Du lernst für: Studiengang Technischer Umweltschutz: Wasserreinhaltung II

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Thema: Wasserreinhaltung →Vorlesung Wasserreinhaltung II →Adsorption (Kap. 7)

? Welches Verfahren dient wirksam der Entfernung gelöster organischer Störstoffe?
Die Adsorption an Aktivkohle [Buch].

? Die adsorptive Störstoffentfernung ist umso wirkungsvoller, je ... die Störstoffe sind.
... unpolarer ... [Buch].

? Warum ist die adsorptive Störstoffentfernung umso wirkungsvoller, je unpolarer die Störstoffe sind?
Weil 1. die Aktivkohle-Oberfläche auch unpolare Eigenschaften besitzt und
2. Wasser ein stark polares Lösungsmittel ist [Buch].

? Nenne Beispiele für unpolare organische Stoffe!
Kohlenwasserstoffe, Chlorkohlenwasserstoffe, viele Wirkstoffe von Pflanzenschutzmitteln [Buch, S. 274].

? Welche zwei Verfahrensarten unterscheidet man bei der Adsorption?
1. Dosierung eines pulverförmigen Sorbens
2. Anwendung von körnigem Material in einem Festbettadsorber

? Stelle beispielhaft eine Porenverteilung einer Aktivkohle in einem Diagramm dar. Welche Größen stehen auf den Achsen?
Siehe [Skript, S. 73]. Es wird delta V/delta log R gegenüber log R aufgetragen. Was bedeutet delta V/delta log R?

? Durch welche Art der Poren kommt vor allem die innere Oberfläche zustande und welchen Anteil an dieser machen sie aus?
Die innere Oberfläche kommt vor allem durch die Mikroporen zustande. Sie machen ca. 95% der gesamten inneren Oberfläche aus.

? Warum wird die Adsorption von Stoffen mit mittleren molaren Massen (10² bis 10⁴ g/mol) an Aktivkohle begünstigt?
Einerseits adsorbieren größere Moleküle besser aufgrund vieler Kontaktstellen, andererseits können zu große Moleküle nicht in die Mikroporen gelangen.

? In welcher Form werden Sorptionsgleichgewichte normalerweise dargestellt?
In Form von Isothermen. Diese gelben für eine bestimmte Temperatur und stellen die Abhängigkeit der Gleichgewichtsbeladung von der Gleichgewichtskonzentration dar.

? Wie lautet die Gleichung, die die Langmuir-Isotherme beschreibt?
Sie lautet: q = q * K_L * c / (1 + K_L * c).
Dabei sind q und c die Gleichgewichtsbeladung bzw. -konzentration, q_m ist die maximale Beladung und K_L ist der Quotient der Geschwindigkeitskontanten für Adsorption und Desorption.

? Welche Bedeutung haben die Parameter q_m und K_L der Langmuir-Isotherme und wie wirken sie sich auf die Form der Isotherme aus?
q_m: maximale Kapazität des Sorbens für das Sorptiv, Höhe der Asymptote in der graphischen Abbildung.
K_L: Verhältnis der Geschwindigkeitskontanten von Adsorpution und Desorption, spiegelt sich in der Anfangssteigung der Kurve wider. Je größer K_L, desto steiler verläuft die Kurve am Anfang.

? Wie lautet die Gleichung der Freundlich-Isotherme und wie werden die Konstanten bezeichnet?
q = K_F * cⁿ mit
K_F: Freundlich-Konstante und
n: Freundlich-Exponent.

? In welchem Bereich liegen die Werte für den Freundlich-Exponenten für gewöhnlich?
Meistens zwischen 0,1 und 0,6 (häufig 0,2).

? Wofür ist die Fruendlich-Konstante K_F ein Maß und wofür der Freundlich-Exponent?
K_F ist ein Maß für die Adsorbierbarkeit des Sorptivs an das Sorbens, n kann als Maß für die Heterogenität, also Ungleichförmigkeit der Sorbensoberfläche betrachtet werden.

? Welche Vereinfachug trifft der Transportansatz bei der Filmdiffusion?
Der Transportansatz geht von einem linearen Konzentrationsgefälle innerhalb der flüssigen Grenzschicht um das Korn aus und besagt, dass der spezifische Stoffstrom je Fläche zum Konzentrationsgefälle proportional ist: spez. Stoffstrom = beta_L * (c(t) - c^*(t)).

? Wie kann man den Stoffübergangskoeffizienten der Filmdiffusion experimentell ermitteln?
In einen gut durchmischten Reaktor fügt man zu einem Wasservolumen V, das das Adsorptiv in der Konzentration c₀ enthält, Aktivkohle der Masse m. Man misst für möglichst viele Zeitpunkte der Anfangsphase die sich einstellende Sorptivkonzentration. Trägt man log(c/c₀) über die Zeit auf, so lässt sich beta_L aus der Steigung der Ausgleichsgeraden ermitteln, die nämlich mit -m/V * a_S * beta_L gegeben ist.

? Wie sind Aktivkohlefilter in Bezug auf Korngröße, Betthöhe, Filtergeschindigkeit und Verweilzeit typischerweise ausgelegt?
Korngröße: 0,5 bis 4 mm
Betthöhe: 1 bis 4 m
Filtergeschwindigkeit: 5 bis 15 m/h
Verweilzeit: 5 bis 30 min

? Was versteht man unter Bettvolumen?
Darunter versteht man das auf das Filtervolumen bezogene durchgesetzte Volumen: Hat ein Filter ein Volumen von 10 m³ und sind 200 m³ hindurch geflossen, so entspricht dies einem Durchsatz von 20 Bettvolumina. In Durchbruchskurven werden oft die Ablaufkonzentrationen in Abhängigkeit von den durchgesetzten Bettvolumina aufgetragen.

? Welcher Stoff einer zu entfernenden Stoffgruppe bestimmt bei der Adsorption an Aktivkohle die Filterlaufzeit?
Der am schlechtesten adsorbierbare Stoff der Gruppe.

? Um die Entfernung welcher Problemstoffe ging es ursprünglich bei der Entwicklung der Aktivkohlefilter?
Es ging damals um die Entfernung von Pflanzenbehandlungs- und -schutzmitteln (PBSM). [Mitschrift]

? Wie erkennt man die tatsächliche biologische Wirksamkeit eines Aktivkohlefilters? [P!]
Bestimmung von Stoffwechselparametern im Zu- und Ablauf, z.B. Sauerstoff-Konzentration (erwartet: Abnahme), CO₂-Konzentration (erwartet: Zunahme) [P!]

? Zeichne eine DOC-Durchbruchskurve bei einem Aktivkohlefilter, wobei einige Stoffe nicht adsorbieren! [P!]
Siehe [Skript, S. 92].