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Weitergehende Behandlungsstufen zur Entfernung gelöster Stoffe, TP2.6: Charakterisierung und Evaluierung des neu entwickelten Adsorbermaterials

Pilotstudie fuer die Entwicklung von Geraeten zur Bewuchsbekaempfung mittels Reinigung von Schiffen im Hamburger Hafen

Online-Optimierung eines Absorptions- und Desorptionsprozesses für die Koksofengasreinigung

In der Prozessindustrie sind die Anforderungen an die Verfahren wie preiswertes Design und umweltschonenden Betrieb vielseitig, und teilweise auch gegenläufig. Hierdurch steigt der Bedarf an flexibleren Produktionsanlagen, um den steigenden Anforderungen bezüglich der schnell wechselnden Marktanforderungen und der Umweltverträglichkeit gerecht zu werden. Ressourcenschonung und Reduzierung der Umweltbelastung sind Ziele, die die gängigen Verfahren aufgrund der sich ändernden Umweltauflagen (Reinheit der Gasemission) an die Grenzen der Wirtschaftlichkeit bringen. Die Reaktivabsorption und die anschließende Desorption stellt durch die Kombination von Stofftrennung und chemischer Reaktion in Mehrkomponentensystemen ein sehr komplexes Verfahren mit einem hohen Optimierungspotential dar. Dies gilt insbesondere für die im Rahmen des Forschungsprojektes zu untersuchende Ammoniak-Schwefelwasserstoff-Kreislaufwäsche zur Reinigung von Kokereiabgasen. Bei diesem industriell relevanten und hier exemplarisch ausgewählten Prozess basiert der konventionelle Betrieb integrierter Kolonnensysteme auf der vorherigen Auslegung für einen konstanten Betriebspunkt. In der Realität ändern sich jedoch die Randbedingungen, so dass die Prozesse am vorgegebenen Betriebspunkt nicht optimal betrieben werden können. Hier liegt die besondere wissenschaftliche Herausforderung bezüglich der Online-Optimierung, die Umweltrestriktionen sowie alle Produktanforderungen unter den gegebenen Anlagenbegrenzungen und den sich ändernden Echtzeit-Randbedingungen zur Minimierung der Betriebskosten gleichzeitig einzuhalten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine Methodik zur Online Optimierung entwickelt und an einer realen Anlage (AS-Kreislaufwäsche) im Pilotmaßstab erprobt und bewertet. Als Ergebnis ist ein effizientes robustes Online-Optimierungssystem zur Ermittlung optimaler Prozessführungsstrategien für dynamische nichtlineare große Systeme unter Echtzeit-Randbedingungen zu erwarten. Die zu entwickelnde Methodik der Online-Optimierung ist allgemeingültig und soll für die Optimierung anderer Prozesse übertragbar sein.

Dynamische Modellierung von komplexen aeroben Abwasserreinigungsanlagen zum Zweck der Regelung und Optimierung

Seit das Belebtschlammverfahren in seinen Grundzuegen durch Publikationen und Patentanmeldungen von Ardern und Lockett im Jahre 1914 vorgestellt wurde, hat es sich zum Standardverfahren zur Reinigung kommunaler Abwaesser entwickelt, wobei es inzwischen auch gelungen ist, mit diesem Verfahren neben den Kohlenstoffverbindungen die Stickstoff- und Phosphorverbindungen aus dem Abwasser zu entfernen. Wurden frueher Belebungsanlagen noch aufgrund von vorwiegend hydraulischen Groessen ausgelegt, so sind heute aufgrund der immer umfangreicheren und strengeren Anforderungen der Abwasserverwaltungsvorschriften an die Reinigungsleistung einer Klaeranlage entsprechend komplexere Dimensionierungsbeziehungen zu beruecksichtigen. Bei der Planung neuer Anlagen, insbesondere fuer hoeherbelastete Abwaesser und Industrieabwaesser, gilt es zudem, neue Entwicklungen wie die Turmbiologie, Hochleistungsreaktoren (Kompaktreaktor, Hubstrahlreaktor, Prallstrahlreaktor) oder den Festbett- und Wirbelschichtreaktor als eine Altemative zum klassischen Belebungsbecken heranzuziehen und zu bewerten. Beim Betrieb werden wegen der steigenden Komplexitaet der Anlage und der erhoehten Anforderungen hinsichtlich der zulaessigen Grenzwerte und der Zahl der zu eliminierenden Schadstoffe sowie im Hinblick auf die Anlagensicherheit und die Ueberwachung der Grenzwerte zunehmend die Moeglichkeiten von on-line Messtechniken und modernen Regelungsstrategien Verwendung finden muessen. Ziel dieses Vorhabens ist es, - ein von der International Association on Water Pollution Research and Control (IAWPRC) entwickeltes mathematisches Modell zur Simulation von kommunalen Abwasserreinigungsanlagen fuer die dynamische Simulation von Anlagen fuer die Reinigung komplexer Abwaesser wie Deponiesickerwaesser und Industrieabwaesser zu erweitern, wobei eine objektorientierte Modellerstellungsumgebung entwickelt werden soll, die es gestattet, alle Projektphasen einer Simulation zu unterstuetzen, und - unter Verwendung der dynamischen Simulation Regelungs- und Optimierungsstrategien fuer komplexe Abwasserreinigungsanlagen unter Einsatz von on-line Messtechniken zu entwickeln. Dabei sollen sowohl analytische Verfahren, als auch sogenannte wissensbasierte Verfahren auf Basis der Fuzzy-Logik und Neuronalen Netze eingesetzt werden mit dem Ziel, dureh Kombination beider Verfahren hybride, adaptive Verfahren zu entwickeln.

