Behandlungsmöglichkeiten für schwer abbaubare organische Abwässer: Einsatz von Biofiltration und Ozonierung in mehreren Stufen

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1 Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute Association suisse des professionnels de la protection des eaux Associazione svizzera dei professionisti della protezione delle acque Swiss Water Pollution Control Association Fachtagung der VSA-Kommission «Industrie und Gewerbe» vom 20. Juni 2008 in Emmenbrücke Behandlungsmöglichkeiten für schwer abbaubare organische Abwässer: Einsatz von Biofiltration und Ozonierung in mehreren Stufen Martin Baggenstos WABAG Wassertechnik AG Bürglistrasse Winterthur

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3 Wasser ist unser Element. Behandlungsmöglichkeiten glichkeiten für f r schwer abbaubare organische Abwässer: Einsatz von Biofiltration und Ozonierung in mehreren Stufen Martin Baggenstos, WABAG Wassertechnik AG sustainable solutions. for a better life. Übersicht Einleitung Verfahren Mehrstufige Biologien Ozonierung Biologie und Ozonierung Ergänzende Verfahren Verfahrenskombinationen Anwendungsbeispiele Deponiesickerwasser ohne/mit Ozon Papierabwasser ohne/mit Ozon Schlussfolgerungen 2 1

4 Einleitung Reinigungsverfahren Separation (eventuell mit vorangehender Fällung/Flockung) Sedimentation Flotation Filtration Zentrifugation Adsorption Verdampfung/Stripping Aufkonzentration der Stoffe in einem Nebenprodukt! Elimination Oxidation: chemisch, biologisch, thermisch, Reduktion: chemisch, biologisch Elimination ist nicht unbedingt vollständig und kann zu Nebenprodukten führen (z.b. ÜSS) Nebenprodukte werden durch Separationsprozesse wiederum zurückgehalten. Das Handling der Nebenprodukte ist meist unproblematisch. 3 Verfahren: Mehrstufige Biologien Mehrstufige Biologien: Stand der Technik Hochlast-Schwachlast Belebung Anaerobe Vorreinigung + aerobe Endreinigung Vorteile Pufferung von Frachtvariationen Spezialisierung der Biomasse Reduktion der Betriebskosten (z.b. durch anaerobe oder HL-Vorstufe) Nachteile Bei Systemen mit suspendierter Biomasse ist Zwischenklärung allenfalls problematisch: Platzbedarf, Prozessstabilität Systeme mit fixierter Biomasse erlauben einfachere Mehrstufigkeit 4 2

5 Verfahren: Ozonierung 2 Ansätze Volloxidation Möglichst vollständiger Abbau von Verbindungen Hoher Ozonbedarf: kg O 3 /kg CSB eliminiert (stöchiometrisch: 3 kg O 3 /kg CSB el. ) Teiloxidation (Cracking) Umwandlung von nicht abbaubaren/toxischen Verbindungen in abbaubare Verbindungen, z.b. durch Spaltung von Doppelbindungen Abbau anschliessend biologisch Reduzierter Ozonbedarf: kg O 3 /kg CSB eliminiert (bezüglich der Gesamtanlage) Stromverbrauch Ozonierung (komplett inkl. lokale Sauerstofferzeugung, Eintrag, ) kleinere Anlagen (< 100 kg O 3 /h): ca kwh/kg O 3 grosse Anlagen (> 100 kg O 3 /h): ca kwh/kg O 3 5 Verfahren: Biologie + Ozonierung BIOZON alternierende Prozessführung Biologie 1 Ozonierung Biologie 2 Prozessführung mit interner Rezirkulation (Rezirkulationsrate %) Biologie 1 Ozonierung mit hoher interner Rezirkulation ( %) Biologie 2 (optional) Ozon Biologie 1 Biologie 2 Ozon Biologie 1 Biologie 2 6 3

6 Verfahren: Ergänzende Verfahren Adsorption/Biologie: BAC (biological activated carbon) Filtration mit granulierter Aktivkohle Adsorption + Biologie + Filtration Filtration (klassisch oder Membranverfahren) klassische Filtration, Mikro- und Ultrafiltration: Reduktion partikulärer Stoffe/CSB Nanofiltration und Umkehrosmose: Reduktion von gelösten Stoffen/CSB 7 Konventionelle Biologie + Biofilter (+Filtration) Konventionelle Biologie + Ozon + Biofilter (+Filtration) Biofilter mehrstufig Biofilter + Teilozonierung (mit Rezirkulation) + Biofilter Biofilter + Teilozonierung (mit Rezirkulation) + Endoxidation Biofilter + Teilozonierung (mit Rezirkulation) + Endoxidation + BAC usw. Verfahren: Verfahrenskombinationen 8 4

7 Verfahrenstechnik Vorreinigung konventionelle (RSB-)Belebung Biofiltration 2-stufig Filtration Kenndaten Q = m3/d Zulauf auf konventionelle Belebung: mg/l CSB Anlagenleistung (CSB) Zulauf 1. Biofilter 120 mg/l (CSB/BSB = ca. 8) Ablauf 1. Biofilter 100 mg/l Ablauf 2. Biofilter 88 mg/l Ablauf Filter 75 mg/l CSB-Elimination in der Biofiltration-Filtration: 45 mg/l, bzw % Anwendungsbeispiele: Papierabwasser ohne Ozon 9 Anwendungsbeispiele: Papierabwasser mit Ozon Verfahrenstechnik Vorreinigung konventionelle Belebung Ozonierung Biofiltration Kenndaten Dimensionierung CSB mg/l kg/d Rohwasser Ablauf konv. Biologie Q m 3 /d BSB 5 mg/l Ozonierung: Leistung 100 kgo 3 /h (max. 1.1 kg O 3 /kg CSB el. bezüglich Abbau Ozon+Bio) 400 Ablauf Ozon+Bio 270 Abbau Ozon+Bio

