DWA Praxisseminar Obere Lutter

Transkript

1 DWA Praxisseminar Obere Lutter bei der Elimination von Spurenstoffen 03. Juli 2013 Dipl.-Ing. Klaus Alt Dipl.-Ing. Frank Heuner

2 Gliederung Einleitung Übersicht der Verfahrenstechnik Kurzvorstellung von verschiedenen Projekten Planungsaspekte bei der Spurenstoffelimination Zusammenfassung Folie 2

3 Den Spurenstoffen auf der Spur Webseite Folie 3

4 Anlagen zur Spurenstoffelimination in BW Folie 4

5 Einleitung - Verfahrenstechnik Erweiterte Oxidationsverfahren (Advanced oxidation process) UV Bestrahlung + H2O2 Ozon Diskussionspunkte, Nachteile: Entstehung von Metaboliten, Energiekosten Adsorptionsverfahren: Pulveraktivkohle Granulierte Kohle (GAK) Diskussionspunkte, Aspekte: Hohe innere / äussere Oberfläche, Wirtschaftlichkeit Folie 5

6 Mikroskopische Aufnahme Aktivkohle Quelle: H. Fritsche Fa. Jacobi Folie 6

7 Anwendungsform Kornkohle als Kornaktivkohle in vertikal durchströmten Filtern mit der Möglichkeit der anschließenden Reaktivierung der verbrauchten Aktivkohle und erneuten Anwendung Hohe Beladung Gleichgewicht mit Zulaufkonzentration Serienschaltung thermische Reaktivierung (außerhalb) Quelle: Prof. Dr.-Ing. Cornel TU Darmstadt Folie 7

8 Welche praktischen Lösungen gibt es. Folie 8

9 Kläranlage Bad Sassendorf Ablaufozonung EW Q max = 650 m 3 /h Ozonanlage für 300 m 3 /h (75% JAM) Invest.: ca. 1,0 Mio. Förderung 70% MUNLV zus. Betriebskosten: ca /a Inbetriebnahme: Oktober 2009 Folie 9

10 Ozonung Folie 10

11 Kläranlage Bad Sassendorf Folie 11

12 Projektbeteiligte Mannheim Eigenbetrieb Stadtentwässerung Mannheim Umweltministerium Baden-Württemberg Hochsc hule Hochschule Biberach Institut für GEO und UMWELT Dipl.-Ing.(FH) Steffen Metzger Prof. Dr.-Ing. Helmut Kapp Gesamtkoordination, Projektplanung Folie 12

13 Verfahrensbedingte Anordnung der Adsorptionsstufe Folie 13

14 Kurzbeschreibung der Kläranlage Mannheim Ausbaugröße EW 1 Belebungsbeckenstrasse Trockenwetter Mischwasser l/s l/s mech. Reinigungsstufe 5-straßige Belebungsanlage mit 10 Nachklärbecken Flockungsfiltration Schlammfaulung und Trocknungsanlage Filter Regenüberlaufbecken Folie 14

15 Kläranlage Schwerte Pilotanlage mit Ozon und Aktivkohle Inbetriebnahme Mai 2010 Pilotanlage im Teilstrom Ozon: 6 Behälter à 32 m³ PAK: 3 Behälter à 150 m³ Folie 15

16 Kläranlage Schwerte Pilotanlage mit Ozon und Aktivkohle Folie 16

17 Kläranlage Schwerte Pilotanlage mit Ozon und Aktivkohle PAK Dosierung, Reaktionsbehälter 3 Behälter je 150 m³, V ges = 450 m³ WSP Höhe i. M. ca. 4,10 m Ozonung, Reaktionsbehälter 6 Behälter je 33 m³, V ges = 198 m³ WSP Höhe i. M. ca. 6,30 m Folie 17

18 Kläranlage Schwerte Pilotanlage mit Ozon und Aktivkohle Folie 18

19 Zentralkläranlage Detmold Beschreibung des Klärwerks Ausbaugröße: Flockungsfilter Nachklärung Belebung Trockenwetterzufluss 301 l/s Regenwetterzufluss 771 l/s Mechanische Reinigungsstufe 4 straßige Belebungsanlage mit 4 Nachklärbecken Flockungsfiltration Schlammfaulung und maschinelle Entwässerung Folie 19

20 Zentralkläranlage Detmold Bau einer Anlage zur Spurenstoffelimination Behandlung eines Teilstroms (max. 200 l/s) Vergleich unterschiedlicher Verfahren zur Spurenstoffelimination: Ozonung (= Vorzugsvariante) Filtration mit granulierter Aktivkohle PAK Zugabe im Überstand Filtration PAK-Dosierung Absetzbecken Folie 20

