Elimination von anthropogenen Spurenstoffen in kommunalen Kläranlagen

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1 Elimination von anthropogenen Spurenstoffen in kommunalen Kläranlagen Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Firk Vorstand des Wasserverbandes Eifel-Rur Obmann des DWA-Fachausschusses Weitergehende Abwasserreinigung Sprecher der DWA-Koordinierungsgruppe Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf BWK-Landeskongress Neue Herausforderungen in der Abwassertechnik am 23. April 2015 in Schwerte

2 Anthropogene Spurenstoffe Anthropogene Spurenstoffe sind chemische Substanzen, die in der Umwelt in Konzentrationen von wenigen µg/l und darunter vorliegen In der EU sind mehr als Chemikalien zugelassen In den letzten Jahren verbesserte chemische Analytik Bewertung des Risikos von anthropogenen Spurenstoffen für Mensch und Natur

3 Gruppen anthropogener Spurenstoffe Industriechemikalien Haushaltschemikalien Waschmittelinhaltsstoffe Körperpflegemittel Humanarzneimittel Röntgenkontrastmittel Hormone Veterinärpharmaka Futterzusatzstoffe Korrosionsschutzmittel Biozide, Herbizide, Insektizide, Fungizide

4 Urbaner Wasserkreislauf Nutzung in Haushalt und Gewerbe Kanalisation Anthropogene Spurenstoffe Trinkwasser Abwasserreinigung Wasseraufbereitung Oberflächenwasser / Grundwasser

5 Diffuse Quellen Regenwasserkanäle - Biozide, - PSM, - SM Undichte Kanäle und Hausanschlüsse - Pharmaka, - Hormone, - Biozide, - Haushaltschemikalien Straßen - SM, - PAK, - Benzinadditive, - Herbizide Pflanzenschutz - Fungizide, - Insektizide, - Herbizide Mischwasserüberläufe - Pharmaka, - Hormone, - Biozide Schifffahrt - Biozide, - PAK Tierhaltung - Pharmaka, - Hormone, - Biozide Bahntrassen - Herbizide, - SM, - PAK Kommunale Kläranlage - Pharmaka, - Hormone, - Biozide, - Haushaltschemikalien Industriekläranlage - Industriechemikalien Punktförmige Quellen

6 Maßnahmen zur Minderung anthropogener Spurenstoffe im Wasserkreislauf Quellenorientierte Maßnahmen: Nutzungs-, Import- und Eintragsverbote Anwendungsbeschränkungen Substitution und Entwicklung harmloserer Ersatzstoffe Umweltgerechte Entsorgungswege Informelle Maßnahmen für Verbraucher/-innen

7 Maßnahmen zur Minderung anthropogener Spurenstoffe im Wasserkreislauf Dezentrale Maßnahmen: Separation der Stoffe am Anfallort und sachgerechte Entsorgung Vorbehandlung von Abwässern aus Gewerbe, Industrie u. Gesundheitseinrichtungen vor Einleitung in die Kanalisation Verbesserter Erosionsschutz in der Landwirtschaft

8 Maßnahmen zur Minderung anthropogener Spurenstoffe im Wasserkreislauf End-of-Pipe - Maßnahmen: Weitergehende Abwasserreinigung in kommunalen und industriellen Kläranlagen (sog. 4. Reinigungsstufe) Verbesserte Misch- und Regenwasserbehandlung

9 Prioritäre und neuartige Schadstoffe: Pharmaka, Biozide, Flammschutzmittel, hydrophil POLARITÄT primär wasserlöslich primär sorbiert Polyfluorierte Verbindungen Iodierte Kontrastmittel Antibiotika Benzotriazole Betablocker Östrogene Psychopharmaka Biozide Moschusduftstoffe Zinnorganika, PAKs, PBDE lipophil leicht flüchtig FLÜCHTIGKEIT schwer flüchtig nach Ternes, 2011

10 Prozesse zur Eliminierung von anthropogenen Spurenstoffen in Kläranlagen Entfernungsprozesse auf konventionellen Kläranlagen: Strippung (Belüftung Sandfang / Belebungsbecken) Biologischer Abbau (abh. vom Schlammalter) Adsorption an die Schlammmatrix

11 Entfernungsraten von Spurenstoffen in Abhängigkeit vom Schlammalter vor Ausbau (t TS = 2 d ) nach Ausbau ( t TS = 17 d ) DWA-Themenband, 2015

12 Prozesse zur Eliminierung von anthropogenen Spurenstoffen in Kläranlagen Weitergehende Abwasserreinigungsverfahren: Sorption an spez. Adsorbentien (Granulierte oder pulverförmige Aktivkohle) Chemische Oxidation (Ozonung, AOPs) Stofftrennung mittels Nanofiltration oder Umkehrosmose

