Membranfiltration und Bioreaktor zur Eliminierung chlorierter Kohlenwasserstoffe aus Industrieabwässern:
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Aachen
Shaker
2003
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|
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| adam_text | Titel: Membranfiltration und Bioreaktor zur Eliminierung chlorierter Kohlenwasserstoffe aus Industrieabwäs
Autor: Schierenbeck, Anne
Jahr: 2003
Inhalt
1 EINLEITUNG__....___.........___.___....._________...____________—____.......................................__1
1.1 Problemstellung: Chlorierte Kohlenwasserstoffe im Industrieabwasser - Grenzen bestehender
Abwasserreinigungsverfahren.....................................................................................................................1
1.2 Lösungsansatz: Produktionsintegrierter Umweltschutz..............................................................................2
1.3 Zielsetzung: Entwicklung und Erprobung einer Verfahrenstechnik zur Eliminierung chlorierter
Kohlenwasserstoffe aus dem Industrieabwasser im produktionsintegrierten Einsatz.................................3
2 CHLORIERTE KOHLENWASSERSTOFFE IM INDUSTRIEABWASSER-----------------------------S
2.1 Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW)......................................................................................................5
2.1.1 Charakterisierung................................................................................................................................5
2.1.2 Anwendung..........................................................................................................................................5
2.1.3 AOX als Summenparameter.................................................................................................................6
2.1.4 Ökotoxikologische Bewertung.............................................................................................................*
2.7.5 Biologischer Abbau chlorierter Kohlenwasserstoffe...........................................................................8
2.2 Modellsubstanzen.......................................................................................................................................9
2.2. J i-CUorbenzoesäure.............................................................................................................................9
2.2.2 4-CUorphenol....................................................................................................................................13
2.3 Praxisbeispiel: Abwasser aus der Filzfrei-Behandlung von Wolle...........................................................17
2.3.1 Verfahren...........................................................................................................................................17
2.3.2 Entstehendes Abwasser......................................................................................................................18
2.3.3 Derzeitige Abwasserbehandlung.......................................................................................................19
3 VERFAHREN ZUM ABBAU CHLORIERTER KOHLENWASSERSTOFFE AUS DEM
INDUSTRIEABWASSER___________________________________________________________21
3.1 Biologische Abwasserreinigung...............................................................................................................21
3.1.1 Charakterisierung..............................................................................................................................21
3.1.2 Kinetik biologischer Prozesse............................................................................................................21
3.1.3 Anwendung zum Abbau chlorierter Kohlenwasserstoffe aus dem Industrieabwasser......................24
3.2 Membranfiltration.....................................................................................................................................25
3.2.1 Verfahren...........................................................................................................................................25
3.2.2 Anwendung im Bereich der Abwasserreinigung................................................................................27
3.3 Kombinaüonsverfahren............................................................................................................................28
4 MATERIAL UND METHODEN______________________________________________________31
4.1 Konzept des Suspensions-Membranreaktors............................................................................................31
4.2 Versuchsanlagen.......................................................................................................................................33
4.2.1 Suspensions-Membranreaktor (einstufig)..........................................................................................33
4.2.2 Airlift-Schlaufenreaktor.....................................................................................................................35
4.2.3 Zweistufige Anlageßr die Versuche mit synthetischem Abwasser....................................................36
4.2.4 Zweistufige Anlage für die Versuche mit realem Abwasser...............................................................38
4.3 Abwasser..................................................................................................................................................41
4.3.1 Synthetisches Abwasser.....................................................................................................................41
4.3.2 Industrielles Abwasser.......................................................................................................................41
4.4 Messtechnik und Analytik........................................................................................................................42
4.4.1 pH-Wert und Leitfähigkeit.................................................................................................................42
4.4.2 Trockensubstanz-Konzentration (TS).................................................................................................42
