Elimination von Spurenschadstoffen mittels GE s PAC-MBR - Erfahrungen aus der Schweiz und Deutschland. Sven Baumgarten, Nico Siegenthaler

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1 Elimination von Spurenschadstoffen mittels GE s PAC-MBR - Erfahrungen aus der Schweiz und Deutschland Sven Baumgarten, Nico Siegenthaler

2 Inhalt Einführung PAC-MBR Erfahrungen & großtechnische Anwendungen Pilot-Studien zur MP-Entfernung Kostenbetrachtung Zusammenfassung und Ausblick

3 Einführung PAC-MBR PAC-MBR: simultane Zugabe von Pulver-Aktivkohle (PAC) in einen Membranbioreaktor (MBR) PAC

4 PAC-MBR - Reaktionsmechanismus Kombination von Adsorption und ggf. biologische Regeneration Adsorption biologisch schwer/nicht abbaubarer organischer Verbindungen ggf. biologischer Abbau verfügbar Verbindungen durch verlängerte Kontaktzeit und ggf. erneute Adsorption an freigewordenen Adsorptionsplätzen Adsorption Biologischer Abbau

5 PAC-MBR - typische Einsatzgebiete Alternative zur nachgeschalteten AKF oder oxidativen Behandlung (nur Teilelimination) Anfänglich: Fokus auf industrielle Anwendungen - weitergehende Entfernung von CSB, TOC - gezielte Entfernung spezifischer Verbindungen (AOX, Herbizide etc.) Besonderheiten - geringe zusätzliche Investitionen - einfache Nachrüstbarkeit (MBR) - Stabilisierung des biologischen Prozesses (Toxizität) - bedarfsweise (z.b. saisonale) Zu-/Abschaltung Agan Chemicals; 7 MLD PAC- MBR 5

6 MP-Entfernung - Verfahrensschemata Mehrstufige konventionelle Verfahren Influent Effluent for discharge or reuse Pretreatment BioTank Secondary Clarifier Ozone system BAF Influent Effluent for discharge or reuse Pretreatment BioTank Secondary Clarifier PAC Contactor PAC Clarifier MMF PAC-MBR Prozess Influent Pretreatment BioTank w PAC MemTank Effluent for discharge or reuse einfach & kompakt

7 MP-PAC-MBR - Möglichkeiten Chancen in Bezug auf aktuelle Fragen der Abwasserreinigung in Europa: - keine Nebenprodukte (oxidative Verfahren) - weitgehender Rückhalt von Mikroplastiken & Nanopartikeln sowie - von pathogenen/resistenten Keimen und Bakterien - TN < 3 mg/l und TP < 0.1 mg/l möglich

8 Inhalt Einführung PAC-MBR Erfahrungen & großtechnische Anwendungen Pilot-Studien zur MP-Entfernung Kostenbetrachtung Zusammenfassung und Ausblick

9 PAC-MBR Erfahrungen Pilotmaßstab: 15+ erfolgreiche Pilotstudien, v.a. im industriellen Bereich Großtechnik: >5 Jahre Dauerbetrieb im technischen Maßstab und >3 Jahre im großtechnischen Anlagenbetrieb Belastungstest: Abrasions-Studie über 2 Jahre bei 10 g PAC/L + 5 g TSS/L Kein Trübungsanstieg oder Flussabfall Keine visuellen Anzeichen von Abrasion oder Beschädigung durch PAC GE Confidential - Distribute to authorized individuals only.

10 PAC-MBR Referenzen Plant Name ww-origin Targeted compound Agan Chemicals, Israel Bashneft Refinery, Russia Venezuela Refinery, Bolivia Sadaf Petro Chemical, Saudi Arabia Ordos PVC, China Herbicide production refractory COD, herbicides, AOX, toxicity Start-up Size [m³/d] ,200 Refinery Refractory COD Commissioning ongoing (2016) Refinery Ethylene Dichloride Production PVC production refractory COD (RO feed) 84,000 Plan: Q ,460 refractory TOC Plan: refractory COD (RO feed) ,480 GE Confidential - Distribute to authorized individuals only.

