Anwendung von Mikrowellen zur Reaktivierung von granulierter Aktivkohle aus der Abwasserbehandlung:
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Aachen
Gesellschaft zur Förderung der Siedlungswasserwirtschaft an der RWTH Aachen e.V.
2016
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243 |
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GEWÄSSERSCHUTZ • WASSER • ABWASSER
243
FANG FANG ZHAO
ANWENDUNG VON MIKROWELLEN ZUR REAKTIVIERUNG VON
GRANULIERTER AKTIVKOHLE AUS DER ABWASSERBEHANDLUNG
HERAUSGEBER
Professor Dr -Ing J Pinnekamp
INSTITUT FÜR SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT
DER RHEIN -WESTF TECHN HOCHSCHULE AACHEN
AACHEN 2016
VERTRIEB: GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT
AN DER RWTH AACHEN EV, 52056 AACHEN
VERZEICHNISSE
Inhaltverzeichnis
Tabellenverzeichnis V
Abbildungsverzeichnis VIII
Abkürzungsverzeichnis XII
Symbolverzeichnis XIV
1 Veranlassung und Zielsetzung 1
2 Stand des Wissens 4
2 1 Spurenstoffe und Spurenstoffelimination 4
211 Spurenstoffe in der aquatischen Umwelt 4
2111 Herkunft, Eintragspfade, Eigenschaften und Umweltwirkungen 4
2112 Gesetzgebung 6
212 Technische Möglichkeiten zur Spurenstoffelimination 8
2121 Oxidationsverfahren 9
2122 Adsorptionsverfahren 10
2123 Fazit 17
2 2 Grundlagen der Adsorption 17
221 Begriffe und Verlauf der Adsorption 17
222 Charakterisierung der Adsorption 21
2221 Adsorptionsgleichgewicht und -isothermen 21
2222 Durchbruchskurve und Kleinfilterschnelltest (RSSCT) 22
223 Einflussparameter auf die Adsorption 28
2231 Adsorbens 28
2232 Adsorptiv 28
2233 Weitere physikalische/chemische Bedingungen 29
2234 Konkurrierende Adsorption 30
2 3 Aktivkohle 30
231 Grundlagen Aktivkohle 30
2311 Porenstruktur und Porenverteilung 31
2312 Eigenschaften und Kennzahlen 32
232 Rohstoffe und Herstellung 37
2321 Rohstoffe 37
2322 Verfahren der Aktivkohleherstellung 38
233 Reaktivierung 39
2331 Notwendigkeit der Reaktivierung 39
2332 Verfahren der Aktivkohlereaktivierung 40
234 Marktstudie 43
VERZEICHNISSE
2341 Internationaler Aktivkohlemarkt 43
2342 Nationaler Aktivkohlemarkt 49
2343 Fazit Marktstudie 54
2 4 Mikrowellen und Mikrowellentechnik 54
241 Mikrowellen, Mikrowellenabsorption und Mikrowellentechnik 54
2411 Grundlagen Mikrowellen 54
2412 Mikrowellenabsorption und -erwärmung 55
2413 Mikrowellenanlagetechnik 58
242 Aktivkohlereaktivierung mit Mikrowellen 59
2421 Aktivkohle im Mikrowellenfeld 59
2422 Mikrowellenreaktivierung der Aktivkohle 59
2423 Einflussgrößen der Reaktivierung 60
2424 Reaktivierungserfolg 67
2425 Fazit Mikrowellenreaktivierung 71
2 5 Versuchsplanung 71
251 Statistische Versuchsplanung 71
2511 Begriffe und Definition der statistischen Versuchsplanung 73
2512 Vorgehensweise bei der statistischen Versuchsplanung 75
252 Orthogonale Versuchsplanung nach Taguchi 76
2521 Taguchi s orthogonale Felder/Pläne 76
2522 Auswertung mit Taguchi s orthogonale Felder/Pläne 78
