stark verteilt wird

Abluftreinigung vor mehr als 400 Jahren

Rauchfang:

(Georg Agricola 1556)

Emissionssenkung am Beispiel SO

• globales Problem, da durch atmosphärischen Transport SO

stark verteilt wird

• Hauptquelle: H

SO

-Produktion, Verbrennungsprozesse

• Emissionen können abgesenkt werden durch:

- Umstellung der Produktionsprozesse

- Umstellung auf flüssige und gasförmige Brennstoffe - „Entschwefelung“ von Heizöl und Erdgas, Kraftstoffen - Rauchgasentschwefelung bei Großanlagen

⇒ chemische Industrie trägt in Deutschland nur noch zu 6%

zur SO

-Emission bei

Rauchgasentschwefelung

- verschiedene technische Prozesse möglich:

- Adsorption an Aktivkohle

- Adsorption mit Kalksteinsuspension mit Oxidation zu Sulfat

- Absorption mit Natriumsulfit (Na

SO

)

- Massenumsatz bedenken

Rauchgasentschwefelung

- zu behandelnde Rauchgasmenge ist vom Einsatzbrennstoff abhängig und steigt proportional zur Kraftwerksgröße

- 700 MW Kraftwerk verbrennt pro Stunde 250 t Kohle, es entstehen dabei ca. 2,5 t Schwefel und 2,5 x 10

m

/h

Rauchgas; bei Braunkohle Brennstoffbedarf 3 bis 4fache - Steinkohle (Ruhrkohle) enthält 1% Schwefelverbindungen

ca. 2 g/m

SO

im Rauchgas

- Abgasgrenzwert nach 13 BlmSchV: < 400 mg/m

Rauchgasentschwefelung

Rauchgasentschwefelung

1. Verfahren mit Verwendung von Kalkmilch, Branntkalk als Absorber

Hauptreaktionen:

Ca(OH)₂ + SO₂ CaSO₃ + H₂ O CaCO₃ + SO₂ CaSO₃ + CO₂ CaSO₃ + 1/2 O₂ CaSO₄

Nebenreaktionen (Cl, F):

Ca(OH)₂ + 2HCl CaCl₂ + 2H₂ O

CaCO₃ + 2HCl CaCl₂ + H₂ O + CO₂

d.h. CaCl₂ ist im entstehenden Gips enthalten

• Verbilligung des Verfahrens durch Verwertung von CaCO₃ (Kalkstein)

• bei vorheriger Enthalogenierung ist der produzierte Gips als Baumaterial verwendbar

Rauchgasentschwefelung

2. „Wellmann-Lord-Verfahren“ Verwendung von Natriumsulfit-Lösung als Absorber

Na₂ SO₃ + SO₂ + H₂ O 2 NaHSO₃ (1) 2 NaHSO₃ + O₂ Na₂ SO₄ + H₂ SO₄ (2) Na₂ SO₃ + 2 HCl 2 NaCl + H₂ SO₃ (3)

• Reaktion (1) kann bei hohen Temperaturen umgekehrt werden SO₂ -reiches Gas kann zur Schwefelsäureproduktion verwendet werden

• Reaktion (3) entfernt Halogene (auch F′)

• Bruttoreaktion: SO₂ -Abgas H₂ SO₄ oder S (Verbrauch von NaOH oder Soda)

Abgase bei Ottomotoren

- Typische Abgaszusammensetzung

N₂ 71 Vol.%

CO₂ 18,1 Vol.%

H₂ O 9,2 Vol.%

O₂ 0,7 Vol.% (incl. Edelgase) aromat. KW 1,0 Vol.%

CO 0,85 Vol.%

NO_x 0,08 Vol.%

aliphat. KW 0,05 Vol.%

- Abgasgrenzwerte für PKW (seit 1992)

CO 2,7 g/km NO_x 0,97 g/km KW 0,97 g/km

Methoden der Entfernung der Hauptschadstoffe (NO

, CO, C

H

)

- vollständige Verbrennung (Oxidation) der Kohlenwasserstoffe und CO

⇒ CO₂ , H₂ O

- vollständige Reduktion der nitrosen Gase zu Stickstoff

⇒ N₂

⇒ deshalb unter Betriebsbedingungen sowohl Oxidations- als auch Reduktionsreaktionen durchführen