11 Referenzen Agan Chemicals, Israel Ausgangssituation - Abwasser (6-7.2 MLD) aus der Herbizid-Herstellung, hoch belastet und stark inhibierend - Hohe Anforderungen an die Einleitungen ins Meer (nahe Ashdod Desal Plant), insbesondere in Bezug auf NH4, AOX und TOC - Ursprüngliches Verfahrensdesign Anaerob+Aerob nur im Pilotmaßstab erfolgreich - Pilotierung einer modifizierten, biologischen Behandlung ab 2010: 2-stufige, aerobe, mit Verdünnung zunächst ohne, dann mit PAC Zugabe - Pilotanlage läuft immer noch parallel zur Großtechnik GE Confidential - Distribute to authorized individuals only. Liron Soshani et al.; WEFTEC

12 Agan Chemicals, Pilot Results Liron Soshani et al.; WEFTEC 2014 GE Confidential - Distribute to authorized individuals only.

13 Agan Chemicals, Israel Stand - Inbetriebnahme der großtechnischen Anlage Mitte Seit Ende 2012 Zugabe von PAC zur Stabilisierung des Prozesses - PAC Dosiermengen: Konzentrationen im Bioreaktor ca g/l, Dosiermengen pro Tag ca kg - Einhaltung der Anforderungen durch: - Stabilisierung der Nitrifikation auf 98% - Verbesserung AOX Elimination um 7% - Leichte Verbesserung von TOC und Norg GE Confidential - Distribute to authorized individuals only.

14 Inhalt Einführung PAC-MBR Erfahrungen & großtechnische Anwendungen Pilot-Studien zur MP-Entfernung abgeschlossene und aktuelle Studien Kostenbetrachtung Zusammenfassung und Ausblick

15 PAC-MBR Studie LeLocle Kommunale Kläranlage LeLocle, Schweiz Pilotierungszeitraum 7 Monate; 5 Monate mit PAC-Zugabe 2 MBR Anlagen (ZW10/ZW500D) Referenz-MBR und PAC-MBR Schlammalter: d; TS: 6-8 g/l; PAC-Zugabe: 5-20 mg/l Betrachtete MP-Gruppen: Analgetika/ Entzündungshemmer, Antibiotika, Cholesterinsenker, Antidepressiva, Antiepileptika, Antikorrosionsmittel, Betablocker, Antidiabetika, Bio-/Herbi-/Pestizide

16 Mikroschadstoffe im Abwasser 38 Stoffe im Zulauf nachgewiesen 24 Stoffe zur Ermittlung der Eliminationsraten berücksichtigt darunter 6 Indikatorstoffe

17 Mittlere MP-Elimination alle Stoffe ohne PAC mit 10 ppm PAC ca. 50 % 90%

18 Mittlere MP-Elimination Indikatorstoffe Indikatorstoffe: Benzotriazol (Antikorrosionsmittel) Carbamazepin (Antiepileptikum) Clarithromycin (Antibiotikum) Diclofenac (Schmerzmittel) Metropolol (Betablocker) Venlafaxin (Antidepressivum) Mecoprop (Herbizid) ohne PAC mit PAC 20 ppm PAC 10 ppm PAC % 90%

19 MP-Elimination PAC-Bedarf Mittlere MP-Eliminationsraten von ca. 90% PAC-Bedarf von 10 mg PAC /L sehr gering geringer im Vergleich zu anderen Studien mit simultaner Zugabe (siehe EAWAG, LANUV); im unteren Bereich im Vergleich zu Studien zum tertiären Einsatz von PAC (Metzger et al.) spezifischer PAC-Bedarf von 1.7 mg PAC/ mg DOC sehr gering simultane PAC Zugabe in CAS-Wetzikon: 3.0 mg PAC/ mg DOC 1.7 mg PAC/ mg Elimination ohne/ mit PAC

20 PAC-MBR - Filtrationsleistung 1.7 mg PAC/ mg DOC hohe Flussleistung (+10% gegen Standard) konstante Permeabilität/ geringer Reinigungsbedarf

21 PAC-MBR Energiebedarf stabiler Betrieb und geringer Belüftungsbedarf (LEAP-LOW) Energiebedarf von Filtration und Belüftung < 100 Wh/m³

22 PAC-UF & PAC-MBR Studie KA Neuss-Ost Kläranalage Neuss-Ost (TW: 32/ RW 60 MLD) Ziel: Demonstration der Leistung einer nachgeschalteten UF zu einer bestehenden Kläranlage Anlagenspezifische Besonderheiten: hoher industrieller Abwasseranteil beengte Platzverhältnisse parallele Pilotierung zu bestehender konventioneller Filtration mit PAC Zugabe Pilotierungszeitraum: 3 Monate PAC-UF, 3 Monate PAC-MBR Beginn: Dez 2015

