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Die Feintrocknung spielt eine Schlüsselrolle für den Einsatz und insbesondere die Einspeisung von Wasserstoff in die Erdgasinfrastruktur. Zur thermischen Regenerierung des Trockenmittels können Radiowellen für eine direkte dielektrische Erwärmung des Schüttbettes eingesetzt werden. In Abhängigkeit von den verwendeten Zeolithen, NaX oder NaY, sind dabei sowohl eine homogene Erwärmung als auch eine selektive Erwärmung der wasserbeladenen Trockenmittelschüttungen möglich. Nach entsprechenden Tests steht nunmehr ein einsatzfähiger druckfester Prototyp für die Wasserstofftrocknung zur Verfügung.

The non‐thermal plasma (NTP) technique was shown to be a method to improve indoor air quality. In particular in kitchens, odorous emissions can be removed by NTP. A combined concept of adsorption of volatile organic compounds (VOC) and plasma regeneration of the adsorber was tested in adsorption‐regeneration‐adsorption cycles. As reference VOC, 2‐methylthiophene, 2‐methylpyrazine, 2‐acetylthiazole, nonanal and trans‐2‐nonenal were used in humid air streams. These odorous compounds are emitted during cooking and frying processes. The adsorption‐regeneration concept was also tested during a simulated frying process with garlic in rape oil. A hydrophobic zeolite was chosen as adsorber material and placed directly into the discharge zone of a plasma reactor.

Thermal pest control with hot air is widely accepted as an alternative to chemical methods. However, it requires relatively long treatment times due to the low thermal conductivity of wood. Direct dielectric heating applying radio waves or microwaves has the advantage of a more homogeneous heating. However, sound experimental data on this technique are rare at present. Therefore, thermal treatment of wood-destroying insects with radio waves and microwaves was studied with two model pests, Anobium punctatum and Hylotrupes bajulus, and with Tenebrio molitor as reference. It was shown that a secure elimination of pests can be achieved by temperatures above 55°C; the corresponding treatment time was in the range of a few minutes. Temperature profiles were more homogeneous when applying radio waves.

Dielectric heating with radio waves (RW) and microwaves (MW) are alternatives to treatments with hazardous chemicals or hot air for pest control. In particular, RW can be used to heat up bulky materials with larger size (in the meter range) homogeneously and smoothly in order to eliminate embedded pest organisms. Dielectric heating, in principle, enables selective overheating of certain materials in a heterogeneous mixture. This unique feature of electromagnetic heating methods, in contrast to techniques being based on thermal conduction, is caused by significant differences in the dielectric properties of pest organisms and matrix materials. The present study proves unambiguously that selective heating of cylindrical pest organisms in wood matrices occurs under defined conditions. The selective heating effect strongly depends on the orientation of the pest organisms in the electric field. For a parallel alignment, maximum overheating factors (ratio of adiabatic local heating rates) of 2 to 3 were determined experimentally. In case of a perpendicular alignment, no overheating was detected. A simulation of electric field and power loss density distributions in pest organisms and in their vicinity in the wood matrix, using a finite element method, can qualitatively explain the experimental results. According to the simulation, the overheating occurs not directly within the pest organism but in the wood matrix in the vicinity on both ends of the cylinder-shaped pest organism

Die thermische Bekämpfung von Holzschädlingen erfordert wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit von Holz lange Behandlungszeiten und kann zur Rissbildung führen. Hier wurde die thermische Behandlung mittels Radio- und Mikrowellen untersucht. Die direkte, dielektrische Erwärmung hat den Vorteil einer größeren Homogenität der Aufheizung. Die mit Radiowellen erzielten Temperaturprofile waren homogener als die mit Mikrowellen realisierten. Untersuchungen zeigten, dass die Abtötung nicht auf die direkte Einwirkung von elektromagnetischen Feldern, sondern auf die Temperaturerhöhung zurückzuführen ist.Thermal pest control requires long treatment times due to the low thermal conductivity of wood and may lead to the formation of cracks. Here, the thermal treatment with radio waves as well as microwaves has been studied. The direct dielectric heating has the advantage of a good homogeneity. The obtained temperature profiles for radio waves were more homogeneous compared to microwaves. Detailed studies showed that elimination of pests was not related to the application of the electromagnetic field itself, but due to the temperature increase.