13 Pulveraktivkohledosierung (Dosierung in Belebungsanlage) Denitrifikation Nitrifikation PAK Nachklärung FM Interne Rezirkulation Rücklaufschlamm ÜS-Schlamm Wirkungsweise: Adsorption von Stoffen an Aktivkohle (spez. Oberfläche 500 bis m²/g) Reduzierung abhängig von Spurenstoffeigenschaften, Breitbandwirkung Keine toxischen Nebenprodukte Zusätzliche Reduzierung des DOC: 45-65% Probleme: Rückhalt feinster Aktivkohle Erhöhte Adsorption anderer Substanzen Dosiermengen: 30 mg PAK/l Erfahrungen: Halbtechnik, Großtechnik DWA-Themenband, 2015

14 Pulveraktivkohledosierung (nachgeschaltete Stufe) Denitrifikation Nitrifikation Nachklärung FHM PAK FM, FHM FM Interne Rezirkulation Rücklaufschlamm ÜS-Schlamm ÜS-Kohle Wirkungsweise: Adsorption von Stoffen an Aktivkohle (spez. Oberfläche 500 bis m²/g) Reduzierung abhängig von Spurenstoffeigenschaften, Breitbandwirkung Keine toxischen Nebenprodukte Zusätzliche Reduzierung des DOC: 45-65% Übliche Dosiermengen: 10 bzw. 20 mg PAK/l Abtrennung der Aktivkohle erfordert nachgeschaltete Filtration Zusätzliche Sorption in der Belebungsanlage Erhöhte Schlammmenge Erfahrungen: Halbtechnische Versuche, erste großtechnische Anlagen DWA-Themenband, 2015

15 Pulveraktivkohledosierung (direkte Dosierung auf Filter) Denitrifikation Nitrifikation Nachklärung FM, FHM PAK FM Interne Rezirkulation Luft/ Spülwasser Rücklaufschlamm ÜS-Schlamm Wirkungsweise: Adsorption von Stoffen an Aktivkohle (spez. Oberfläche 500 bis m²/g) Reduzierung abhängig von Spurenstoffeigenschaften, Breitbandwirkung Keine toxischen Nebenprodukte Zusätzliche Reduzierung des DOC: 45-65% Dosiermengen: 10 bzw. 30 mg PAK/l Kurze Kontaktzeiten in der Filtration Erhöhte Schlammmenge Spülabwasser mit ÜS-Kohle Erfahrungen: Halbtechnische und großtechnische Versuche, großtechnische Anlagen zur Entfärbung (KA Albstadt etc.) DWA-Themenband, 2015

16 Kläranlage Schwerte (RV) Rezirkulationsbetrieb Grünebaum 2011

17 Filtration mit granulierter Aktivkohle Denitrifikation Nitrifikation Nachklärung Aktivkohlefiltration FM Interne Rezirkulation Rücklaufschlamm ÜS-Schlamm Wasserverband Eifel-Rur (KA Düren)

18 Kläranlage Düren (WVER)

19 Ozonung Denitrifikation Nitrifikation Nachklärung Ozongenerator Ozonvernichter Filter optional FM Interne Rezirkulation Rücklaufschlamm ÜS-Schlamm Wirkungsweise: Starkes Oxidationsmittel reagiert mit einer Vielzahl von Wasserinhaltsstoffen Breitbandwirkung bei der Elimination von Mikroverunreinigungen Zusätzliche desinfizierende Wirkung Weitergehende Reduzierung des DOC Dosierung: Übliche Dosiermengen im Abwasser: 5-15 mg O 3 /l; 0,5 1,0 mg O 3 /DOC Verbesserung der Oxidationsleistung: Erhöhung O 3 -Gehalte, längere Kontaktzeiten Entstehung von Reaktionsprodukten Transformationsprodukte: ggf. toxisch nachgeschaltete Stufe Erfahrungen: Halbtechnik, Großtechnik DWA-Themenband, 2015

20 Kläranlage Bad Sassendorf (LV)

21 Weitere mögliche nachgeschaltete Verfahrenstechniken Kombination Ozonung / Aktivkohle Ozongenerator Ozonvernichter FHM PAK FM, FHM Luft/ Spülwasser Kombination mit AOPs / UV / Aktivkohle Ozongenerator Ozonverichter PAK UV Luft/ Spülwasser DWA-Themenband, 2015

22 Jahreskosten der Ozonung und der PAK-Dosierung inkl. Filtration DWA-Themenband, 2015

23 Ausblick (I) Vervollständigung der Datenlage zu anthropogenen Spurenstoffen und Bilanzierung der vielfältigen Einträge in die Gewässer Risikobetrachtung zu Mikroschadstoffen -für den Menschen -für aquatische Ökosysteme und Biodiversität Anwendung der effizientesten Maßnahmenkombinationen unter Berücksichtigung ökonomischer und ökologischer Kriterien im Sinne der EU-WRRL

24 Ausblick (II) F+E-Projekte zu neuen Verfahrenstechniken der weitergehenden Abwasserreinigung Förderung von großtechnischen Demonstrationsvorhaben zum Beweis, dass eine weitergehende Abwasserreinigung die ökologischen Gewässerparameter verbessert Herstellung einer gesellschaftlichen Akzeptanz für zusätzliche/n - Kosten - Energiebedarf - Ressourcenverbrauch

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!