Ozonungs-Konzept Kläranlage Neugut, Dübendorf

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1 Ozonungs-Konzept Kläranlage Neugut, Dübendorf Fachsymposium Mikroschadstoffe.NRW, Düsseldorf, Anita Wittmer, Michael Thomann, Michel Blunschi, Christian Abegglen, Max Schachtler, Hansruedi Siegrist

2 Ausgangslage Kläranlage Neugut (Dübendorf) wird mit einer Ozonungsstufe ausgerüstet Ozonung ARA Neugut

3 Ausgangslage Kläranlage Neugut (Dübendorf) wird mit einer Ozonungsstufe ausgerüstet Gesetzgebung Ozonung ARA Neugut

4 Ausgangslage Kläranlage Neugut (Dübendorf) wird mit einer Ozonungsstufe ausgerüstet Gesetzgebung Ozonung ARA Neugut Belasteter Vorfluter

5 Ausgangslage Kläranlage Neugut (Dübendorf) wird mit einer Ozonungsstufe ausgerüstet Gesetzgebung Betrieb Interessiertes Umfeld Ozonung ARA Neugut Belasteter Vorfluter Kanton Stadt

6 Ausgangslage Kläranlage Neugut (Dübendorf) wird mit einer Ozonungsstufe ausgerüstet Gesetzgebung Betrieb Interessiertes Umfeld Ozonung ARA Neugut Belasteter Vorfluter Kanton Stadt Nähe zur Eawag

7 Kläranlage Neugut, Dübendorf (1) Heutige Anlage Grobrechen Rohabwasser Hebewerk Sand-/Fettfang Feinrechen Vorklärbecken Filtration Zweistrassig Nachklärbecken Zweistrassig Rücklaufschlamm Belüftungsbecken ANOX Ablauf in Vorfluter (Glatt) Vierstrassig

8 Kläranlage Neugut, Dübendorf (2) Einbindung in normalen Betrieb Ziel: Optimale Nutzung der vorhandenen Baustruktur Grobrechen Rohabwasser Hebewerk Sand-/Fettfang Feinrechen Vorklärbecken Filtration Ozonungsreaktor Nachklärbecken Rücklaufschlamm Belüftungsbecken ANOX Ablauf in Vorfluter (Glatt)

9 Kläranlage Neugut, Dübendorf (3) Betriebsdaten Dimensionierungsgrundlagen Einwohnergleichwerte Trockenwetteranfall m 3 /d Regenwetteranfall m 3 /d Ablaufwerte Mittelwerte Biochemischer Sauerstoffbedarf 2.1 mg O 2 /l Gelöster organischer Kohlenstoff 4.5 mg DOC/l Ammoniak/Ammoniumstickstoff 0.08 mg NH 4 -N/l Gesamtphosphor 0.3 mg P tot /l Nitrit 0.04 mg NO 2 -N/l

10 Neubau Ozonung (1) Fliessschema Ozonung inkl. Probenahmestrategie Volumen Reaktor: 530 m 3 Aufenthaltszeit: 34 min (Q TW,Mittel ) 17 min (Q RW,Mittel ) Angestrebte Ozondosierung: g O 3 /g DOC

11 Neubau Ozonung (1) Fliessschema Ozonung inkl. Probenahmestrategie Volumen Reaktor: 530 m 3 Aufenthaltszeit: 34 min (Q TW,Mittel ) 17 min (Q RW,Mittel ) Angestrebte Ozondosierung: g O 3 /g DOC Fliessrichtung

12 Neubau Ozonung (1) Fliessschema Ozonung inkl. Probenahmestrategie Volumen Reaktor: 530 m 3 Aufenthaltszeit: 34 min (Q TW,Mittel ) 17 min (Q RW,Mittel ) Angestrebte Ozondosierung: g O 3 /g DOC Ozoneintrag im 1ten und 3ten Kompartiment (im Gegenstrom)

13 Neubau Ozonung (1) Fliessschema Ozonung inkl. Probenahmestrategie Probenahmestelle im Zulauf 6 Probenahmestellen im Reaktor Volumen Reaktor: 530 m 3 Aufenthaltszeit: 34 min (Q TW,Mittel ) 17 min (Q RW,Mittel ) Angestrebte Ozondosierung: g O 3 /g DOC

14 Neubau Ozonung (2) Messtechnik Ziel: Optimierung der Ozondosierung (Regelungsstrategie) (1) DOC Anlyzer: (2) Nitrit Analyzer (3) UV-Absorbanz Zulauf 1, 2, 3 (4) UV-Absorbanz Ablauf (5) Ozon (photometrisch) (6) ph (7) RedOx 4, 5, 6, 7

15 % Elimination of micropollutant Optimierung Ozondosierung (1) Absorbanzmessung Ziel: Einfache Messmethodik zur Überwachung der Reinigungsleistung und Regelung der Ozondosierung Hintergrund: Erste Tests in Bezug auf die Korrelation zwischen Absorbanzabnahme und Ozondosis resp. Spurenstoffelimination sind vorhanden. An der Eawag wurden Labortests durchgeführt (Dr. Y. Lee) 100 A254nm CMP BZF IBP pcba CMP-pred BZF-pred IBP-pred pcba-pred % Decrease of A254nm

16 Elimination [%] Elimination [%] Elimination [%] Elimination [%] Optimierung Ozondosierung (2) Laborversuch Eawag (ungespiked) Gabapentin Absorbanzabnahme 254nm [%] Sulfamethoxazol Benzotriazol Levetiracetam Absorbanzabnahme 254nm [%] Absorbanzabnahme 254nm [%] Absorbanzabnahme 254nm [%]