In situ radio-frequency heating (ISRFH) combined with soil vapor extraction was demonstrated at a contaminated field site of a former hydrotreatment plant in Zeitz near Leipzig. The project was carried out in several phases including cold soil vapor extraction for comparison. During the test, a soil volume of about 300 m3 was heated to an average temperature of 54 °C. As expected, the extraction rate for hydrocarbons (especially the main contaminant benzene) was markedly enhanced by soil heating. Furthermore, microbial degradation of organic compounds was supported. Although a total amount of approximately 1.4 t of hydrocarbons was removed from the soil, the demonstration project was not aimed at complete remediation of the site. Conditions limiting the extent of cleanup are discussed in detail and conclusions for an efficient application of ISRFH in soil remediation are derived whereas experiences from other sites are also implied.

In situ radio-frequency heating (ISRFH) was successfully applied during remediation of a former petrol station. Using a three-electrode array in combination with extraction wells for soil vapor extraction (SVE), pollution consisting mainly of benzene, toluene, ethylbenzene, xylenes, and mineral oil hydrocarbons (in total about 1100 kg) was eliminated from a chalk soil in the unsaturated zone. Specially designed rod electrodes allowed selective heating of a volume of approximately 480 m3, at a defined depth, to a mean temperature of about 50 °C. The heating drastically increased the extraction rates. After switching off ISRFH, SVE remained highly efficient for some weeks due to the heat-retaining properties of the soil. Comparison of an optimized regime of ISRFH/SVE with conventional “cold” SVE showed a reduction of remediation time by about 80 % while keeping the total energy consumption almost constant.

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In situ electrical heating of soil was studied applying different frequencies: low-frequency energy for resistive heating and radio-frequency energy for dielectric heating. Steep temperature gradients were observed for each heating mode under the condition of the coexistence of saturated and unsaturated soil zones. By combining the two heating modes, this undesired effect can be avoided, thus allowing efficient soil remediation especially when organic phases are accumulated at the capillary fringe. A parallel application of both frequencies was demonstrated as the most suitable method to reduce temperature gradients. By using electronic filters, both electric fields can be established by only one electrode array. This innovative concept is especially applicable for optimizing thermal remediation of light non-aqueous phase liquid contaminations or realizing thermally-enhanced electrokinetic removal of heavy metals.

Radio-frequency heating to enhance soil decontamination requires adjusted solutions for the electrode design depending on scale and remediation technique. Parallel plate electrodes provide widely homogeneous field and temperature distributions and are, therefore, most suitable for supporting biodegradation processes. For thermally enhanced soil vapor extraction, certain temperature gradients can be accepted and, therefore, the less-demanding geometry of rod-shaped electrodes is usually applied. For electrode lengths of some meters, a design with an air gap has to be used in order to focus heating to the desired depth. Perforated rod electrodes may be simultaneously employed as extraction wells. Placing an oxidation catalyst in situ within the electrodes is an option for handling of highly loaded air flows. Coaxial antenna may be utilized to selectively heat soil compartments far from the surface of the soil.

Die dielektrische Erwärmung mittels Radiowellen ist für ein breites Spektrum von Zeolithen sowohl im trockenen als auch im feuchten Zustand anwendbar. Dabei ist es auch möglich, Schüttbetten im technischen Maßstab homogen aufzuheizen. Die Energieabsorption variiert stark für die einzelnen Zeolithtypen, was eine selektive Erwärmung in Schüttanordnungen unterschiedlicher Materialien ermöglicht. Die spezifische Wirkung des Wassers in Wechselwirkung mit den strukturellen Kationen erlaubt es, ausgeprägte Temperaturgradienten in Festbetten mit variierender Feuchte zu realisieren. Für bestimmte Materialien wie für den Zeolith NaY kann dabei ein gekoppelter Wasser-Temperatur-Puls entstehen, der das Festbett durchläuft. Anwendungsoptionen für diesen sogenannten thermo-chromatographischen Puls reichen von der adsorptiv-katalytischen Abluftreinigung bis hin zur thermischen Regeneration von Zeolithen im Zusammenhang mit der Trocknung von Gasen.Dielectric heating with radio-frequency energy can be applied for a wide spectrum of dry or moist zeolites. It is possible to homogeneously heat packed beds in technical scale. The energy absorption strongly varies with the zeolite type enabling selective heating of layered arrangements containing different zeolites. The specific effect of water interacting with the structural cations allows establishing pronounced temperature gradients within a packed bed with varying water content. For distinct materials such as zeolite NaY, a coupled water-temperature pulse moving through the packed bed can be established. Potential applications for such a so-called thermo-chromatographic pulse range from adsorptive catalytic off-gas cleaning to thermal regeneration of zeolites in the context of gas drying.

