Fragen Umwelttechnik (Altklausurenprotokolle)

1) Reduzierung der industriellen Umweltbelastung durch technische Umweltschutzmaßnahmen

2) Wissenschaftliche/technische Disziplin zur Vermeidung und Verminderung von

Emissionen

1) Elektrostatische Abscheider: Elektroentstauber

2) Massenkraftabscheider: Lamellenabscheider, Zyklon

 3) Wäscher: Nassabscheider

 4) Filternde Abscheider: Faserfilter

78 % Stickstoff

21 % Sauerstoff

1% Edelgase

Vorteil:

Gegenstrom konstante Differenz (Temperatur/Konzentration)

1) Maischen

2) Gären

3) Reifung/Veredelung

4) Abfüllung

PIUS: Recycling von Abfällen

- Treber als Tierfutter

- Wiederverwendung Hefe in Kosmetik/Pharmaindustrie

- Wiederverwendung von Heißwasserströmen

Primärmaßnahmen/PIUS

- Maßnahmen mit denen durch Optimierung von Verbrennung der eigentlichen Forschungsanlage Emissionen reduziert/minimiert werden

- Rohstoffe emissionsarm, Mengenoptimierung, Vorbehandlung

Sekundärmaßnahmen (End of Pipe)

- Maßnahmen nach eigentlciher Feuerung im Abgasvolumen (Emissionsreduktion)

- Venturiwäscher

- Wirbelwäscher

- Sprühturm

- Rotationswäscher

1) Luft- und Wasserverunreinigungen durch Industrie

2) Ressourcen und Flächenverbrauch

3) Anlagenlärm

1) Driving forces: Bedürfnis nach neuer Technik, Lebensmittel/Luxusgüterproduktion

2) Pressures: resultierende Umweltbelastungen durch Emissionen

von Treibhausgasen.

3) State: Veränderungen der Erdatmosphäre/Boden

4) Impacts: Treibhauseffekt

5) Responses: Umweltforschung, Gesetzgebung

1 Wirkungsdauer:

• akut LD40 (letale Dosis), LC50 (letale Konzentration
• chronisch

2 Wirkungsort

• lokal Schaden an Kontaktstelle
• - systemisch verteilt

3 Art der Wirkung

• reversibel (Konzentrationsgift)
• irreversibel (Summationsgifte)

• BNatSchG
• BImSchG
• WHG
• BBodSchG
• KrW-/AbfG

(Natur, Immissionen, Wasser, Abfall, Boden)

Beste Verfügbare Techniken

Effizientester und fortschrittlichster Entwicklungsstand von Tätigkeiten und Methoden, der spezielle Techniken als Grundlage für die Festlegung von Emissionsgrenzwerten praktisch

geeignet erscheinen lässt

Stand der BVT: BREF Dokumente

 Überwachungswerte der Emissionen: „Pollutant Release and Transfer Register“ (PRTR)

Emission: von Anlage ausgehende Belastung

Transmission: Ausbreitung, Verdünnung und Umwandlung von Emission

Immission: in die Umwelt verteilte Belastung am Ort des exponierten Schutzgutes

Exposition: Immissionseinwirkung auf Mensch und natürliche Umwelt (schutzgut)

Schaden: Beeinträchtigung des Schutzgutes

enteral: über Verdauung nach orlaer Aufnahme

pulmonal: über Lunge nach inhalativer Aufnahme

perkutan: über Haut

Luft:

• Klimagase (NOx, CO2)
• Staub
• Dämpfe
• Dioxine/Furane

Wasser

• Stickstoff
• Phosphor
• Schwermetalle
• BSB (sauerstoffzehrend)

1 Umstellung auf emissionsärmere Verfahren

2 Umstellung auf emissionärmere Brennstoffe

3 Reduzierung des Primärenergiebedarfs

4 Opitmierung des Prozesses

1. Mutterlaugen
2. Waschwasser (Zwischenprodukte)
3. Quenchwasser (Produktionsreste)
4. Reinigungswasser (nicht reagierte Edukte)
5. Abwasser aus Abgasbehandlung (Ungewünschte Nebenprodukte)
6. kondensierter Dampf (Hilfsstoffe)

Schutz natürlicher Lebensgrundlagen

1. Desorption mit inertem Gasstrom (Strippen)
2. Entspannen
3. Erwärmen
4. Chemische Regenerierung

• Wasser erhitzen: Dampf entsteht
• in Turbine durch Entspannung elektrische Energie generieren
• übrige Abwärme zur Fernwärmeerzeugung

1. Treibhausgasemission
2. Primärenergiebedarf
3. Energieeffizienz

1. Massenkraftabscheider
2. Filternde Abscheider
3. Elektrostatische Abscheider
4. Nassabscheider

1. Schwerkraftabscheider (Querstromabscheider)
2. Trägheitskraft (Einbautenabscheider)
3. Zentrifugalkraftabscheider (Zyklon)

