Wirtschaftlicher Rückhalt von Mikroschadstoffen, Pathogenen und Mikroplastik Potentiale der Membrantechnik in der Abwasserbehandlung

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Katja Geiger
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1 Wirtschaftlicher Rückhalt von Mikroschadstoffen, Pathogenen und Mikroplastik Potentiale der Membrantechnik in der Abwasserbehandlung Dipl.-Ing. Nobert Selzer Prof. Dr. Winfried Schmidt DGMT, Arbeitskreis Mikroschadstoffe Essen

2 Initiative Forum - Netzwerk Anlagenbau Forschung & Entwicklung DGMT Membranbau Lieferanten Anwender und andere

3 Anzahl AK Mikroschadstoffe Auswertung der Projektdatenbanken D/CH (ohne Behandlung v. Krankenhausabwasser) Technologien: - Adsorption (, GAK) - Oxidation (Ozon, H 2 O 2, UV) - Membranverfahren? Kläranlagen (in Betrieb oder Planung/Bau) Pilotversuche 5 Machbarkeitsstudie 0

4 Mikroplastik Unterschiedliche Eintragspfade in die Gewässer: primäres Mikroplastik Direkter Eintrag über kommunales und industrielles Abwasser sekundäres Mikroplastik Fragmentierung von Plastikmüll in der Umwelt

5 Herkunft von Mikroplastik Industrielle Prozesse Transportverluste und Abrieb in Herstellungsprozessen Produktverluste bei der Anwendung bzw. Weiterverarbeitung von Kunststoffen Verwitterung und Verschleiß Gebäude, Infrastruktur und Verkehr Abrieb von Reifen, Oberflächen (Farben, Lacke), Schuhsohlen... Freisetzung bei Reinigungs- oder Abrissarbeiten Haushalte und kommerzielle Endanwendungen Additive in Kosmetik- und Reinigungsprodukten Abrieb, Verschleiß, Verwitterung von polymerhaltigen Produkten

6 Forschungsprojekte Mikroplastik in Binnengewässern MiWa - Mikroplastik im Wasserkreislauf Probenahme, Probenbehandlung, Analytik, Vorkommen, Entfernung und Bewertung (TU Berlin) OEMP - Optimierte Materialien und Verfahren zur Entfernung von Mikroplastik im Wasserkreislauf (TU Berlin) Keine Erkenntnisse über Einsatz von Membranverfahren Bestimmungsmethoden noch in der Abstimmung

7 Vierte Reinigungsstufe Vorbehandlung Biologische Abwasserreinigung Nachklärung Vierte Reinigungstufe Optionen für vierte Reinigungstsufe: Adsorption (, GAK) Oxidation (Ozon, H 2 O 2, UV) Hybridprozesse (z.b. + Sandfilter, Ozon + Sandfilter, in Belebung)

8 Bewertung der Verfahren Adsorptionsverfahren (, GAK mit Sandfilter) Keine vollständiger Rückhalt von Keine Abtrennung von multiresistenten Keime Oxidationsverfahren (Ozon, H 2 O 2, UV in Kombination mit Sandfilter) Durch Oxidation der Spurenstoffe Bildung von Transformationsprodukten Multiresistente Keime werden abgetötet in der Belebung Kein vollständiger Rückhalt für Keine Abtrennung von multiresistenten Keimen

9 Kompetenzzentrum Mikroschadstoffe NRW

10 Mikroschadstoffe- Membranen Rückhalt durch MBR Verfahren aus vielen Studien ca 50% Micromem, Aquacure. Was können membrantechnische Verfahren in der Kombination mit anderen Verfahren leisten? Ist die gleichzeitige Rückhaltung von mehreren Stoffgruppen eine wichtige Option? Einsatz in Kombination mit Studien in Schweiz, Deutschland, Dänemark Unterschiedliche Verfahrenskombinationen und Membranverfahren

11 Verfahrensvarianten mit Bewertung Flächenbedarf Invest Verbrauch an

12 MBR mit

13 Adsorptionskapazität Wirkungsverlust der Adsorptionskapazität durch Belebtschlamm? Modell? Adsorption Desorption biologischer Abbau Abgewandelt nach Sven Baugarten

14 MBR mit Versuche von GE : mittels getauchter Membranmodule KA Neuss und im Technikum der Emschergenossenschaft.

15 Verfahrensvarianten mit

16 mit Membranen Erfolgreiche Versuche von MICRODYN-NADIR auf der KA Hünxe mit getauchten Modulen.

17 Kurzfassung Ergebnisse Einsatz zwischen mg /l ( oder 3-5 g / DOC ) Eliminierungsgrad Spurenstoffe 80-90% Schlammmenge Schlamm Eigenschaften / Entwässerbarkeit DOC Ablauf Haltbarkeit der Membranen (aus anderen Einsätzen )

18 (Resistente) Keime Bekannte und vermutete Eintragspfade von Keimen in Oberflächengewässer (und zurück) Frei nach: N. Czekalski et al., Aqua & Gas No , S

19 Rückhalt Mikroorganismen Kläranlagenstufe Funktionsweise Wirksamkeit (log-stufen) Vorklärung Sedimentation größerer Partikel Entfernung daran haftender Mikroorganismen 1-2 Belebungsbecken Konkurrenz um Sauerstoff, Sedimentation i.d. 1-2 Nachklärung, Nährstoffmangel Tropfkörper UV-Licht, Absenkung der Temperatur, 1-2 Konkurrenz Koagulation/Flockung Rückhalt von Einzellern und Bakterien 1-2 Sandfiltration Rückhalt von Einzellern und Bakterien 1-3 MBR Rückhalt von Einzellern, Bakterien und Viren 3 - >6 Quelle: A. Rechenburg, Uni Bonn: hygienische-mikrobiologische Herausforderungen für die Verfahrenstechnik auf der Kläranlage, Vortrag 1. DWA-Hygienetag, September 2016, Düsseldorf

