Bentonitsuspensionen. ICCP Silvia Payá Silvestre. Workshop Tunnelbauforschung , 0 3, Ruhr-Universität Bochum

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Bentonitsuspensionen. ICCP Silvia Payá Silvestre. Workshop Tunnelbauforschung , 0 3, Ruhr-Universität Bochum"

Kathrin Neumann
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Neue Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen ICCP Silvia Payá Silvestre Workshop Tunnelbauforschung , 0 3, Ruhr-Universität Bochum

2 Einleitung Problemstellung Zielsetzung Grundlagen Versuchskonzept Ergebnisse Schlussfolgerungen und Ausblick Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

3 Einleitung Bentonit Bentonit ist ein Ton Zusammensetzung: Masse-% aus dem Tonmineral Montmorillonit Montmorillonit : Aluminiumhydrosilikat Geladene Flächen und Kanten Kationaustausch Bentonitsuspension Rheologische Eigenschaften von Bentonitsuspension Viskosität Fließgrenze Thixotropie [Quelle: Phrikolat] Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

Einleitung Aufbau einer Separationsanlage

4 Einleitung Aufbau einer Separationsanlage Grobtrennung Stangensizer Vorsieb Mitteltrennung Hydrozyklone Entwässerungssieb Feintrennung Zentrifuge Kammerfilterpresse Filterbandpresse [Quelle: TLB] Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

Problemstellung Bentonitverbrauch im Tunnelbau

Chemikalien (Polymer) Entsorgung g g von

5 Problemstellung Bentonitverbrauch im Tunnelbau große Menge an Bentonitsuspension SeparationsanlageS l investitions- und betriebskostenintensiv Zeitaufwand Einsatz von Chemikalien (Polymer) Entsorgung g g von gebrauchten Bentonitsuspensionen: Umweltbelastung Verlust der Ressourcen Entsorgungskosten [Quelle: TLB] Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

6 Problemstellung Beispiel: Hydroshield Ø 13 m Bentonitverbrauch im Tunnelbau Tunnellänge: 3,46 km große Menge an Bentonitverbrauch: t Bentonitsuspension Volumen Suspension: m 3 Bentonitkosten: ,- EUR SeparationsanlageS l Entsorgungskosten: ,- EUR investitions- und betriebskostenintensiv Zeitaufwand Einsatz von Chemikalien (Polymer) Entsorgung g g von gebrauchten Bentonitsuspensionen: Umweltbelastung Verlust der Ressourcen Entsorgungskosten [Quelle: TLB] Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

Zielsetzung Zielstellung des Projektes Entwicklung und Optimierung eines Trennprozesses für gebrauchte Bentonitsuspensionen i Elektrokoagulation: Trennmethode unter Verwendung von

Elektrokoagulation Konzept und Konstruktion von unterschiedliche Elektrokoagulationszellen Versuchskonzept zur Elektrokoagulation Bestimmung die relevanten Parameter und ihrer

7 Zielsetzung Zielstellung des Projektes Entwicklung und Optimierung eines Trennprozesses für gebrauchte Bentonitsuspensionen i Elektrokoagulation: Trennmethode unter Verwendung von Gleichstrom, die sich die Ladungsinhomogenität an der Oberfläche der Bentonitpartikel zu Nutze macht Vorgehensweise Darstellung des aktuelles Stands der Technik und Grundlagen der Elektrokoagulation Konzept und Konstruktion von unterschiedliche Elektrokoagulationszellen Versuchskonzept zur Elektrokoagulation Bestimmung die relevanten Parameter und ihrer Bandbreite Evaluation der Verfahrenstechnik zur Anwendung der Elektrokoagulation in bestehende Separationsverfahren Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

Zielsetzung Stand der Technik: Elektrokoagulation wird erfolgreich bei der

Forschungsarbeiten: 1984 Norwegian Institut for Water Research 1994 Alberta

Aggrelek, Reinigung von Abwasser (UK) Ecolotron Inc.

8 Zielsetzung Stand der Technik: Elektrokoagulation wird erfolgreich bei der Reinigung von Abwasser eingesetzt. Forschungsarbeiten: 1984 Norwegian Institut for Water Research 1994 Alberta Universität 2000 Hong Kong Universität 2002 Sidney Universität Patenten: Aggrelek, Reinigung von Abwasser (UK) Ecolotron Inc. Reinigung von Wastewater (Texas) Powel Water Inc. Reinigung von Prozesswasser (Colorado) Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

Grundlagen Elektrolyse: Basis der Elektrokoagulation leitender Elektrolyt Gleichstromquelle Red-Ox Reaktionen Elektroden chemische Vorgänge g

9 Grundlagen Elektrolyse: Basis der Elektrokoagulation leitender Elektrolyt Gleichstromquelle Red-Ox Reaktionen Elektroden chemische Vorgänge g Oxidation M M n+ + n e - (Oxidation des Metalls) an der Anode: H 2 O 2 H + + ½ O 2 +2 e - (Oxidation des Wassers) Reduktion an der Kathode: 2HO+2 2 e - 2OH - +H 2. chemisch aktive Elektroden: Metallelektroden Auflösung der Anode zu Metallionen Bildung von Metallkomponenten: M OH n Metallkomponenen e e dienen e als Koagulans a (Zusammenballungsmittel) u Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

Zusammenballen der destabilisierten Partikel

Elektrokoagulation von Bentonitsuspension

Auflösung der Anode zu Metallkomponenten

Suspension und Zusammenballen des Bentonits

10 Grundlagen Koagulation Wechselwirkung zwischen kolloidalen Partikeln und Koagulans Besteht aus 2 Phasen: 1. Destabilisierung der Partikel 2. Zusammenballen der destabilisierten Partikel zu größeren und abtrennbaren Flocken Elektrokoagulation von Bentonitsuspension Elektrolyse des Wassers Elektrolytische Auflösung der Anode zu Metallkomponenten Koagulans Elektrophorese Destabilisierung der Suspension und Zusammenballen des Bentonits Koagulans Elektrokoagulation Vor Während Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

