Untersuchungen zur Elimination von Phosphor aus phosphonathaltigen Industrieabwässern:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
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München
DIV Deutscher Industrieverlag GmbH
2016
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| Schriftenreihe: | Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft
233 |
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| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS.........................................................................................................XVII
TABELLENVERZEICHNIS.............................................................................................................XXIII
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS.......................................................................................................
XXV
1
EINLEITUNG...............................................................................................................................1
1.1
MOTIVATION.........................................................................................................................1
1.2 FRAGESTELLUNG UND ZIELSETZUNG
........................................................................................
4
2
PHOSPHONATE.........................................................................................................................
7
2.1 PHYSIKOCHEMISCHE
EIGENSCHAFTEN..................................................................................
7
2.2
SAEUREKONSTANTEN..............................................................................................................9
2.3
KOMPLEXBILDUNG...............................................................................................................9
2.4 WIRKUNGSWEISE
( THRESHOLD-EFFEKT ).............................................................................
10
2.5
PHOSPHONATANALYTIK.......................................................................................................
11
2.6
EINSATZGEBIETE...............................................................................................................12
2.7 WELTWEITER
VERBRAUCH..............................................................................................
15
2.8 BILANZIERUNG IN
DEUTSCHLAND..........................................................................................18
2.9
ZUSAMMENFASSUNG.......................................................................................................
21
3 UMWELTRELEVANZ VON
PHOSPHONATEN................................................................................
23
3.1
UMWELTVORKOMMEN.......................................................................................................
23
3.2
UMWELTVERHALTEN...........................................................................................................
26
3.3
ABBAUPRODUKTE...............................................................................................................27
3.4
OEKOTOXIZITAET....................................................................................................................28
3.5
EUTROPHIERUNGSPOTENTIAL................................................................................................30
3.6
SCHWERMETALLREMOBILISIERUNG.......................................................................................
34
3.7
ZUSAMMENFASSUNG.......................................................................................................35
4 STAND DER WISSENSCHAFT ZU VERFAHREN ZUR ELIMINATION VON PHOSPHONATEN
..............
37
4.1 ELIMINATION MITTELS MN!L/0
2.............................................................................................37
4.1.1 STAND DES W
ISSENS................................................................................................37
4.1.2 TECHNISCHE UMSETZUNG UND OFFENE FRAGEN
.........................................................
39
4.2 ELIMINATION MITTELS FE /AL /LAUGE
(FAELLUNG/FLOCKUNG)................................................. 40
4.2.1 ADSORPTION AN ANORGANISCHEN FESTSTOFFEN
...........................................................
40
4.2.2 FAELLUNG/FLOCKUNG MITTELS
METALLSALZEN..................................................................42
4.2.3 FAELLUNG/FLOCKUNG MITTELS
LAUGE............................................................................
45
4.2.4 TECHNISCHE UMSETZUNG UND OFFENE FRAGEN
.........................................................
46
XIII
4.3 ELIMINATION MITTELS UV/FE, UV/FE /H20 2, FE /H20 2
....................................................47
4.3.1 METALLKATALYSIERTE PHOTOLYSE (UV/FE11)
.................................................................. 47
4.3.2 (PHOTO-)FENTON (UV/FE /H202 BZW. FEM/H202)
....................................................
50
4.3.3 TECHNISCHE UMSETZUNG UND OFFENE
FRAGEN..........................................................52
4.4 ELIMINATION MITTELS OZON (0 3)
........................................................................................54
4.5 BIOLOGISCHE ABBAUBARKEIT UND ELIMINATION IN KOMMUNALEN KLAERANLAGEN
...................
56
4.5.1 BIOLOGISCHE ABBAUBARKEIT
......................................................................................
56
4.5.1.1 C-P-BINDUNGSSPALTUNG DURCH BAKTERIENSTAEMME
...............................................
56
4.5.1.2 AEROBE UND ANAEROBE ABBAUTESTS
.....................................................................
58
4.5.2 ADSORPTION AN BELEBTSCHLAMM UND FAULSCHLAMM
................................................
59
4.5.2.1 ADSORPTION AN
BELEBTSCHLAMM............................................................................59
4.5.2 2 ADSORPTION AN
FAULSCHLAMM...............................................................................60
4.5.3 VERHALTEN IN KOMMUNALEN
KLAERANLAGEN.................................................................61
4.5.4 EINFLUSS VON PHOSPHONATEN AUF DIE PHOSPHATELIMINATION
....................................
65
4.6
ZUSAMMENFASSUNG.......................................................................................................
66
5 MATERIAL UND
METHODEN.....................................................................................................71
5.1
UEBERBLICK........................................................................................................................