Kleinfeuerungsanlagen, die mit fester Biomasse betrieben werden, können in nicht unerheblichem Umfang toxische bzw. gesundheitsgefährdende Schadgase sowie Feinstaub emittieren. Eine repräsentative Auswahl der am Markt verfügbaren oder in aktuellen Forschungsprojekten in der Entwicklung befindlichen sekundären Emissionsminderungstechniken wird vorgestellt. Zurzeit ist kein System zur sekundären Emissionsminderung am Markt verfügbar, das den Ausstoß sowohl gasförmiger als auch fester bzw. kondensierter Luftschadstoffe wirksam vermindert. Eine Recherche zum Stand von Wissenschaft und Technik zeigt, dass elektrostatische Abscheider in Kombination mit der katalytischen Abgasreinigung eine aussichtsreiche sekundäre Technik darstellen. Experimentelle Arbeiten zur Untersuchung einer solchen Kombination werden vorgestellt.Small-scale furnaces for combustion of solid biomass can emit toxic or harmful gases and particulate matter. In this paper a representative selection of technologies for exhaust gas purification available on the market and in the development stage, respectively, is presented. Until now, no technology exists, which is able to reduce emissions of gaseous as well as solid pollutants from small-scale combustion. The enquiry about the state of the art revealed that the combination of electrostatic precipitators with catalytic post-combustion is a promising method. Results of experimental studies on such a combination are presented.

Die direkte dielektrische Erwärmung mittels Radiowellen, d.?h. hochfrequenten elektromagnetischen Wellen, wurde erfolgreich für den Anwendungsbereich der Bauwerkssanierung getestet. Es konnte gezeigt werden, dass mit dieser Methode so unterschiedliche Materialien wie Sandstein und Faserbeton kontrolliert, homogen und effizient bis zu Temperaturen von mehr als 100?°C erwärmt werden können. Dies erlaubt beispielsweise eine Trocknung dieser Materialien ohne mechanische Eingriffe. Durch Einbettung von Formkörpern in eine geeignete Materialschüttung ist diese Methode auch für unregelmäßig geformte Strukturen anwendbar, was einen Einsatz im Bereich der Denkmalpflege ermöglicht. Direct dielectric heating using radio waves, i.?e., electromagnetic waves in the high-frequency range, was successfully tested for the application in the field of building redevelopment. It could be shown that this method can be utilized to homogeneously and efficiently heat various materials such as sandstone and fibre concrete in a controlled manner. Final temperatures of more than 100?°C can be achieved. This allows drying of building materials without disturbance of the structure. By placing formed structures in a packed bed of an appropriate material, this method can also be applied for the preservation of cultural goods, for example for drying sculptures.

Eine katalytisch unterstützte Emissionsminderung an Biomasse-Kleinfeuerungen kann zusätzlich zur Reduzierung von Feinstaub eine Umwandlung von toxischen organischen Komponenten zu Kohlendioxid und Wasser ermöglichen. Für Katalysatoruntersuchungen unter Praxisbedingungen wurde eine spezielle Versuchsanlage aufgebaut. Die Ergebnisse zeigen, dass Produkte der unvollständigen Verbrennung aus Kaminöfen, wie Kohlenmonoxid, durch katalytische Verfahren abgebaut werden können. Weitere Entwicklungsarbeiten und Untersuchungen sind jedoch notwendig, um die angestrebten Emissionsgrenzwerte zu erreichen.In addition to the reduction of particulate matter, a catalytic supported emission reduction in small scale biomass combustion systems can also enable a conversion of toxic organic components into carbon dioxide and water. For catalyst investigations under practical conditions a special test facility was designed. The results show that products of incomplete combustion like carbon monoxide from stoves can be reduced by catalytic processes. Further developments and studies are necessary to achieve the targeted emission limits.

