En integreret tilgang baseret på aktivt kul fjerner sporstoffer fra spildevand

Spildevandsanlæg anvender en række effektive og etablerede processer til behandling af spildevand og spildevand. Endnu, imidlertid, der er ikke noget ideal, ensartet anerkendt metode til fjernelse af sporstoffer. Forskere fra Fraun-hofer Institute for Environmental, Sikkerheds- og energiteknologi UMSICHT søger at ændre dette. I et projekt kendt som ZeroTrace, de forfølger en integreret tilgang, der kombinerer deres helt eget aktivt kulkomposit med en nyudviklet elektrisk regenereringsproces. Resultatet er en metode, der lover effektivitet, bæredygtighed og stor levedygtighed.

Når folk i Tyskland tænder for vandhanen, de kan normalt være sikre på, at vandet, der strømmer ud, er mere end egnet til at drikke. Dette skyldes hovedsageligt det store antal rensningsanlæg, der anvender en række meget effektive mekaniske, biologiske og kemiske metoder til at rense vores spildevand for urenheder. Alligevel er sporstoffer, såsom farmaceutiske rester, husholdningskemikalier og kontrastmidler, der bruges til røntgenbilleder, er vanskeligere at fjerne. Desværre, disse kan udgøre en alvorlig fare for både mennesker og dyr, selv i meget lave koncentrationer.

For at håndtere dette problem, flere og flere anlæg eftermonteres nu med et yderligere behandlingsniveau, designet til at fjerne sådanne sporstoffer. Dette inkluderer brug af kemisk-oxidative processer, som kan skabe problematiske biprodukter. I det store hele, imidlertid, den valgte metode er aktivt kul. Aktivt kul har en ekstremt porøs struktur, hvilket giver sit enorme overfladeareal, inde og ude. Fire gram aktivt kul har et overfladeareal på størrelse med en fodboldbane. Det er i stand til at adsorbere andre stoffer - i henhold til deres ladede tilstand - som en svamp, der opsuger en væske.

Øget fokus på bæredygtighed

Generelt sagt, aktivt kul giver en effektiv måde at fjerne sporstoffer fra spildevand. I praksis, imidlertid, der er ofte en vigtig ulempe. Ilka Gehrke er leder af miljø- og ressourceforbrugsafdelingen ved Fraunhofer Institute for Environmental, Sikkerheds- og energiteknologi UMSICHT i Oberhausen. Hun forklarer:"På nuværende tidspunkt, de fleste processer bruger aktivt kul i pulverform. Når dette har adsorberet så meget materiale som muligt, det bortskaffes ved forbrænding. Nu er det naturligvis et stort problem med hensyn til bæredygtighed, især da aktivt kul ofte er fremstillet af et ikke -fornyeligt råmateriale - nemlig standard sort kul. "

Forskere fra Fraunhofer UMSICHT er derfor gået sammen med en række industrielle partnere om et fælles projekt finansieret af det tyske forbundsministerium for uddannelse og forskning. ZeroTrace har til formål at optimere brugen af ​​aktivt kul til fjernelse af sporstoffer fra spildevand. Forskergruppen følger en integreret tilgang, der også omfatter en undersøgelse af innovationsstyring og ressourcebevaring. Helt fra begyndelsen, forskere har derfor været i stand til at tage hensyn til de forskellige faktorer, der driver eller hæmmer innovation på dette område.

Gehrke og hendes team undersøger brugen af ​​granuleret aktivt kul fremstillet af vedvarende materialer såsom træ eller kokosnødder. I modsætning til aktivt kul i pulverform, disse granuler kan genaktiveres ved behandling ved en meget høj temperatur. Dette fjerner de adsorberede stoffer, derved genaktiverer det brugte kul til genbrug. På nuværende tidspunkt, imidlertid, dette brugte kulstof skal ofte transporteres over lange afstande for genaktivering. I øvrigt, når kulstykkerne blandes sammen i et fluidiseret leje, der er høj slidstyrke, fører til en betydelig nedbrydning af materiale.

En passende regenereringsmetode førte til det rigtige startprodukt

Forskerne fokuserede derfor på at udvikle en regenereringsproces, der kunne udføres direkte på spildevandsrensningsanlæg. "Processen anvender en fysisk effekt af elektriske felter, "Forklarer Gehrke." Det er en idé, som andre allerede har forfulgt i forbindelse med gasrensning. Til vores projekt, vi var i stand til at overføre mange af principperne til et væskebaseret scenario. Dengang, elektriske processer var meget dyre, så forskningen endte med at blive skrinlagt. Men nu vil vi i stigende grad kunne udnytte den overskydende strøm, der produceres fra vedvarende energikilder. I fremtiden, vi kan forvente at se billig strøm blive tilgængelig på tidspunkter med højeste generation. "

Ideen bag den nye proces er baseret på et fænomen kendt som elektrisk felt svingadsorption (EFSA):det brugte kul opvarmes elektrisk til det punkt, hvor de adsorberede forurenende stoffer enten desorberes eller forbrændes. For at dette kan fungere, både det aktive kul og reaktoren skal opfylde visse specifikationer. Det aktive kul skal have en tilstrækkelig høj elektrisk ledningsevne, så den leder den nødvendige mængde strøm. På samme tid, imidlertid, den skal også have en tilstrækkelig høj elektrisk modstand, så den varmes op til den nødvendige temperatur, når strømmen strømmer igennem den. Til dette formål, Gehrke og hendes team udviklede deres helt egen aktivt kulkomposit. Basismaterialet er kul i pulverform, som blandes med grafit. Dette giver den elektrisk ledningsevne tre gange så meget som normalt aktivt kul, uden nogen formindskelse i dets adsorptionsegenskaber. Hvad angår reaktoren, den største vanskelighed var at konstruere den på en sådan måde, at den kunne modstå temperaturer på op til 650 grader Celsius. Gehrkes team har valgt en proces med kontinuerlig regenerering:"Ideen er løbende at fjerne små mængder brugt kul fra bundfældningstanken ved hjælp af en transportør, for at regenerere dette og derefter føre det tilbage i tanken. Dette kræver kun en relativt lille reaktor, fordi det aldrig skal behandle mere end en brøkdel af det samlede forbrugte kulstof på én gang, og selve regenereringen varer kun et par minutter. Og, da det brugte kul ikke bevæger sig rundt i reaktoren, der er minimal slid, så vi vurderer, at vi kun skal genopbygge det med maksimalt 10 procent nyt aktivt kul pr. cyklus. "

Lovende resultater med stort potentiale

Brug af denne aktiverede kulstofkomposit har gennemgået forsøg på spildevandsrensningsanlægget hos industrielle partner Wuppertal-Buchenhofen, hvor det blev vist, at det med succes adsorberer sporstoffer. For at teste regenereringsprocessen, forskerne oprettede en prototype reaktor på et sted fjernet fra rensningsanlægget. Denne reaktor, som har en kapacitet på 40 til 50 liter, leverede også opmuntrende resultater. Ved afslutningen af ​​en næsten 3-årig projektfase, Gehrke er derfor overbevist:"Vores test har ikke kun vist, at vores proces sparer ressourcer, men også at det er økonomisk og konkurrencedygtigt." På nuværende tidspunkt, partnerne diskuterer mulige opfølgningsprojekter, der involverer opskalerede piloter placeret på stedet på rensningsanlægget.