Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 2678/Fachgruppe Umwelt/Verkehr
Herausgegeben im Auftrage des MinisterprasidentenJieinz Kuhn
yom Minister fUr Wissenschaft und Forschung Johannes Rau
Priv. -Doz. Dr. -Ing. 'Friedrich Hermann Franke
Dipl. -Ing. Mehrdad Mohtadi
Institut f{1r Eisenhilttenkunde
der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen
Prof. Dr. -Ing. Botho B5hnke
Institut filr Siedlungswasserwirtschaft
der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen
Einsatz von Braunkohlen-Herdofenkoks
als Adsorptionskoks zur Reinigung
kommunaler Abwasser
WESTDEUTSCHER VERLAG 1977
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Franke, Friedrich Hermann
Einsatz von Braunkohlen-Herdofenkoks als Ad
sorptionskoks zur Reinigung kommunaler Ab
wasser / Friedrich Hermann Franke; Mehrdad
Mohtadi; Botho Bohnke. - 1. Aufl. - Opladen:
Westdeutscher Verlag, 1977.
(Forschungsberichte des Landes Nordrhein
Westfalen; Nr. 2678 : Fachgruppe Umwelt/
Verkehr)
ISBN-13: 978-3-531-02678-7 e-ISBN-13 :978-3-322-88388-9
DOl: 10.1007/978-3-322-88388-9
NE: Mohtadi, Mehrdad:; Bohnke, Botho:
© 1977 by Westdeutscher Verlag GmbH. Opladen
Ges amtherstellung: Westdeutscher Verlag
ISBN-13: 978-3-531-02678-7
Inhalt.
1- Zusammenfassung
2. Einleitung und.Problemstellung 3
3. Einzel - Untersuchungen 5
3.1. Probenvorbereitung der kommunalen Abw~sser 5
aus der Klaranlage Aachen-Soers
3.2. Probenvorbereitung des Einsatzkokses 5
3.2.1. Teilvergasung der Koksproben mit Wasser 6
dampf/Kohlendioxid
3.2.2. Kenndatenermittlung an den teilvergasten 7
Kohleproben
3.2.2.1. Spezifische Oberfl~che und Porosit~t 7
4. Versuche in einer RUhrapparatur 8
4.1 • Zeitlicher Verlauf des Adsorptionsvorganges 9
bei aktiviertem Herdofenkoks
4.2. Gleichgewichts - Isotherme bei Verwendung 10
von Phenolltlsung als Adsorptiv
4.3. Gleichgewichts - Isotherme bei Verwendung 11
von biologisch gereinigtem Abwasser
4.4. Diskussion der Gleichgewicht - Isotherme 12
4.5. Auswirkung der gesteuerten Teilvergasung 13
des Herdofenkokses auf seine Adsorptions
f~higkeit
5. Abwasserreinigung mit vorbereiteten Koks 14
proben in einer Durchlauf - Filterapparatur
5.1. Festbettfilter - Versuchsergebnisse 14
5.2. Diskussion der Durchlauffilterversuche 18
bei Einsatz von Phenolabwasser und bio
logisch gereinigtem Abwasser
6. Uberschl~gige Kostenrechnung der Adsorp 20
tionsanlage als weitergehende Abwasser
reinigung
6.1. Allgemeine Gesichtspunkte 20
- IV -
6.2. Uberschlaqiqe Investitions- und Jahres-
kosten einer Adsorptionsanlaqe mit A-Kohle 22
6.3. Uberschlaqiqe Investitions- und Jahres-
kosten einer Adsorptionsanlaqe mit Braun-
kohlenkoks 23
6.3.1. Uberschlaqiqe Investitions- und Jahres-
kosten mit Reqenerierunq der beladenen
Braunkohlenkokse 23
6.3.2. Uberschlaqiqe Investitions- und Jahres-
kosten ohne Reqenerierunq der beladenen
Braunkohlenkokse 24
6.4. Ubersicht der Uberschlaqiqen Investitions-
und Jahreskosten der Adsorptions-Anlaqe
100.000 E 24
7. Verqleich der Investitions- bzw. Jahres-
kosten der chemischen Abwasserbehandlunq
(Vorfallunq und Nachfallunq) mit Adsorp-
tionsverfahren als weiterqehende Abwasser-
reiniqunq 26
8. Literaturverzeichnis 30
9. Anhanq
Abbildunqen 32
-1-
1. Zusammenfassung
Ziel der Untersuchungen war eine PrUfung zur Verringerung
der Kosten einer "Weitergehenden Abwasserreinigung" durch
Einsatz von Braunkohlenkoks. Dieser PrUfung lag der Gedanke
zugrunde, einen kostengUnstigen Massenkoks fUr MaBnahmen
zum Umweltschutz zu nutzen.
