Im Verbundprojekt soll ein Verfahren zur gekoppelten Entfernung von Nitrat und Pestiziden entwickelt werden, in dem biologisch abbaubare Polymere sowohl als Substrat für die denitrifizierenden Mikroorganismen als auch als Sorbens für gelöste Pestizide fungieren. Die Nitratreduktion und der Pestizidabbau werden in einer Prozessstufe vereinigt. In einer Verfahrensvariante werden magnetische Partikel mit Magnetit und Maghemit eingesetzt, die eine optimierte Verfahrenssteuerung erlauben und den Schadstoffabbau durch Fe(III)-reduzierende Organismen erhöhen sollen. Die Untersuchungen am TZW umfassen die Ermittlung von N-Bilanzen und Umsatzkinetiken unter variierenden Randbedingungen, die Stabilität der magnetischen Partikel sowie den Abbau von Pestiziden unter Nitrat- und Fe(III)-reduzierenden Bedingungen. Eine Pilotanlage wird in einem Wasserwerk betrieben, in dessen Einzugsbereich Pestizide und Nitrat im Rohwasser vorliegen. Das Verfahren soll der Wasseraufbereitung und Trinkwasserversorgung, insbesondere in landwirtschaftlich genutzten Regionen dienen. Es werden Empfehlungen zu den Einsatzbereichen erarbeitet und die Wirtschaftlichkeit beurteilt.
Allgemeines Ziel des Vorhabens ist es, ein Verfahren zur gekoppelten Entfernung von Nitrat und organischen Schadstoffen (insbesondere Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel, PBSM) zu entwickeln, das auf der Anwendung von biologisch abbaubaren Polymeren (BAP) beruht. Dabei wirken diese Polymere sowohl als Substrat für die Mikroorganismen, die unter anoxischen Bedingungen anaerob Nitrat als terminalen Elektronenakzeptor veratmen, als auch als Sorbens für gelöste Pestizide. In diesem Teilprojekt sollen dazu die physikalischen und chemischen Eigenschaften der BAP und die freisetzbaren gelösten Substanzen der BAP näher charakterisiert werden. Ebenso sollen Gleichgewicht und Kinetik der Sorption ausgewählter organischer Schadstoffe an den Festsubstraten bestimmt werden. Zur Aufklärung der mikrobiologischen Abbaumechanismen sollen Verfahren zur Messung der Abbauprodukte entwickelt werden. Das Verfahren soll einen Beitrag zur Trinkwasserversorgung in landwirtschaftlich genutzten Gegenden liefern, in denen die Grundwässer sowohl mit Nitrat- als auch mit PBSM verunreinigt sind. Insbesondere sollen Einfachverfahren entwickelt werden, die mit geringem Wartungsaufwand auskommen.
Mit dem Teilprojekt werden die Feststoffsubstrate und Herstellungsverfahren entwickelt bzw. modifiziert, sowie die Eignung und Optimierung eines Reinigungsverfahrens (Pulsationsreaktor) untersucht. Ziel ist es, multifunktionelle biologisch abbaubare Feststoffsubstrate für die Elimination von organischen Schadstoffen (Pestiziden) und Nitrat aus Rohwässern zu entwickeln und herzustellen (Labor- und Technikumsmaßstab). Schwerpunkte sind eine hohe Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit der Compounds durch geeignete und auf dem Markt verfügbare Ausgangsrohstoffe, insbesondere nachwachsende Rohstoffe, sowie die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Ausgehend von (am Fachbereich) entwickelter Biocompounds zur Elimination von Nitraten im Abwasser werden Einzelkomponenten zur Erweiterung der Funktionalität untersucht und entwickelt. Verarbeitungstechnisch sind die optimale granulometrische Form der Einzelkomponenten und des Biocompounds, die Aufbereitung und Modifizierung der Ausgangsmaterialien und die technisch-technologische Modifizierung der Verfahren Arbeitsschwerpunkte. Die Ergebnisverwertung erfolgt mit den zu überführenden Verfahren.
1. Vorhabensziele des Teilvorhabens 1 sind a) die Teiluntersuchung der simultanen Denitrifikation und Pestizidelimination mit Hilfe von Festsubstraten, b) molekularbiologische Untersuchungen im Rahmen eines deutsch-chinesischen Verbundvorhabens, an dem die chinesische Tsinghua-Universität mit einem eigenen Forschungsbeitrag beteiligt ist. 2. Die Arbeitsplanung sieht Untersuchungen zur Sorption von Pestiziden an Festsubstraten und die Analyse von Biopopulation und Abbauprodukten der biologischen Umsetzungen vor. 3. Die Ergebnisse sollen im Betrieb von zwei Demonstrationsanlagen der industriellen Projektpartner verwertet werden.