Abgasreinigung hinter Ottomotoren

„Der Katalysator“

Zu lösende Probleme:

- Entwicklung/Bau Katalysator:

keramischer Röhrenkörper mit Al₂ O₃ -Überzug und Edelmetallverbindungen (Rh, Pd, Pt, etc.) - Optimierung:

Verbrennung organischer Verbindungen und CO und Spaltung von Stickoxiden

- Analytik und Reglung

Lösungsweg: Einbau von geregelten Katalysatoren

Abgasreinigung mit 3-Wege-Katalysator

Katalysatortechnologie

Problem Abwägung

- Produktion der Katalysatoren (Schwermetallverbindungen) - Entsorgung der Katalysatoren (kaum regenerierbar)

- permanente Abgabe von diffusen Schwermetallmengen während des Betriebes

Belastungen im Abwasser

- „Thermische Verschmutzung“

- Salzfrachten, incl. Schwermetalle - Organika (Waschmittel)

- Mikroorganismen

- Exkremente (Toilettenartikel)

→

Zusammensetzung von Abwasser und dessen

mögliche Behandlung

Prinzipien der Abwasserreinigung

- hoher Durchsatz, robuste Verfahren

- Technologien der Abwasser- und Trinkwasseraufbereitung weisen immer mehr Gemeinsamkeiten auf

* z.B. Einsatz von Fällungs- und Flockungschemikalien

- Anpassung der eingesetzten Verfahren an Inhaltsstoffe der verschiedenen Abwasserarten:

Häusliche Schmutzwasser und gewerbliche Schmutzwasser

(z.B. aus Beizereien/Galvanisierbetrieben, Bergwerken, Brauereien,chemische Industrie, Textil-Färberei/Reinigung, Kokerei/Stahlindustrie, Tankstellen, Papier/Zellstoffindustrie)

Grundprinzip:

- Mechanische Reinigungsstufe - Biologische Reinigungsstufe - Chemische Reinigungsstufe

Anforderungen an eingeleitete Schmutzwässer

- neutraler pH-Wert

- ambiente Temperatur - niedrige Salzfracht

- geringer Gehalt an Organika - keine giftigen Substanzen

- keine krankheitserregende Mikroorganismen

In-situ-Reaktionswände

- bisher „pump and treat-Verfahren“ zur Grundwasserreinigung - Entwicklung passiver durchlässiger Reaktions- und Adsorp-

tionswände

- Wände in Grundwasserabfluss eingebaut, Barriere für Schad- stoffe

- Adsorptionsmaterial z.B. Aktivkohle, Torf

- auch reaktive Schichten: Mikroorganismen, metallisches Fe,

Cr(VI) zu Cr(III)

Einträge in den Boden

Industrielle und landwirtschaftliche Prozessen - Verkehrsträger

- Rohstoffgewinnung (z.B. Erz-und Kohleabbau) - Produktion von chemischen Stoffen

- Energieerzeugung

- Unfälle bei Stoff- und Energieprduktion - Lebensprozesse der Organismen

- Düngemittel

- Pflanzenbehandlungsmittel und

Schädlingsbekämpfungsmittel

- bei Entsorgung (Deponien)

Bodenreinigung

Ziel:

Schadstoffe vom Boden zu trennen und sauberen Boden zurückzugewinnen

Grundverfahren:

* Waschverfahren

- Spülverfahren (physikalische Reinigung)

- Extraktionsverfahren (chemische Reinigung)

* Thermische Verfahren

* Biologische Verfahren

Methoden:

* in-situ Verfahren Boden am Ort ohne Aushub behandelt

*ex-situ Verfahren Boden wird ausgehoben, innerhalb des Geländes - on site -, oder außerhalb des

kontaminierten Bereiches - off site - behandelt

Thermische Behandlung von Böden

- Böden mit verdampfbaren und/oder brennbaren Substanzen verunreinigt - Hochtemperaturbehandlung nur bei besonders problematischen Böden - Verfahrensparameter:

∗ Temperaturbereich

∗ Verweilzeit

∗ Sauerstoffangebot

∗ Angebot reaktiver Gase zur Vergasung

∗ Inertgas-Angebot

∗ Art der Wärmezufuhr

∗ Ofentyp

∗ Strömungsverhältnisse

- Brennkammer (Drehrohrofen), Nachbrennkammer, Abgaswäsche, Mischer für Boden, Wärmetauscher

