Verhalten von Spurenstoffen bei der HTC von Klärschlamm
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- Ingelore Flater
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1 Jochen Türk, Claudia vom Eyser, K. Palmu, R. Otterpohl und T.C. Schmidt Institut für Energieund Umwelttechnik e.v. Verhalten von Spurenstoffen bei der HTC von Klärschlamm
2 Inhalt 1. Einleitung! Spurenstoffe in Klärschlamm! Klärschlammaufbereitung mittels HTC 2. Hydrothermale Karbonisierung am IUTA 3. Ergebnisse! Arzneimittel! Perfluorierte Substanzen (PFC)! Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Dioxine & Furane, polychlorierte Biphenyle (PCB) 4. Zusammenfassung IFAT, München,
3 Hintergrund Spurenstoffe im Klärschlamm Konzentration, ng/g TS thumbs/image_thumb jpg; eintelligence.de/wp-content/ Nieto et al., 2007; Nieto et al., 2010; Jones-Lepp et al., 2007; Nieto et al., 2008; Lillenberg et al., 2009; uploads/2 Göbel 010/09/ et al., 2005; Maoz & Chefetz, 2010; Ternes et al., 2005; Radjenovic et al., 2009; Ding et al., 2011 arzneimittel_dragees.jpg; http: // static.freepik.com/fotos-kostenlos/stri chmannche n--mannlich_ jpg; Gewässer Klärschlamm full/t/toilette jpg; http :// ueb ersicht-pum pen-fuerklaeranlage.jpg Tuerk@iuta.de IFAT, München,
4 Gesetze, Vorgaben keine Grenzwerte für Arzneimittel Klärschlamm und Biokohle Klärschlamm: Schadstoffsenke Transformationsprozesse Hydrothermale Carbonisierung (HTC) mögliche Natur Schadstoffsenke > 1 Million Jahre keine gesetzlichen Vorgaben Hintergrund Biokohle HTC 2-12 Std C Nährstoffquelle landwirtschaftliche Verwertung Verbrennung Nährstoffquelle (Phosphor, Stickstoff) Tuerk@iuta.de IFAT, München,
5 HTC Prozess Funke, 2012 IFAT, München,
6 Inhalt 1. Einleitung! Spurenstoffe in Klärschlamm! Klärschlammaufbereitung mittels HTC 2. Hydrothermale Karbonisierung am IUTA 3. Ergebnisse! Arzneimittel! Perfluorierte Substanzen (PFC)! Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Dioxine & Furane, polychlorierte Biphenyle (PCB) 4. Zusammenfassung IFAT, München,
7 HTC am IUTA Büchi Limbo Typische Prozessparameter: - 50 g Klärschlamm - 17 ml Wasser 200 ml bis 350 C bis 350 bar Edelstahl min C - 4 Stunden - etwa 15 bar Tuerk@iuta.de IFAT, München,
8 Probenvorbereitung Hydrothermale Karbonisierung Klärschlamm /una_bg_misc_008.jpg Extraktion druck-reaktoren-ruehrautoklaven/ limbo.html Gefriertrocknung Filtration onaws.com/img/ picts/ mixijnyz.jpg Aufreinigung QualtitätsKlärkontrolle schlamm Biokohle Analytik upload.wikimedia.or g/wikipedia/ commons/d/da/ SPE_Manifold.jpg IFAT, München,
9 Inhalt 1. Einleitung! Spurenstoffe in Klärschlamm! Klärschlammaufbereitung mittels HTC 2. Hydrothermale Karbonisierung am IUTA 3. Ergebnisse! Arzneimittel! Perfluorierte Substanzen (PFC)! Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Dioxine & Furane, polychlorierte Biphenyle (PCB) 4. Zusammenfassung IFAT, München,
10 Ergebnisse Spurenstoffe Abbauverhalten Arzneimittel während der HTC! Unterschiedliche Substanzklassen! Unterschiedliches Adsorptionsverhalten! Standardaddition über das Gesamtverfahren! ASE Extraktion: 100 C, 100 bar, 1 x 15 min, 10% Spülvolumen! Filtration (0,25 µm)! LC-MS/MS Messung Tuerk@iuta.de IFAT, München,
11 Ergebnisse Spurenstoffe Abbauverhalten Arzneimittel während der HTC 500 Konzentration, ng/g TS < 5 < 26 < 64 < 12 < 113 < 1240 < 46 < 145 < 234 < 91 < 10 < 7 < 19 Klärschlamm Biokohle HTC-Parameter: 50 g Klärschlamm (Rheinhausen), 17 ml Wasser, 500 min -1, 210 C, 4 Std. Tuerk@iuta.de IFAT, München,
12 120% 100% Ergebnisse Spurenstoffe Abbauverhalten Arzneimittel während der HTC Diclofenac Abbau c/c 0 80% 60% 40% 20% Bildung relevanter Abbauprodukte? 0% Zeit, min HTC-Parameter: Diclofenac, c 0 = 10 mg/kg, HTC bei 210 C, unterschiedliche Laufzeit Tuerk@iuta.de IFAT, München,