1. Oberflächenfilter
2. Tiefenfilter

3 Parameter

1. Umweltfreundlichkeit
2. Wirtschaftlichkeit
3. Betriebssicherheit

• Hohe Löslichkeit für abzuscheidendes Schadgas
• Hohe Selektivität
• Niedriger Preis
• Ungefährlich
• Einfache Regenerierbarkeit
• Hohe Verfügbarkeit

• Gegenstromführung: Waschwasser und Gas
• Schadstoff geht von Gas ins Waschwasser
• Gas verlässt Kolonne am Kopf, Waschwasser am Boden
• Abwasseraufreinigung

Mechanisch

• Filtration
• Membranverfahren
• Sedimentation
• Flotation

Physikalisch-Chemisch

• Fällung, Flockung
• Adsorption
• Ionentausch

Thermisch

• Strippung, Destillation
• Extraktion
• Eindampfung

Chemisch

• Verbrennung
• Nassoxidation

Biologisch

• Aerob
• Anaerob

1. Sprühturm
2. Wirbelwäscher
3. Rotationswäscher
4. Venturiwäscher

1. Stofftransport aus der Gasphase zur Grenzschicht um das Adsorbenskorn
2. Diffusion durch die Grenzschicht
3. Diffusion im Porensystem des Adsorbens
4. Anlagerung an die innere Porenoberfläche (eigentliche Adsorption)

• Absorption
• Adsorption
• Membran
• Katalyse
• Biologische Verfahren
• Trockene Verfahren
• Halbtrockene Verfahren
• Kondensation

• Abgas kommt in Kontakt mit Flüssigkeit
• Phasenwechsel von Schadstoff im Gas zur Flüssigkeit
• Trennung von beladener Flüssigkeit und gereinigtem Gas

• Oberflächenabsorber
• Blasensäule
• Bodenkolonne
• Sieb- und Glockenboden
• Strahldüsenwäscher
• Filmabsorber
• Füllkörperkolonne
• Sprühwäscher
• Venturiwäscher

1. Vermeidung
2. Wiederverwendung
3. Stoffliche Verwertung/Recycling
4. Energetische Verwertung
5. Beseitigung

• Reduzierung des Wasserbedarfs
• Minimierung der Wasserkontamination
• Senkung des Energiebedarfs
• Minimierung der Abfallmengen

1. Wasser benutzt
2. Abwasser
3. Energie
4. Abfall

• Ökobilanz
• Umweltaspekte und potentielle Umweltwirkung über Lebensweg von Produkt

Umweltwirkungen

• Ressourcen, Emissionen

Lebensweg:

• Produktion, Anwendung, Abfallbehandlung, Recycling, Beseitigung

• Abwasserbehandlung (hohe chemische Belastung mit nicht biologisch abbaubaren Hilfsstoffen)
• Energieverbrauch

1. Upstream Prozesse
2. Reaktion
3. Downstream Prozesse
4. Nachbehandlung

Chemische Reaktion:

• Erzeugung von Molekülen aus vergleichsweise einfachen Vorläufermolekülen

z.B Bildung von Dioxinen, Furanen bei der Verbrennung

Voraussetzungen

• Chlor- und Kohlenstoffquellen
• ausreichende Verweilzeit
• Katalytisch wirkender Metallstaub

Vermeidung durch

• Schaffung optimaler Verbrennungsverhältnisse
• Quenchen: Schockartiges Abkühlen der Rauchgase auf unter 300°C
• Hochtemperaturentstaubung des Rauchgases

• Widerstandsbeiwert c(w)
• Dichte des Fluids
• Relativgeschwindigkeit Partikel -Fluid w
• Spantfläche A

Skizze mit x-Achse Strecke x, y-Achse Temperatur/Konzentration

• im allg. ist das Gegenstromverfahren mit einer größeren mittleren Differenz vorteilhafter
• Wärmeaustauscherfläche sinkt
• spart Material, Kosten, Bauraum

Wasser

• O2 zehrende Stoffe
• Schwermetalle
• Phosphor

Luft

• Klimagase
• Dioxine/Furane
• Staub
• Dämpfe

1. Hitze darf nicht durch den Pinch übertragen werden
2. Keine Kühlung oberhalb des Pinches extern
3. Kein Heizen unterhalb des PInches extern

1. Unterteilung der Stoffströme in heiße und kalte
2. Zusammenfassen der Ströme in Summenkurven
3. Geringster Abstand zwischen heißer und kalter Summenkurve: Pinch (limitiert Wärmenutzung)
4. Ziel: Ermittlung optimaler Anzahl an Wärmetauschern & Temperaturniveaus für Wärmeübergang

• Betriebsunterbrechungen
• Interne Abhängigkeiten
• Räumlicher Bedarf
• apparativ nicht greifbare Wärmeströme
• Prozesstechnische Nutzung des Wärmestroms sehr aufwändig (z.B. hohe Staubfracht in Abluft)

