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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^RWTH*

2016 & 2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Fang Fang Zhao

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (XV, 247 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2017

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Pinnekamp, Johannes (Thesis advisor)^RWTH* ; Steinmetz, Heidrun (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-11-28

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-119601
DOI: 10.18154/RWTH-2016-11960
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/680759/files/680759.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/680759/files/680759.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

1. Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Siedlungsabfallwirtschaft und Institut für Siedlungswasserwirtschaft (314110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
granular activated carbon (GAC) (frei) ; microwave reactevation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3

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.

Activated carbon is a common media for removing micropollutants out of wastewater. It presents plenty advantages such as no treatment by-products, no increase of sewage sludge. Most importantly, activated carbon can be produced from renewable raw materials. Disadvantages of activated carbon, however, include its high costs and the disposal of loaded activated carbon. Loaded granular activated carbon (GAC) can be thermally reactivated for reuse, which, however, usually causes high energy consumption.Microwave irradiation can be used for the reactivation of GAC saturated with one substance, as proved in plenty researches. This research found that microwave irradiation can reactivate the GAC used in the fourth purification stage of a municipal wastewater treatment plant for treating micropollutants. Loaded GAC could be reactivated with microwave irradiation and reused several times without loss of its adsorption capacity. The burn-off of the GAC during the reactivation was approximately 5%. The optimum GAC reactivation parameters were determined at 500 °C, 100 min operation time, 23% water content of the GAC, and 0.1 g/min steam furnace atmosphere. The mean pore size turned bigger after the reactivation at the optimum operation. The ash content of GAC decreased slightly after microwave reactivation. The content of volatile components dropped as well. The lab-scale experiments of this study showed approximately the same energy consumption for GAC reactivation as that from the conventional reactivation plants. Comparative studies with an industrial waste water treatment plant showed that the optimum reactivation conditions of the same GAC can vary at different loads.Although the microwave technology has not yet been applied to GAC reactivation industry, the laboratory study shows its suitability. But exhaust gases out of the reactivation must be purified in a large-scale microwave plant. Yet, technical implementation must take account of the small penetration depth of the microwaves into the GAC, the "hot spots" and the "thermal runaway" issues.Once these technical challenges get solved, microwave technology can be applied for an on-site reactivation of the GAC on the waste water treatment plants, especially thanks to the easy control and flexibility of the microwave facilities. In this way, wastewater treatment plant can improve its Life Cycle Assessments for the GAC usage, via largely avoiding the transport of the GAC from and to the central reactivation plants. Furthermore, another technical solution for environmental protection and sustainable development could be to develop a mobile GAC microwave reactivation system to flexibly serve plenty waste water treatment plants with GAC filtration.

OpenAccess:
PDF PDF (PDFA)
(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
print, online

Sprache
German

Externe Identnummern
HBZ: HT019210349

Interne Identnummern
RWTH-2016-11960
Datensatz-ID: 680759

Beteiligte Länder
Germany