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.
Ziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung der elektrolytischen Ozonproduktion mit Polymerelektrolytmembranen (PEM) für den Einsatz in der Wasseraufbereitung bzw. beim Wasser-Recycling. Für Prozesswasser diverser Qualitäten, industrielle Waschwässer, Kühlwasserkreislaufsysteme, das Recycling von mineralischen Nährlösungen in der Pflanzenzucht oder etwa den Abbau von Medikamentenrückständen vor Wiedereinleitung soll eine kostengünstige, robuste, einfach aufzubauende und zu wartende Elektrolysetechnik entwickelt werden. Hierzu wird ein bei der Entwicklung miniaturisierter Membran-Elektrolysezellen für die in situ Produktion von Ozon entdeckter spezifischer Transporteffekt genutzt, der die Zellen schädigende Einflüsse von Erdalkali-Ionen vermeidet. Durch eine geschickte Parallelschaltung von Elektroden in sog. Strukturierten Membrane-Electrode Arrays (SMEA) soll dieser Effekt auf Elektrolysezellen mit wesentlich größeren Ozonleistungen übertragen werden. Im Teilprojekt der Hochschule sollen die Stoffflüsse in SMEA hinsichtlich Langzeitstabilität, Skalierbarkeit und Gastrennung untersucht werden. Das von der Hochschule Bonn Rhein-Sieg bearbeitete Arbeitspaket 2 zur Analyse der Stoffflüsse in SMEA gliedert sich in: Langzeittests von ausgewählten Arrays mit ausgewählten Materialien (Membranen, Anoden, Kathodenbeschichtungen) sowie variierten geometrischen Parametern zur Messung des Verhaltens von Härtebildnern über eine Laufzeit von typischerweise 50 bis maximal 150 h und Bilanzierung der Härtebildner im System mittels chemischer Analyse von gelösten und ausgefällten anorganischen Wasserinhaltsstoffen Ortsaufgelöste Analyse von Ablagerungen auf allen Elektrodenbestandteilen einschließlich Phasenuntersuchung im Mikro m-Bereich Erarbeitung eines Modells der auf molekularer Ebene stattfindenden Diffusionsprozesse, insbesondere des Kationentransports, durch die Membran und die durch Membran und Elektroden gebildeten Strukturen als Basis für die Optimierung der SMEA -Struktur.
Ziel des Projektes ist es, biogene kommunale Reststoffe und Reststoffe aus der Bioökonomie für eine Nutzung als Energieträger und zur Produktion von Grundchemikalien zu erschließen. Der Kern hierbei ist die gekoppelte Erzeugung von phenol- und furanhaltigen Lösungen und einer für die Monoverbrennung geeigneten Kohle durch hydrothermale Umwandlung. Dieser integrierte Umwandlungsprozess ist ebenso neu wie die Nutzung der Reststoffe aus der Bioökonomie, die Monoverbrennung von HTC-Kohle und eine auf das Prozesswasser zugeschnittene Abtrenntechnik. Damit wird es möglich, aus den Reststoffen hochwertige grüne Produkte zu generieren. Diese können in weiteren Bereichen der Bioökonomie genutzt werden. Die Koppelung der Produktion führt zu wesentlichen ökonomischen wie ökologischen Vorteilen, da die Ausgangsstoffe besser ausgenutzt und bisherige Abfallströme einer Nutzung zugeführt werden. Ebenfalls erstmalig wird eine Monoverbrennungsanlage für diese Kohle neu errichtet, welche dezentralisierbar und komplett unabhängig von fossilen Energieträgern sind. Das DBFZ übernimmt die wissenschaftlichen Untersuchungen des angestrebten Verfahrens in der Theorie und im Labormaßstab. Dabei erfolgen, ausgehend von der Optimierung der Menge an abtrennbarem Phenol und Furan für den derzeitigen HTC-Prozess, die Übertragung der Technologie auf neuartige Edukte sowie die Maximierung der Chemikalienausbeute. Das gewonnene Know-how ist Basis für die Erstellung eines Gesamtkonzeptes und die Erprobung an der Demonstrationsanlage.
Stickstoffverbindungen wie Ammonium stellen ein hohes Belastungspotential für die Umwelt dar. Ammoniumbelastungen können in Gewässern zur Eutrophierung, d.h. Überdüngung und einem damit verbundenen starken Algenwachstum führen. Besonders betroffen von diesem Umstand sind sowohl Flüsse mit geringer Fließgeschwindigkeit als auch Seen. Aufgrund dieses möglichen Szenarios sind die Ammoniumgrenzwerte der Abwasserreinigungsanlagen hinsichtlich des Einleitens in Fließgewässer niedrig angesetzt. In den letzten Jahren ist das Thema der Rückbelastung kommunaler Anlagen durch Prozesswasser aus der Schlammbehandlung immer mehr ins Interesse der Betreiber gerückt. Dieses Prozesswasser fällt als Überstandswasser aus Eindickern, als Trübwasser aus dem Faulturm sowie als Zentrat aus den Entwässerungsaggregaten an. Je nach Entsorgungspfad des Klärschlammes können weiters noch Kondensat aus der Klärschlammtrocknung oder Wässer der Rauchgaswäsche aus der Verbrennung den Anteil an Prozesswasser, die Rückbelastung verursachen, miteingebunden werden. Um Rückbelastungen einer Kläranlage durch Prozesswasserströme zu verringern, wird in letzter Zeit vermehrt auf eigene Behandlungsstufen gesetzt, in denen gezielt vor allem die hohen Stickstofffrachten entfernt werden. Die bisher üblichen Optionen, die zur Entfernung von Stickstoffverbindungen aus Prozesswässern bzw. hoch belasteten Abwässern herangezogen werden (z.B.: Luft- oder Dampf-Strippung des Ammoniaks, Biologische Hochleistungsverfahren, Membranverfahren sowie MAP-Fällung (Magnesium-Ammonium-Phosphat Fällung), weisen erhebliche technische als auch finanzielle Nachteilen auf, was bei Kläranlagenbetreibern und -planern zu verstärkten Überlegungen bezüglich Kosteneinsparungen bei notwendigen Erweiterungsmaßnahmen führt. Mit Hilfe einer neuartigen Technologie - so genannten Membrankontaktoren - sollen nicht nur die Prozessnachteile überwunden werden, sondern auch eine Technologie zum Einsatz kommen, die gegenüber den bisherigen Verfahren kostengünstiger ist. Erste Einsätze von Membrankontaktoren gibt es bereits im großtechnischen Bereich der chemischen, lebensmitteltechnologischen, pharmazeutischen sowie galvanischen Industrie. Während einzelne Applikationen, vor allem im Medizinbereich (Blutwäsche) bereits etabliert sind, ist der Einsatz in umweltbiotechnologischen Verfahren bisher im Wesentlichen auf wissenschaftliche Untersuchungen beschränkt. Gerade für die in diesem Projekt angestrebte Ammoniumelimination können Membrankontaktoren einen wesentlichen Sprung vorwärts darstellen. Eine Verbesserung des Verfahrens hin zu einem robusten und kostengünstigem Verfahren kann deren Einsatzbereich und Verbreitungsgrad stark erhöhen. Dadurch läst sich ein großes Einsparungspotential im Betrieb von Kläranlagen erzielen. Dies betrifft nicht nur den Betriebsmitteleinsatz sondern auch die notwendige Ausbaugröße. Zusätzlicher Vorteil ist die Wiederverwendung des gewonnen Stickstoffs in hoher Reinheit und Qualität als Ausgangsproduk