23 PAC-UF Studie KA Neuss-Ost Stand der Ergebnisse Kombination von PAC und UF ist erfolgreich kein irreversibles Fouling Reversible Abnahme der Membranleistung bei RW Moderate Nettoflüsse Moderate Ausbeute Reinigungsaufwand: MC täglich, RC monatlich MP Analytik Ergebnisse stehen aus

24 PAC-MBR Studie Technikum KA Emschermündung Ziel: Demonstration der relevanten Auslegungsgrößen und Reinigungsleistung eines PAC-MBR im Parallelbetrieb zu Langzeitversuchen mit konventionellen biologischen Pilotanlagen: a) mit nachgeschalteter AK-Stufe und b) mit simultaner PAC Zugabe Pilotierungszeitraum: 6 Monate mit verschiedenen PAC Konzentrationen Beginn: Dez 2015

25 PAC-MBR Studie Technikum EGLV Stand Betriebsbedingungen der Ergebnisse Gesamtschlammalter= 18 d, hydr-. Verweilzeit= 9 h, TSBB= 8 g/l PAC Dosierung: 0, 10 mg/l stabile Leistung Membranleistung Belüftung im Sparmodus (LEAP-Low) Geringer Reinigungsaufwand: mittlere Ablaufqualität: MC: wöchentlich, RC: keine in 4 ohne Parameter [mg/l] Monaten PAC CSBMBR ca. 25% < CBSkonventionell MP Analytik Ergebnisse stehen aus Weitgehende Bestätigung der Ergebnisse aus der Schweiz mit PAC COD 23,6 21,0 NH4-N PO4-P

26 Inhalt Einführung PAC-MBR Erfahrungen & großtechnische Anwendungen Pilot-Studien zur MP-Entfernung Kostenbetrachtung Zusammenfassung und Ausblick

27 Kostenbetrachtung I - qualitativ PAC-MBR begünstigt beifolgenden Voraussetzungen: Technische Anforderungen Steigende Anforderung an N und P Elimination Steigende Anforderungen an Rückhalt von resistenten Keimen und Mikroplastiken Ozonierung nicht möglich/ erwünscht Investitionen Beengte Platzverhältnisse Anlagenausbau/-erweiterung Anlagensanierung keine/ unzureichende Nachfiltration Betriebskosten Hoher Energiebedarf der bestehen Anlage (z.b. Pumpkosten für Betrieb Nachklärbecken oder Filtration) Einsparmöglichkeiten in Bezug auf Abwasserabgabe (insbes. CSB) Geringer PAC Verbrauch (?)

28 Kostenbetrachtung II PAC-Teil MP-Entfernung im PAC-MBR Investitionen: Dosier-und Einmischeinrichtung, ggf. Lagerstätte Betriebsmittelkosten: o PAC Bedarf: mg/l o vernachlässigbarer elektrischer Energiebedarf Andere Betriebskosten bzw. Vorteile? o Reststoffentsorgung über Schlammpfad (Verbrennung) (Zusätzl. Schlammanfall: ca. 0,4 g/l bzw. ca. 5 % vom TS-Gehalt) o Schlammbehandlung: Eindick-/ Entwässerbarkeit? o Vorteile im Sauerstoffübergang? o Chemikalienbedarf Membranreinigung PAC-Bedarf/ Kosten: kg/ 1000 m³ 0,02 0,045 /m³

29 Inhalt Einführung PAC-MBR Erfahrungen & großtechnische Anwendungen Pilot-Studien zur MP-Entfernung Kostenbetrachtung Zusammenfassung und Ausblick

30 Zusammenfassung PAC-MBR bietet eine elegante verfahrenstechnische Lösung nicht nur zur MP-Elimination, sondern gleichzeitig auch zum Rückhalt von resistenten Bakterien, pathogenen Keimen und Mikroplastiken und zur weitgehende Nährstoffelimination, z.b. TP < 0.1 mg/l Kosten erscheinen vertretbar für den Neubau bei beengten Platzverhältnissen, aber auch insbesondere im Zusammenhang mit einer Erweiterung, Sanierung, Ertüchtigung von Kläranlagen PAC

31 Stand/ Ausblick PAC-MBR ist zugelassenes Verfahren zur MP-Elimination mehrere Machbarkeitsstudien mit PAC-MBR laufen erste PAC-MBR Ausschreibung erwartet für Q Demonstrationsvorhaben/ Pilotstudien laufen Kurzfristiges Ziele: Einbeziehung von PAC-MBR in Machbarkeitsstudien und großtechnische Demonstration

32 DANKE für die Unterstützung und die gute Zusammenarbeit!