4.4.3 Konzentration gelöster organisch gebundener Kohlenstoff (DOC)...................................................
4.4.4 3-Chlorbenzoesäure- sowie4-Chlorphenol-Konzentration mittels HPLC........................................42
4.4.5 lonenkonzentrationen......................................... .....................................................42
II
4.4.6 Konzentration an Aktivkohle adsorbierbarer organisch gebundener Halogenide (AOX).................42
4.4.7 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)..................................................................................................43
4.4.8 Dehydrogenasen-Aktivität.................................................................................................................43
4.4.9 Toxizität mittels Leuchtbakterientest.................................................................................................43
4.5 Durchführung...........................................................................................................................................44
4.5.1 Inbetriebnahme..................................................................................................................................44
4.5.2 Versuchsdurchführung.......................................................................................................................44
ERGEBNISSE UND DISKUSSION__________________________________________________47
5.1 Biologischer Abbau und Rückhaltung von 3-Chlorbenzoesäure im einstufigen Suspensions-Merabranreaktor
47
5././ Abbaugrad.........................................................................................................................................47
5.1.2 Ausbeute.............................................................................................................................................52
5.1.3 Biologische Aktivität..........................................................................................................................55
5.1.4 Einfluss einer zweiten, leicht abbaubaren Kohlenstoffquelle............................................................57
5.2 Biologischer Abbau und Rückhaltung von 4-Chlorphenol im einstufigen Suspensions-Membranreaktoröl
5.2.1 Abbaugrad.........................................................................................................................................61
5.2.2 Raum-Zeit-Ausbeute..........................................................................................................................64
5.2.3 Spezifische Ausbeute..........................................................................................................................66
5.3 Biologischer Abbau und Rückhaltung von 4-Chlorphenol in der zweistufigen Versuchsanlage..............69
5.3.1 Konzentrationsverläufe......................................................................................................................69
5.3.2 Rückhaltung.......................................................................................................................................75
5.3.3 Abbaugrad.........................................................................................................................................78
5.3.4 Ausbeute.............................................................................................................................................82
5.4 Produktionsintegrierter Einsatz des zweistufigen Reaktorsystems zur Behandlung eines Abwassers aus der
Filzfrei-Behandlung von Wolle................................................................................................................86
5.4.1 Konzentrationsverläufe......................................................................................................................86
5.4.2 Rückhaltung.......................................................................................................................................91
5.4.3 Abbaugrad.........................................................................................................................................94
5.4.4 Toxizität.............................................................................................................................................97
5.4.5 Raum-Zeit-Ausbeute..........................................................................................................................98
MODELLIERUNG_______________________________________________________________103
6.1 Grundlagen.............................................................................................................................................103
6.1.1 Ziel...................................................................................................................................................103
6.1.2 Verweilzeitcharakteristik.................................................................................................................103
