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T1 - Ionentauscher-Loop-Stripping-Verfahren zur Gewinnung eines Entstickungsmittels aus Abwässern

AU - Lubensky, Jan

N1 - gesperrt bis 10-12-2023

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Das Ionentauscher-Loop-Stripping (ILS) ist ein neuartiges, hybrides Verfahren zur Rückgewinnung von Ammonium (NH4+) aus der Flüssigphase der mechanischen Klärschlammentwässerung (Trübwasser). Dabei wird eine NH4+ Abtrennung mittels Festbett-Ionentauscher (natürlicher Zeolith) mit einer simultanen Strippung der NaOH hältigen Regenerationslösung kombiniert. Das rückgewonnene NH4+ wird in Form einer (NH4)2SO4 Lösung als Wertstoff eingesetzt, z.B. in der industriellen Rauchgasreinigung. Das im Jahr 2012 erstmals beschriebene Verfahren wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit vom Labor- über den Technikumsmaßstab bis zu einer Pilotanlage entwickelt, welche an einer Kläranlage zur Teilstrombehandlung des Trübwassers eingesetzt wurde. Die Eignung von natürlichem Zeolith (Hauptmineral Klinoptilolith) zur Rückgewinnung von NH4+ sowohl aus künstlich hergestellten, NH4+ hältigen Modelllösungen wie auch aus Trübwasserproben und die Umsetzung des ILS in einen technischen Prozess konnte im Technikumsmaßstab demonstriert werden. Je nach Prozessbedingungen wurden dabei innerhalb von 60 min NH4+ Abscheidungen von 60 – 80 % bezogen auf die Eingangs-konzentration von ca. 1000 mg NH4+ L 1 erreicht. Basierend auf den Ergebnissen der Technikumsversuche wurde eine mobile Pilotanlage mit einem Behandlungsvolumen von ca. 500 L Trübwasser h 1 geplant, gebaut und an der Kläranlage in Knittelfeld in realer Einsatzumgebung getestet. Im Zuge eines mehrwöchigen Versuchsbetriebs wurden die technische Durchführbarkeit des Verfahrens, die Standfestigkeit des Zeoliths und die erzielbaren Abscheide- und Rückgewinnungsraten für NH4+ in aufeinanderfolgenden Belade- und Regenerationszyklen untersucht. Bei variierenden Trübwasserkonzentrationen von 500 – 1500 mg NH4+ L 1 wurden NH4+ Abscheidungen zwischen 69 – 94 % erreicht. Das in dieser Versuchsserie produzierte Entstickungsmittel, eine bis zu 40 m%ige (NH4)2SO4 Lösung, konnte erfolgreich als Harnstoffsubstitut an einem Zementwerk (SNCR) eingesetzt werden. Die standortspezifischen Ergebnisse zeigen, dass unter bestimmten Rahmenbedingungen eine Umsetzung des ILS Verfahrens als Produktionsanlage zur Rückgewinnung von Ammonium aus Trübwässern an Kläranlagen ökologisch sinnvoll und ökonomisch möglich ist.

AB - Das Ionentauscher-Loop-Stripping (ILS) ist ein neuartiges, hybrides Verfahren zur Rückgewinnung von Ammonium (NH4+) aus der Flüssigphase der mechanischen Klärschlammentwässerung (Trübwasser). Dabei wird eine NH4+ Abtrennung mittels Festbett-Ionentauscher (natürlicher Zeolith) mit einer simultanen Strippung der NaOH hältigen Regenerationslösung kombiniert. Das rückgewonnene NH4+ wird in Form einer (NH4)2SO4 Lösung als Wertstoff eingesetzt, z.B. in der industriellen Rauchgasreinigung. Das im Jahr 2012 erstmals beschriebene Verfahren wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit vom Labor- über den Technikumsmaßstab bis zu einer Pilotanlage entwickelt, welche an einer Kläranlage zur Teilstrombehandlung des Trübwassers eingesetzt wurde. Die Eignung von natürlichem Zeolith (Hauptmineral Klinoptilolith) zur Rückgewinnung von NH4+ sowohl aus künstlich hergestellten, NH4+ hältigen Modelllösungen wie auch aus Trübwasserproben und die Umsetzung des ILS in einen technischen Prozess konnte im Technikumsmaßstab demonstriert werden. Je nach Prozessbedingungen wurden dabei innerhalb von 60 min NH4+ Abscheidungen von 60 – 80 % bezogen auf die Eingangs-konzentration von ca. 1000 mg NH4+ L 1 erreicht. Basierend auf den Ergebnissen der Technikumsversuche wurde eine mobile Pilotanlage mit einem Behandlungsvolumen von ca. 500 L Trübwasser h 1 geplant, gebaut und an der Kläranlage in Knittelfeld in realer Einsatzumgebung getestet. Im Zuge eines mehrwöchigen Versuchsbetriebs wurden die technische Durchführbarkeit des Verfahrens, die Standfestigkeit des Zeoliths und die erzielbaren Abscheide- und Rückgewinnungsraten für NH4+ in aufeinanderfolgenden Belade- und Regenerationszyklen untersucht. Bei variierenden Trübwasserkonzentrationen von 500 – 1500 mg NH4+ L 1 wurden NH4+ Abscheidungen zwischen 69 – 94 % erreicht. Das in dieser Versuchsserie produzierte Entstickungsmittel, eine bis zu 40 m%ige (NH4)2SO4 Lösung, konnte erfolgreich als Harnstoffsubstitut an einem Zementwerk (SNCR) eingesetzt werden. Die standortspezifischen Ergebnisse zeigen, dass unter bestimmten Rahmenbedingungen eine Umsetzung des ILS Verfahrens als Produktionsanlage zur Rückgewinnung von Ammonium aus Trübwässern an Kläranlagen ökologisch sinnvoll und ökonomisch möglich ist.

KW - ammonium recovery

KW - natural zeolite

KW - wastewater treatment plant

KW - Ammoniumrückgewinnung

KW - natürlicher Zeolith

KW - Kläranlage

M3 - Dissertation

ER -