Anwendung von Mikrowellen zur Reaktivierung von granulierter Aktivkohle aus der Abwasserbehandlung

• Application of microwaves for the reactivation of granulated activated carbon from waste water treatment

Zhao, Fang Fang; Pinnekamp, Johannes (Thesis advisor); Steinmetz, Heidrun (Thesis advisor)

Aachen (2016, 2017)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Kurzfassung

Es wurde festgestellt, dass Aktivkohleadsorption zur Elimination von Mikroschadstoffe aus dem Abwasser grundsätzlich geeignet ist. Dabei fallen zum Beispiel keine Nebenprodukte an. Der Klärschlammanfall wird nicht erhöht. Die Aktivkohle kann aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Nachteil sind die Aktivkohlekosten und die Kosten für die Entsorgung der beladenen Aktivkohle. Zur Kostensenkung wird beladene Aktivkohle energieintensiv thermisch reaktiviert. Mikrowellenbestrahlung ist zur Reaktivierung der Aktivkohle, die mit einzelnen Stoffen beladen ist, geeignet, was in vielen Forschungen erwiesen wurde. In dieser Arbeit wurde festgestellt, dass mit Mikrowellenbestrahlung auch die Aktivkohle, die in der vierten Reinigungsstufe des kommunalen Abwassers für die Spurenstoffelimination eingesetzt werden, reaktiviert werden kann. Beladene Aktivkohle kann durch Mikrowellenbestrahlung mehrmals reaktiviert und wiederverwendet werden ohne dass die Reinigungsleistung nachlässt. Der Abbrand bei dieser Reaktivierung beträgt circa 5%. Die optimalen Einstellungen der Betriebsparameter wurden festgestellt zu 500 °C Reaktivierungstemperatur, 100 min Reaktivierungsdauer, 23% Wassergehalt der Aktivkohle, wasserdampfhaltiger (0,1 g/min) Ofenatmosphäre. Durch die Reaktivierung verändert sich die Porengrößenverteilung hinzu größeren Poren. Der Aschegehalt erhörte sich durch die Reaktivierung geringfügig. Das Gehalt an flüchtigen Bestandteilen verringerte sich. Der Energiebedarf dafür konnte aus den Laborwerten als etwa gleichgroß wie bei großtechnischen konventionellen Reaktivierungsanlagen abgeschätzt werden. Vergleichende Untersuchungen mit einem industriellen geprägten Abwasser zeigten, dass die optimalen Reaktivierungsbedingungen bei unterschiedlichen Schadstoffbelastungen andere sein können. Großtechnisch kann Mikrowellentechnik zwar bisher noch nicht für die GAK-Reaktivierung angewendet werden, die Laboruntersuchungen zeigen aber die grundsätzliche Eignung. Die Abgase bei einer großtechnischen Mikrowellen-analage müssen besonders gereinigt werden. Verfahrenstechnisch zu beachten ist die geringe Eindringtiefe der Mikrowellen in die Aktivkohle, die "hot-spots"-Bildung und "thermal runaway". Nach Klärung dieser Aspekte ermöglichen die Regelungsmöglichkeiten und Flexibilität der Mikrowellentechnologie eine on-site Reaktivierung der Aktivkohle auf den Kläranlagen. Durch den wegfallenden Transport der Aktivkohle zu bzw. von einer zentralen Reaktivierungsanlage können die Ökobilanzen des GAK-Einsatzes verbessert werden. Weiterhin stellt eine mobile Reaktivierungsanlage für mehrere Kläranlagen mit GAK-Anlagen eine denkbare technische Lösung zum Umweltschutz und zur Ressourcenschonung dar.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft und Institut für Siedlungswasserwirtschaft [314110]