Textil:

• Entschlichten
• Waschen
• Färben

--> PIUS: organisches Lösemittel statt Wasser

Papier

• Auflösen der Fasern

--> PIUS: Sauerstoffbleichen

generell: Wasserrecycling

Schmutzige Dunstschichten (Smoke + Fog) mit Erhöhter Luftschadstoffkonzentration

Vorruassetzungen

• Aerosole
• inversionswetterlage
• evtl Kessellage

Beispiele

• London: Ruß und SO2
• Los Angeles: Sonneneinstrahlung und NOx: Ozonbildung

• Anorganische Luftschadstoffe (CO2, NOx, SO3)
• Siliziumorganische Luftschadstoffe ((Chlor)Silane)
• VOC: volatile organic compounds (CH4, Dioxine, Furane)

Quellen

• Metallverarbeitung
• Papier
• Textil
• Chemie, Pharma
• Holzverarbeitung
• Lebensmittelindustrie

beides:

• Reduktion von NO/NO2 zu N2 (Reduktive Entstickung)
• Reduktionsmittel: Ammoniak oder Harnstofflösung

SNCR: Selective non catalytic reduction

SCR: Selective catalytic reduction

• Einsatz von Katalysator
• Höhere Ausbeute
• Vereinfachung der Prozessführung
• Niedrigere T (300-400°C)

Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid

Quellen

• Erdgas
• Quellwasser
• Abbau von Biomasse

Wirkung

• Tödlich
• Betäubung der Geruchsrezeptoren bei geirnger Konzentration

Dioxine, furane

Quelle

• Nebenprodukt von Verbrennung

Wirkung

• Beeinträchtigung Fruchtbarkeit
• Schädigung Nerven- und Immunsystem
• Krebserregend

natürliche/synthetische Stoffe die auf Hormonsystem wirken

• natürliche Hormone
• Arzneimittel
• Pestizide

Schadwirkung (möglich)

• kanzerogen
• komplexe Mechanismen (z.B. DDT: insektizig macht Eierschalen brüchig)

6 Güteklassen von

1 unbelastet - sehr gering belastet

-

6 übermäßig verschmutzt

• Ozon O3
• Sauerstoff O2
• Wasserstoffperoxid H2O2

Phasenzustand

• fest
• flüssig
• gasförmig

Art der Verbindung

• organisch
• anorganisch

• Absorption
• Adsorption
• Mebranverfahren
• Biologische Umsetzung
• Chemische Umsetzung (Verbrennung, Katalyse)
• Kondensation

2 CH4 + 3 O2 -> 2 CO + 4 H2O

• mit Luftüberschuss CO2 statt CO
• dadurch aber höhere Abgasmenge + mehr Energie

• Metalle durch Magnetabscheider
• NE Metalle durch Wirbelstromabscheider

Entstickung

• Ammoniakwasser

Entschwefelung

• Schwefelhaltiges Wasser

• Schwerkrafteindickung
• Zentrifugation
• Siebverfahren
• thermische Verfahren (Wasserverdampfung)

• Bewahrung von Hygienestandards

• Feinstaub: Atemwegserkrankung
• SO2: Versauerung
• NOx: Smog
• NH4: Eutrophierung
• CO2: Klimawander

• Abwasser
• Schwermetallkonzentrat

Bau und Abbruchabfälle

> sonstige Industrie

> Siedlungsabfälle

PIUS bei

• Industrieabfall: sortenrein und schädlich
• Bau und Abbruch: große mengen als Füll/Baustoff

Kraft wärme Kopplung

• hohe Beladungsmöglichkeit
• hohe Selektivität
• hohe Adsorptionsgeschwindigkeit
• Gute chemische Beständigkeit
• Hohe Abriebsfestigkeit

• Auf Kohlenstoffbasis (Aktivkohle, Molekularsiebkoks)
• Aktive Tonerde
• Kieselgel/Silikagel

Vorteile

• Kein Abwasser
• Keine Wiederaufheizung des Abgases vor Kamineintritt notwendig
• apparativ einfach

Nachteile

• Signifikant höherer Überschuss & Absorptionsmittel nötig
• Bildung von CO2 und anderen Reaktionsprodukten
• Erzeugte Produkte nicht verwertbar (Mischung verschiedener z.B. Ca-Verbindungen)

• Verbrennung
• Steinbruch
• Landwirtschaft
• Straßenverkehr

• Stickstoffverbindungen (NOx)
• Schwefelhaltige Verbindungen (SO2, SO3)
• Verbindungen unvollständiger Verbrennung (CO)

Quellen

• Katalysatoraufbereitung
• Prozessanlagen
• Belüftungssysteme
• Kondensatoren

78% Stickstoff

21% Sauerstoff

0,9% Argon

Rest 0,04% CO2

1. Festlegung Ziel und Untersuchungsrahmen
2. Sachbilanz
3. Wirkungsabschätzung
4. Auswertung