71
5.2 UNTERSUCHTE
ABWAESSER..................................................................................................73
5.2.1
VORBEMERKUNGEN....................................................................................................
73
5.2.2 MEMBRANKONZENTRAT EINER NANOFILTRATIONSANLAGE
.................................................
75
5.2.3 KUEHLTURMABFLUT EINES
STEINKOHLEKRAFTWERKS...........................................................76
5.2.4 ABWASSER AUS DER PAPIERPRODUKTION
.....................................................................
76
5.2.5 ABWASSER AUS SPUELPROZESSEN DER PHOSPHONATPRODUKTION
..................................
77
5.2.6 BLEICHFLOTTENABWASSER EINES
TEXTILVEREDLUNGSBETRIEBS.........................................77
5.3 VERSUCHSKONZEPT UND VORGEHENSWEISE
.......................................................................
80
5.3.1 AUSWAHLKRITERIEN FUER DIE ZU UNTERSUCHENDEN ELIMINATIONSVERFAHREN
...................
80
5.3.2 ELIMINATION MITTELS MN /02
.....................................................................................
81
5.3.2.1
VERSUCHSKONZEPT.................................................................................................
81
5.3.2.2 UEBERSICHT UEBER DIE
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG.........................................................62
5.3 2.3 EINFLUSS DES PH-WERTS ( V I)
.............................................................................
82
5.3.2.4 UNTERSUCHUNG DER REAKTIONSZEIT (V2)
................................................................
83
5.3.2 5 EINFLUSS VON ABWASSERMATRIX
(V3)......................................................................83
5.3.3 ELIMINATION MITTELS FE H/AP/LAUGE
(FAELLUNG/FLOCKUNG)..........................................84
5.3.3.1
VERSUCHSKONZEPT.................................................................................................
84
5.3.3.2 UEBERSICHT UEBER DIE
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG.........................................................
86
5.3.3.3 FEIM/ALIH IN REINSTWASSERMATRIX
(V4)....................................................................87
5.3.3.4 FELLL/AL111 IN ABWASSERMATRIX (FLOCKUNGSMITTEL-VARIATION) (V5
UND V 7)............90
5.3.3.5 H2S04/NA0H/CA(0H)2 IN ABWASSERMATRIX (PH-VARIATION) (V6, V8 UND
V9)... 90
5.3.4 ELIMINATION MITTELS UV/FE , UV/FEM/H20 2, FE /H202
.............................................
91
5.3.4.1
VERSUCHSKONZEPT................................................................................................91
5.3.4.2 UEBERSICHT UEBER DIE
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG........................................................94
5.3.4.3
UV-STRAHLER........................................................................................................
97
5.3.4.4 H
2
C
2
-DOSIERUNG..................................................................................................98
5.3.4.5 FEM/H
2
C
2
IN REINSTWASSERMATRIX (V
I0)............................................................ 100
5.3.4 6 UV/FE VHHCB IN REINSTWASSERMATRIX (EINFLUSS VON FREMDMETALLEN)
(V II)... 100
5.3.4.7 UV/FE , UV/H20 2, UV/FE /H202 IN REINSTWASSERMATRIX
(V12-V13).............101
5.3 4.8 UV/FE , UV/H20 2, UV/FEM/H20 2 IN KUEHLTURMABFLUT (V I4 )
..........................
101
5.3.4.9 (UV/)FE /H202 IN ORGANISCH BELASTETEN ABWAESSERN (V15-V18)
...................
102
5.4
ANALYTIK.........................................................................................................................104
5.4.1 GESAMT-PHOSPHOR UND ORTHO-PHOSPHAT (
0
-PO
4
3 )
..............................................
104
5.4.2 CHEMISCHER
SAUERSTOFFBEDARF..............................................................................
105
5.4.3 WASSERHAERTE, CALCIUM,
MAGNESIUM.....................................................................106
5.4.4
WASSERSTOFFPEROXIDRUECKSTAND..............................................................................
106
5.4.5
SCHLAMMVOLUMEN...........................................................................................
106
5.4.6
GESAMT-EISEN......................................................................................................
106
5.4.7
PH-WERT................................................................................................................
106
5.5 REAGENZIEN UND CHEMIKALIEN
....................................................................................
106
6 ERGEBNISSE UND
DISKUSSION...........................................................................................
107
6.1 ELIMINATION MITTELS
MN/OZ...........................................................................................107
6.1.1 EINFLUSS DES PH-WERTS (V
I).................................................................................
107
6.1.2 UNTERSUCHUNG DER REAKTIONSZEIT (V2)
...............................................................
110
6.1.3 EINFLUSS VON ABWASSERMATRIX (V3)
......................................................................