11 Laborprogramm Versuchskonzept Beginn Mischung B 0 Bentonitpulver (g) W 0 Wasser (g) S 0 Bentonitsuspension (g) S 0 = B 0 + W 0 Trennung B K koaguliertes Bentonit (g) S R Restsuspension (g) B K = B Kt + W K S R = B Rt + W R Trocknen 1 W R ungetrenntes Wasser (g) B Rt trockenes Bentonit aus der Restsuspension (g) Ende B Kt trockenes koaguliertes Bentonit (g) W K getrenntes Wasser (g) MASSENBILANZ B 0 B Rt + B Kt (g) W 0 W K + W R Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

12 Ergebnisse 1. Effektivität der Elektrokoagulation Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

13 Ergebnisse 1. Effektivität der Elektrokoagulation Effektivitätsparameter Prozentualer Anteil an Koaguliertem Bentonit : B kt /B 0 [%] B kt : koaguliertes Bentonit [g] B 0 : Bentonit in 2 l Suspension vor der Reaktion [g] Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

14 Ergebnisse 1. Effektivität der Elektrokoagulation Effektivitätsparameter Prozentualer Anteil an Koaguliertem Bentonit : B kt /B 0 [%] B kt : koaguliertes Bentonit [g] B 0 : Bentonit in 2 l Suspension vor der Reaktion [g] Bkt B /B0 [%] Prozentualer Anteil an koaguliertem Bentonit [%] Zelle B Elektrodenabstand [cm] B_Al_1Amper B_Al_2Amper _ B_Stahl_1Amper B_Stahl_2Amper B_Al_2Amper_Reinigung der Anode B_Al_2 Elektrodenpaare Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

15 Ergebnisse 1. Effektivität der Elektrokoagulation Effektivitätsparameter Prozentualer Anteil an Koaguliertem Bentonit : B kt /B 0 [%] B kt : koaguliertes Bentonit [g] B 0 : Bentonit in 2 l Suspension vor der Reaktion [g] Bkt B /B0 [%] Prozentualer Anteil an koaguliertem Bentonit [%] Zelle B Elektrodenabstand [cm] B_Al_1Amper B_Al_2Amper _ B_Stahl_1Amper B_Stahl_2Amper B_Al_2Amper_Reinigung der Anode B_Al_2 Elektrodenpaare Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

koaguliertes Bentonit [g] B 0 : Bentonit in 2 l Suspension vor der Reaktion [g] Bkt B /B0 [%] 60 50 40 30 20 10 0 Prozentualer

16 Ergebnisse 1. Effektivität der Elektrokoagulation Effektivitätsparameter Prozentualer Anteil an Koaguliertem Bentonit : B kt /B 0 [%] B kt : koaguliertes Bentonit [g] B 0 : Bentonit in 2 l Suspension vor der Reaktion [g] Bkt B /B0 [%] Prozentualer Anteil an koaguliertem Bentonit [%] Zelle B Elektrodenabstand [cm] B_Al_1Amper B_Al_2Amper _ B_Stahl_1Amper B_Stahl_2Amper B_Al_2Amper_Reinigung der Anode B_Al_2 Elektrodenpaare Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

Zelle B: 23,5 15 85cm 8,5 3 Bentonit W, Konzentration 2,5% Betriebsart:

30 min Volumen: 2 l Best-Combination-Parameters Mechanische M h i h Reinigung

17 Ergebnisse 1. Effektivität der Elektrokoagulation Best-Combination Gemeinsame Parameter Zelle B: 23, cm 8,5 3 Bentonit W, Konzentration 2,5% Betriebsart: Ruhe-Zustand Stromstärke: 2 Amper Elektrodenmaterial: Aluminium Verweildauer: 30 min Volumen: 2 l Best-Combination-Parameters Mechanische M h i h Reinigung i der Anode Monopolar Elektroden Zelle B Weitere Optimierung des Trennprozesses Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

18 Ergebnisse 2. Absetzversuch der Restsuspension Best-Combination [Quelle: TLB] 3 Messzylinder mit Restsusp. EK EK-R05-BE (Reinigung der Anode) EK-Monopolar 1 Messzylinder mit frischer Bentonitsuspension als Referenz Absetzdauer: 1 Woche Getrenntes Wasser aus der: Restsuspension: R t i über 300 ml Suspension: sehr gering (32 ml) Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

19 Ergebnisse 2. Absetzversuch der Restsuspension Best-Combination 1 Tag 1 Woche Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

20 Schlussfolgerung und Ausblick Elektrokoagulation kann den Feintrennprozess unterstützen Erhöhung des Zentratwassers Reduktion des Deponieschlamms geringere Entsorgungskosten geringere Umweltbelastung Weiterer Forschungsbedarf: Skalierung der Elektrokoagulationszelle auf Baustellen- / Praxismaßstab Ökoeffizienzbewertung des Separationsprozesses (mit/ohne Elektrokoagulation) Energiebilanz Payá: Trennmethode für gebrauchte Bentonitsuspensionen,

21 Danke für Ihre Aufmerksamkeit 21

Ähnliche Dokumente

Recycling von Metallionen aus Lithiumionenbatterien durch Flüssigmembranpermeation mit gestützten Membranen

Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik Recycling von Metallionen aus Lithiumionenbatterien durch Flüssigmembranpermeation mit gestützten Membranen, Matthäus Siebenhofer Institut für