13 Ergebnisse Spurenstoffe Abbauverhalten Arzneimittel während der HTC Diclofenac Abbau Name Masse [Da] Ionizationsmodus Retentionszeit [min] Intensität* Literatur I 239 positive [1] II 257 positive [2] III 270 negative [1] IV 272 negative V 282 positive [3], [4], [5] VI 285 positive VII 298 negative VIII 313 positive [5], [6] IX 327 positive [5], [6] X 331 positive/negative XI 345 positive/negative XII 353 positive XIII 353 positive IX 367 positive [7] Decarboxy-Diclofenac * Ermittelt über die Peakfläche: + < 1e7; ++ > 1e7; +++ > 2e7 [1] Poiger et al. (photodegradation); [2] Eriksson et al. (photochemical degradation); [3] Soufan et al. (chlorination); [4] Aguera et al. (phototransformation), [5] Perez-Estrada et al. (photo-fenton); [6] Calza et al. (photocatalytic with TiO 2 ); [7] Kosjek et al. (model treatment plant) Tuerk@iuta.de IFAT, München,
14 Ergebnisse Spurenstoffe Perfluorierte Substanzen (PFC)! Starke Adsorption, thermisch sehr stabil! DIN Entwurf zur Bestimmung von PFC in Schlamm (DIN )! Standardaddition über das gesamte Verfahren! ASE Extraktion: 70 C, 100 bar, 2 x 7 min! SPE Aufreinigung! Filtration (0,25 µm)! LC-MS/MS Messung Tuerk@iuta.de IFAT, München,
15 Ergebnisse Spurenstoffe Perfluorierte Substanzen (PFC) Inert Versuche Wiederfindung, % h 180 C 210 C 240 C 24 h 180 C 210 C 240 C PFOA flüssige Liquid Phase Phase extrahierte Extracted Phase Phase PFOS Prozessparameter: " PFOS 50 g Sand, temperaturstabiler 17 ml Wasser, 500 min als -1, PFOA 4 Std., C 0 = 200 ng Tuerk@iuta.de IFAT, München,
16 60 Ergebnisse PFC Perfluorierte Substanzen (PFC) während der HTC Konzentration, ng/g TS Klärschlamm Kohle " Keine signifikanten Änderungen der PFC Konzentrationen Prozessparameter: während der HTC 50 g Klärschlamm (Hamburg Hollenstedt),17 ml Wasser, 500 min -1, 210 C, 4 Std. Tuerk@iuta.de IFAT, München,
17 Ergebnisse Spurenstoffe Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAk), Dioxine & Furane (PCDD/F) und Polychlorierte Biphenyle (PCB) während der HTC! Teilweise Grenzwerte für Klärschlamm vorhanden! Validierte Verfahren zur Untersuchung von Klärschlamm vorhanden! 16 prioritäre PAK, 6 DIN PCB, 7 Dioxine und 10 Furane! PAK, Dioxine und Furane können bei Pyrolyseprozessen entstehen! Forderung nach gesetzlichen Regelungen für Biokohle Tuerk@iuta.de IFAT, München,
18 Ergebnisse Spurenstoffe Polyzyklische aromatische 25 Kohlenwasserstoffe (PAk), Dioxine & Furane (PCDD/F) 20 und Polychlorierte Biphenyle (PCB) 15 während der HTC Klärschlamm HTC-Kohle Grenzwert der dt. Klärchlammverordnung Polyzyklische aromatische 0 Kohlenwasserstoffe (PAK), mg/kg TS 2,02 Klärschlamm 3,30 HTC-Kohle (1) Dioxine & Furane, ng/kg TS Polychlorierte Biphenyle, mg/kg TS Konzentration, ng/kg TS Konzentration, mg/kg TS ,35 18,7 100 (30) 4 3 0,02 2 0,03 0,20 (0,1) 1 0 Klärschlamm HTC-Kohle Probenahme 1 Probenahme 2 Probenahme 3 Tuerk@iuta.de IFAT, München,
19 Inhalt 1. Einleitung! Spurenstoffe in Klärschlamm! Klärschlammaufbereitung mittels HTC 2. Hydrothermale Karbonisierung am IUTA 3. Ergebnisse! Arzneimittel! Perfluorierte Substanzen (PFC)! Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Dioxine & Furane, polychlorierte Biphenyle (PCB) 4. Zusammenfassung IFAT, München,
20 Zusammenfassung! Arzneimittel o Einige Arzneimittelwirkstoffe werden während der HTC abgebaut o Beispiel Diclofenac: Charakterisierung von Transformationsprodukten o weitergehende Untersuchungen laufen derzeit! PFC o keine signifikante Reduktion der PFC Belastung durch die HTC o PFOS temperaturstabiler als PFOA! PAK, Dioxine & Furane, PCB o keine signifikante Änderung der PAK Belastung durch die HTC o Leichte Zunahme der Dioxin- und Furankonzentration (bisher keine Grenzwertüberschreitung festgestellt) o keine signifikante Änderung der PCB Belastung durch die HTC Die Verwendung von HTC-Kohle ist nach bisherigen Untersuchungen nicht problematisch. Die Belastung mit Spurenstoffen konnte zum Teil verringert werden. Tuerk@iuta.de IFAT, München,
21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! IFAT, München,
22 IFAT, München,
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