Angewandte Forschung zur Entfernung von Mikroverunreinigungen im Wasserkreislauf. Prof. Dr.-Ing. Thomas Wintgens

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1 Angewandte Forschung zur Entfernung von Mikroverunreinigungen im Wasserkreislauf Prof. Dr.-Ing. Thomas Wintgens 1

2 Gliederung 1. Aquapure (PAK/Ultrafiltration) Vergleich zweier PAK/UF Systeme 2. PAK mit Flotation (PAK/Flotation) Abtrennung von PAK durch Flotation und Polstoff-Filtration 3. AKTIFILT (PAK/RF) Möglichkeit der Abtrennung von PAK durch Raumfilter 2

3 Untersuchte Mikroverunreinigungen Substanzen Anwendung MW [g/mol] pka Log D bei ph 7.5 Benzotriazol Korrosionsinhibitor Carbamazepin Antiepileptikum Diclofenac Nichtopioid Analgetika Mecoprop Pestizid Sulfamethoxazol Antibiotika Estron Hormon Iopamidol Röntgenkontrastmittel

4 Analyse Mikroverunreingungen Probennahme über 48h oder 72h Analysemethode: Lagerung bei 10 C während Probennahme Lagerung bei 4 C bis zur Aufbereitung Filtration (0.45 µm) Zugabe deuterierten Standards Festphasenextraktion bei ph 7.5 Eluierung mit Methanol Analyse mit HPLC MS in MS/MS mode 1100 HPLC system + LC/MSD Trap XCT plus 4

5 Aquapure Technologie: PAK/Ultrafiltration Fragestellungen: Entfernung Mikroverunreinigungen (MV) Prozessvergleich (getaucht/gedrückt) Abrasion der Membran durch PAK Projektpartner: WABAG Wassertechnik AG Amt für industrielle Betriebe Basel-Landschaft Dolder AG Laufzeit: (BAFU: UTF / IDM ) 5

6 Vorteile und Prinzip Geringerer Platzbedarf Bakterien- und Virenrückhalt Kompletter PAK Rückhalt 6

7 Aquapure/ ARA Birs (BL) Anlagengrösse: 150'000 EW Kommunal/industrielles Abwasser Vorfluter: Rhein ARA-Ablaufqualität: DOC = 5-7 mg/l GUS = 5-10 mg/l ARA Birsfelden, Kanton Basellandschaft, CH 7

8 Experimenteller Aufbau PAK/UF gedrücktes System getauchtes System PAK: SAE Super Kontaktzeit: 2 Stunden PAK Menge: 20 mg/l Fällung: Fe 3+ = 4 mg/l PAK: SAE Super Kontaktzeit: 25 h PAK Menge: 20 mg/l Fällung: Fe 3+ = 4 mg/l UF: Dead end / in-out Material: PES Nom. Porenweite: 20 nm Membranfläche: 0.2 m 2 UF: Getaucht / out-in Material: PVDF Nom. Porenweite: 40 nm Membranfläche: 0.93 m 2 8

9 Konzentration von Mikroverunreinigungen ARA Birs Leichte typische Schwankungen für untersuchte Substanzen Starke unytpische Konzentrationsspitze von SMX von 30 µg/l Konzentration (n = 12) [µg/l] Substanzen SMX CBZ MEC DCF BZT Median Maximum Minimum Löwenberg et al.,

10 Entfernung von Mikroverunreinigungen im Vergleich Entfernungen von 60-90% der meisten Mikroverunreinigungen Starke Schwankungen für Entfernung von SMX Löwenberg et al.,

11 Aktifilt (ARA Ergolz 1) Technologie: PAK/Raumfilter Fragestellung: - PAK Rückhalt durch Raumfilter - grosstech. Umsetzung - PAK Schlupf Bestimmung durch TGA Projektpartner: WABAG Wassertechnik AG EAWAG Amt für Industrielle Betriebe BL Holinger AG Dolder AG Laufzeit: (BAFU: UTF / IDM ) 11

12 Verfahrenskonzept und Umsetzung auf der ARA Ergolz 1 Sissach Betrieb eines grosstechnischen Filters mit PAK+FeClSO 4 -Dosierung im Zulauf Beschickung via Flockungsbecken, wo PAK+FeClSO 4 dosiert werden Q = 30% Gesamtzulauf, bzw. max. = 100 L/s (v max Filtration: 16 m/h) Betrieb von 2 Pilotfiltern Betrieb mit gleicher Filtrationsgeschwindigkeit wie der grosstechnische Filter 12