3 Material und Methoden 80
3 1 Analysemethoden 80
311 Bestimmung von SAK254 80
312 DOC-Analytik 80
313 Gasanalytik 81
314 Spurenstoffanalytik 81
315 GAK-Analytik 85
3 2 Materialien 85
321 Die Aktivkohle 85
322 Das Wasser 86
323 Auswahl von Spurenstoffen 87
3 3 Anlageaufbau und Versuchsdurchführung 96
331 Vorversuche 97
3311 Bestimmung der Sieblinie 97
3312 Bestimmung der DOC-Adsorptionsisothermen nach Freundlich 97
3313 Temperaturkorrektur des Mikrowellenofens 98
VERZEICHNISSE
3314 Beladungsstation und -geschwindigkeit 99
332 Ermittlung der optimalen Reaktivierungsbedingungen 100
3321 Versuchsaufbau 100
3322 Versuchsdurchführung 103
333 Reaktivierungserfolg mit RSSCT-Methode 106
3331 Auslegung und Aufbau der RSSCT-Anlage 106
3332 Versuchsdurchführung 108
3 4 Betriebliche Aspekte 111
341 Temperaturentwicklung 111
342 Hot-spots, Plasma- und Funkenbildung 111
343 Abfallprodukte 112
4 Ergebnisse und Diskussion 113
4 1 Vorversuche 113
411 Sieblinie 113
412 DOC-Adsorptionsisothermen nach Freundlich 114
413 Temperaturkorrektur des Mikrowellenofens 115
414 Beladungsstation und -geschwindigkeit 120
4 2 Optimale Reaktivierungsbedingungen 121
421 Optimale Reaktivierungsbedingungen für DOC-Elimination 121
4211 Reaktivierungskennzahl 121
4212 weitere GAK-Kennzahlen 133
4213 Energiebedarf bei unterschiedlichen Reaktivierungseinstellungen 140
4214 Abgaszusammensetzung 145
422 Reaktivierung von GAK unter optimalen Reaktivierungsbedingungen 147
4221 Reaktivierungskennzahl in Bezug auf DOC-Elimination 147
4222 Reaktivierungskennzahl in Bezug auf GAK-Kennzahlen 149
4223 Energiebedarf der optimalen Reaktivierung der GAK 150
4224 Abgasanalyse 151
4 3 Beurteilung des Reaktivierungserfolgs mittels RSSCT-Methode 151
431 DOC-Elimination 152
432 Spurenstoffelimination 154
4321 Reaktivierbarkeit in Bezug auf Spurenstoffe 156
4322 Diskussion 165
433 Energiebedarf der Reaktivierung in den RSSCT-Versuchen 168
4331 Ergebnisse und Auswertung 168
4332 Diskussion 170
4 4 Betriebliche Aspekte 171
III
VERZEICHNISSE
441 Temperaturentwicklung 171
442 hot-spots, Plasma- und Funkenbildung 173
443 Abfallprodukte 175
5 Überprüfung einer technischen Umsetzung 176
5 1 Energiebedarfsprüfung der GAK-Reaktivierungstechnologie mit Mikrowellen 176
511 Primärenergiebedarf 176
512 Kosten für den Stromverbrauch einer Mikrowellenreaktivierung 178
5 2 Überprüfung der Übertragbarkeit der Reaktivierungstechnologie mit Mikrowellen 178
521 Technische Umsetzung 178
522 Abfallstoffe 182
5 3 Zukünftige Konzepte 183
531 On-Site Reaktivierung und mobile Anlage 183
532 Energiebedarf 184
6 Zusammenfassung und Ausblick 186
Literaturverzeichnis 189
Anhang 217
A 1 Statistische Grundlagen 217
A 2 Messdaten für Sieblinien 221
A 3 Reaktivierungsleistung in vier Reaktivierungsrunden 222
A 4 Verbrennungsverluste in vier Reaktivierungsrunden 223
A 5 DOC Elimination bei RSSCT-Versuchen 224
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