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Einfluss von Scherkräften und pH-Änderungen auf die Rücklösung organischer Substanzen nach der Flockung
Art der Abschlussarbeit
Diplomarbeit
Autoren
- Mokosch, Regina
Betreuer
- Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Uhl
- Dipl.-Ing. Susanne Müller
Abstract
Durch eine Membranbelüftung in der Verfahrenskombination Flockung/ Ultrafiltration werdenrndie in der vorgeschalteten Flockung gebildeten Aggregate erhöhten Scherkräftenrnausgesetzt. Durch das Ausstrippen von Kohlendioxid kommt es außerdem zu einer pH-Verschiebung. In dieser Arbeit wurde im Labormaßstab untersucht, welchen Einfluss diese mechanischen und chemischen Veränderungen auf die Flockendekomposition und die Rücklösung organischer Substanzen aus den Flocken haben. Dazu wurden modifizierte Jar Test Versuche durchgeführt, in denen der Einfluss steigender Energieeinträge durch erhöhte Rührerdrehzahlen untersucht wurde. In einer weiteren Versuchsreihe wurde der pH-Wert nach der Flockung durch Zugabe von Natronlauge erhöht. Zur Bestimmung der Rücklösung organischer Substanzen wurden konventionelle DOC- und SAK-Messungen durchgeführt. Die Veränderungen einzelner DOC-Fraktionen wurden mittels des LC-OCD Verfahrens untersucht. Um festzustellen, ob es während der Versuche zu Veränderungen der Flockengröße kommt, wurden mit einem Extinktionsspektrometer dynamische Extinktionsmessungen vorgenommen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der Einfluss erhöhter Energieeinträge auf die Rücklösung organischer Substanzen aus den Flocken vernachlässigbar gering ist. Auch wiederholte Energieeinträge führen nicht zu einer verstärkten Rücklösung. Rücklösungen organischer Substanzen durch erhöhte Energieeinträge können daher in der Praxis vernachlässigt werden. Durch die erhöhten Energieeinträge kommt es allerdings zur Flockenzerstörung. Diese ist teilweise irreversibel und nimmt mit steigendem Bruchschergradienten zu. Nach dem Aufbruch wachsen die Flocken unabhängig vom angewendeten Bruchschergradienten auf ähnliche Größen an. Der Flockenaufbruch hat großen Einfluss auf den Betrieb von Flockenabtrennverfahren. Kleinere Flocken können in der Regel schlechter entfernt werden. In Membrantrennprozessen können sie beispielsweise die Membranporen verstopfen und so die Effektivität der Filtration herabsetzen. Mehrfache Energieeinträge (z.B. durch Intervallbelüftung) führen zwar nicht zu einem verstärkten Flockenaufbruch, verringern aber die Flockenbildungsgeschwindigkeit. Durch eine pH-Erhöhung wird das Hydrolysegleichgewicht der als Flockungsmittel verwendeten dreiwertigen Metallsalze in Richtung löslicher Verbindungen verschoben. Dadurch wird der an den Flocken adsorbierte DOC teilweise freigesetzt, wobei hauptsächlich Huminstoffe zurückgelöst werden. Die Rücklösung nimmt mit steigender pH-Veränderung zu. Die mit Aluminiumsulfat gebildeten Flocken lösen sich stärker zurück als die mit Eisen(III)-chlorid gebildeten Flocken. Eine Veränderung der Flockengröße wurde bei diesen Experimenten nicht gemessen. Der pH-Wert im Membranbehälter hat daher großen Einfluss auf Rücklösung organischer Substanzen. Insbesondere bei schlecht gepufferten Wässern sollte auf eine Membranbelüftung verzichtet oder mit entsprechenden Chemikalien eine pH-Einstellung vorgenommen werden. Bei kombiniertem mechanischem und chemischem Einfluss wird ein Teil der durch die pH-Verschiebung freigesetzten organischen Stoffe wieder in die neu gebildeten Flocken eingeschlossen. Dadurch ist die Rücklösung organischer Substanzen hier geringer als bei alleinigem pH-Einfluss. Warum dadurch das Flockenwachstum verbessert wird, muss durch weitere Untersuchungen noch geklärt werden.
Zugeordnete Forschungsschwerpunkte
- Membranverfahren
Schlagwörter
Membran; Flockung; Ultrafiltration
Berichtsjahr
2009