17 Optimierung Ozondosierung (3) Mögliches Steuerungs- /Regelungskonzept für die Ozondosierung Vorgabe: 80 % Spurenstoffelimination für Indikatorsubstanzen Vorschlag Indikatorsubstanzen: Benzotriazol, Carbamazepin, Diclofenac, Mecoprop, Sulfamethoxazol Absorbanzabnahme bei 254 nm muss > 45% sein Stufen-Regelung innerhalb eines Bestimmten Bereichs: z.b. Absorbanzabnahme zwischen 45 und 50 % (PI-Regelung) Regelung erschwert, da träges System (Reaktionszeit von Ozon << Aufenthaltszeit) Evtl. Kombination, Steuerung Regelung (Monitoring). Steuerung über Zulaufgrösse (z.b. Absorbanz bei 254 nm), Regelung resp. Monitoring über die Absorbanzabnahme

18 Nachbehandlung Stufe mit biologischer Aktivität Fazit: aus früheren Untersuchungen z.b. Strategie Micropoll In der Regel deutliche Abnahme von ökotoxikologischen Effekten aber vereinzelt Bildung von labilen Reaktionsprodukten. Empfehlung: Eine Nachbehandlung mit einer biologisch Aktiven Stufe nach der Ozonung wird empfohlen, um die abbaubaren, ökotoxikologisch relevanten Reaktionsprodukte abzubauen. Geplante Untersuchungen auf der ARA Neugut: Biotests und Spurenstoffanalytik NKB Ozonungsreaktor Sandfilter

19 Nachbehandlung Stufe mit biologischer Aktivität Fazit: aus früheren Untersuchungen z.b. Strategie Micropoll In der Regel deutliche Abnahme von ökotoxikologischen Effekten aber vereinzelt Bildung von labilen Reaktionsprodukten. Empfehlung: Eine Nachbehandlung mit einer biologisch Aktiven Stufe nach der Ozonung wird empfohlen, um die abbaubaren, ökotoxikologisch relevanten Reaktionsprodukte abzubauen. Geplante Untersuchungen auf der ARA Neugut: Biotests und Spurenstoffanalytik Ozonungsreaktor GAK / BAK NKB Wirbelbett Sandfilter Festbett

20 Untersuchungen im Gewässer Biotests Routine Untersuchungen der Biozönose durch das AWEL (Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kantons Zürich) - Makrozoobenthos und Kieselalgen (teilweise auch Makrophyten) seit 1996 im 8 Jahreszyklus jeweils zwei Proben pro Jahr untersucht Zusätzliche Messungen 2011 vor und nach Einleitung ARA Neugut weitere Proben unabhängig vom Routineplan sind nach Inbetriebnahme der Ozonung geplant. Weitere mögliche Untersuchungen (noch in Abklärung): - Gammarusfrassaktivität (vor und nach Einleitung ARA) - DNA Untersuchung der Biozönose im Vorfluter Die Schwierigkeit liegt darin die Resultate der Messungen zu evaluieren und den Effekt der Ozonung zu erkennen, da viele verschiedene Einflüsse auf die Biozönose einwirken

21 Zeitplan Aktueller Zeitplan Baubeginn Herbst 2012 In Betriebnahme: Herbst 2013 Untersuchungen Absorbanzabnahme Herbst 2013 Untersuchungen Spurenstoffelimination Herbst 2013 Untersuchungen Glatt: 2013 / 2014 (und folgend dem Routineplan) Inbetriebnahme Nachbehandlungen: Winter 2013 / Frühling 2014

22 Fazit Viele Untersuchungen wurden durchgeführt und ein gutes Grundwissen ist vorhanden, allerdings mit Optimierungspotential. Gute Voraussetzungen für die erste dauerhafte, grosstechnische Umsetzung einer Ozonung auf einer kommunalen ARA in der Schweiz Ein breites Untersuchungsprogramm ist vorgesehen welches Einsicht in Betriebliche Optimierungen und eine Überwachung der Auswirkungen vorsieht Lernen für andere Anlagen in der Schweiz

23 Vielen Dank fürs Zuhören Ein spezieller Dank an alle die an diesem Projekt mitwirken: ARA Neugut: Eawag: Holinger AG: Gujer AG: AWEL: BAFU: VSA: Max Schachtler Hansruedi Siegrist, Marc Böhler, Juliane Hollender, Christa Mc Ardell, Philipp Longree Michael Thomann Michel Blunschi Daniel Rensch Michael Schärer Christian Abegglen

24 Ozon [kg O3/h] Ozonbedarf bei Trockenwetteranfall 9 8 Ohne Nitrit 0.3 mg NO2-N/l Ozondosierung: 0.8 g O 3 /g DOC 7 6 DOC: Nitrit: 6 mg DOC/l 0.0 mg NO 2 -N/l 0.3 mg NO 2 -N/l Qtw min: 141 l/s Qtw Tagesmittel: 266 l/s Qtw max: 404 l/s

25 Pilotanlage Eawag

26 Erforderliche Absorbanzabnahme zur 50 resp. 80 %igen Spurenstoffelimination Jedes Abwasser ist anders und erfordert eine separate Untersuchung zur Definition der erforderlichen Absorbanzabnahme Saisonal Bedingte Schwankungen müssen noch untersucht werden Im Betrieb der grosstechnischen Ozonungsanlage der ARA Neugut vorgesehen.