Die Sanierung von Grundwasser über Reaktive Wände hat sich zu einer Alternative zu herkömmlichen Grundwassersanierungen entwickelt. Für die Sanierung von Arsen- und Schwermetallen belasteter Grundwässer fehlen jedoch noch die Grundlagen. Ziel des Vorhabens ist, es für den Einsatz in einer Reaktiven Wand geeignete Verfahren zur simultanen Abscheidung von Arsen und Schwermetallen zu ermitteln. Im Rahmen des Projekts sollen Vorversuche zur Auswahl geeigneter Sorbentien durchgeführt werden und alternative Verfahren zur Entfernung von Arsen und Schwermetallen geprüft werden.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Es zeichnet sich ab, dass Klärschlamm zukünftig in deutlich geringeren Mengen landwirtschaftlich verwertet werden wird. Die im Abwasser und letztlich im Klärschlamm enthaltenen Nährstoffe, vor allem Phosphor, sollen daher auf anderem Wege der Landwirtschaft in qualitativ hochwertiger Form wieder zugeführt werden. Durch eine Phosphorrückgewinnung aus Abwasser können signifikante Mengen an Phosphor wiedergewonnen werden. Ziel des Projektes war es, ein P-Recycling-Verfahren zu entwickeln, welches Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP: 'Struvit') als gut pflanzenverfügbares Produkt liefert und auf den in Europa vorherrschenden Kläranlagen mit Simultanfällung mit hohem Wirkungsgrad einsetzbar ist. Fazit: Die durchgeführten Versuche erbrachten für die Schritte 1 und 3 des Verfahrens bereits sichere Erkenntnisse für die Auslegungsgröße der Reaktoren. Vor halbtechnischen Versuchen sollten entsprechende Versuche zur Rücklösung des Phosphats direkt mit Zitronensäure durchgeführt werden, um zumindest einen Teil der erforderlichen Schwefelsäure durch Zitronensäure zu ersetzen. Der Gesamtaufwand für das Verfahren würde sich dadurch verringern, da sich das zur Komplexierung vorteilhafte Natriumcitrat bei der Neutralisation direkt bilden würde. Für die großtechnische Realisierung ist von einer Wiedergewinnung von ca. 50 bis 60 Prozent des im Klärschlamm enthaltenen Phosphors in der Form von MAP auszugehen. Die aus dem Abfallstoff 'Klärschlamm' zurückgewonnen Phosphatverbindung kann entweder direkt landwirtschaftlich verwertet werden oder in der Düngemittelindustrie als Rohstoff genutzt werden. Das Verfahren führt somit zum direkten Recycling des Rohstoffs Phosphor.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Von der Firma Herding entwickelte Filterkerzen für den mittleren Temperaturbereich (bis ca. 300°C) sollen zu einem marktfähigen Produkt erweitert werden. Dazu sind in der 1. Phase strömungstechnische Untersuchungen erforderlich, um eine geeignete Behältergeometrie zu entwickeln. Die Anwendung erhöhter Temperaturen bietet in Verbindung mit einer Precoatierung mit reaktiven Sorbentien zudem die Möglichkeit, parallel zur Staubabscheidung auch saure Gase (HCl, HF, SO2) aus dem Abgas zu entfernen. Diese kombinierte Abscheidung in einem Reaktor könnte sich als preisgünstige Alternative zur bislang üblichen Nasswäsche erweisen und damit diese Technik auch für kleinere Betriebe erschwinglich machen. Fazit: Im Rahmen dieses Projekts wurden zahlreiche neue Erkenntnisse zur Filtration im Allgemeinen sowie zur Precoatfiltration erlangt und veröffentlicht. Insbesondere führt die Precoatfiltration zur Verringerung des Druckverlusts und somit des Energiebedarfs v. a. bei feinen Stäuben. Zusätzliche Umweltentlastung wird durch die verbesserte Abscheidung feiner, lungengängiger Stäube erreicht. Schließlich kann die Precoatierung die filtrierende Abscheidung überhaupt erst ermöglichen. Die durchgeführten Messungen zur Abscheidung und zum Filtrationsverhalten der ALFA-Kerzen sowie die Durchströmungstests an der technischen Anlage gaben interessante Hinweise über mögliche Optimierungen. Außerdem wurde die sog. Precoatsorption als funktionierendes Verfahren zur gleichzeitigen Abscheidung von Stäuben und sauren Gase entwickelt, die Leistungsgrenzen bestimmt und geeignete Verfahrensparameter definiert.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die physikalischen Grundlagen werden erarbeitet, die die Voraussetzung sind für die Durchführung eines größeren Entwicklungsprojektes, welches zum Ziel hat, hochselektive PVD-Beschichtungen auf vorgefertigte Absorberplatten variabler Geometrie aufzubringen. In dem aktuellen Projekt soll erstens die simultane Abscheidung der bisher in zwei sequentiellen Arbeitsschritten aufgebrachten Absorberschicht entwickelt werden. Zweitens soll die Ausfallrate der Elektronenstrahlverdampfer, einer der zentralen Komponenten des Prozesses, verringert werden. Beide Teilziele stellen für sich bereits eine Erhöhung der Effizienz in energetischer Hinsicht und im Materialaufwand dar. