Flockungsfiltration zur kombinierten. Spurenstoffen und Phosphor

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1 Aktivkohleadsorption und Flockungsfiltration zur kombinierten Entfernung von anthropogenen Spurenstoffen und Phosphor Johannes Altmann (TU Berlin) Dr. Alexander Sperlich (Berliner Wasserbetriebe) Prof. Dr. Martin Jekel (TU Berlin) Gefördert von Partner Integration der Spurenstoffentfernung in Technologieansätze der 4. Reinigungsstufe Fokus: paralleler Vergleich von Verfahrensoptionen zur Spurenstoffentfernung und Phosphorentfernung Verfahrensvarianten: Flockungsfiltration mit Pulveraktivkohledosierung Aktivkohlefiltration (nachgeschaltet oder als zusätzliche Filterschicht) Flockungsfiltration mit vorheriger Ozonung Nachklärung + PAK + FM Nachklärung + FM Nachklärung + FM Nachklärung + Ozon + FM Anthrazit Anthrazit Granulierte Aktivkohle Granulierte Aktivkohle Anthrazit

2 Pilotanlage zur Pulveraktivkohledosierung Zweischichtfilter:,2 m Anthrazit,,6 m Filtergeschwindigkeit: 7,5 m/h (=8,5 m 3 /h) Filterlaufzeit: 2 h / 24 h Flockungsmitteldosierung: 4-5 mg/l (nach ortho-p Signal) PAK-Dosierung:, 2, 35, 5 mg/l Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 3 PAK-PilotanlagePilotanlage KW Münchehofe Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 4

3 PAK-Dosierung: Auswirkungen auf Flockungsfiltration Phosphor S ummenhä äufigkeit % 8% 6% 4% 2%,7 mg/l Zulauf mit PAK mg/l 2 mg/l 35 mg/l 5 mg/l,8 mg/l Flockungsfiltration erreicht betriebsstabil TP, mg/l PAK-Dosierung zeigt keinen negativen Einfluss %,5,2,,4,6,8 Gesamtphosphor [mg/l] Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 5 g/l] Su uspendierte e Stoffe [m PAK-Dosis [mg/l] PAK-Dosierung: Auswirkungen auf Flockungsfiltration II Suspendierte Stoffe IQR Zulauf Zielwert Max 75% Perzentil Median 25% Perzentil Min Filter Laufzeit 2 h 24 h Filterlaufzeit e 2 h bs bis 5 mg/l PAK PAK-Dosierung besitzt geringe Auswirkung auf Filterdurchbruch Hauptfaktor: Flockungsmittelmenge Außerdem: geringe Auswirkungen auf den Filterdruckverlust Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 6

4 Spurenstoffentfernung 8 2 mg/l n= mg/l n=2 5 mg/l PAK n= Entfernun ng [%] Schlecht Mittel Gut Altmann et al., Water Research 84 (25), Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 7 UV 254 -Absorption als Kontrollparameter UV 254 = SAK 254 Überwachung durch Online-Sonde Carbamazepin Diclofenac rnung [%] Spure enstoffentfe Batchversuch (3 min) rnungl [%] Spure enstoffentfer Batchversuch (3 min) Pilotanlage Pilotanlage UVA 254 -Entfernung [%] UVA 254 -Entfernung [%] Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 8

5 Einsatz granulierter Aktivkohle Nachklärung + FM. Nachgeschaltet im Anschluss an Flockungsfiltration (mit/ohne Ozonung) Anthrazit Granulierte Aktivkohle 2. Nachklärung + FM GAK in Flockungsfiltration integriert Als zweite Filterschicht Granulierte Einschichtfiltration im Aufstrom Aktivkohle Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 9 GAK-Flockungsfiltration Halbtechnische h Versuchsanlage Ø 5 cm, v = 6 m/h Klarlauf l + 4 mg/l /LFe Zweischichtfilter,4 m GAK +,6 m Aufstromfilter,9 m GAK (+ cm Kiesschicht) Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption

