ISBN 978-3-8439-1912-8

978-3-8439-1912-8, Reihe Verfahrenstechnik

Martin Launer
Methodik zur Simulation von Ozonungsreaktoren zum verbesserten Abbau pharmazeutischer Mikroverunreinigungen in mechanisch-biologisch geklärten Abwässern

173 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Durch den Anstieg der Medikation von Arzneimitteln auf Grund des demographischen Wandels und von Zivilisationskrankheiten gelangen über die menschlichen Ausscheidungen vermehrt Wirkstoffe zum Teil unverändert in das kommunale Abwassersystem. Ebenso steigt die Anzahl anthropogener Stoffe, die in der modernen Gesellschaft unverzichtbar geworden sind. Diese Mikroverunreinigungen werden in der herkömmlichen mechanisch-biologischen Abwasserreinigung nicht oder nur unzureichend abgebaut, womit die kommunale Kläranlage einen Haupteintragspfad für diese teils persistenten, bioakkumulierbaren und toxischen Stoffe in die aquatische Umwelt darstellt.

Neben der Aktivkohleadsorption hat sich die Ozonung – eine in der Trinkwasseraufbereitung etablierte Verfahrenstechnik – als weitergehendes Abwasserreinigungsverfahren am Ablauf der herkömmlichen Kläranlage mit guter Breitbandwirkung beim Abbau dieser Mikroverunreinigungen herausgestellt. Außer der Ozondosis und den Wassereigenschaften ist für eine gute Eintragseffizienz des Ozons und einen hohen Abbau der Mikroverunreinigungen eine optimale Mischgüte des geklärten Abwassers mit dem ozonhaltigen Produktgas entscheidend. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik entwickelt, mit der sich der Abbau von Mikroverunreinigungen – speziell Arzneimittelrückstände – in einem Ozonungsreaktor vorhersagen und somit durch planerische Anpassung die Geometrie verbessern lässt.

Die Basis der Methodik bildet ein Simulationsmodell auf Grundlage der kommerziellen CFD Software ANSYS CFX, das durch einen EULER/EULER-Ansatz die Zwei-Phasen-Strömung innerhalb des großtechnischen Ozonungsreaktors abbildet. Zur Charakterisierung des Ozonzehrungsverhaltens verschiedener Kläranlagenabläufe, die für eine adäquate mathematische Beschreibung der Konkurrenzreaktionen der Abwasserinhaltsstoffe um das gelöste Ozon unabdingbar ist, werden Reaktionsparameteranpassungen auf der Grundlage von Batchexperimenten vorgenommen. Hierbei zeigen sich durch die unterschiedlichen Konzentrationen beim gelösten organischen Kohlenstoff und den pH-Werten Auswirkungen auf die Zehrungszeiten und damit auf die benötigen Verweilzeiten innerhalb des Reaktors. Ebenfalls werden Reaktionsparameter für Mikroverunreinigungen mit unterschiedlichem Ozonreaktionsverhalten aus der Literatur in das Simulationsmodell implementiert. Eine Validierung des Simulationsmodells erfolgt an Hand von Experimenten an fünf großtechnischen Ozonungsreaktoren.