21 Zentralkläranlage Detmold Errichtung einer Pilotanlage zur Ozonung Ziele: Optimierung der Ozondosis, Kontaktzeit für Abwasser Ablauf NK, Reaktionskinetik Kosten der Pilotanlage: Mietstation Wissenschaftliche Begleitung Analytik Probenehmer Koordination, technische und bauliche Vorbereitung Summe netto Summe brutto Folie 21

22 AdOx Köln Beschreibung des Projekts Umrüstung der Kölner BIOFOR-Flockungsfilter zur Spurenstoffelimination Flockungsfiltration Fa. Philipp Müller Baujahr 1992 Aufwärts durchströmte Filterzellen GKW Stammheim Filtrationsstufe (GKW Stammheim) Versuche im halbtechnischen und großtechnischen Maßstab auf dem KW Rodenkirchen Folie 22

23 AdOx Köln Beschreibung des Klärwerks Rodenkirchen Ausbaugröße: EW Trockenwetterzufluss 175 l/s Regenwetterzufluss 579 l/s Mechanische Reinigungsstufe 2 straßige Belebungsanlage 3 Nachklärbecken (2 mit Adaptbauwerken) Flockungsfiltration Schlammfaulung und maschinelle Entwässerung Folie 23

24 AdOx Köln Nachklärung mit Adaptbauwerken 2 von 3 Nachklärbecken mit Adaptbauwerken ausgerüstet Höhenvariables Einlaufbauwerk Anpassen der Höhenlage und Öffnungsweite an die schwankenden Zulaufbelastungen AFS-Konzentration im Ablauf NK < 5 mg/l (im Mittel) Folie 24

25 AdOx Köln Umrüstung zur Spurenstoffelimination Behandlung eines Teilstroms (max. TW-Zufluss 175 l/s) Vergleich unterschiedlicher Verfahren zur Spurenstoffelimination: Ozonung Filtration mit granulierter Aktivkohle (Biofor-Referenzfilter) Vorversuche im halbtechnischen Maßstab, großtechnische Versuchsreaktoren Paralleler Betrieb aller 3 Reaktoren unter gleichen Randbedingungen direkter Vergleich der Verfahren möglich Eliminationsleistung Betriebs- und Investitionskosten Energieverbrauch betriebliche Aspekte Übertrag der Ergebnisse auf GKW Stammheim und andere Kölner Klärwerke Folie 25

26 AdOx Köln Vorversuche Aktivkohle Kleinsäulenschnellfiltertests (RSSCT) Auswahl Aktivkohle Halbtechnische Filtersäulen Ermittlung der optimalen Kontaktzeit Ermittlung der Wechselintervalle Verhalten bei Spülung Folie 26

27 AdOx Köln Großtechnischer Versuchsreaktor GAK-Filter Austausch des Filtermaterials aufwärts durchströmt Filterbetthöhe: 2,50 m Filtergeschwindigkeit: 4,9 m/h (im Mittel) 8,0 m/h (bei Q max ) Kontaktzeit: 31 min (im Mittel) 19 min (bei Q max ) Folie 27

28 AdOx Köln Großtechnischer Versuchsreaktor Ozonung Ozon-Eintragssystem: Diffusoren Ozonproduktion: max. 2 kg/h Aufenthaltszeit : 32 min (im Mittel) 19 min (bei Q max ) Filter zur biologischen Nachbehandlung Folie 28

29 GAK Wasserwerk Düsseldorf - Holthausen Ausbaugröße 4 m³ / s Einsatz von GAK 20 Filterzellen à 5m Durchmesser Seit 20 Jahren in Betrieb Folie 29

30 Kläranlage Buchenhofen Beschreibung des Klärwerks Ausbaugröße EW Trockenwetterzufluss l/s Regenwetterzufluss l/s Mechanische Reinigungsstufe 6 straßige Belebungsanlage mit 9 Nachklärbecken Flockungsfiltration Schlammfaulung und maschinelle Entwässerung Mono-SVA Projektbeteiligte Flockungsfiltration Folie 30

31 FHM FM PAK Kläranlage Buchenhofen F+E-Vorhaben Filter AK + Behandlung eines Teilstroms (max. 200 l/s) Vergleich unterschiedlicher Verfahren zur Spurenstoffelimination bei Flockungsfiltrationsanlagen Versuchsfilter GAK 2 PAK-Dosierung in den Überstau ( Projekt MIKROFlock, MKULNV, 2012) Referenzfilter 1 Kammer 3 Einstufige (GAK-Filter) Zweistufige Filtration (Partikelelimination über Hydroanthrazit Mikroschadstoffeleimination über GAK) Ablauf NKB 1 Versuchsfilter GAK Versuchsfilter PAK 4 5 Wupper Rückspülwasser mit beladener PAK Zulauf KA Vorklärung Biologie Schlammbehandlung 1-5 Probenahmestelle Folie 31