Beside the classical mechanism of orientation polarization which is sufficient to explain dielectric heating of aqueous liquids, a number of additional aspects have to be considered when humid solids are heated by microwaves or radio waves. The large relative dielectric constant of water can lead to shielding and, therefore, attenuation of the electrical field in humid matrices. The shielding effect is influenced by the geometric arrangement of compartments with varying humidity. On the other hand, the large dielectric loss of water results in an effective heating. As shown by modeling of appropriate experiments, the dielectric loss factor is significantly changed for water which is in intimate contact with surfaces. The dielectric loss factor is much larger for water in the surface layers compared with the bulk phase. For some solids dielectric heating is based on a completely different mechanism which is also influenced by water. The dominant mechanism leading to dielectric heating of zeolites is the migration of cations within the zeolite framework. Water has a strong effect on the dielectric loss factor, most likely by hydration or modifying the electrostatic interactions of cations with the lattice.

Nach der Entwicklung der verfahrenstechnischen Grundlagen und der Erprobung in Verbindung mit unterschiedlichen Sanierungstechniken wurde die Radiowellen-Bodenerwärmung an drei unterschiedlichen Feldstandorten getestet. Als ex-situ-Variante kam sie in einer Bodenreinigungsanlage zur Unterstützung von mikrobiologischen Abbauvorgängen für organische Kontaminanten zum Einsatz. Die thermisch unterstützte Bodenluftabsaugung wurde im Bereich eines ehemaligen Lösungsmitteltanklagers erprobt, wobei die unterirdischen Tanks in das Elektrodensystem integriert wurden. Unter einer ehemaligen Tankstelle wurde die selektive Bodenerwärmung mittels Koaxialantenne eingesetzt, wobei die Antenne durch Horizontalbohrtechnik in der hochkontaminierten Zone platziert wurde. Das entwickelte Verfahren bewies seine Feldtauglichkeit unter verschiedenen Einsatzbedingungen.

Die Radiowellen-Erwärmung von kontaminierten Böden erlaubt es, durch Temperaturerhöhung ein breites Spektrum von Reinigungsverfahren effektiver zu gestalten. Durch moderate Erwärmung können biologische Abbauprozesse beschleunigt werden, wobei eine Schädigung von Mikroorganismen durch die angewandten elektromagnetischen Felder ausgeschlossen wurde. Durch die Erhöhung von Dampfdruck, Wasserlöslichkeit und Mobilität können auf der Desorption von Schadstoffen basierende Reinigungsverfahren wie die Bodenluftabsaugung beschleunigt werden. Dabei können Effekte der Wasserdampfdestillation im Temperaturbereich um 100 °C ausgenutzt werden. Daneben ist es auch möglich, durch Bodenerwärmung in situ die chemische Umwandlung von Schadstoffen in unschädliche Produkte zu initiieren.

Die dielektrische Erwärmung von Feststoffen, vorzugsweise mit Mikro- und Radiowellen, ermöglicht es, die Energie unabhängig von Stoffströmen direkt in das Volumen des Materials einzubringen. Diese Methode erlaubt es, Temperatureffekte in vielen Bereichen der Umwelttechnik auszunutzen und beispielsweise Reinigungsverfahren für Abluft und kontaminierte Böden effektiver zu gestalten. Im Rahmen dieser Arbeit sollen unterschiedliche Aspekte der Anwendung von Radiowellen (RW) für die In-situ-Bodenreinigung vorgestellt werden, wobei Inhalt des ersten Teils grundlegende verfahrenstechnische Fragen der Erwärmung mittels RW wie die Realisierung unterschiedlicher Temperaturprofile und die Energieeffizienz sind.

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ProcessNet-Annual Conference 2007 - Abstracts

Dielektrische Erwärmungsverfahren ermöglichen eine von äußeren Energieträgern unabhängige, schnelle und homogene Erwärmung geträgerter Katalysatoren und beladener Adsorbenzien. Die stoffspezifische Absorption der Radio- bzw. Mikrowellenenergie sollte es möglich machen, einzelne Komponenten dieser Stoffsysteme individuell stärker zu erwärmen. Die Untersuchungen in dieser Arbeit sind darauf gerichtet, die notwendigen Bedingungen für die selektive Erwärmung metallischer Katalysatorcluster oder einzelner Komponenten heterogener Katalysatoren durch Radio- und Mikrowellen zu bestimmen. Dazu werden Experimente zur temperaturprogrammierten Desorption ausgewählter Modellsubstanzen im Hochvakuum durchgeführt.

