Sedimentation und Filtration Amon J., Jöchlinger H., Konrad S., Mlynek F., Walcher C. Einleitung In dieser Übung sollten Versuche durchgeführt werden um Stoffeigenschaften von Suspensionen zu ermitteln, sodass die Prozesse für größere Anwendungen dimensioniert und optimiert werden können. Beim Sedimentationsversuch wurde die Teilchengröße bestimmt und bei der Filtration der Filter- und Kuchenwiderstand ermittelt. Sedimentation und Filtration werden zur Reinigung von Wasser z.B. in Kläranlagen verwendet. Die Kläranlage ist eine End-of-pipe-Technik zur Reinigung von Abwasser und dient als Schutz der Gewässer. Sie bringt aber auch Probleme mit sich. So benötigen Kläranlagen viel Energie und produzieren Treibhausgase und Abfall. Der Abfall wird in den meisten Fällen der thermischen Verbrennung zugeführt. Die Verwendung als Dünger und die Deponierung sind in vielen Gegenden schon verboten. Neuerdings wird die Verwendung als Biodiesel untersucht. Bevor der Klärschlamm als Abfall weiterverarbeitet wird, muss er zunächst getrocknet werden, was sehr viel Energie benötigt. Deshalb wird vor der Trocknung der Klärschlamm mittels Sedimentation und Filtration entwässert. Sedimentation Filtration-Versuch Die Zeit, die die Suspension zur Senkung benötigt, wurde gemessen und aus der Auftragung der Höhe der Senkung gegen die Zeit die Sedimentationsgeschwindigkeit bestimmt. Schlämmkreide wurde unter vermindertem Druck filtriert und die Filtratmenge (V) alle 10 Sekunden gemessen. Aus der Auftragung von t/V gegen V wurde der Schnittpunkt mit der Ordinatenachse a und die Steigung der Gerade b ermittelt. Die Teilchengröße wurde mittels Lacenkozahl (La) und Archimedeszahl (Ar) berechnet. ρf …Dichte der Flüssigkeit (1000 kg/m3) ρp…Dichte des Feststoffkorns (2130 kg/m3) g… Erdbeschleunigung (9,81 m/s2 ) ηf … dynamische Viskosität (0,001 Pa*s) Zur Umrechnung zwischen La und Ar (La-Bereich 0-0,14): La= 1,72 * 10^-4*Ar² Berechnung von Kuchen- und Filterwiderstand Zusammenfassung Die in dieser Übung ermittelten Werte geben Aufschluss über die Teilchengröße bzw. Sedimentationsgeschwindigkeit und Filtrier-barkeit einer Suspension. Diese dienen der Dimensionierung und Optimierung von Entwässerungsprozessen. Je effektiver die Entwässerung ist, desto weniger Energie muss für die nachgeschaltete Trocknung aufgewendet werden. Es darf aber nicht vergessen werden, dass auch die Sedimentation und Filtration Energie benötigt. So sollte auch z.B. darauf geachtet werden, welche Trocknungsmethode verwendet wird und inwiefern die Anlage eine Energiegewinnung aus dem Abwasser nutzt, um Entscheidungen bezüglich der Optimierung der Kläranlage zu treffen. Für diesen Zweck eignen sich Life Cycle Analysen die energieeffizientesten und umweltschonendsten Lösungen zu finden. Für den Bereich der Kläranlagen gibt es schon einige vorgefertigte Life Cycle Analysen als Hilfestellung zur Optimierung. Aus den ermittelten Werten für a und b kann man nun den Durchflusswiderstand des Kuchens α und den Filterwiderstand β mit Hilfe der folgenden Formeln berechnen. a… Steigung der Trendgerade b… Schnittpunkt der Trendgerade mit der Ordinate η… dynamische Viskosität [Pa*s] A… Fläche des Filters [m2] Δp… Druckunterschied zwischen System und Umgebung [Pa] Кv = konstant= VK (t)/VF (t) VK… Volumen Filterkuchen VF… Volumen Filtrat Aus α kann man Rückschlüsse auf die Filtrierbarkeit der Suspension und aus β Rückschlüsse auf den Filter ziehen. Quellen: Remy C., Lesjean B. & Hartmann A. (2011): Die Methodik der Ökobilanz zur ganzheitlichen Erfassung des Energieverbrauchs in der Abwasserreinigung, Korrespondenz Abwasser, Abfall 58 (6), 572-576 Sticklanda et al. (2008): Fundamental dewatering properties of wastewater treatment sludges from filtration and sedimentation testing; Chemical Engineering Science, 63 (21) 5283-5290