32 Kläranlage Buchenhofen Projektstand Umbau Filteranlage PAK-Silo PAK-Lieferung und GAK-Einbau EMSR-Technik 07/2013 Probebetrieb 07/2013 Versuchsbetrieb 08/ /2014 Entleerung der künftigen GAK-Filterkammern Folie 32

33 Kläranlage Bad Oeynhausen Beschreibung der Kläranlage Ausbaugröße EW Trockenwetter 308 l/s Mischwasser 616 l/s mech. Reinigungsstufe Belebungsanlage mit 12 Nachklärbecken Flockungsfiltration Schlammfaulung Nachklärbecken Filter Belebungsbecken Folie 33

34 Kläranlage Bad Oeynhausen Flockungsfiltration Flockungsfiltration Fa. WATEK Baujahr 1992 Abwärts durchströmte Filtration 8 Zellen mit einer Filterfläche von je 37 m² Filteraufbau 0,9 m Anthrazit (Ø 1,4 2,5 mm) 0,7 m Basalt (Ø 1,0 1,6 mm) 0,5 m Stützschicht (Ø 4,5 8,0 mm) Folie 34

35 Kläranlage Bad Oeynhausen Bestandsaufnahme/Schwachstellenanalyse Keine Reserve der 3 Zulaufpumpen Düsenbodenplatten haben sich nach Düsenverstopfung bei Rückspülung gehoben Unregelmäßiges Spülbild Geringe Anzahl von Filterdüsen (ca.45/m²) Hohe Überfallhöhe bei geringem Überstau Folie 35

36 Kläranlage Bad Oeynhausen Umrüstung zur Spurenstoffelimination Pilotversuch zur Umrüstung von einer Filterkammer zum GAK-Filter (später 3 Filter) Behandlung eines Teilstroms (max. TW-Zufluss 200 l/s) Sanierung der bestehenden Flockungsfiltration (5 von derzeit 8 Filtern) u.a.: Neuer Filterdüsenboden mit ca. 60 Düsen/m² Auftriebssicherung Filterdüsenboden Spülluftverteilung Bedarfsgerechte Auslegung der Zulaufpumpen, Rückspülpumpen und Spülluftgebläse Folie 36

37 Kläranlage Emschermündung, Technikum Verfahrenskonzept Konventionelle Abwasserreinigung Innovative Verfahren Optionale Nachbehandlung bei Dotierungsversuchen KLEM In NF-Anlage intergrierte UO-Anlage Überlaufleitung zum KLEM für nicht benötigte Abwassermengen Q NF = 1,1-2,2 l/s NF Konzentrat NF? (ca. 25% von Q NF = 0,275 l/s= rd. 1,0 m³/h) Permeat NF (ca. 75%= 0,825 l/s) Konzentratentsorgung? (ca. 25%) MSF Vorlage I Q OZ = 1,1-2,2 l/s OZ Q GAC = 1,1-2,2 l/s Reaktionsbehälter Vorlage UO UO Permeat (ca. 75%) Hauptklärwerk GAC GAC Q PAC = 1,1-2,2 l/s PAC OPTION Reaktionsbehälter Sedimenter Optionale Dosierung in die Belebung OPTION Ablauf im Freigefälle? MSF Q UO = 1,1-2,2 l/s PAC-Rezi PAC-Schlamm zum KLEM/Faulturm oder Entsorgung? Folie 37

38 Kläranlage Emschermündung, Technikum Verfahrenskonzept Konventionelle Anlage für EW RE VKB BB - NKB Sandfiltration Innovative Verfahren Ozonierung PAC Anlage GAC Anlage Nanofiltration / Umkehrosmose Inbetriebnahme November 2013 Folie 38

39 Kläranlage Swindon (UK) Thames Water Seit 3 Jahren in Betrieb Anordnung hinter der Nachklärung 10 Reaktoren Ø 8 m Folie 39

40 Planungsaspekte bei Spurenstoffprojekten Jede Kläranlage ist und bleibt individuell Screening Messreihe zu Beginn Grundlagenermittlung / energieoptimierte Planung von Interesse Alle Lösungskonzepte sollten geprüft werden Pilotierung prüfen bzw. empfehlen Spurenstoffelimination beginnt mit der Nachklärung Folie 40

41 GLÜCK AUF! Quelle: Prof. Dr.-Ing. Cornel TU Darmstadt Folie 41