Bodensanierung Reinigung oelkontaminierter Feinkornschlaemme mittels Ultraschall - Impulswaesche

Feinkoernige Sedimentschlaemme, die mit Schadstoffen belastet sind, stellen fuer herkoemmliche Bodenwaschanlagen ein grosses Problem dar. Boeden, bei denen die Schluffraktion ( kleiner 63 mym) mehr als 30 Prozent betraegt, koennen meist nicht mehr wirtschaftlich in Bodenwaschanlagen behandelt werden. Bislang mussten kontaminierte Feinkornschlaemme deponiert oder verbrannt werden, was mit hohen Kosten verbunden ist. Desweiteren sind weite Transportwege noetig um die Schlaemme zu den Entsorgungsanlagen zu bringen. Kontaminierte Gewaessersedimente oder auch Schlaemme aus Oelabscheidern von Tankstellen und Waschplaetzen weisen jedoch haeufig Schluffanteile von 50 - 70 Prozent auf. Um diese Feinkornschlaemme von den anhaftenden organischen Schadstoffen zu befreien, bedarf es einem effektiven Energieeintrag. Je kleiner die zu reinigenden Partikel werden, desto schwieriger wird es, mechanische Scher- und Reibungskraefte auf die Partikel zu uebertragen. An der Fachhochschule Ostfriesland beschaeftigte man sich daher mit dem Problem der Energieuebertragung auf die Bodenpartikel. Hierbei wurden zwei Wege verfolgt. Als eine Moeglichkeit der Energieuebertragung wurde versucht, die noetigen Energieeintraege mit Druckluft zu realisieren. Dazu wurde ein Reaktor gebaut, in dem der kontaminierte Boden eingebracht und mittels Druckluftkanonen hohe Scherkraefte eingebracht wurden. Bei diesen Verfahren stellte sich aber nicht der gewuenschte Erfolg ein. Desweiteren war mit dieser Methode kein kontinuierlicher Betrieb moeglich. Als zweiter Weg wurde der Energieeintragung durch eine Beschallung mit Ultraschall erprobt. Bei diesem Verfahren stellte sich der gewuenschte Erfolg im Labormassstab ein, so dass in Form einer Pilotanlage das Verfahren in die Praxis umgesetzt wurde. Das Projektteam hat die Impulswaesche in einen handelsueblichen 20-Fuss Rollcontainer eingebaut. Damit ist eine groesstmoegliche Flexibilitaet erreicht worden. Die Behandlung von verunreinigten Boeden kann vor Ort durchgefuehrt werden. Die gereinigten Boeden werden somit gleich wieder vor Ort eingebaut, so dass aufwendige Transporte entfallen.

Entfernung von toxischen Schwermetallen aus industriellen Abwässern unter Verwendung immobilisierter Makroalgenbiomasse

