Das Projekt "ZeroTrace: Neue Adsorptionsmaterialien und Regenerationsverfahren zur Elimination von Spurenstoffen in kommunalen und industriellen Kläranlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Inter 3 GmbH Institut für Ressourcenmanagement durchgeführt. In Deutschland sind Oberflächengewässer insbesondere in urbanen und industriellen Ballungsräumen mit sogenannten Mikroschadstoffen, z.B. Arzneimittelrückständen, belastet. Eine wichtige Quelle dafür ist die kommunale sowie industrielle Abwasserentsorgung. Um die Mikroschadstoffe zu entfernen, können auf Kläranlagen spezifische Verfahren wie z.B. Aktivkohlefilter eingesetzt werden. Das Projekt ZeroTrace entwickelt neue Arten von Aktivkohle, die mit Hilfe eines eigens angepassten, innovativen und dezentralen Regenerationsverfahrens ständig wiederverwendet werden können. Gestützt durch eine Stoffstromanalyse werden an einem frühen Zeitpunkt der Entwicklung möglichst nachhaltige Ausgangsmaterialien und Stoffkombinationen ausgewählt. Über eine Delphi-Befragung mit mehr als 100 Experten, werden zukünftige Einsatzbereiche und -bedingungen der neuen Aktivkohleverfahren strukturiert abgesteckt und in die Verfahrensentwicklung eingespeist. Durch eine stoffstrombasierte Multikriterien-Analyse werden die wichtigsten Stärken und Schwächen der neuen Verfahren im Gegensatz zu bestehenden Verfahren der Spurenstoffentfernung für Entscheidungsträger aus Politik und Wasserwirtschaft aufarbeitet.
Das Projekt "ZeroTrace: Neue Adsorptionsmaterialien und Regenerationsverfahren zur Elimination von Spurenstoffen in kommunalen und industriellen Kläranlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EnviroChemie GmbH durchgeführt. Ein neues Verfahren auf Basis von 'electric field swing adsorption' (EFSA) wird zur ortsnahen, prozessintegrierten Regeneration von leitfähiger Komposit-Aktivkohle entwickelt.
Aufgrund der über 40 jährigen Tätigkeit in Planung, Bau und Betriebsführung von individuellen Abwasseraufbereitungsanlagen, steht für EnviroChemie die Entwicklung und Umsetzung von zwei mobilen Aktivkohle-Testanlagen im Pilotmaßstab, sowie der Demonstrationsbetrieb auf einer kommunalen und industriellen Kläranlage im Zentrum der Forschung. Aus dem Betrieb der Aktivkohle-Testanlagen sollen Daten zur Wirtschaftlichkeit und Anwenderfreundlichkeit des neuen Verfahrens mit integrierter Regeneration erhoben werden.
Des Weiteren werden im betriebseigenen Labor experimentelle Untersuchungen der Komposit-Aktivkohle im durchgeführt. Damit soll eine umfassende und profunde wissenschaftliche Erkenntnis zur Charakteristik einer komplexen Komposit-Aktivkohle und über die Funktionsweise der Desorption und Elimination des Adsorbats (Spurenstoffe) mittels EFSA gewonnen werden. EnviroChemie wird durch die Erfahrung in der Realisierung von maßgeschneiderten Anlagenlösungen mit Aktivkohle, mögliche Anwendungsgebiete für die Komposit-Aktivkohle und das EFSA-Verfahren erschließen.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Donau Carbon GmbH & Co. KG durchgeführt. 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.
Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Wiedergewinnung von Prozesswässern mit hohen Neutralsalzfrachten aus industriellen Synthesen, z.B. der Polycarbonat-Herstellung. Außerdem soll das in den Abwässern enthaltenen NaCl als Rohstoff in die NaCl-Elektrolyse (Chlor-Alkali-Elektrolyse) rückgeführt werden. Die Weiterverwertung des anfallenden Wassers und des Salzes würden zur Verbesserung der zwischenbetrieblichen und allgemeinen Ressourceneffizienz, Vermeidung von Stoffeinträgen in den natürlichen Wasserkreislauf und Verminderung des Primärwasserbedarfes führen. Die entscheidenden Hürden auf dem Weg zur Kreislaufführung sind die in den Prozesswässern enthaltenen organischen Verunreinigungen, die durch die Produktionsprozesse eingetragen wurden, und die für die Elektrolyse zu geringe NaCl-Konzentration in den Prozesswässern. Entsprechend hat das Verbundprojekt die Reinigung und Aufkonzentrierung der Prozesswässer zum Ziel. Das Teilvorhaben befasst sich mit der Entwicklung eines kontinuierlichen Adsorptiv-Verfahren auf Basis der elektrochemischen Polarisation von Aktivkohle. Dabei werden die Adsorption und Desorption durch Einstellen entsprechender Potenziale an Kohlenstoff-Adsorbern gesteuert (Elektrosorption). Die Vorteile der Elektrosorption mit Aktivkohle-Elektroden im Vergleich zur konventionellen Adsorption an Aktivkohle sind: - beschleunigte Adsorption organischer Verbindungen; - Elektrosorption ist auch für Verbindungen möglich, die auf Aktivkohle nur sehr schlecht adsorbieren; - höhere Adsorptionskapazitäten, die kleinere Module ermöglichen; - längere Standzeiten durch elektrochemische Regenerierung der Aktivkohle. In diesem Teilvorhaben soll dieses neue elektrochemisches Verfahren untersucht werden, mit dem organische Verunreinigungen aus dem Prozesswasser entfernt werden können. Dabei sollen grundlegende Prinzipien der Elektrosorption untersucht, das Design eines Reaktors konzipiert und geeignete Prozessparameter bestimmt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Raman-Messungen im Langzeitbetrieb und experimentelle Charakterisierung der Aktivkohleproben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Siegen, Institut für Fluid- und Thermodynamik, Lehrstuhl Technische Thermodynamik durchgeführt. Untersuchungen des TÜV haben gezeigt, dass es nach einem langen Einsatz der Kraftstoffdampfrückhaltesysteme mit Biokraftstoffen vermehrt zu Ausfällen kommen kann. Durch eine Kombination der Techniken zur Bestimmung von Durchbruchskurven und der Raman-Spektroskopie soll das Adsorptionsverhalten der KDRS über viele Zyklen messtechnisch begleitet werden. Die experimentellen Untersuchungen werden im Rahmen einer Modellierung, die auf dem bereits vorliegenden Adsorptionsreaktormodell (UMSICHT) beruht, begleitet. Die ausführliche Vorhabenbeschreibung ist dem Antrag beigelegt. Das Adsorptionsverhalten verschiedener Aktivkohleproben, d.h. neu hergestellter bzw. einer definierten Anzahl von definierten Be- und Entladezyklen (4.000 und 40.000 gefahrenen Kilometern entsprechend) unterzogenen, wird experimentell erfasst. Folgender experimenteller Ablauf ist geplant: Charakterisierung der Aktivkohleproben in Voruntersuchungen. Mit einem Pentan/Ethanol-Gemisch wird dann ein Adsorber, der mit einer Aktivkohleprobe befüllt wurde, bis zum Durchbruch beladen. Zur Desorption wird der Adsorber mit Laborluft gespült bis 300 ausgetauschte Bettvolumina erreicht sind. Die Zusammensetzung der Gasphase wird während Ad- und Desorption mit einem, im Rahmen des Projektes aufzubauenden Raman-Detektor bestimmt. Nach jeweils 50 Zyklen (Ad- und Desorption= 1 Zyklus) wird die Arbeitskapazität der Aktivkohle bestimmt. Dies erfolgt gemäß einer Methode, die analog zur ASTM-Norm D 5228-92 entwickelt wurde. Die erhaltenen experimentellen Daten werden u.a. zur Weiterentwicklung eines mathematischen Berechnungswerkzeugs im Bereich der Kraftstoffdampfrückhaltesysteme im PKW verwendet. Die Weiterentwicklung des Modells stellt die Grundlage für verbesserte Designmöglichkeiten für KDRS dar.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Experimentelle Untersuchung und Modellierung des Adsorptionsverhaltens von Aktivkohle in Kraftstoffdampfrückhaltesystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Untersuchungen des TÜV haben gezeigt, dass es nach einem langen Einsatz der Kraftstoffdampfrückhaltesysteme mit Biokraftstoffen vermehrt zu Ausfällen kommen kann. Durch eine Kombination der Techniken zur Bestimmung von Durchbruchskurven und der Raman-Spektroskopie soll das Adsorptionsverhalten der KDRS über viele Zyklen messtechnisch begleitet werden. Die experimentellen Untersuchungen werden im Rahmen einer Modellierung, die auf dem bereits vorliegenden Adsorptionsreaktormodell (UMSICHT) beruht, begleitet. Die ausführliche Vorhabenbeschreibung ist dem Antrag beigelegt. Das Adsorptionsverhalten verschiedener Aktivkohleproben, d.h. neu hergestellter bzw. einer definierten Anzahl von definierten Be- und Entladezyklen (4.000 und 40.000 gefahrenen Kilometern entsprechend) unterzogenen, wird experimentell erfasst. Folgender experimenteller Ablauf ist geplant: Charakterisierung der Aktivkohleproben in Voruntersuchungen. Mit einem Pentan/Ethanol-Gemisch wird ein Adsorber, der mit einer Aktivkohleprobe befüllt wurde, bis zum Durchbruch beladen. Zur Desorption wird der Adsorber mit Laborluft gespült bis 300 ausgetauschte Bettvolumina erreicht sind. Die Zusammensetzung der Gasphase wird während Ad- und Desorption mit einem, im Rahmen des Projektes aufzubauenden Raman-Detektor bestimmt. Nach jeweils 50 Zyklen (Ad- und Desorption= 1 Zyklus) wird die Arbeitskapazität der Aktivkohle bestimmt. Dies erfolgt gemäß einer Methode, die analog zur ASTM-Norm D 5228-92 entwickelt wurde. Die erhaltenen experimentellen Daten werden u.a. zur Weiterentwicklung eines mathematischen Berechnungswerkzeugs im Bereich der Kraftstoffdampfrückhaltesysteme im PKW verwendet. Die Weiterentwicklung des Modells stellt die Grundlage für verbesserte Designmöglichkeiten für KDRS dar.
