Grundlagen einer großtechnischen Bemessung zur Entfernung von Spurenstoffen mittels granulierter Aktivkohle

Abstract

Die hier vorliegende Masterthesis beschäftigt sich mit den Eigenschaften von Aktivkohle zur Entfernung von organischen Spurenstoffen im Kläranlagenablauf. Dabei liegt das Augenmerkmal darauf, Erkenntnisse, die das Ergebnis der durchgeführten Laborversuche sind, auf eine Großanlage zu projizieren. Es wird das Adsorptionsverhalten verschiedener organischer Spurenstoffe untersucht und dessen Einfluss auf die Auslegung einer Großanlage bewertet. Bei den gewählten Spurenstoffen handelt es sich um Östrogene und pharmazeutische Wirkstoffe. Des Weiteren werden drei verschiedene Messmethoden (LC-MS-MS-, UV-VIS- und die EEM-Messmethode) zur Bestimmung des Adsorptionsverhaltens miteinander verglichen und deren kontinuierlicher Einsatz in einer Großanlage erörtert. Darüber hinaus wird das Durchbruchsverhalten von Spurenstoffen in Aktivkohledruckfiltern durch Schnellversuche (RSSCT-Rapid Small Scale Column Test) ermittelt und die Vergleichbarkeit dieser Versuche mit der Großanlage untersucht. Zusätzlich wird die Problematik von Nebenreaktionen bei der Aktivkohleadsorption - wie die Reduktion von Nitrat zu Nitrit-, herausgearbeitet. Es hat sich gezeigt, dass eine der untersuchten Methoden (EEM) zur kontinuierlichen Messung des Kläranlagenablaufs ein hohes Potenzial zur Kontrolle der Entfernungsraten aufweist und diese Methode in weiterer Folge detaillierter bearbeitet werden soll. Ferner ergaben die Schnellversuche, dass das Durchbruchsverhalten auf eine Großanlage durchaus übertragen werden kann und eine Adsorption der getesteten Östrogene keine Schwierigkeiten für einen Aktivkohledruckfilter bereitet. Schlagwörter: Adsorption, Aktivkohle, Sexualhormone, organische Spurenstoffe, Freundlich-Isothermen, RSSCT, Durchbruchskurven

This master thesis concentrates on the behavior of granulated activated carbon to remove organic trace pollutants from a wastewater treatment plant. The results from laboratory tests should be applied on a large-scale plant. It will examine the adsorptive capacity of organic trace pollutants to value this influent to design a large-scale plant. The organic trace pollutants are estrogens and other micropollutants. Furthermore there are three different methods of measurement (LC-MS-MS-, UV-VIS- and EEM-measuring method), which will be compared with each other. Afterward a discussion of their use for the large-scale plant will take place. In addition it will determine the curve of breakthrough from an activated carbon filter by using RSSCTs (Rapid Small Scale Column Tests) and their results will be compared to a large-scale plant. The problems with side reactions from nitrate to nitrite in an activated carbon filter will be highlighted too. The experiments showed that one of the measuring methods is useful to control a removal rate of an actives carbon filter continuously. The RSSCTs indicated that the breakthrough from a large-scale plant conforms to the small column tests and the adsorption of estrogens worked without problems, therefore an activated carbon filter should remove estrogens easily. Keywords: adsorption, activated carbon, sexual hormones, organic trace pollutants, Freundlich-Isotherm, RSSCT, breakthrough curves