Mit dem Projekt wird das Ziel verfolgt, ein wirtschaftlich einsetzbares Verfahren zur Schwermetallentfernung auf der Grundlage von Algenbiomasse zu entwickeln. Die Grundlage für die Antragstellung bilden die Ergebnisse, die zur Abtrennung von Schwermetallen aus der wässrigen Phase im Sonderforschungsbereich 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 'Biologische Behandlung industrieller und gewerblicher Abwässer' an der Technischen Universität Berlin in der 3. und 4. Förderphase von 1997 bis 2001 unter Verwendung von Mikroalgenbiomasse erreicht wurden. Mit dem Forschungsvorhaben soll versucht werden, dem Problem der Bereitstellung preiswerter Biomasse näher zu kommen. Hierzu können marine Makroalgen, die aus dem Meer gewonnen werden oder die bereits zur Wertstoffgewinnung verwendet werden, dienen. Bisher sind in den Teilprojekten F2 und F3 des Sonderforschungsbereichs 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 30 verschiedene Mikroalgen aus unterschiedlichen Bezugsquellen eingesetzt worden. Der gegenwärtige Stand der Untersuchungen im Hinblick auf Aufnahmekapazität und -geschwindigkeit der Schadstoffe lässt Rückschlüsse auf eine erfolgversprechende technische Anwendungsmöglichkeit zu. Voraussetzung dafür ist die Lösung des Problems des durch die Kultivierungsbedingungen für die Mikroalgen noch zu hohen Preises für die Biomasse. Zeigen Makroalgen im Vergleich zu den Mikroalgen ähnliche positive Eigenschaften im Hinblick auf die Aufnahmefähigkeit (Kapazität, Selektivität) für Schwermetallionen, so könnten Immobilisate auf der Basis von Makroalgenbiomasse eine Alternative darstellen. Neben den bereits im Sonderforschungsbereich 193 eingesetzten Metallen Blei, Nickel, Cadmium, Zink und Kupfer ist die Ausdehnung der Untersuchungen auf weitere Metalle geplant, die als Kontaminationen in der Abwasseraufbereitung unterschiedlicher Herkunftsquellen eine wichtige Rolle spielen. Vorgesehen ist eine Erweiterung auf die Metalle Chrom (Cr+3) und Arsen (As). Der Schwerpunkt der Untersuchungen sollte auf industriell nutzbaren preiswerten Makroalgen liegen, die in großer Menge als Biomassenquelle vorhanden sind und leicht beschafft werden können.

Kombination biologischer und chemischer Verfahren zur Ammoniumabscheidung aus Abwaessern

Mit Ammonium schwach belastete Abwaesser lassen sich biologisch mit sehr einfachen Verfahren reinigen. Bei sehr hoch belasteten Abwaessern koennen sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten ergeben. Von besonderer Bedeutung ist die Abscheidung des Ammoniums dann, wenn bei aerober Betriebsweise mit Biogasproduktion Ammonium in groesserem Umfang durch die biologische Umsetzung entsteht. Unsere Entwicklung, die sich ausgezeichnet bewaehrt hat, zielt darauf ab, das entstandene Ammonium durch Zugabe von Chemikalien abzuscheiden. Es liegen Ergebnisse von Untersuchungen vor, die ueber mehrere Jahre durchgefuehrt wurden. Anwendungsbereiche: Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Reinigung industrieller Abwaesser mit Biogasproduktion und integrierter Abscheidung von Ammonium.

Sanierung der Ruestungsaltlast Hirschhagen - Reinigung nitrotoluolbelasteter Grundwaesser durch eine biologische Container-Klaeranlage mit nachgeschalteter oxidativer Stufe

In zwei vorlaufenden Verfahrensstufen konnte nachgewiesen werden, dass NT-haltige Grundwaesser mit Konzentrationen bis ueber 30000 Mikrogramm/l durch eine Kombination der Verfahrensstufen Biologie/Ozon bis auf kleiner 220 Mikrogramm/l (Biologie) und kleiner 15 Mikrogramm/l (Ozonisierung) gereinigt werden koennen. In 1993/94 wird durch einen Langzeitversuch in der 3. Stufe der Verfahrensentwicklung eine Anlage mit einer Durchsatzleistung von 1 Kubikmeter/h in der Kombination der Verfahrensstufen Biologie/UV-Wasserstoffperoxid betrieben. Aus dem Betrieb dieser Anlage sollen Kenndaten zur Entwicklung einer geplanten technischen Anlage mit einer Durchsatzleistung von 30 Kubikmeter/h abgeleitet werden.

Regenerative Reinigung organisch und anorganisch kontaminierter Feststoffe durch Oxidation