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Die patentierte Beschichtungstechnik der Firma TiNOX beruht auf einem Rollcoatingverfahren in dem die Absorberschicht bestehend aus TiNxOy und SiO2 in zwei aufeinander folgenden Prozess-Schritten abgeschieden wird. Um diese Arbeitsschritte simultan durchführen zu können, müssen die Prozessgeschwindigkeiten einander angeglichen werden. Da es sich bei dem ersten Teilprozess (TiNXOy) um eine reaktive Deposition handelt, muss der Anteil der Prozessgase für die veränderte Prozessgeschwindigkeit neu ermittelt werden. Dabei gilt es, auch den vom SiO2 bei der Verdampfung freigesetzten Sauerstoff zu berücksichtigen. Ferner muss zur Erhaltung der Homogenität der Schicht die transversale Verteilung der Reaktionsgase neu optimiert werden. Die gegenseitige Durchmischung der beiden simultan aufgedampften Schichten wird vermieden durch eine Neukonfigurierung des Verdampferraumes. Die resultierenden Schichteigenschaften werden mittels optischer Spektrometermessungen sowie atomar aufgelöster Elementanalysen gemessen und somit experimentell die optimalen Prozessparameter ermittelt. Die Ausfallursachen der Elektronenstrahlverdampfer wird ermittelt durch Experimente, in denen die Bedienparameter variiert werden wie z.B. Anordnung, Füllstand, Heizleistung, Kühlverhalten, Aufbau, Steuerung, Verunreinigungsschutz, etc. Bei erfolgreicher Ursachenanalyse können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Ausfallhäufigkeit zu reduzieren. Fazit: Durch die durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt geförderten Entwicklungsarbeiten und Umbauten an der bestehenden Produktionsanlage konnte eine signifikante Erhöhung der Prozessstabilität und eine Erhöhung der Kundenzufriedenheit hinsichtlich des farblich homogenen Erscheinungsbildes der Produktes erreicht werden. Es konnte gezeigt werden, dass eine automatische Simultanbeschichtung von Blechen mit der hochselektiven TiNOX-Schicht möglich und produktionstauglich ist.
Projektziel war die Entwicklung einer sowohl kostengünstigen als auch ökologisch sinnvollen Lösung zur Behandlung kontaminierter Abwässer, die persistente organische Verbindungen (z. B. halogenierte Kohlenwasserstoffe, Ether und Aldehyde) in ökologisch bedenklichen Konzentrationen enthalten. Im Rahmen des Projektes wurde ein Verfahren entwickelt, bei dessen Anwendung nicht nur eine Indirekt- bzw. Direkteinleitung des behandelten Abwassers, sondern auch eine Kreislaufführung möglich wird. Anwendungsbereiche sind industrielle Abwässer, die keine relevanten Konzentrationen (Grenzwertüberschreitungen) an anorganischen Ionen aufweisen. Grundlage des Verfahrens bilden offenporige Silikate, auf denen sich einerseits Biofilme mit definierter Dicke ausbilden und andererseits katalytisch wirksame Oberflächenzentren vorhanden sind. Im ersten Projektabschnitt wurden verschiedene poröse Silikate, die mit Aktivkomponenten dotiert sind, im Labormaßstab hergestellt und ihre Eigenschaften überprüft. Besonders geeignete Produkte wurden anschließend für Einsatztests in einer Pilotanlage im halbtechnischen Maßstab produziert. Im Rahmen von Felduntersuchungen wurden Aussagen zur Kinetik des Abbaus von chlorierten Kohlenwasserstoffen in einem Abwasser industrieller Herkunft erarbeitet. Dazu wurde ein Schwebebett-Reaktor mit einem Volumen von ca. 2 m3 mit speziell optimiertem, totzonenfreiem Belüftungssystem am Reaktorboden erstellt, der in einem Container betrieben wird und damit ortsveränderlich ist. Als Biomasse-Träger wurden poröse Granulate mit einem Teilchendurchmesser von 1 - 4 mm eingesetzt. Für die chemische Nassoxidation wurde eine 0,5 Prozent H2O2 Lösung eingesetzt. Das Schwebebett wurde mit Luft aufrechterhalten, die zugleich die Mikroorganismen mit Sauerstoff versorgte. Mit der Pilotanlage wurde die Reinigung eines CKW-haltigen Abwassers in der Kläranlage Wengelsdorf untersucht. Für die halbtechnischen Versuche wurde der Reaktor zunächst mit dem Granulat und Belebtschlamm aus der Kläranlage befüllt und 14 Tage lang belüftet, um eine hinreichende Konzentration an Biomasse auf den Granulaten zu immobilisieren. Danach erfolgte eine kontinuierliche Einleitung von Abwasser. Zunächst wurde die Stickstoffelimination untersucht. Weitere Untersuchungen betrafen die kombinierte nasschemische und biologische Elimination von persistenten organischen Verbindungen.
Fuer kleinere Feuerungsanlagen mit einer Feuerungsleistung zwischen ca 5 und 50 MW ist ein Verfahren zur trockenen Abscheidung von Stickoxiden zu entwickeln, das weitgehend simultan mit der Abscheidung anderer saurer Gasbestandteile (SOx, HCl und HF) sowie der Feststoffabtrennung arbeitet. Die entstehenden Produktionsstoffe sollen nach Moeglichkeit umweltvertraeglich oder marktfaehig, zumindest aber deponiegeeignet sein.
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