Das Forschungsvorhaben dient der Untersuchung der Auswirkungen von Deformationsprozessen (Quellung/Schrumpfung, mechanische Belastung) auf die hydraulischen Materialeigenschaften von Böden (Wasserretentionsfunktion und hydraulische Leitfähigkeit). Auch die Inkonsistenzen bei der Bestimmung von Wasserretentionsfunktionen, die sich aus der üblichen Vernachlässigung von Quellung und Schrumpfung ergeben, sollen analysiert werden. Unter den 6 Deformationsfreiheitsgraden kommt der Volumenänderung der offensichtlichste Einfluss auf das Wasserretentionsverhalten zu. Auf der Grundlage von Messungen des Wasserretentionsverhaltens unterschiedlich vorverdichteter Proben unter simultaner Erfassung der Probenvolumina wird die Entwicklung parametrisierter Beschreibungsmodelle der Wasserretentionsfunktion j(h, e) in Abhängigkeit von Saugspannung h und Porenziffer e angestrebt. Dabei soll die am weitesten verbreitete Formulierung der Wasserretentionsfunktion nach van Genuchten (1980) durch die Verwendung porenzifferabhängiger Parameter js(e), jr(e), a(e), n(e) und m(e) erweitert werden. In analoger Weise werden ungesättigte hydraulische Leitfähigkeitsfunktionen unter Erfassung des Probenvolumen bestimmt und porenzifferabhängige Erweiterungen ku(h,e) des Beschreibungsmodells nach Mualem (1976a) und van Genuchten (1980) entwickelt.
Zur Spurenstoffelimination mit der 4. Reinigungsstufe eignet sich neben Ozon vor allem die Aktivkohle als Eliminationsmittel. Aktuell werden an verschiedenen Stellen nachgeschaltete Filter mit granulierter Aktivkohle gebaut und betrieben. Obwohl die Mikroschadstoffelimination in GAK-Filtern über Sorption erfolgt, findet im Filter auch der Rückhalt von abfiltrierbaren Stoffen (AFS) statt. Je nach AFS-Aufkommen muss der Filter dann in gewissen Zeitintervallen rückgespült werden, um den Filterwiderstand nicht zu groß werden zu lassen.
Die Auslegung von Raumfiltern erfolgt meistens nach DWA-Arbeitsblatt A 203 ?Abwasserfiltration durch Raumfilter nach biologischer Reinigung? auf Basis der Raumbelastung (kg TS/kg Filtermateria) und der Filtergeschwindigkeit. Für GAK kann nach Angabe des Antragsstellers diese Einteilung aufgrund des geringeren Korndurchmessers von GAK und des breiteren Kornspektums nicht verwendet werden. Aus diesem Grund sollen im Projekt folgende Punkte ermittelt werden:
- Ermittlung der für den praktischen Betrieb erforderlichen Spülintervalle durch Untersuchung der großtechnischen GAK-Filter in NRW.
- Vergleich der in der Praxis bewährten Spülprogramme von GAK-Filtern.
- Ermittlung der erzielbaren Feststoff-Raumbelastungen von auf- und abwärtsdurchströmten GAK-Filtern für relevante Lastfälle (Trocken- und Regenwetter).
- Abfrage, Zusammenstellung und Diskussion der betrieblichen Besonderheiten von GAK-Filtern mit den Betreibern großtechnischer GAK-Filter.
Folgende Arbeitspakete sollen zur Bearbeitung durchgeführt werden:
- AP1: Charakterisierung der verwendeten GAK in den großtechnischen Filtern (ISA)
- AP2: Charakterisierung der Feststofffracht auf vier großtechnischen GAK-Filtern (ISA)
- AP3: Ermittlung der Druckverteilung im Filterbett großtechnischer GAK-Filter zur Bestimmung der Laufzeit bis zur erforderlichen Spülung (ISA)
- AP4: Erstellung eines praxisrelevanten Bemessungsdiagramms zur Feststoffraumbelastung großtechnischer GAK-Filter (ISA, Hydro-Ingenieure)
- AP5: Betriebliche Praxis und Besonderheiten bei der Spülung großtechnischer Filter (Hydro-Ingenieure, ISA) ? Fragebogen und Round the Table Gespräche
- AP6: Abschlussbericht und Dissemination der Projektergebnisse (ISA, Hydro-Ingenieure)
Als Ergebnis soll eine exakte Abschätzung der Bedingungen, vor allem für die Rückspülintervalle der Filter, die für den Bau von GAK-Filtern als 4. Reinigungsstufe notwendig sind, möglich sein. Hierzu gehören die Abschätzung der Notwendigkeit einer Vorfiltration, die Abschätzung der Rückspülmenge und Rückbelastung.