111
6.1.4
ZUSAMMENFASSUNG...............................................................................................
112
6.2 ELIMINATION MITTELS FENI/AIL/LAUGE (FAELLUNG/FLOCKUNG)
...............................................
113
6.2.1 FE1 UND AI1 IN REINSTWASSERMATRIX
(V4).............................................................113
6.2.2 FE UND AI IN ABWASSERMATRIX (V
5).................................................................. 118
6.2.3 FE UND AI IN ABWASSERMATRIX UNTER PH-VARIATION
(V6)....................................122
6.2.4 FE IN ABWASSERMATRIX (DETAILLIERTERE ANALYSE)
(V7)..........................................127
6.2.5 H
2
SO
4
, NAOH UND CA(OH)2 IN ABWASSERMATRIX
(V8).........................................131
6.2.6 NAOH UND CA(OH
)2
IN MEMBRANKONZENTRAT (V9)
...............................................
133
6.2.7
ZUSAMMENFASSUNG...............................................................................................136
6.3 ELIMINATION MITTELS UV/FE, UV/FE/H20 2, FE/H20 2
.................................................
139
6.3.1 FE /H20 2 IN REINSTWASSERMATRIX (V I0 )
...............................................................
139
6.3.2 UV/FELL/H20 2 IN REINSTWASSERMATRIX (EINFLUSS VON FREMDMETALLEN)
(VI I )
......
140
6.3.3 UV/FE , UV/H20 2, UV/FE /H20 2 IN REINSTWASSERMATRIX (H20 2-VAR.)
(V I2)
.......
143
6.3.4 UV/FE , UV/H20 2, UV/FE /H20 2 IN REINSTWASSERMATRIX (V I3)
...........................
145
6.3.5 UV/FE , UV/H20 2, UV/FE /H20 2 IN KUEHLTURMABFLUT (V
I4)....................................149
6.3.6 FE /H20 2 IN PHOSPHONATPRODUKTIONSABWASSER (N1 UND N2) (V I5)
....................
151
6.3.7 (UV/)FE /H20 2 IN PAPIERPRODUKTIONSABWASSER (PH-VARIATION) (V I6 )
.................154
6.3.8 FE /H20 2 IN ORGANISCH BELASTETEN ABWAESSERN (V I7 )
..........................................
158
6.3.9 UV/FEL7FE L/ALL IN H20 2-HALTIGEM BLEICHABWASSER (V I8
)...................................162
6.3.10
ZUSAMMENFASSUNG...............................................................................................
167
7 VORSCHLAEGE ZUR TECHNISCHEN
UMSETZUNG......................................................................173
7.1
EINFUEHRUNG....................................................................................................................173
7.2
ANWENDERMATRIX...........................................................................................................
173
7.3 ELIMINATION MITTELS FE /AL /I_AUGE
(FAELLUNG/FLOCKUNG)................................................177
7.3.1 MOEGLICHKEITEN DER VERFAHRENSTECHNISCHEN
UMSETZUNG.......................................177
7.3.2 FAELLUNG/FLOCKUNG MITTELS
FEL /ALL .........................................................................
178
7.3.3 FAELLUNG/FLOCKUNG MITTELS
LAUGE...........................................................................
180
7.4 ELIMINATION MITTELS UV/FE , UV/FE /H20 2, FE /H20 2
..................................................
180
7.4.1 MOEGLICHKEITEN DER VERFAHRENSTECHNISCHEN
UMSETZUNG.......................................180
7.4.2 KATALYTISCHE PHOTOLYSE MITTELS UV/FE
................................................................
181
7.4.3 PHOTO-FENTON- (UV/FE /H20 2) BZW. FENTON-VERFAHREN (FE /H20 2)
..................
183
8
ZUSAMMENFASSUNG...........................................................................................................185
LITERATUR..................................................................................................................................
191
ANHANG....................................................................................................................................
207
A
PHOSPHONATE.....................................................................................................................
209
B STAND DER WISSENSCHAFT ZU VERFAHREN ZUR ELIMINATION VON PHOSPHONATEN
............
217
C MATERIAL UND
METHODEN....................................................................................................
219
0.1 TOTALOXIDATION VON
PHOSPHONATEN...............................................................................219
0.2
PHOSPHORBESTIMMUNG..................................................................................................
220
0.2.1 FEP04-ERFASSUNG BEI DER
O-PO^-ANALYTIK..........................................................220
0.2.2 INTERNE
QUALITAETSKONTROLLE.....................................................................................
222
0.3 EINGESETZTE
CHEMIKALIEN..............................................................................................
222
D ERGEBNISSE................................ 225
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