20 Versuch KA Lausanne CAP UF

21 Rückhalt resistenter Keime Zellzahl cell/ml Resistente Zellzahl Cell/mL Zulauf Ablauf konventionell Ablauf CAP +UF Kläranlage Lausanne :EAWAG, Brugmann et. al. 2013

22 HYREKA ( BMBF - RiSKWA) Biologische bzw. hygienische Relevanz und Kontrolle Antibiotika-resistenter Krankheitserreger in klinischen, landwirtschaftlichen und kommunalen Abwässern und deren Bedeutung in Rohwässern Koordination: Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit (IHPH) (Prof. Martin Exner) des Universitätsklinikums Bonn - Source Dissemination (Eintragspfade von ARG und Antibiotikarückständen aufklären und durch technische Verfahren unterbrechen - Microbial Dissemination (Untersuchung der Rückkopplung zum Menschen) - Microbial Source Tracking (Rückverfolgbarkeit von ARG und resistenten Keimen aus Abwässern auf deren Ursprungsorte) DGMT_Tagung 2017 Kassel 22

23 Hygienisierung KA-Ablauf mit Membranfiltration nach und Sandfilter Versuche der INGE AG auf der KA Steinhäule / Ulm im Rahmen des BMBF- Verbundprojektes HYREKA mit druckbetriebenen Kapillarmodulen

24 Hospital Herlev, Dänemark GAC, O 3 DHI Report 2016

25 Ergebnisse Herlev DHI Report 2016

26 Wirtschaftlichkeit These : 1. Eine Behandlungstechnik für mehrere Aufgaben ist grundsätzlich wirtschaftlicher als mehrere Behandlungsstufen 2. Kosten für Membranverfahren

27 Was kosten Membranverfahren? Druckbedarf p [bar] Entscheidenden Einfluss haben die Energiekosten, die sich aus dem erforderlich Druck (=Triebkraft) ergeben: 4 Salze Albumin Protein Hefen Sand Organische Moleküle Virus Bakterien Umkehrosmose Nanofiltration 0,0001 0,001 0,01 0, Ultrafiltration Mikrofiltration 0,1 Mehrschicht Filtration Trenngrenze d p [µm]

28 Was kosten Membranverfahren? Druckbedarf p [bar] Beispiele für unterschiedliche Total Water Cost TWC ( /m³) = Betriebskosten + Kapitaldienst 4 Salze Albumin Protein Hefen Sand Umkehrosmose Organische Moleküle Meerwasser- Entsalzung 0,60 1,- Virus Bakterien Nanofiltration Oberflächenwasser 0,10 0,20 0,0001 0,001 0,01 0, Ultrafiltration Mikrofiltration 0,1 Mehrschicht Filtration Trenngrenze d p [µm]

Wirtschaftlicher Rückhalt für Mikroschadstoffe, Pathogene und Mikroplastik Potentiale der Membrantechnik in der Abwasserbehandlung Economical retention of micropollutants, pathogens and microplastics

29 Wirtschaftlicher Rückhalt für Mikroschadstoffe, Pathogene und Mikroplastik Potentiale der Membrantechnik in der Abwasserbehandlung Economical retention of micropollutants, pathogens and microplastics potential of the membrane technology for waste water treatment 30. März 2017 / 30 th March Uhr / am Wasser Berlin International 2017 Raum Stuttgart, Halle 1.2. / room Stuttgart, hall 1.2.

30 Programm DGMT Forum Uhr RISIKOPOTENZIALE AUS DEN Uhr BEREICHEN / POTENTIAL RISKS Spurenstoffe micropollutants Resistente Keime resistant bacteria Mikroplastik microplastic TO SPECIFIC AREAS Dr. Thomas Track DECHEMA - Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.v. Frankfurt a. M. Prof. Dr. Thomas Berendonk Institut für Hydrobiologie Technische Universität Dresden Dipl.-Ing. Ralf Bertling Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT Oberhausen Uhr AKTUELLE MAßNAHMEN Uhr CURRENT ACTIVITIES Kompetenzzentrum Mikroschadstoffe NRW centre of excellence for micropollutants NRW Dr. Heinrich Herbst Kompetenzzentrum Mikroschadstoffe NRW, Köln Aktivitäten auf Bundesebene activity at the federal level Dr. jur. Jörg Wagner Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit Bonn DGMT Arbeitskreis Mikroschadstoffe DGMT working group micropollutants Dipl.-Ing. Werner Ruppricht DGMT Arbeitskreis Mikroschadstoffe Essen Uhr ERFAHRUNGEN AUS DER Uhr PRAXIS Berliner Wasserbetriebe Berlinwasser group Erfverband Erft association Emschergenossenschaft Emscher association PRACTICAL EXPERIENCE Dr.-Ing. Alexander Sperlich Forschung und Entwicklung Berliner Wasserbetriebe Dipl.-Ing. Norbert Engelhardt Erftverband Bergheim Dr.-Ing. Ruben-Laurids Lange Emschergenossenschaft Essen Uhr PODIUMSDISKUSSION Uhr PANEL DISCUSSION Moderation: Marcus Bloser IKU GmbH Dortmund Podium Alle Referenten der Panel speaker of previous sessions 30

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