Das Projekt "FHprofUnt 2015: Effizienzsteigerung bei adsorptiver Lösemittelrückgewinnung durch innovative Desorptionstechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Institut für Physikalische Prozesstechnik (IPP-HTW) durchgeführt. Die Qualität der Reinigung lösemittelhaltiger Abluft durch Adsorption ist auch sehr vom Desorptionsverfahren abhängig. Neu ist hier die Hochtemperatur-Desorption oberhalb von Konzentrationen der unteren Explosionsgrenze in Luft. Als Adsorbens werden Aktivkohlefaser-Gewebe (ACC) mit direkter elektrischer Aufheizung zur Desorption verwendet. ACCs besitzen kleiner Poren als Granulatkohle bei gleicher spezifischer Oberfläche und wegen ihrer speziellen Morphologie eine überlegene Kinetik. Die direkte Aufheizung ermöglicht einen minimalen Desorptionsstrom, eine maximale VOC-Konzentration im Desorbat und entfernt auch schwer desorbierbare, d.h. hochsiedende, Verbindungen. Dadurch können Abluftanlagen kompakter gebaut werden. Die kleineren Poren ermöglichen die effiziente VOC-Adsorption auch bei kleinsten VOC-Konzentrationen. Ein Prototyp zur Desorption mit elektrischer Energie wurde bereits von der nicht mehr existierenden Fa. M+W Zander gebaut und zwei Jahre lang probeweise betrieben. Für industrielle Anlagen fehlt jedoch der Nachweis der Dauerstandfestigkeit, welcher hier das technische Risiko für die spätere Kommerzialisierung darstellt. Probleme dabei sind die gleichmäßige Anströmung der Adsorbereinheit und deren langzeitstabile Regenerierung. Diese bedürfen der hier vorgeschlagenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Die bestehende Prototypanlage soll hinsichtlich der Hochtemperatur-Desorption (HTD) erweitert werden. Die Anströmung von Anlagenteilen sowie örtlicher und zeitlicher Stoffübergang werden in diesem Vorhaben optimiert. Die sauerstoffbedingte Degeneration der ACC wird aufgrund der Verwendung eines Intergases minimiert. Ergebnisse aus Experimenten werden die Erfahrungen beim Betrieb der HTD mit Inertgas und/oder Unterdruck, z.B. hinsichtlich Kapazität, Standfestigkeit, Explosionsschutz, Geometrie und Strömung liefern. Erwartetes Forschungsergebnis ist eine evaluierte Modellbildung, welche die Simulation zur Auslegung von industriellen Anlagen erlaubt.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carbon Service & Consulting GmbH & Co. KG durchgeführt. Mit dem geplanten Vorhaben 'ReMik' soll die Möglichkeit der Reaktivierung von Aktivkohle mit Mikrowellenbestrahlung im Zusammenhang mit Spurenstoffelimination untersucht werden. Die in-situ/on-site Wiedernutzbarmachung von Aktivkohle mit Mikrowellen soll unter Berücksichtigung der ökologischen und ökonomischen Aspekte erforscht werden. Der Einsatz von Aktivkohle gilt als eine wirksame und effektive Methode zur Spurenstoffelimination. Vorteile von Aktivkohle wie einfache Handhabung, sicherer Betrieb und leichte Nachrüstung in bestehende Kläranlagen können zu einem breiteren Einsatz der Aktivkohle in Kläranlagen als vierte Reinigungsstufe zur Spurenstoffelimination in absehbarer Zukunft führen. Die energieeffiziente und wirtschaftliche Wiedernutzbarmachung von Aktivkohle würde so weitere Verbreitung auf dem Umweltmarkt finden. Diverse Untersuchungen haben gezeigt, dass die Aktivkohle sich durch Mikrowellenstrahlung effizient erhitzen und sich die Desorption als Umkehrprozess der Adsorption durchführen lässt. Inwieweit sie sich eignet, auch Reaktivierungsprozesse (neue porenbildende Reaktionen) ablaufen zu lassen ist wenig untersucht. Ebenso fehlen noch Untersuchungen über die Mikrowellen reaktivierung der Aktivkohle, die mit Spurenstoffen aus einer Abwassermatrix beladen wurde. Kenntnisse über optimale Reaktivierungsbedingungen und optimalen Energieverbrauch sind ebenfalls noch nicht vorhanden. In diesem Vorhaben sollen Kennwerte und Erfahrungen unter praxisnahen Versuchs einstellungen gesammelt und die Möglichkeit der in-situ/on-site Regeneration / Reaktivierung von Aktivkohle beleuchtet werden.