6 GAK als Filtermaterial Auswirkungen auf Flockungsfiltration ti Phosphor Suspendierte Stoffe,8 n= n= mg/l] TP [,6 4,4,2 Zielwert Zu,54 Zweischicht- GAK-Filter,6,8 Aufstrom- GAK-Filter TSS [mg/l] 3 2 Zulauf 2,6,5,5 Zielwert Zweischicht- GAK-Filter, 2,2 Aufstrom- GAK-Filter Zielwerte für Phosphor und Suspendierte Stoffe werden erreicht Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption GAK als Filtermaterial Druckverlust Zweischichtfilter Aufstromfilter öhe über Filterboden [m] 3 2 GAK Übe erstau öhe über Filterboden [m] 3 2 Übersta au H H GAK 5 Druckverlust [mbar] 5 Druckverlust [mbar] Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 2

7 Spurenstoffentfernung Durchbruchskurven h,8 Zweischichfilter (5 min) Aufstromfilter (2 min),4 c/c,6,2,8,4 c/c,6,2 Carbamazepin Laufzeit [d] Zweischichfilter (5 min) Aufstromfilter filt (2 min) Carbamazepin Durchgesetzte t Bettvolumina [m 3 Filtrat t / m 3 GAK] Entfernung durch GAK-Adsorption Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 3 Spurenstoffentfernung,8,4 c/c,6,2,8,4 2,2 c/c,6 Zweischichfilter (5 min) Aufstromfilter (2 min) Gabapentin Durchgesetzte Bettvolumina [m 3 Filtrat / m 3 GAK] Gabapentin Laufzeit [d] Entfernung durch GAK-Adsorption + biologische Transformation Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 4

8 Spurenstoffentfernung durch GAK-Filtration Adsorbierbarkeit Schlecht Mittel Gut Zweischicht-GAK-Filter Amidotrizoesäure i Acesulfam Gabapentin Valsartan 4-FAA Iomeprol Iopromid Primidon Sulfamethoxazol Bezafibrat Diclofenac Benzotriazol Carbamazepin Methyl-BTA Metoprolol Theoretische Aktivkohledosis [mg GAK /L] Durchbruch 2% 5% Bettvolumina [m 3 Filtrat / m 3 GAK] Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 5 Zusammenfassung Aktivkohleadsorption und Flockungsfiltration Organische Spurenstoffe können durch Adsorption entfernt werden; Eliminationsgrad ist stoffspezifisch Aktivkohleadsorption und Flockungsfiltration: Zielwerte für suspendierte Stoffe und Gesamtphosphor können sicher eingehalten werden, zusätzliche Entfernung von CSB (DOC) Pulveraktivkohle geringe Auswirkungen auf Filterlaufzeit + Druckverlust, Laufzeit wird primär durch Flockungsmittelmenge bestimmt SAK 254 als Steuerungs-/ Kontrollparameter geeignet Granulierte Aktivkohle Als Filterschicht in Flockungsfiltration betreibbar Bestimmende Einflussfaktoren: Korngröße und Aufenthaltszeit Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 6

9 Vielen Dank an: Labor TU Berlin Uta Ben-Slimane, Elke Profft, Jutta Jakobs u.a. Labor BWB Münchehofe Siegrid Neideck, Jörn Frankenstein u.a. Studierende (Abschlussarbeiten, Hilfskräfte) Eva-Linde Geiling, Daniel Sauter, Hannah Brübach, Janis Hanf, Clara Rodenbach, Joana Wiebach, Sarah Rigorth, Julia Pohl, Jan Danner, Daniel Rehfeld, Julia Sturm, Kai Träder, Lukas Massa, Simon Mangold, Fabian König Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 7 Vielen Dank für Ihr Interesse. Dieses Projekt wird gefördert aus Mitteln der Europäischen Union (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) und des Landes Berlin. EUROPÄISCHE UNION Europäischer Fonds für regionale Entwicklung Investition in Ihre Zukunft Abschlussveranstaltung IST4R: Kombination von Flockungsfiltration und Aktivkohleadsorption 8