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Ammoniumrückgewinnung aus Schlammwasser mittels Ionenaustausch an Klinoptilolith

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: http://d-nb.info]

Da es eine große Gefahr für Gewässer darstellt, wird im Abwasser enthaltenes Ammonium unter hohem Energieaufwand entfernt. In Kläranlagen mit anaerober Schlammstabilisierung wird die biologische Stickstoffelimination durch hochkonzentriertes Schlammwasser, das bei der Entwässerung von Faulschlamm anfällt, zusätzlich belastet. Die Produktion von Ammoniak, der ungeladenen Form des Ammoniums, der für die Düngemittelproduktion benötigt wird, ist sehr energieintensiv. Eine mögliche Lösung sowohl für die sichere Behandlung des ammoniumreichen Schlammwassers als auch für die energieintensive Herstellung (stickstoffbasierter) Düngemittel ist die Rückgewinnung von Ammonium aus dem Schlammwasser. In dieser Arbeit werden verfahrenstechnische Parameter zur Entfernung von Ammonium aus Schlammwasser mittels Ionenaustausch an dem natürlichen Zeolith Klinoptilolith (CLI) und dessen anschließende Regeneration ermittelt, mit dem Ziel eine stöchiometrische Ammoniumsulfatlösung (ASL) zu gewinnen. Die Verwendung des ammoniumhaltigen Eluats als Düngemittellösung im Agrarsektor, etwa durch gezielte Ausbringung auf Ackerflächen oder als flüssige Düngemittellösung in Hydroponik-Kulturen, ist denkbar. CLI war bereits Gegenstand vieler Untersuchungen, da es sehr selektiv gegenüber Ammonium ist und eine hohe Aufnahmekapazität besitzt. Um einen schnellen Sorptionsprozess zu erreichen, wurden daher pulverförmige CLI mit einer Partikelgröße von 0-200 µm verwendet. Es wurden drei aus der Slowakei stammende CLI, EcoZeo 20, Micro 200 und CCP 20, auf ihre Eignung als Sorbens untersucht. Aufgrund seiner Eigenschaften (hohe Kationenaustauschkapazität, hohe Ammoniumaufnahmekapazität, schnelle Sorption) wurde das Sorbens CCP 20 für die weiteren Untersuchungen ausgewählt. Bei isothermen Adsorptionsversuchen von Ammonium an CCP 20 aus zwei Schlammwässern (718-967 mg/L NH4 N) wurde eine um 13 Prozent (16,1 mg/g aus SW1) bzw. 18 Prozent (15,3 mg/g aus SW2) geringere Beladung im Vergleich zu matrixfreier Sorptivlösung (18,8 mg/g aus NH4Cl) erreicht. Nach 30 min Kontaktzeit (bei einer Temperatur von 34 Grad Celsius) waren zwischen 81 Prozent (SW1), 89 Prozent (SW2) und 91 Prozent (NH4Cl) der maximal möglichen Beladung erreicht. Am besten wurde die Sorptionskinetik für beide Matrices durch das Modell der intrapartikulären Diffusion beschrieben. Zur Regeneration des beladenen Sorbens wurde Na2SO4-Lösung mit unterschiedlichen Stoffmengen an NaOH eingesetzt. Um eine möglichst hohe Ammoniumkonzentration im Eluat zu erreichen wurde ein hoher Massenanteil (ω = 284 g/kg), d. h. der Anteil der Sorbensmasse in der Mischung von Sorbens und der Regenerationslösung, gewählt. Unter Einhaltung einer Kontaktzeit von 10 min konnte aus (bis zu 13,5 mg/g) beladenem Sorbens, mit 0,25 n(Na2SO4)/n(NH4+ads) zusammen mit 0,75 n(NaOH)/n(NH4+ads) eine ASL eluiert werden. Für zehn Zyklen wurde das Sorbens mit Ammonium aus matrixfreier NH4Cl-Lösung bzw. SW2 beladen und anschließend regeneriert. Dabei konnte eine ASL mit einer Ammoniumkonzentration von 1780 mg/L (NH4Cl) bzw. 1500 mg/L (SW2) eluiert werden. Da keine biologischen Vorgänge in dem Verfahren eingebunden sind, ist die Behandlung industrieller Abwässer mit hohen Ammoniumkonzentrationen in Kombination mit hemmenden Stoffen denkbar.