Die direkte dielektrische Erwärmung von Festbetten mit elektromagnetischen Wellen besitzt eine Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellen Heizverfahren. In der Praxis wurde bisher vor allem die Mikrowellenerwärmung erprobt, was insbesondere auf die gute Verfügbarkeit von entsprechenden Geräten zurückzuführen ist. Der dielektrischen Erwärmung mit Radiowellen liegen dieselben physikalischen Wirkmechanismen zugrunde. Die Untersuchungen in dieser Arbeit sind auf die technisch relevanten Feststoffe Aktivkohle und Zeolithe beschränkt, wobei die Realisierbarkeit der Erwärmung, die Ermittlung typischer Betriebsparameter sowie die energetische Effizienz der Aufheizung im Mittelpunkt des Interesses stehen.

Die Kontamination von Grundwasserleitern ist, anders als die Verschmutzung von Oberflächengewässern, für die meisten Menschen nicht wahrnehmbar. Dieser Umstand führt allerdings, zumindest in Deutschland, nicht zu einem verminderten Problembewusstsein, weil Trink- und Grundwasser im öffentlichen Bewusstsein eng miteinander verbunden sind. Die Sanierung von eingetretenen Grundwasserschäden zielt generell auf ein vernachlässigbar geringes oder tolerierbares Restrisiko für Schutzgüter. Sanierungsziele sollten immer unter Berücksichtigung der Angemessenheit des Aufwandes und der Umweltbilanz von Sanierungsmaßnahmen festgelegt werden. Ansonsten läuft man Gefahr, dass technischer Umweltschutz gut gemeint, aber letztlich gegen die Umwelt gerichtet ist. Dieser Beitrag befasst sich mit dem Selbstreinigungspotenzial kontaminierter Grundwasserleiter, behandelt passive Reinigungswände sowie aktive Sanierungsverfahren. Concepts for Groundwater Purification Contamination of water-bearing strata is, in contrast to the contamination of surface waters, for most people not noticeable. However this does not lead, at least in Germany, to reduced awareness about the problem, as drinking water and groundwater are closely connected in the public’s mind. The cleanup of contaminated groundwater is generally aimed at a negligibly low or tolerable remaining risk for the subjects of the protection. The goals of the cleanup should always be considered in the light of the appropriateness of the time and effort involved and the environmental balance of cleanup measures. Otherwise there is the danger that technical environmental protection however well meant is directed against the environment, because the associated use of resources is greater than that for the protection or regeneration at which it is targeted. Different cleanup concepts are represented in the order of decreasing intensity of the technical measures.

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Sample rotation was assumed to be not applicable in FT-NIR Raman spectroscopy. It usually leads to a double modulation of the detector signal and, therefore, to distortions of the Raman spectra. It could shown, that the step-scan technique allows to overcome the problem of double modulation and enables the measurement of thermally sensitive samples. This method also provides a very convenient tool for the determination of the concentration profiles, surface impurities and of the surface roughness of the rotating samples.

The chemical nature, especially with respect to the surface, of carbon blacks obtained by pyrolysis of used tyres (CBP) is very important for their use as reinforcing filler in rubbers. Both SIMS and Raman spectroscopy were used to investigate the surface and bulk chemistry of CBP obtained by vacuum pyrolysis of used tyres and of commercial rubber-grade carbon blacks. Secondary ion mass spectrometry shows, in very good agreement with earlier ESCA investigations, the formation of carbonaceous deposits on the CBP surface during the pyrolysis. A decrease of the pyrolysis pressure significantly reduces the amount of carbonaceous deposits on the CBP surface. The SIMS technique allows one to discriminate between aliphatic and small aromatic compounds, which is very difficult to achieve by ESCA for materials such as carbon blacks. Raman spectroscopy provides information about the degree of structural order in the bulk of carbon black. The Raman spectra of commercial carbon blacks depend on their particle size (surface area) and their structure. Only small differences were found between the Raman spectra of CBP and the commercial carbon black grades initially present in the tyre. Furthermore, the pyrolysis conditions had no significant influence on the Raman spectra. Therefore, the carbon black bulk portion did not change during the pyrolysis.