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Reaktivität und Transformation funktioneller Gruppen von Spurenstoffen und organischer Hintergrundmatrix bei der Ozonierung von Abwasser

Die Ozonierung ist eine etablierte Technologie zur effizienten Oxidation von organischen Spurenstoffen in der Wasseraufbereitung. Ein wesentlicher Nachteil bei der Anwendung von Ozon ist die Bildung von stabilen und potenziell toxischen Ozonungsprodukten (OPs). Kritisch sind wegen ihrer Langlebigkeit vor allem biologisch stabile OPs. Unmöglich kann die Reaktion aller relevanter CECs mit Ozon, die dabei entstehenden OPs und deren biologische Stabilität untersucht werden. Vielmehr ist es notwendig, basierend auf dem systematischen Studium funktioneller Gruppen Kenntnisse zu generieren, die auf andere Stoffe übertragbar sind. Bislang wurden solche systematischen Studien aber nicht durchgeführt. Noch größer ist die Wissenslücke bei den im Abwasser vorliegenden organischen Kohlenstoffverbindungen (engl.: effluent organic matter, EfOM). Zwar belegt die Ozonzehrung von EfOM dessen Reaktivität gegenüber Ozon, aber welche funktionellen Gruppen reagieren, welche Produkte gebildet werden und wie biologisch stabil diese sind, ist gerade für EfOM mit Heteroatomen (N, S) nicht untersucht. Dieses Vorhaben will beide Lücken durch ein komplementäres analytisches und experimentelles Vorgehen schließen, mit dem gemeinsamen methodischen Ansatz der Einführung einer Markierung in die OPs durch Verwendung von 18O-Ozon und der nachfolgenden Detektion und Identifizierung der OPs mithilfe der (ultra-hochauflösenden) Massenspektrometrie. Das Vorhaben basiert auf der zentralen Hypothese, dass die Reaktion von Ozon sowohl mit bestimmten funktionellen Gruppen organischer Spurenstoffe als auch mit äquivalenten Gruppen des EfOM zu einer vorhersagbaren Bildung von OPs führt. Es zielt darauf ab, i) unser Verständnis der Reaktivität verschiedener funktioneller Gruppen gegenüber Ozon zu verbessern, wobei der Schwerpunkt auf der Identifikation biologisch schwer abbaubarer Funktionen innerhalb der OPs liegt, ii) ozon-reaktive funktionelle Gruppen im EfOM basierend auf bestehendem Wissen zur Transformation von Spurenstoffen zu identifizieren, wobei der Schwerpunkt auf N- und S-haltigen funktionellen Gruppen liegt, welche potentiell chemisch stabile OPs bilden, und iii) die Bedeutung des EfOM im Hinblick auf die Bildung biologisch schwer abbaubarer OPs in der Ozonierung von Abwasser zu bewerten. Dazu soll der biologische Abbau der OPs anhand deren spezifischen funktionellen Gruppen in Säulen-Abbauversuchen und einer simulierten Grundwasseranreicherung untersucht werden. Mit dem neuen Ansatz der Markierung sind wir in der Lage, OPs von CECs ebenso wie von EfOM sicher zu detektieren, besser zu identifizieren und ihre Stabilität gut zu verfolgen. Das Vorhaben generiert ein systematisches und übertragbares Verständnis zur Bildung stabiler OPs basierend auf funktionellen Gruppen organischer Moleküle, von CECs wie von EfOM. Erst wenn die Stabilität der möglichen OPs untersucht ist, wird auch eine systematische toxikologische Bewertung der Ozonung als Wasseraufbereitungsmethode möglich.

Elektrolyse mit Nutzung von Brauchwasser als Schnittstelle zur biologischen Methanisierung und Ozonierung, Teilvorhaben T&M: Genehmigungs- und ausführungsreife Planung und Begleitung der Inbetriebnahme der Elektrolyse, sowie anschließende Evaluierung der Ergebnisse

Wassertechnologie und Wasseranalyse

Das Vorhaben ist in 4 Zielbereiche gegliedert: 1) Aufklaerung, Bilanzierung organischer Wasserschadstoffe, insbesondere biologisch schwer abbaubare Verbindungen, 2) Adsorptive Wasserreinigung mit Aluminiumoxid, insbesondere Abtrennung und Rueckgewinnung von Phosphat aus Abwasser, 3) Aufklaerung der Wirkung von Ozon auf organische Wasserinhaltsstoffe und Entwicklung eines Verfahrens der kombinierten Anwendung von Ozon und biologischer Behandlung fuer Abwasser, 4) Verfahrensentwicklung zur Teilentsalzung von Wasser durch Ionenaustausch, insbesondere zur Verminderung des Nitratgehaltes.

Errichtung einer Ozonungsanlage zur Entfärbung von stark farbigen Abwässern aus der Reaktivfärbung und Recycling des entfärbten Abwassers

Die Hecking Deotexis GmbH ist ein 150 Jahre altes, mittelständisch geprägtes Textilunternehmen am Standort Neuenkirchen. Das Unternehmen stellt Oberbekleidungsstoffe für Damen und Herren her. Es verfügt über eine Weberei, Färberei und Ausrüstung. So werden u. a. Baumwolle und Elastomerfäden mit Reaktivfarbstoffen und Pigmenten gefärbt. Eine Besonderheit ist die Indigo-Kettfärbeanlage für Jeans. Die Firma plant die Errichtung einer neuen Anlage, wo die konzentrierten Abwässer aus der Färberei von Baumwollwebware mit Hilfe eines Ozonungsverfahren entfärbt und praktisch vollständig wieder verwendet werden sollen. Dazu sollen die konzentrierten Farbabwässer aus den verschiedenen Behandlungsstufen zusammengeführt und in einem Reaktor mit Ozon entfärbt werden. Die Ozonungsanlage wird in eine neue betriebliche Anlage integriert. Die Wiederverwendung des entfärbten Abwassers kann allerdings wegen der Aufkonzentrierung der Salze nicht im kompletten Kreislauf stattfinden. Die eine Hälfte soll als Waschwasser wieder in die Farbnachwäsche gehen, d.h. im eigentlichen Färbeprozess wieder eingesetzt werden, die andere Hälfte soll für innerbetriebliche Prozesse wie das Reinigen von Gefäßen und Ansatzbehältern genutzt werden. Dieses hat eindeutige Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahren. So ist kein Einsatz zusätzlicher Chemikalien notwendig, es erfolgt eine Verringerung der anfallenden Klärschlammmenge und eine Einsparung von über 5000 Kubikmeter Frischwasser pro Jahr. Auch die kommunale Kläranlage, in die die Färbeabwässer bislang ungeklärt eingeleitet wurden, wird deutlich entlastet. Allerdings liegt der Energiebedarf bei der Ozonung höher, soll aber durch eine Optimierung des Verfahrens gesenkt werden.

Wirkung von Ozon auf organische Wasserschadstoffe

Identifizierung und quantitative Bestimmung der bei der Ozonierung von Wasser aus den darin enthaltenen organischen Stoffen entstehenden Produkten in Abhaengigkeit von Reaktionszeit und der Ozondosis. Untersuchung der Moeglichkeit zur biologischen Nachreinigung ozonierter Abwaesser.

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.

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.

Künstliche Grundwasseranreicherung als Hybridverfahren als Adaptierungsstrategie für eine resistente und nachhaltige Grundwasserressource, Teilprojekt 2

Automatisierte Bestimmung der Ozonzehrung (µAutOzon)

ThWIC: Vorhersage der Abbaubarkeit von Wasserschadstoffen in technischen Verfahren durch künstliche Intelligenz, Teilvorhaben A

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