- Rekultivierung thermisch behandelter Böden

Mikrobielle Bodenreinigung

- Abbau im Idealfall zu Kohlendioxid und Wasser

- für Sanierungen sind aerobe heterotrophe Mikroorganismen wichtig - heterotrophe Mikroorganismen nutzen organische Stoffe als Energie-

und Kohlenstoffquelle

- autotrophe Mikroorganismen nutzen CO und CO₂ als Kohlenstoff- quelle und anorganische Stoffe als Energiequelle (keine große Be- deutung für Sanierung)

- für Wachstum auch Mineralstoffe wichtig (C, H, O, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na, Cl, Zn, Mn u.a.)

- optimaler pH-Wert für Bakterien 6-8, Pilze 4-7, Temperatur bis 37⁰C - meist ex-situ-Verfahren in Beeten 50 cm hoch (Landfarming), Mieten

und Bioreaktoren (10 - 250 m³) - Verwendete Mikroorganismen:

Pilze: Aspergillus, Penicillium, Candida;

Bakterien: Acetobacter, Pseudomonaden, Thiobacillus ferrooxidans

Phytoremediation

- Schwermetalle müssen in den oberirdischen Teil transportiert werden

- Kontamination muss oberflächennah vorliegen - Boden / Halden müssen kulturfähig sein

- Pflanzen müssen hohe Aufnahmeraten haben

- Vegetationsperiode sollte möglichst lang sein (mehrmalige Ernte) - geerntete Pflanzen werden thermisch verwertet Æ Rückgewinnung des Metalls

Verschiedene Arten von Rohstoffen

Rohstoffe

mineralische pflanzliche fossile

und tierische

Strategie des Sanierens:

- Erfassen

- Beurteilen

- Sanieren

Uran - Umwelteintrag

- Kernenergiegewinnung

* Uran Förderung

* Brennelementherstellung

* Endlagerung

* Reaktorbetrieb

- Nukleare Waffen

* Produktion,Testung

* Zerlegung, Lagerung

* urangemantelte Geschosse)

- Industrieprodukte

* Düngemittel

* Fossile Brennstoffe

* Zement

* Trink/Mineralwasser

Uran - Kontaminationen durch Erzbergbau und Aufbereitung

Halden Gruben Tailings

Sickerwässer Flutungswässer Aufarbeitungswässer

Konsequenzen:

- Toxizität als Schwermetall - äußere Strahlenbelastung

- innere Strahlenbelastung über Nahrungspfad (Biosysteme)

Uranerzbergbau in Sachsen und Thüringen

- Uran im Gestein, Kohle, Sandstein

- Förderung von ca. 230.000 t Uran aus ca. 170 Mio t Erz

• Tagebau

• Grubensysteme (Schächte bis ca. 1800 m Tiefe) - Ziel:

• Brennstoff für Kernkraftwerke

• Produktion nuklearer (konventioneller) Waffen

• Element sonst kaum industrielle Verwendung (Farben, „Ra“-Produktion)

Uranerzaufbereitung

Erkundung

- Grubenauffahrung Förderung

- Abbau

- Klassifizieren

- Brechen/Mahlen Roherz

Aufbereitung - Laugung

- Fest/Flüssigtrennung - Reinigung

- Fällung

- Waschen/Trocknen Urankonzentrat (Yellow Cake)

Brennstoffherstellung - Konversion

- Anreicherung

- Brennelementfertigung Brennelement

Sanierungsstrategien

- Halden

∗ Abdeckungen

∗ Umlagerungen

∗ Fassung und Reinigung der Sickerwässer - Gruben

∗ Flutung der Gruben

∗ Wasserreinigung

- Tailings (Schlammteiche)

∗ Wasserreinigung, Eintrocknung

∗ Abdeckung

⇒ wissenschaftliches Programm

Sanierungsverfahren

- Natural Attenuation:

erste Ergebnisse schon 1972 publiziert, seit Mitte der 90er in den USA häufig eingesetzt

- Natur hilft sich selbst (Kontrolle)

* chemischer Abbau

* biologischer Abbau

-Technisch

* Anlegen von Wetlands