie Wahl des Q10-Faktors für perspektivische Veränderungen wird angestrebt. Feuchteabhängigkeit des Bioabbaus Die Klimaszenarien, die derzeit von der EFSA entwickelt werden, sollen auch Niederschlagsdaten und Daten zur potentiellen Evapotranspiration beinhalten. Sie können grundsätzlich dazu verwendet werden, auch die Feuchtegehalte im Boden zu berechnen. Mit Hilfe dieser Feuchten könnten dann die Abbaurate korrigiert werden. Im Rahmen von 'ESCAPE2' wird ein Einbau entsprechender Routinen zur Berechnung dynamischer Bodenfeuchten realisiert werden. Erstellung von Bodenszenarien Bisher werden Böden hinsichtlich der Berechnung von Plateaukonzentrationen von PSM nur durch zwei Parameter beschrieben, der Bodentiefe und der Bodendichte. Beide beeinflussen die berechneten Bodenkonzentrationen. Um die bisher diskutierten Prozesse adäquat beschreiben zu können, ist der Einbau weiterer Bodenparameter zur Charakterisierung von Böden erforderlich. So benötigt man zur Berechnung von Porenwasserkonzentrationen den Gehalt an organischem Kohlenstoff, für die Berechnung der Feuchteabhängigkeit mindestens Feldkapazität und Welkepunkt. Die Zusammenfassung verschiedener Standardböden zu 'Bodenszenarien', die der Anwender zusammen mit den Klimadateien auswählen kann, ist sinnvoll.
Innerhalb dieses Teilprojektes soll die bestehende Schwertmannitherstellungstechnologie so angepasst werden, dass im Anschluss des Projektes eine Produktion von Schwertmannit und Adsorbenzien im Industriemaßstab erfolgen kann. Die Schwertmannitsynthese ist dafür so umzustellen, dass Schwertmannit mit gleichbleibender Qualität und in ausreichender Menge hergestellt werden kann und eine effiziente Gewinnung (geringerer Energieverbrauch) und Weiterverarbeitung erfolgen kann. Ziel ist weiterhin, die Herstellungstechnologie für die Adsorbenzien in Zusammenarbeit mit der UBIG GmbH so zu optimieren, dass eine gleichbleibende hohe technische Qualität der Produkte (Adsorptionskapazität und Adsorptionskinetik und Abriebfestigkeit) erreicht wird. Für das Erreichen der Ziele ist eine teilweise Umgestaltung und Erweiterung der bestehenden Pilotanlage geplant. Dies beinhaltet die Vergrößerung des Oxidationsraumes für die Erhöhung der Schwertmannitausbeute und Qualität und die Senkung des Energieverbrauches für Belüftung und Umwälzung durch ein alternatives Belüftungsverfahren. G.E.O.S. unterstützt die UBIG GmbH bei der Optimierung der Adsorbenzienherstellung durch Erfahrungen und Erkenntnisse aus den Vorgängerprojekten und konzipiert und begleitet die Pilotversuche zur Anwendung bei den Praxispartnern. Eine Bilanzierung der gesamten Produktionskette bis hin zur Auswertung der Anwendungstests am Projektende soll Aufschluss über die Wirtschaftlichkeit der entwickelten Produkte geben.
Wirksame Maßnahmen zum Gewässerschutz, wie sie von der EG-Wasserrahmenrichtlinie als Bestandteil des nachhaltigen Land- und Wassermanagements gefordert werden, setzen fundierte Kenntnisse zu Stoffretentions- und -umsatzprozessen in Landschaften voraus. Vergleiche von Stoffaus- und -einträgen wie auch mit den Fließgewässern ausgetragene Frachten belegen das hohe Stoffretentionspotenzial pleistozäner Einzugsgebiete und Fließgewässersysteme. Forschungsbedarf besteht zur Quantifizierung und Modellierung der dafür auf Landschaftsebene maßgeblichen Transport- und Transformationsprozesse unter den durch Wechselfeuchte und Wassermangelperioden gekennzeichneten hydrologischen Verhältnissen des pleistozänen Tieflands. Die vorliegenden pfadbezogenen Konzepte mit sehr unterschiedlicher Flächendifferenzierung unterscheiden zwischen Stofftransport auf der Landoberfläche (Oberflächenabfluss, Bodenabtrag) und im Boden/Grundwasserleiter. Problematisch gestalten sich Übertragung und Parametrisierung dieser Prozesse auf der Mesoskala (Einzugsgebiete). Weniger gut beschreibbar sind ebenso die Prozesse des Bodenabtrags, zu deren Quantifizierung auch verbesserte prozessorientierte Modelle benötigt werden, und die komplexen geo- und biogeochemischen Stofftransformationsprozesse in der nicht durchwurzelten ungesättigten und gesättigten Zone. Stofffrachten, die sich bereits auf dem unterirdischen Pfad befinden, erfahren noch vor ihrem Übertritt in die Gewässer eine Reduktion in den oft vermoorten Gewässerrandbereichen. Auch der oberirdische Stofftransfer aus dem Einzugsgebiet in das Gewässer kann in solchen, aquatische und terrestrische Ökosysteme verbindenden Landschaftselementen vermindert werden. Kenntnisse zur Quantifizierung, Bewertung und Steuerung des Stoffumsatz- und -retentionsvermögens kleinerer Fließgewässersysteme der Ober- und Mittelläufe sowie feuchter Senkenareale in Binneneinzugsgebieten werden benötigt, um Handlungsoptionen zum Gewässerschutz ableiten zu können und tatsächlich in Unterliegergewässer und -gebiete gelangende Stofffrachten abzuschätzen. Dabei zu lösende Aufgaben sind die Aufklärung der Stoffretentions- und -freisetzungsprozesse, insbesondere für die gewässergüterelevanten Stoffe N, P, C und O, die Quantifizierung von Retentionspotenzialen für geohydro- und gewässermorphologische Typen, die Ableitung von Leitprozessen und -parametern sowie Bioindikatoren und die Erarbeitung von Algorithmen zur Quantifizierung der Potenziale auf mesoskaliger Ebene. Projektziel: Entwicklung verbesserter skalen- und pfadbezogener Methoden und Modelle zur Quantifizierung der Transport- und Transformationsprozesse wassergelöster Stoffe sowie deren Wechselwirkungen in den Kompartimenten von Einzugsgebieten des pleistozänen Tieflands als Grundlage für die Beschreibung und Bewertung der Stoffretentionspotenziale sowie der Wirkung von Landnutzungsänderungen auf die Stoffbelastung kleiner Stand- und Fließgewässer.
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