Degradation of model reactants as a chemical probe for cavitation induced hot spots in water treatment devices

Titel in Übersetzung: Chemischer Nachweis für durch Kavitation erzeugte Hot Spots in Wasserbehandlungsanlagen durch den Abbau von Modellreaktanten

Daniel Vallant

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Unter Kavitation versteht man die Formation, das Wachstum und die Implosion von Dampfblasen in einer Flüssigkeit und die damit verbundenen kurzzeitig (einige Nanosekunden) lokal auftretenden hohen Temperaturen (1000 - 10000 K) und Drücke (100 - 500 bar). Mehrere Studien im industriellen Umweltbereich zeigen, dass es bei diesen sogenannten „Hot Spots“ durch homolytische Dissoziation von Wasser (H2O) zur Entstehung von freien Radikalen wie z.B.( OH) ̇ und H ̇ kommt, welche für die Reinigung von komplexen und mit herkömmlichen Mitteln schwer behandelbaren Abwässern eingesetzt werden. An dieser Stelle grenzt sich der in dieser Arbeit verwendete Begriff der Kavitation vom Schadensfall ab. Es werden zwei unterschiedliche Arten der Kavitation untersucht: Die hydrodynamische Kavitation (HC) wird durch die patentierte Kavitationseinheit von Arisdyne systems Inc. erzeugt, welche in einem vollkommen geschlossenen Kreislauf implementiert ist. Ultraschall Kavitation (UC) stellt die zweite Art dar und wird durch ein Ultraschallhorn erzeugt. Um die Effekte der Kavitationsarten zu untersuchen, werden drei unterschiedliche Modelreaktanten eingesetzt: Die Freisetzung von Jod (Weissler Reaktion), die Oxidation von Sulfit zu Sulfat und der Abbau von PNP (p-Nitrophenol). Die Proben werden photometrisch ausgewertet (UV/VIS Spektrometer) und die Ergebnisse des HC Kreislaufes mit denen des Ultraschallkavitations - Setups verglichen. Die HC wird in einem Druckbereich von 1000 - 15000 psi untersucht und die Ergebnisse zeigen, dass die Anwendung von 1000 psi die besten Abbauresultate erzielt. Unter gleichen Betriebsparametern wie pH und Temperatur werden die HC Ergebnisse mit den Ergebnissen der UC Tests verglichen. Einerseits deuten die Ergebnisse auf die Existenz der „Hot Spots“ hin und andererseits stellen sie eine Möglichkeit dar, diese kontrolliert einzusetzen. Zukünftige Untersuchungen werden zeigen, wie sich das angewendete System im Zuge eines Upscaling verhält und ob es z.B. für Anwendungen in der Ölindustrie wie das Cracken von langkettigen Kohlenwasserstoffen oder in der Reinigung von persistenten Schadstoffen in Abwasserströmen eingesetzt werden kann.
Titel in ÜbersetzungChemischer Nachweis für durch Kavitation erzeugte Hot Spots in Wasserbehandlungsanlagen durch den Abbau von Modellreaktanten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Weiß, Christian, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung18 März 2016
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 09-03-2021

Schlagwörter

  • Kavitation
  • Hydrodynamische Kavitation
  • Akustische Kavitation
  • Modellreaktanten
  • Modellreaktionen
  • Abwasserreinigung
  • Hot Spots
  • Freisetzung von Jod
  • Oxidation von Sulfit
  • Abbau von PNP

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