13 Erste Eindrücke Aktifilt auf der ARA Sissach (AIB BL) Kontaktreaktor Mehrschichtfiltration PAK Dosiersystem 2-strassiger Pilotfilter PAK-Einlagerung im Filter 13

14 Prozessparameter und Prozessleistung (Standardparameter) PAK Dosierung: Flockung: Filtergeschwindigkeit (Mittel/Max) Kontaktzeit im Flockungsreaktor (Mittel / Min): Rückspülintervall mg/l SAE Super (Norit Cabot) und Pulsorb WP260 (Chemviron Carbon) 0.1 mg Fe 3+ /mg PAK 6 / 16 m/h 50 / 20 Min 1-3 Tage 14

15 Schlussfolgerungen Aktifilt PAK Einfluss auf Filterbetrieb und Ablaufqualität Stabiler Betrieb mit tiefen GUS-Werten im Ablauf PAK- und Eisen Dosierung reduzieren zusätzlich GUS, Trübung, DOC, PO 4 -P Raumfiltration zeigt sich als geeignetes Verfahren zum Rückhalt von PAK Rückspülintervall Raumfilter: 1-3 Tage > mittlere PAK-Verweilzeit: Tage. gute Ausnützung der PAK PAK-Dosierung und Elimination Mikroverunreinigungen gute Entfernung bei Dosierung < 15 mg/l PAK Filter zeigt Pufferwirkung durch Einlagerung von PAK Deckelung der PAK Dosierung bei Regenwetter sinnvoll Präsentation Aktifilt: PAK/RF auf der ARA Ergolz I 15

16 PAK & Flotation Technologie: Pulveraktivkohle und Flotation Fragestellungen: - Entfernung Mikroverunreinigungen (MV) - Verbesserung des Rückhalts von DOC - Fähigkeit der Flotation zur PAK und GUS Abtrennung Projektpartner: EAWAG; SUPSI; Dolder AG; Krofta America Latina S.A; Lonza AG; Amt für Industrielle Betriebe BL; Mecana Umwelttechnik GmbH; TBF + Partner AG Laufzeit: (BAFU: UTF / /343/03 - K ) 16

17 PAK & Flotation (ARA Visp) - Hoher Anteil industrielles Abwasser - Haupteinleiter Lonza Abwasserqualität: DOC = mg/l (vor Flotation) GUS = 50 mg/l (vor Flotation) ARA Visp (Wallis) Krofta Flotationszelle auf der ARA Visp 17

18 Aufbau Pilotanlage PAK& Flotation Bioggio TI textiles Filtermedium 2-Kammer-Kontaktbecken Flotationszelle Trommelfilter mit Pol-Stoff 18

19 Weitere Projekte im Bereich Mikroverunreinigungen FP7 Actiwate: Behandlung von Umkehrosmose-Konzentraten u.a. zur Entfernung von Mikroverunreinigungen (Ozon / Granulierte Aktivkohle) FP7 DEMEAU: Hybridverfahren PAC/UF mit keramischen Membranen FP7 Minotaurus: Biotechnologische Verfahren zur Entfernung von organischen Verunreinigungen im Grundwasser und Abwasser (immobilisierte Biokatalysatoren z.b. Enzyme oder Spezialorganismen TTNP3) Interreg IV NW Europa TAPES: Transnational Action Programme on Emerging Substances mit NL, DE, UK, BE in NWCH: Nutzung granulierte Aktivkohle aus dem Trinkwasserbereich in der Abwasserbehandlung Beteiligung am Forschungsnetzwerk Spurenstoffe NRW: Teilprojekte Membrantechnik, Industrie und Lebenszyklusanalyse Biologische Abbauwege verschiedener MV (Prof Corvini UBIOTECH) 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dank für die Unterstützung der hier vorgestellten Projekte gilt dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) Umwelttechnologieförderung Danke an die vielen Mitwirkenden Jonas Löwenberg, Armin Zenker, Antje Langbein, Therese Krahnstöver, Dominique Ritty, Karin Dreyer - Gerhard Koch, David Kaulbach, Markus Vock, Gregor Niederberger - Martin Baggenstos, Walter Goldinger - Michael Thomann Urs Arnold Roger König Marc Böhler, Hansruedi Siegrist Jean-Luc Müller, Christian Zumwald Ulrich Grabbe Thomas Kahoun