8 Anwendungsbeispiele: Papierabwasser mit Ozon Messwerte Betrieb Ablauf konv. Biologie Ablauf Ozon Ablauf Bio Abbau Ozon+Bio BSB 5 mg/l CSB mg/l % 100% 62% 48% 52% Ozonverbrauch Gesamtanlage 1.0 kg O 3 verbraucht /kg CSB el. Dimensionierung bestätigt 11 Anwendungsbeispiele: Papierabwasser Stromverbrauch Q CSB-Abbau Stromverbrauch m 3 /d kg/d Anlage 1 ohne Ozon Biofiltration Total Anlage 2 mit Ozon Biofiltration Ozonierung 1500 kwh/d kwh/m kwh/kg CSB el

9 Anwendungsbeispiele: Deponiesickerwasser ohne Ozon Deponie Türliacher, Jaberg Verfahrenstechnik Biofiltration dreistufig (C-El. + Nitrifikation) Fällung-Flockung-Seihtisch zur Entfärbung (Huminstoffe) Zulaufwerte 2002 Q: 60 m 3 /d CSB: mg/l BSB 5 : 280 mg/l CSB/BSB 5 = 10.9 NH 4 -N: mg/l 13 Anwendungsbeispiele: Deponiesickerwasser ohne Ozon Ablaufwerte 2002 CSB gel NH 4 -N Zulauf 1. Biofilter mg/l 800 mg/l Ablauf 1. Biofilter mg/l 190 mg/l Ablauf 2. Biofilter mg/l 7 mg/l Ablauf 3. Biofilter mg/l < 1 mg/l Ablauf Entfärbung 210 mg/l < 1 mg/l CSB Elimination über Biofiltration: ca. 33% CSB Elimination über Entfärbung: ca. 90% - Hoher Chemikalieneinsatz - Schlamm mit schlechter Entwässerbarkeit 14 7

10 Anwendungsbeispiele: Deponiesickerwasser mit Ozon Deponie Bärengraben, Würenlingen Verfahrensschema (C-El. + Nitrifikation) BIOPUR 1 BIOPUR 2 Kontaktbehälter 1 Kontaktbehälter 2 BAC- Filter Aare Ozon Vorlage Rezirkulation 15 Anwendungsbeispiele: Deponiesickerwasser mit Ozon Zulaufwerte 2003 Q: 50 m 3 /d CSB: 500 mg/l TOC: 150 mg/l BSB 5 : 35 mg/l CSB/BSB 5 : 14 NH 4 -N = 300 mg/l Ablaufwerte 2003 CSB: 25 mg/l TOC: 10 mg/l NH 4 -N = 0.1 mg/l 16 8

11 Anwendungsbeispiele: Deponiesicherwasser mit Ozon Elimination [kg/d], Verhältnis CSB/TOC [-] Analyse CSB-/TOC-Elimination CSB TOC CSB/TOC Bio 1+2 Ozon 1 Ozon 2 BAC Bio 1+2: Abbau, bzw. ÜSS-Bildung Ozon 1: Cracking Ozon 2: Abbau BAC: Abbau von schon stark oxidierten Verbindungen Abbau biol. ca. 10 kg CSB/d Abbau durch O 3 ca. 14 kg CSB/d 17 Anwendungsbeispiele: Deponiesicherwasser mit Ozon Analyse des spezifischen Ozonverbrauchs bezüglich Gesamt-CSB Elimination 2003 CSB-Elimination: 95% 1.75 kg O 3 verbraucht /kg CSB el. / 2.3 kg O 3 eingetragen /kg CSB el. Aktueller Betrieb CSB-Elimination: 80-85% 1.4 kg O 3 eingetragen /kg CSB el. Ozonverbrauch hängt stark von angestrebter Reinigungsleistung ab Restozonverlust Nebenreaktionen im Deponiesickerwasser 18 9

12 Anwendungsbeispiele: Deponiesicherwasser Stromverbrauch Q CSB-Abbau Stromverbrauch Türliacher Würenlingen 2003 / aktuell Biofiltration total Biofiltration Ozon m 3 /d / / / 65 kg/d / / - 14 / - kwh/d / / / kwh/m / 33 6 / 4 50 / 29 kwh/kg CSB el / / / - Würenlingen: deutliche Reduktion des Stromverbrauchs! 19 Schlussfolgerungen Mehrstufige Biologien + Ozon bieten interessante und leistungsfähige Lösungen, die Verschmutzungen effektiv abbauen und nicht nur abtrennen. Für mehrstufige Systeme und im Zusammenhang mit Ozonierung sind Biofilmverfahren, insbesondere die Biofiltration, ideal. Kombination Ozon + Biologie ist betriebskostentechnisch interessant. Ozonverbrauch variiert stark in Funktion des Abwassers Pilotversuche machen! Aufgrund der hohen Betriebkosten für die Ozonierung sind flexible, regelbare Anlagenkonzepte anzustreben. Der Energieaufwand steigt überproportional mit höherem Reinigungsgrad. Die speziellen Abwassereigenschaften müssen beim Anlagenbau berücksichtigt werden