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Blücher GmbH durchgeführt. Innerhalb des Gesamtverbundvorhabens PriMaT leistet die Fa. Blücher GmbH Beiträge zur Risikominderung, inkl. Life Cycle Assessment zur energetischen Betrachtung. Als Schwerpunktziel im Bereich des fünften Begleitprojekts steht die Entwicklung und Erprobung neuer Adsorbermaterialien zur selektiven Entfernung von Spurenstoffen im Bereich der Wasseraufbereitung im Vordergrund. Gleichzeitig soll ein Vergleich von Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit einer In situ-Regeneration der Polymerkohlen gegenüber der Reaktivierung von herkömmlichen Aktivkohlen durchgeführt werden. Das programmatische Ziel ist es, Möglichkeiten zur ökologisch und ökonomisch effizienten insitu-Regeneration der sphärischen Hochleistungsadsorbenzien auf polymerer Rohstoffbasis zu entwickeln. Wesentliche Arbeitsschritte liegen in den Arbeitspaketen AP2-5 Selektive Adsorbermaterialien: Entwicklung und Herstellung von polymeren Adsorptionsmaterialien, verfahrenstechnische Konfektionierung der Sorptionsmaterialien, Erstellung einer Bilanzierung für das neuartige Adsorptionsmaterial in Richtung eines produktbezogenen Carbon Footprints / Life Cycle Assessment im Vergleich zu konventionellen Aktivkohlen, Unterstützung in der Entwicklung von alternativen Applikationsmodulen der polymeren Sorptionsmaterialien und Durchführung von Versuchen der thermischen insitu-Regeneration.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Ermittlung der Reaktivierungsgrundlagen mittels Mikrowellenbehandlung durch Laborreihenuntersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Mit dem Vorhaben 'ReMik' soll die Möglichkeit der Reaktivierung von Aktivkohle mit Mikrowellenbestrahlung im Zusammenhang mit Spurenstoffelimination untersucht werden. Die Adsorption mit granulierter Aktivkohle (GAK) stellt sich mit guter Eliminationsleistung, leichter Handhabung, niedriger Anforderung an Werkstoffe, keiner Entstehung von unerwünschten Nebenprodukten und höherer betrieblicher Sicherheit als beispielsweise eine Ozonung als besonders geeignet für eine Spurenstoffelimination dar. Ein Nachteil des Einsatzes von GAK ist unter gesamtökologischen Gesichtspunkten der hohe Verbrauch an Ressourcen und Energie zur Herstellung von Aktivkohle. Ziel muss daher der sparsame Umgang mit Aktivkohle sowie die wiederkehrende Nutzung durch deren Regeneration/Reaktivierung sein. Ziel des Vorhabens ist die Erforschung einer neuen in-situ/on-site Reaktivierungstechnologie der GAK mittels Mikrowellen. Außerdem soll durch dieses Verfahren der Energieverbrauch und CO2-Fußabdruck der Spurenstoffelimination mit GAK optimiert werden. Weitere Anforderungen sind, dass die adsorbierten Substanzen beim Reaktivierungsprozess mit den Mikrowellen auf der Aktivkohle abgebaut werden und sich die Adsorptionseigenschaften der GAK in dem Prozess nicht verschlechtern. Durch die Untersuchung von Reaktivierungseffekten von beladener granulierter Aktivkohle (GAK) durch Mikrowellenbehandlung unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen sollen neue Strategien im Bereich der Wiedernutzbarmachung der GAK konzipiert werden. Ziel ist es, mit dieser Technologie eine dezentrale, ökologische und ökonomisch günstige (in-situ/on-site) Reaktivierung von GAK zur Spurenstoffelimination, z.B. in Kläranlagen, zu ermöglichen. Im Rahmen dieses Vorhabens werden die Reaktivierungsgrundlagen mittels Mikrowellenbehandlung durch Laborreihenuntersuchungen ermittelt. Darüber hinaus werden Kennwerte und Erfahrungen unter praxisnahen Versuchseinstellungen gesammelt, um optimale Betriebsbedingungen der GAK-Behandlung mit Mikrowellen zu identifizieren und die Einsatzmöglichkeiten der Mikrowellentechnik bei einer großtechnischen in-situ/on-site Regeneration/Reaktivierung der GAK beurteilen zu können.
