Entwicklung eines Online-Monitors zur Bestimmung von leichtflüchtigen Stoffen in Wasser

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1 Entwicklung eines Online-Monitors zur Bestimmung von leichtflüchtigen Stoffen in Wasser Dr. Wolfgang Genthe, LAR Process Analysers AG, Berlin Prof. Dr.-Ing. Sven-Uwe Geißen, TU Berlin, Umweltverfahrenstechnik 1

2 Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand des BMWi Fördermodul Kooperationsprojekte seit 1. Juli 2008 Unterstützung von Innovationsaktivitäten kleiner und mittlerer Unternehmen bis Ende 2013 Stärkung der Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungseinrichtungen Ausbau des Technologietransfer Förderungen: Forschungseinrichtungen bis 100% Unternehmen bis 50% 2

3 Voraussetzungen und Bedingungen F&E-Projekte bestehende Produkte deutlich übertreffen Orientierung am internationalen Stand der Technik Steigerung des technologischen Leistungsniveaus und der Innovationskompetenz des Unternehmens erhebliches, aber kalkulierbares technisches Risiko nachhaltige Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens neue Marktchancen und Arbeitsplätze schaffen / sichern ohne Förderung nicht oder nur mit deutlichem Zeitverzug realisierbar 3

4 Flüchtige Kohlenwasserstoffe VOC-Definitionen sehr unterschiedlich in WHO, USA, Europa, etc. üblich: Dampfdruck > 100 PA bei 293,15 K (NMVOC = non methane volatile organic compounds) Beispiele: Ethanol, Xylol, Aceton, MtBE, Trichlorethylen - VOC's zusammen mit NO x verantwortlich für erhöhe O 3 Konzentrationen in der Troposphäre - stark gesundheitsschädigend durch direkte Exposition (z.b. Benzol) 4

5 Gesetzliche Anstrengungen zur Reduzierung - Reduzierung der verkehrsbedingten Emissionen (Abgasnorm) - Lösemitteldirektive (1999/13/EG) aber: Emissionsgrenzwert in Deutschland für 2010 (NEC- Richtlinie): 995 kt voraussichtlich Überschreitung 5

6 Emissionen von NMVOCs 6

7 VOC Emissionsquellen hauptsächlich direkte industrielle Quellen: Metallbearbeitung, Chemieindustrie, Textilherstellung, Petrochemische Industrie, Halbleiterindustrie, Pharmazeutische Industrie, Farben- und Pigmentherstellung, Pflanzenschutzmittelproduktion.. Emissionsquelle: kommunale Kläranlage Schätzung KA Wien (3,2 Mio. EW): 7,5 % der gesamten NMVOC Emissionen im Laufe der Jahre starker Rückgang Aber auch: (Sree et al., Water,Air and Soil Pollution, 124, 2000) Innerbetriebliche Lösungsmittelrückgewinnung (Ad/Desorption, Destillation) führt zu VOC s im Abwasser 7

8 Beispiel Ethanol Dampfdruck [mm Hg] 25 o C MTBE ETBE DIPE Methanol Benzene TBF TAME Ethanol TBA Toluene Ethylbenzene mixed Xylene Theoretische Löslichkeit [mg/l] Miscible Methanol Ethanol TBA MTBE TBF ETBE TAME DIPE Benzene Toluene mixed Xylenes Ethylbenzene Henry s constant o C DIPE Ethylbenzene mixed Xylene Toluene Benzene TBF TBA ETBE TAME MTBE Ethanol Methanol OSTP Report, June

9 DIN (Entwurf) Bestimmung der ausblasbaren organischen Kohlenstoffs (POC) Konventionsparameter: Kontrolle der Wasserbeschaffenheit für den C-Gehalt einer wässerigen Probe, die unter festgelegten Bedingungen ausgeblasen werden kann Gerät muss so eingestellt sein, dass die Wiederfindungen betragen: 1. Aceton: 0,47 0,53 2. Anisol: 0,85 1,00 3. Essigsäure: < 0,01 9

10 Schema der Messung 10

11 Messsignale FG Umweltverfahrenstechnik Aceton: Anisol: 11

12 100 FG Umweltverfahrenstechnik Modellierung Beispiel 1 alle Konzentrationen 1mg/l, 25 C TOC in gas, µg/l Hexan Cyclopentan Ethylchlorid Xylene Benzol Bromobenzol Diethylether MTBE Ethanal Aceton Ethanol Essigsäure Summe Stripping time, min 12

13 100,00 Modellierung Beispiel 2 alle Konzentrationen 1mg/l, 70 C TOC im Gas, µg/l 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 Hexan Cyclopentan Ethylchlorid Xylene Benzol Bromobenzol Diethylether MTBE Ethanal Aceton Ethanol Essigsäure Summe 10,00 0, Strippzeit, min 13

14 400 Modellierung Beispiel 3 FG Umweltverfahrenstechnik Konzentrationen mittel-ausblasbare 10 mg/l, übrige 1 mg/l, 25 C 350 TOC in gas, µg/l Hexan Cyclopentan Ethylchlorid Xylene Benzol Bromobenzol Diethylether MTBE Ethanal Aceton Ethanol Essigsäure Summe

15 MtBE bei 60 C FG Umweltverfahrenstechnik Einfluss des Salzgehalt 160 Prozentuale Abweichung von den MTBE- Konzentrationen bei 60 C ,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 Ionenäquivalentkonzentration [mol/] 15

16 Strippgefäße 16

17 Der Prototyp des Online Montitors in einem Feldversuch Verifizierung der Parameterstellungen Langzeittest Entwicklung verschiedener Applikationen 17

18 Erste Messwerte mit dem bei LAR entwickelten Prototyp TOC in mg/l (cv) POC in mg/l (cv) WFR in % MtBE 14,2 (0,83%) 14,2 (2,0%) 100 Anisol 17,3 (2,0%) 13,9 (0,34%) 80,6 Aceton 19,2 (1,59%) 8,81 (2,2%) 45,9 Essigsäure 19,5 (0,23%) 0,56 (5,1%) 2,9 18

19 Vielen Dank 19