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Forschungsberichte

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Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Christos Vrettos, Oliver Kornadt, Andreas Becker, Leila Nagel, Elisabeth Seibel, Albert Vogel, Marc Oliver Rosenquist
Prognose des strukturinduzierten sekundären Luftschalls aus dem Schienenverkehr. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3089
2018, 100 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Entwicklung eines Prognoseverfahrens für den sekundären Luftschall, der durch den Körperschall der Bauteile eines Gebäudes generiert wird, steht im Fokus dieses Projektes. Als Quelle wird in diesem Fall der schienengebundene Verkehr untersucht, der durch den Untergrund in den angrenzenden Gebäuden über die Schwingungen der Bauteile als sekundärer Luftschall wahrgenommen wird. Mit diesem Vorhaben wird die Erweiterung des bestehenden Modells auf inhomogene Bodenverhältnisse mit Pfahlgründungen und eine fundierte Verifizierung des Modelles angestrebt. Dabei werden verschiedene Bodentypen, z.B. geschichtete Böden und gebäudeseitig die induzierten Schwingungen in den unterschiedlichen raumbegrenzenden Flächen untersucht. Methodisch sollen sowohl numerische Berechnungen als auch messtechnische Untersuchungen durchgeführt werden und ein praxistaugliches Verfahren entwickelt werden.

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Benjamin Aulbach, Martin Ziegler, Sarah Horsten, Nils Peter Huber
Sicherheitsnachweise für den Hydraulischen Grundbruch - Erweiterung für den räumlichen Fall und für geschichteten sowie anisotropen Boden. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3274
2012, 137 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden umfangreiche Berechnungen zur Ermittlung der für die Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch erforderlichen Einbindetiefe für den ebenen und begrenzt für den räumlichen Fall durchgeführt. Als Ergebnis wurden dimensionslose Bemessungsdiagramme zur einfachen Ermittlung der erforderlichen Einbindetiefe erhalten, welche die Geometrie und im räumlichen Fall die veränderten Anströmungsverhältnisse berücksichtigen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass die Verwendung von Näherungsverfahren, welche weder die geometrischen Verhältnisse noch die räumliche Anströmung berücksichtigen, zu Einbindetiefen führen, welche oftmals auf der unsicheren Seite liegen. Im ebenen Fall wurden sowohl günstiger als auch ungünstiger Baugrund und verschiedene Wichten untersucht. Die Untersuchungen im räumlichen Fall beschränkten sich hingegen bisher auf günstigen Baugrund mit einer Wichte unter Auftrieb von 11 kN/m hoch 3. Bisher noch überhaupt nicht betrachtet wurden geschichteter und hinsichtlich der Durchlässigkeit anisotroper Boden. Aus diesem Grund sollten die bisherigen Untersuchungen fortgesetzt und die Bemessungsdiagramme um die noch fehlenden Fälle ergänzt werden. Ziel des neuen Forschungsvorhabens war es, auch im räumlichen Fall für ungünstigen Baugrund und für verschiedene Wichten Untersuchungen anzustellen und die bisher bestehenden Bemessungshilfen dahingehend zu ergänzen. Weiterhin sollten Untersuchungen zu geschichtetem Baugrund sowie zu anisotropen Verhältnissen angestellt werden, so dass für nahezu alle geometrischen und hydraulischen Verhältnisse und für komplizierte Baugrundsituationen einfach zu handhabende Bemessungsdiagramme bzw. Empfehlungen zur Verfügung stehen. Darüber hinaus sollten auch Untersuchungen zu Verbauwänden mit abgetreppten Verbauwänden angestellt werden. Damit umfangreiche Untersuchungen im räumlichen Fall innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens möglich wurden, wurde zunächst ein lnterFaceManager-Modul entwickelt. Mit diesem wurde ein Teil der Model

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M. Goldscheider
Vergleichende Versuche mit einem konventionellen und einem parallel geführten Rahmenschergerät als Grundlage für DIN 18137-3. Schlussbericht
2003, 72 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das konventionelle Rahmenschergerät nach Casagrande weist aufgrund seiner Konstruktion Imperfektionen auf, durch welche der Scherwiderstand des Probekörpers verfälscht werden kann. Daher wurden Konstruktionen mit Parallelführungen vorgeschlagen, von denen sich eine noch nach Aufnahme in E DIN 18137-3 als fallweise grob fehlerhaft erwies. Daraufhin wurde in DIN 18137-3 neben dem konventionellen Gerät eine Konstruktion mit senkrechten und unabhängigen Parallelführungen des oberen Rahmens und der Belastungsplatte aufgenommen. Mit dieser besser durchdachten Bauweise lagen allerdings erst wenige Erfahrungen vor. In dieser Forschungsarbeit wurde durch vergleichende Versuche mit verschiedenen Böden untersucht, ob in den Versuchsergebnissen aus dem konventionellen und dem verbesserten Gerät wesentliche Unterschiede bestehen oder beide Geräte als geeignet zu beurteilen sind und welches Gerät gegebenenfalls vorzuziehen ist. Dabei wurde folgendes festgestellt: Beim Gerät mit unabhängigen senkrechten Parallelführungen gab es keine Anzeichen für systematische Verfälschungen. Die Drehung der Kopfplatte beim konventionellen Gerät während des Abscherens hat keinen merklichen Einfluss auf den resultierenden Scherwiderstand des Probekörpers, sondern wirkt sich nur auf die Schubsteifigkeit und die Verformungen aus. Dagegen kann die Scherfestigkeit bei diesem Gerät erheblich durch die senkrechte Reibungskraft zwischen oberem Rahmen und Belastungsplatte verfälscht werden. Diese Reibungskraft tritt dann auf, wenn die Höhe des Probekörpers durch das Abscheren bis zum Grenzzustand durch Kontraktanz abnimmt; es entsteht aber kein Fehler, wenn die Höhe des Probekörpers durch Dilatanz zunimmt oder konstant bleibt. Daher ist das konventionelle Gerät für Sand und Schluff, die sich meist dilatant verhalten, geeignet und ausreichend genau. Beim untersuchten Ton dagegen wurde der Reibungswinkel durch diesen Effekt um 4 Grad bis 5 Grad nach oben verfälscht. Der Fehler ist nicht an inneren Widersprüchen innerhalb einer Versuchsserie zu erkennen.