1m einzelnen wurden RUhrversuche sowie Festbett-Filter
versuche mit Einsatz von unterschiedlichen und
Abw~ssern
k5rnigem Braunkohlenkoks durchgefUhrt. Der Braunkohlenkoks
wurde hierzu in Einzeluntersuchungen zwecks "Aktivierung"
seiner Adsorptionsf~higkeit vor dem Einsatz mit Wasser-
dampf bzw. Kohlendioxid teilvergast. Es erwies sich, daB
diese Behandlung mit Kohlendioxid zu gUnstigeren Adsorptions
ergebnissen bei phenolhaltigem Abwasser fUhrte als die Teil
vergasung mit Wasserdampf.
Herdofenkoks im Anlieferungszustand sowie mit Kohlendioxid
teilvergaster Herdofenkoks wurden in RUhrversuchen zur Ad
sorption von biologisch gereinigtem Abwasser eingesetzt.
Verglichen wurden diese Adsorptions-Untersuchungen im Er
gebnis einer Schadstoff-Gleichgewichtsbeladung mit Unter
suchungen an handelsUblichem Aktivkoks (entkieselter Wasser
reinigungskoks). Die Untersuchungen zeigen, daB entkieselter
Wasserreinigungskoks als Vergleichskoks die h5chste Phenol
beladung aufweist,und daB beim "aktivierten" Herdofenkoks
die CSB 1IC -Beladung bei der Behandlung von biologisch gerei-
nigtem Abwasser vergleichbar h5her ist. In Filterversuchen
wurde die Adsorptionsfahigkeit von Herdofenkoks mit der von
entkieseltem Wasserreinigungskoks verglichen. In den Filter
versuchen wurde das bereits in den Ruhrversuchen ermittelte
Ergebnis bestatigt, daB generell die erreichte CSB-Beladung
die Phenolbeladung ubertrifft. Der entkieselte Wasserrei
nigungskoks wies gegenuber dem Herdofenkoks ein urn den Fak
tor 2 h5heres Adsorptionsverm5gen bei der Reinigung von
• CSB = Chemischer Sauerstoff-Bedarf
- 2 -
Phenolwasser auf; jedoeh ergab sieh ein vergleiehbares Ad
sorptionsvermogen in bezug auf das biologisch gereinigte
Abwasser. Da der Herdofenkoks ein groBeres Makroporenvolumen
als der entkieselte Wasserreinigungskoks aufweist, wird ver
mutet, daB groBere MolekUle, wie sie beim biologiseh ge
reinigten Abwasser anfallen, begUnstigt adsorbiert werden.
Anhand der Versuchsergebnisse wurden die Investitions- und
Jahreskosten einer Adsorptions-Anlage als weitergehende
Abwasserreinigung ermittelt. Bei den Rechnungen wurde er
sichtlich, daB eine Adsorptionsanlage mit Braunkohlenkoks
erheblich preisgUnstiger ist als eine entsprechende Anlage
bei Verwendung von Aktiv-Kohle fUr Wasserreinigungszwecke.
Ferner wurden die Investitions- bzw. jahrlich anfallenden
Betriebskosten einer chern. Abwasserbehandlung (Vorfallung
und Nachfallung) mit einem Adsorptionsverfahren verglichen.
Es wurde festgestellt, daB der Einsatz von Braunkohlenkoks,
sowohl aufgrund des erzielbaren Reinigungseffektes gegen
Uber schwer abbaubaren, gelosten organischen Stoffen als
auch in bezug auf die Kosten als weitergehende Abwasser
reinigungsstufe Vorteile bietet.
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2. Einleitung und Problemstellung
Die Zunahme der Verschmutzung von Oberflachenwassern,
vor allem durch schwer abbaubare organische Stoffe,
erfordert die Entwicklung und den Einsatz physikalisch
chemischer Verfahren zur Abwasserbehandlung.