6.1.3 Dispersionsmodell...........................................................................................................................105
6.1.4 Reaktion...........................................................................................................................................106
6.1.5 Theoretischer Verlauf des Restanteils in Abhängigkeit der Damköhler-Zahl.................................707
6.2 Reaküonstechnische Bewertung des einstufigen Suspensions-Membranreaktors..................................108
6.2.1 Berücksichtigung des Rückhalts......................................................................................................108
6.2.2 Vemeilzeitanalyse...........................................................................................................................109
6.2.3 Restanteil in Abhängigkeit der Damköhler-Zahl.............................................................................110
FAZIT UND AUSBLICK_______._.„__________—__________~~______________________113
ra
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Titel: Membranfiltration und Bioreaktor zur Eliminierung chlorierter Kohlenwasserstoffe aus Industrieabwäs
Autor: Schierenbeck, Anne
Jahr: 2003
Inhalt
1 EINLEITUNG_._._._._._—_._1
1.1 Problemstellung: Chlorierte Kohlenwasserstoffe im Industrieabwasser - Grenzen bestehender
Abwasserreinigungsverfahren.1
1.2 Lösungsansatz: Produktionsintegrierter Umweltschutz.2
1.3 Zielsetzung: Entwicklung und Erprobung einer Verfahrenstechnik zur Eliminierung chlorierter
Kohlenwasserstoffe aus dem Industrieabwasser im produktionsintegrierten Einsatz.3
2 CHLORIERTE KOHLENWASSERSTOFFE IM INDUSTRIEABWASSER-----------------------------S
2.1 Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW).5
2.1.1 Charakterisierung.5
2.1.2 Anwendung.5
2.1.3 AOX als Summenparameter.6
2.1.4 Ökotoxikologische Bewertung.*
2.7.5 Biologischer Abbau chlorierter Kohlenwasserstoffe.8
2.2 Modellsubstanzen.9
2.2. J i-CUorbenzoesäure.9
2.2.2 4-CUorphenol.13
2.3 Praxisbeispiel: Abwasser aus der Filzfrei-Behandlung von Wolle.17
2.3.1 Verfahren.17
2.3.2 Entstehendes Abwasser.18
2.3.3 Derzeitige Abwasserbehandlung.19
3 VERFAHREN ZUM ABBAU CHLORIERTER KOHLENWASSERSTOFFE AUS DEM
INDUSTRIEABWASSER_21
3.1 Biologische Abwasserreinigung.21
3.1.1 Charakterisierung.21
3.1.2 Kinetik biologischer Prozesse.21
3.1.3 Anwendung zum Abbau chlorierter Kohlenwasserstoffe aus dem Industrieabwasser.24
3.2 Membranfiltration.25
3.2.1 Verfahren.25
3.2.2 Anwendung im Bereich der Abwasserreinigung.27
3.3 Kombinaüonsverfahren.28
4 MATERIAL UND METHODEN_31
4.1 Konzept des Suspensions-Membranreaktors.31
4.2 Versuchsanlagen.33
4.2.1 Suspensions-Membranreaktor (einstufig).33
4.2.2 Airlift-Schlaufenreaktor.35
4.2.3 Zweistufige Anlageßr die Versuche mit synthetischem Abwasser.36
4.2.4 Zweistufige Anlage für die Versuche mit realem Abwasser.38
4.3 Abwasser.41
4.3.1 Synthetisches Abwasser.41
4.3.2 Industrielles Abwasser.41
4.4 Messtechnik und Analytik.42
4.4.1 pH-Wert und Leitfähigkeit.42
4.4.2 Trockensubstanz-Konzentration (TS).42
4.4.3 Konzentration gelöster organisch gebundener Kohlenstoff (DOC).
4.4.4 3-Chlorbenzoesäure- sowie4-Chlorphenol-Konzentration mittels HPLC.42
4.4.5 lonenkonzentrationen. .42
II
4.4.6 Konzentration an Aktivkohle adsorbierbarer organisch gebundener Halogenide (AOX).42
4.4.7 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB).43
4.4.8 Dehydrogenasen-Aktivität.43
4.4.9 Toxizität mittels Leuchtbakterientest.43
4.5 Durchführung.44
4.5.1 Inbetriebnahme.44
4.5.2 Versuchsdurchführung.44
ERGEBNISSE UND DISKUSSION_47
5.1 Biologischer Abbau und Rückhaltung von 3-Chlorbenzoesäure im einstufigen Suspensions-Merabranreaktor
47
5././ Abbaugrad.47
5.1.2 Ausbeute.52
5.1.3 Biologische Aktivität.55
5.1.4 Einfluss einer zweiten, leicht abbaubaren Kohlenstoffquelle.57
5.2 Biologischer Abbau und Rückhaltung von 4-Chlorphenol im einstufigen Suspensions-Membranreaktoröl
5.2.1 Abbaugrad.61
5.2.2 Raum-Zeit-Ausbeute.64
5.2.3 Spezifische Ausbeute.66
5.3 Biologischer Abbau und Rückhaltung von 4-Chlorphenol in der zweistufigen Versuchsanlage.69
5.3.1 Konzentrationsverläufe.69
5.3.2 Rückhaltung.75
5.3.3 Abbaugrad.78
5.3.4 Ausbeute.82
5.4 Produktionsintegrierter Einsatz des zweistufigen Reaktorsystems zur Behandlung eines Abwassers aus der
Filzfrei-Behandlung von Wolle.86
5.4.1 Konzentrationsverläufe.86
5.4.2 Rückhaltung.91
5.4.3 Abbaugrad.94
5.4.4 Toxizität.97
5.4.5 Raum-Zeit-Ausbeute.98
MODELLIERUNG_103
6.1 Grundlagen.103
6.1.1 Ziel.103
6.1.2 Verweilzeitcharakteristik.103
6.1.3 Dispersionsmodell.105
6.1.4 Reaktion.106
6.1.5 Theoretischer Verlauf des Restanteils in Abhängigkeit der Damköhler-Zahl.707
6.2 Reaküonstechnische Bewertung des einstufigen Suspensions-Membranreaktors.108
6.2.1 Berücksichtigung des Rückhalts.108
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