In diesem Vorhaben werden die Einsatzmoeglichkeiten von in der Wassertechnologie gaengigen Oxidationsverfahren, speziell der Ozonung, im Bereich der Reinigung von Feststoffen untersucht. Dabei standen bisher in erster Linie organisch kontaminierte Boeden von ehemaligen Gaswerksstandorten im Mittelpunkt. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl bei einer in-situ- als auch einer ex-situ-Behandlung eine ueber 95prozentige Elimination der Schadstoffklasse der PAK moeglich ist. Der Ozonbedarf betraegt dabei im Falle einer in-situ -Anwendung etwa 5 g Ozon je g organisch gebundenem Kohlenstoff. Durch die Einstellung geeigneter Reaktionsbedingungen, was jedoch nur ex-situ moeglich ist, laesst sich dieser Verbrauch auf 3,5 g/g reduzieren. In einer Parallelreaktion werden ferner die natuerlichen Huminstoffe und auch sulfidische Mineralphasen des Bodens umgesetzt. Dabei kommt es auf gering gepufferten Boeden zu einer Versauerung, der durch eine Kalkung entgegengewirkt werden kann. Von den organischen Oxidationsprodukten wurden nahzu 100 Verbindungen identifiziert. Diese sollen in einer nachfolgenden biologischen Behandlung vollstaendig mineralisiert und der Boden so fuer einen Wiedereinbau konditioniert werden.

Demonstration umweltgerechter Ver- und Entsorgungssysteme auf ausgewählten Berg- und Schutzhütten am Beispiel der Göppinger Hütte auf 2.245 m ü. NN im Lechquellengebirge in Vorarlberg / Österreich, Demonstration umweltgerechter Ver- und Entsorgungssysteme für ausgewählte Berg- und Schutzhütten am Beispiel der Göppinger Hütte im Lechquellengebirge in Vorarlberg, Österreich

Die Göppinger Hütte liegt auf 2245 m.ü.NN. in Österreich, Vorarlberg, im Karstgebiet. Das Trinkwasser für den Hüttenbetrieb wird aus einem Schneefeld bezogen, bzw. gegen Ende der Saison wird Regenwasser genutzt. Durch die Installation einer neuen UV-Anlage wird die Hütte mit hygienisch einwandfreiem Trinkwasser versorgt werden. Bisher traten in warmen Perioden Engpässe in der Wasserversorgung auf. Daraufhin stand zur Diskussion, ob der Speicherbehälter erweitert werden soll. Unter ökologischen Gesichtspunkten sollte allerdings zuerst der Hüttenbetrieb auf Einsparungsmaßnahmen untersucht werden. Im Küchenbereich wurde bereits bei den zurückliegenden Anschaffungen auf wassersparende Geräte Wert gelegt. Als größter Wasserverbraucher wurde die Toilettenanlagen mit 9 l Spülkästen festgestellt. Hier besteht das größte Einsparpotential. Durch die Installation von urinseparierenden Komposttoiletten und wasserlosen Urinalen soll dieses Potential voll ausgeschöpft werden. Der anfallende Urin wird als Teilstrom separat gesammelt und mittels Materialseilbahn zur unterhalb gelegenen Alpe transportiert und dort in eine Güllegrube gegeben. Dadurch wird eine einfachere Abwasserreinigung möglich und das Hüttenumfeld vor dem Eintrag von Nährstoffen geschützt. Das Abwasser wird derzeit in eine 2 Kammer-Grube geleitet und bei Vollfüllung ausgepumpt und der Schlamm im Hüttenumfeld verbracht. Durch die Änderungen im Sanitärbereich, verändert sich auch die Zusammensetzung des verbleibenden Abwassers. Bei Installation einer Komposttoilette muss lediglich der sogenannte Teilstrom Grauwasser gereinigt werden (26). Nach einem Variantenvergleich, der die speziellen Randbedingungen der Göppinger Hütte berücksichtigt hat, wurde als Vorzugsvariante eine mechanische Vorreinigung über eine Filtersackanlage mit einer anschließenden biologischen Reinigung in einem bewachsenen Bodenfilter gewählt. Das Küchenabwasser wird zusätzlich an einen Fettfang angeschlossen. Die Abwasserreinigungsanlage benötigt sehr wenig Energie (26) und ist gut in die Landschaft einzugliedern. Es werden durch diese Anlage mindestens die Grenzwerte für den biologischen Abbau der Extremlagen-Verordnung eingehalten. Durch diese Reinigung wird das ökologische Gleichgewicht der Umgebung der Hütte weitgehend entlastet . Durch einem gestiegenen Bedarf an Energie der Göppinger Hütte sowie durch die geplanten Anlagen (UV-Entkeimung und Abwasserreinigung) wird die Energieversorgung neu überplant. Derzeit existiert eine Photovoltaikanlage, über die auch die Materialseilbahn betrieben wird. Als Notstromversorgung dient ein Dieselaggregat. Der Gastraum wird über einen Kachelofen beheizt. Das erstellte Energiekonzept sieht in einem ersten Schritt eine verbesserte Wärmedämmung der Gaststube vor, ein wärmegedämmtes Warmwasserverteilnetz sowie den Ersatz einzelner Verbraucher durch energiesparende Einheiten. (Text gekürzt)

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