Polyelektrolyte sind organische Verbindungen, die in der Lage sind, unterschiedliche Metallionen reversibel zu binden. Durch ein am DTNW entwickeltes Verfahren können diese dauerhaft an Textilien fixiert werden. Das Adsorbertextil ist in der Lage, Edelmetalle auch aus niedrig konzentrierten Prozesswässern der metallverarbeitenden Industrie herauszufiltern. Im Rahmen eines IGF-Projekts wurde bisher ein technologischer Reifegrad von TRL 5 - 6 erreicht, der die Grundlage für das hier beantragte Vorhaben bildet. Somit ist es das Ziel des Vorhabens, den technologischen Reifegrad der Rückgewinnung von Edelmetallen aus Reststoffströmen der metallverarbeitenden Industrie mit Hilfe von faserfixierten Adsorbern weiter bis zu TRL 8 - 9 zu erhöhen. Dies soll anhand der Rückgewinnung von Palladium aus industriellen Prozesswässern der Leiterplattenindustrie aufgezeigt werden. Innerhalb des Vorhabens liegt die Kernzuständigkeit von Heimbach bei der Herstellung und Bereitstellung von geeigneten textilen Trägermaterialien für die Fixierung von Polyvinylamin. Die AP ergeben sich aus den Anforderungen an die einzelnen Komponenten des zu erstellenden Adsorbertextils, dem Aufbau einer Anlage zum konkreten Einsatz in der Praxis und der Metallaufbereitung nach erfolgter Adsorption. Für jedes AP wird gemäß dem Schwerpunkt der zu verrichtenden Arbeiten und der Expertise ein federführender Partner festgelegt, der die experimentellen Arbeiten koordiniert und den steten Fortgang der eigenen Arbeiten und den der jeweils beteiligten Partner sicherstellt. Heimbach ist federführend beim AP 1 und bearbeitet dort die Herstellung eines geeigneten Trägertextils. Dabei arbeitet Heimbach eng mit dem DTNW und Roessing zusammen, um das textile Substrat optimal auf die nachfolgende Ausrüstung und den Einsatz in der Edelmetalladsorption anzupassen. Dem entsprechend ist Heimbach in untergeordneter Position auch am AP 2 (Ausrüstung) beteiligt. Darüber hinaus übernimmt Heimbach die Projektkoordination.
Polyelektrolyte sind organische Verbindungen, die in der Lage sind, unterschiedliche Metallionen reversibel zu binden. Durch ein am DTNW entwickeltes Verfahren können diese dauerhaft an Textilien fixiert werden. Das Adsorbertextil ist in der Lage, Edelmetalle auch aus niedrig konzentrierten Prozesswässern der metallverarbeitenden Industrie herauszufiltern. Im Rahmen eines IGF-Projekts wurde bisher ein technologischer Reifegrad von TRL 5 - 6 erreicht, der die Grundlage für das hier beantragte Vorhaben bildet. Somit ist es das Ziel des Vorhabens, den technologischen Reifegrad der Rückgewinnung von Edelmetallen aus Reststoffströmen der metallverarbeitenden Industrie mit Hilfe von faserfixierten Adsorbern weiter bis zu TRL 8 - 9 zu erhöhen. Dies soll anhand der Rückgewinnung von Palladium aus industriellen Prozesswässern der Leiterplattenindustrie aufgezeigt werden. Innerhalb des Vorhabens ist Roessing federführend für die permanente Ausrüstung der Textilien mit Polyvinylamin zuständig. Die konkreten Arbeitspakete ergeben sich aus den Anforderungen an die einzelnen Komponenten des zu erstellenden Adsorbertextils, dem Aufbau einer Anlage zum konkreten Einsatz in der Praxis und der Metallaufbereitung nach erfolgter Adsorption. Für jedes Arbeitspaket wird gemäß dem Schwerpunkt der zu verrichtenden Arbeiten und der Expertise ein federführender Partner festgelegt, der die experimentellen Arbeiten koordiniert und den steten Fortgang der eigenen Arbeiten und den der jeweils beteiligten Partner sicherstellt. Roessing ist federfu'hrend beim Arbeitspaket 2 und führt demnach hauptsächlich die Ausrüstung der textilen Basissubstrate im industriellen Maßstab durch. Außerdem unterstützt Roessing Heimbach bei der Festlegung der für die Ausrüstung und Anwendung wesentlichen Textilcharakteristika wie Faserstärke, Design des Flächengebildes (Vlies, Nadelfilz etc.), Flächengewicht etc. und ist somit in untergeordneter Position an AP 1 beteiligt.