In den letzten Jahren sind zahlreiche physikalisch
chemische Behandlungsverfahren unter dem Oberbegriff
einer sog. weitergehenden Reinigung diskutiert worden,
wobei der Abwasserbehandlung mit Aktivkohle besondere
Aufmerksarnkeit zukommt. Da die konventionellen
Abwasserreinigungsverfahren im kommunalen Sektor den
gestellten Anforderungen nur bedingt nachkommen,
kann hier eine weitergehende Reinigung mit Adsorptions
koksen notwendig sein.
Die Kostensituation einer Abwasserreinigung durch
Aktivkohlebehandlung zeichnet sich durch hahe Betriebs
kosten aus, die hauptsachlich durch den Preis der
Aktivkohle und durch die Aktivkohleverluste bei der
Regenerierung bedingt sind. Bei dem zurn Einsatz vorge
sehenen Braunkohlenkoks handelt es sich urn einen Koks aus
einer Massenproduktion. Daher konnte die Abwasserbehandlung
mit diesem Koks gunstiger sein, als die mit der handels
ublichen Aktivkohle.
Zur Bestimmung der Adsorptionsfahigkeit der Braunkohlen
kokse sind Reihenuntersuchungen im Institut fur Eisen
huttenkunde der RWTH-Aachen unternommen worden. Als orga
nische Verunreinigung wurde mit Phenol angereichertes
Leitungswasser eingesetzt'). Die Versuche zeigten, daB
von den unvorbehandelten Braunkohlekoksen der aerdofen~
koks bei der Entphenolung am gunstigsten abschnitt. Aus
diesem Grund wurde versucht, die Adsorptionsfahigkeit
dieses Kokses durch gesteuerte Teilvergasung (Aktivierung)
zu erhohen.
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Die Abwasser, die in der Praxis vorliegen, sind jedoch
von einer solch komplexen Natur, daB man nicht ohne
wei teres die bisher mit einem Schadstoff gewonnenen
Erkenntnisse aus der Reinigung des Modellabwassers
auf die Praxis ubertragen kann. Deshalb war es notwen
dig, mit biologisch gereinigtem Abwasser weitere Ver
suche durchzufuhren.
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3. Einzel - Untersuchungen
3.1 ~r2b~nyo~b~r~i1u~g_d~r_k2~u~ale~ ~b~~~s~r_a~s_d~r
!l!r~nla~e_A~che~-~o~r~
FUr die RUhr- und Festbettfilter-Versuche sind Ab
wasserproben vom Ablauf des NachklHrbeckens der bio
logischen Stufe entnommen worden.
FUr die RUhrversuche wurde ein automatisches Proben
nahmegerHt (Fa. Contec, NHE 4 B/1) verwendet, das alle
halbe Stunde eine Probe von etwa 300 ml entnahm.
Nach 24 Stunden wurden die Proben zusammengemischt.
AnschlieBend wurde die durch ein Membran
~1ischprobe
filter geleitet, urn schwebestoffreies Abwasser zu er
halten.
Die benotigte Abwassermenge fUr den ersten und zweiten
Durchlauffilterversuch wurde mit lIilfe einer Schlauch
pumpe 24 Stunden lang dem NachklHrbecken entnommen.
Die Abwasserprobe wurde anschlieBend in einem Sandfilter
(Kornung 0,8 - 1 mm) mit einer Filterdurchlaufgeschwindig
keit von ca. 40 - 60 l/h filtriert. FUr jeden Versuch
wurden zwei Abwasserproben je ca. 150 1 eingesetzt.
Dabei wurde darauf geachtet, daB die Proben vor ihrem
Einsatz nicht alter als drei Tage waren.
FUr den 3. und 4. Durchlauffilterversuch wurden Abwasser
proben (ca. 90 1) einmal pro Tag urn 13.00 Uhr entnommen
und anschlieBend wie beim 1. und 2. Versuch in einem
Sandfilter bei einer Filtergeschwindigkeit von ca.
40 - 60 l/h filtriert.
Da die verwendeten Aktivkohlen wasserlosliche Verunrei
nigungen enthielten, war eine Vorbehandlung notwendig.
Die Aktivkohleproben wurden mit 10% HCl-Losung
zun~chst
zweimal gewaschen. AnschlieBend sind sie mit entsalztem
Wasser grUndlich nachgespUlt worden (1. Vorbehandlung).
Um festzustellen, ob die A-Kohle noch wasserlosliche Ver-
