Solar photo-Fenton treatment of EU Priority Substances : process parameters and control strategies / eingereicht von: Wolfgang Gernjak

• VerfasserIn: Gernjak, Wolfgang
• Place / Publishing House: 2006
• Year of Publication: 2006
• Language: English
• Classification: 58.51 - Abwassertechnik. Wasseraufbereitung
• Physical Description: X, 192 Bl.; Ill., graph. Darst., Kt.

ger: Die vorliegende Arbeit berichtet über die Anwendung des solaren Photo-Fenton-Verfahrens, ein Advanced Oxidation Process, zur Behandlung von Modellabwässern, welche elf verschiedene Schadstoffe enthalten, allesamt durch die Europäische Wasserrahmenrichtlinie als prioritäre Substanzen klassifiziert. Sämtliche experimentelle Arbeiten wurden in Pilotanlagen durchgeführt, deren Solarkollektoren auf der Compound Parabolic Collector Technologie basieren.<br />Sieben Pestizide (Alachlor, Atrazin, Chlorfenvinphos, Diuron, Isoproturon, Lindan, Pentachlorophenol, Konzentration 50 mg L-1, je nach Löslichkeit), drei nicht biologisch abbaubare chlorhaltige Lösungsmittel (Dichlormethan, Trichlormethan, 1,2-Dichlorethan, Konzentration 50 mg L-1) und ein Tensidmetabolit (4-Nonylphenol, Konzentration 2 mg L-1) wurden erfolgreich abgebaut.<br />Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Pilotanlage errichtet, in welcher erfolgreich im Sonnenkollektor Absorberrohre mit erhöhtem Innendurchmesser eingesetzt wurden (46,4 mm anstelle von 29,2 mm in vorhergehenden Anlagen).<br />Alachlor wurde als Modellsubstanz ausgewählt (Konzentration 100 mg L-1) um den Einfluss von drei Prozessparametern (Eisenkonzentration, Temperatur, Verhältnis von beleuchtetem zu nicht beleuchtetem Volumen) zu untersuchen. Eine Erhöhung von Temperatur, Eisenkonzentration oder Anteil des beleuchteten Volumens vom minimalen zum maximalen untersuchten Wert bewirkte eine Verringerung der Behandlungszeit zur Erlangung von 80% Reduzierung des gelösten Gesamtkohlenstoffes (DOC) um einen Faktor von ca. jeweils 5, 6 oder 2. Wurden mehrere Parameter gleichzeitig geändert, so multiplizierten sich diese Faktoren miteinander, was insgesamt zu Abbauzeiten von 20 bis 1250 Minuten führte.<br />Mithilfe der Response Surface Methodology (RSM) wurden mathematische Modelle entwickelt, um die Zeit vorherzusagen, die der Abbau des DOC um 50 bzw. 80% benötigt. Ein weiteres Modell - basierend auf der Logistic Dose Response Gleichung - wurde entwickelt, welche die gesamte DOC Abbaukurve vorhersagt. Die drei variierten Prozessparameter sind jeweils unabhängige Eingangsparameter in den Modellen.<br />Mehrere Analyseparameter (UV/Vis Absorbanzmessungen, gelöster Sauerstoff, Oxidation-Reduktionspotential, pH Wert, H2O2 Konzentration), welche ökonomisch online gemessen werden können, wurden auf ihre potentielle Anwendbarkeit für Prozesskontrollzwecke geprüft

eng: This work reports upon the application of solar photo-Fenton treatment, an Advanced Oxidation Process, on model waste waters containing eleven different contaminants, all classified as Priority Substances by the European Water Framework Directive. All experimental work was performed in solar pilot-plants, whose solar collector is based on Compound Parabolic Collector technology.<br />Seven pesticides (alachlor, atrazine, chlorfenvinphos, diuron, isoproturon, lindane and pentachlorophenol, concentration 20 to 50 mg L-1, depending on their solubility), three non-biodegradable chlorinated solvents (dichloromethane, trichloromethane and 1,2-dichloroethane concentration 50 mg L-1) and a surfactant metabolite (4-nonylphenol, concentration 2 mg L-1) were successfully degraded.<br />In the course of the work a new pilot-plant was constructed, in which increased absorber tube diameters were used successfully in the Compound Parabolic Collector (46.4 mm inner diameter instead of 29.2 mm in previous plants).<br />Alachlor was chosen as a model contaminant (concentration 100 mg L-1) to assess the influence of three process parameters (iron concentration, temperature, ratio between illuminated and dark volume). An increase in temperature, iron concentration and illuminated volume from minimum to maximum value reduced the time required for 80% degradation of initial Dissolved Organic Carbon (DOC) by approximate factors of 5, 6 and 2, respectively. When process parameter changes were made simultaneously, these factors multiplied each other, resulting in degradation times between 20 and 1250 minutes.<br />Models were designed to predict the time necessary to degrade 50% or 80% of the initial DOC applying Response Surface Methodology (RSM). Another model based on the Logistic Dose Response curve was also designed, which predicted the whole DOC degradation curve over time. The three varied process parameters (temperature, iron concentration and illuminated volume) were independent variables in all the models.<br />Several parameters, which can be measured economically on-line (UV/Vis absorbance, dissolved oxygen, oxidation-reduction potential, pH value, H2O2 concentration), were assessed for their potential application for process control purposes