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Michael Ulrich
Korrelationen zwischen Korngrößenverteilung und Proctordichte. Schlußbericht
Bauforschung, Band T 2987
2002, 60 S., Abb., Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Forschungsbeitrag analysiert mittels statistischer Methoden die Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Kennwerten der Korngrößenverteilung und der Proctordichte grobkörniger Böden. Er formuliert Rechenansätze, die es gestatten, die zu erwartende Proctordichte auf Basis der Korngrößenverteilung überschläglich zu ermitteln und stellt damit eine leicht zu handhabende Methode der Plausibilitätskontrolle für Proctorversuche zur Verfügung, welche die Qualitätssicherung bei Verdichtungsarbeiten unterstützt. Für die statistische Auswertung wurden ca. 5000 Versuche an Proben aus natürlichen Sanden, Kiesen und gemischten Böden (Recycling-Material) aus dem Berliner Raum durchgeführt und die Abhängigkeit der Proctordichte vom optimalen Wassergehalt und anderen Parametern der Korngrößenverteilung untersucht.

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D. König, O. Syllwasschy
Beanspruchung von tiefen Schächten in Deponien. Abschlußbericht
Bauforschung, Band T 2722
1995, 110 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Schächte in Deponien sind gleich- und ungleichförmigen Radialspannungen, vertikalen Beanspruchungen durch negative Mantelreibung sowie Schrägstellungen und Krümmungen infolge Verformungen im Abfall ausgesetzt. Als Folge hiervon treten Schäden an den Schächten bis hin zum totalen Funktionsverlust auf. Ziel war es, Aussagen über die Größe der mechanischen Beanspruchung von Schachtbauwerken in Deponien in Abhängigkeit der grundsätzlichen Eigenschaften der Schachtkonstruktion und der Abfalleigenschaften zu erarbeiten. Es sollen die Grundlagen für ein bisher fehlendes Bemessungsverfahren geschaffen werden. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen Versuche mit der geotechnischen Großzentrifuge der Ruhr-Universität Bochum. Die Anordnung eines Kiesmantels um den Schachtausbau hat zusammen mit einer radialsymmetrischen Belastung einen ungünstigen Einfluß auf die negative Mantelreibung in Zusammenspiel mit einem steifen Ausbau. Die lastverteilende Funktion des Kiesmantels bei asymmetrischen Belastungen wird durch die Versuche bestätigt. Voraussetzung ist hier, daß der Kiesmantel ausreichend dick ist.

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Zeitschriftenartikel

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Jäger, Stefan; Ibuk, Hursit; Beckhaus, Karsten
Gebäude mit nachhaltigem Energiesystem durch geothermische Aktivierung von Bodenmischwänden
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2023

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Hofmann, Robert; Berger, Simon Matthias; Kolymbas, Dimitrios; Wimmer, Lukas
Wasserdruck auf Konsolidierungssperren - Messungen in situ
Bauingenieur, 2022

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Stallhofer, Andreas; Reitmeier, Wolfgang
Baugrundverbesserung mit CSV-Säulen am Beispiel der Therme Lindau. Verbesserte Setzungsprognose durch Berücksichtigung eines spannungs- und dehnungsabhängigen Steifemoduls E tief S (?,?)
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2021

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Melsbach, Manuel; Birle, Emanuel; Henken-Mellies, Wolf-Ulrich; Heyer, Dirk
Langzeitwirksamkeit von gemischtkörnigen mineralischen Abdichtungen und geosynthetischen Tondichtungsbahnen in Deponieoberflächenabdichtungen
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2021

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Wolffersdorff, Peter-Andreas von; Henke, Sascha
Möglichkeiten und Grenzen numerischer Methoden in der Geotechnik
Bautechnik, 2021

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