IMF Membranbelebungsverfahren: Kosteneffektive Abwasserreinigung mit dem Membranbelebungsverfahren für dezentrale Standorte

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1 KompetenzZentrum Wasser Berlin IMF Membranbelebungsverfahren: Kosteneffektive Abwasserreinigung mit dem Membranbelebungsverfahren für dezentrale Standorte Regina Gnirss*, Boris Lesjean**, Hervé Buisson***, Sebastian Zuehlke*, Uwe Duennbier* *Berliner Wasserbetriebe, Cicerostr. 24, D Berlin, Germany ( **KompetenzZentrum Wasser Berlin, Cicerostraße 24, D Berlin ( ***Vivendi Water, Anjou Recherche, Chemin de la Digue BP76, Maisons-Laffitte Cedex, France ( I. Einleitung Die BWB nutzen Wasser aus Oberflächengewässer zur künstlichen Grundwasseranreicherung. Um die Eutrophierung in diesen Gewässern zu verhindern, ist Phosphor der limitierende Nährstoff. Deshalb wird seit vielen Jahren eine weitergehende Phosphorentfernung in der Abwasserreinigung in Berlin durchgeführt. Zukünftig können noch strengere Phosphorüberwachungswerte erwartet werden (bis zu 50 µg/l). Durch den Wasserkreislauf in Berlin könnten sich organische Spurenstoffe, wie z. B. Hormone und Arzneimittel anreichern. Weiterhin gibt es im Berliner Stadtgebiet Siedlungsgebiete, die bisher nicht an die Abwasserreinigung angeschlossen sind. Eine dezentrale Abwasserreinigung bietet sich hier an. Das Membranbelebungsverfahren wäre eine Möglichkeit, um diese Probleme für dezentrale Siedlungsgebiete zu lösen. Das Membranbelebungsverfahren wird bereits seit den 90er Jahren eingesetzt und hat den Stand der Technik erreicht. Für die Phosphorelimination wird in Membranbelebungen eine Simultanfällung durchgeführt, wodurch zuverlässig Ablaufwerte < 1mg/L erreicht werden können. Die Fällung führt jedoch zu einer um ca. 25% erhöhten Schlammproduktion (für ß~1,5), einem hohen Chemikalienbedarf und einer Aufsalzung des Vorfluters. Weiterhin können hohe Fällmittelmengen die Nitrifikation negativ beeinflussen. Das ist besonders der Fall wenn zum Erreichen niedriger Phosphorablaufwerte große Fällmittelmengen eingesetzt werden. Langjährige Erfahrungen mit der vermehrten biologischen Phosphorentfernung im konventionellen Belebungsverfahren zeigen dass dieses Verfahren kosteneffektiv ist. [1, 2]. Für Membranbelebungen existieren bisher lediglich Daten von Versuchsanlagen [3, 4]. Diese wurde damit begründet, dass durch das üblicherweise hohe Schlammalter bei den Membranbelebungsanlagen davon ausgegangen wurde, dass kein stabiler Betrieb mit biologischer Phosphorentfernung möglich ist. Allerdings muss man berücksichtigen, dass die Vorteile, des vollständigen Rückhaltes der partikulären Stoffe und die Belüftung des Membranreaktors als letzte Stufe zu deutlich niedrigeren Phosphorkonzentrationen führen könnten als bei einem konventionellen Belebungsverfahren.

2 Berlin Centre of Competence for Water Das Ziel des Forschungsprojektes ist es die vermehrte biologische Phosphorentfernung im Membranbelebungsverfahren bei einem Schlammalter von 26d zu untersuchen. Die Zielkonzentration für Gesamtphosphor wurde mit 50µgP/L festgelegt. In Langzeituntersuchungen sollen einige ausgewählte organische Spurenstoffe im Ablauf der Pilotanlagen und dem konventionellen Klärwerk verglichen werden. Auch der Prozess der Stickstoffentfernung sollte optimiert werden. Dabei wird die vorgeschaltete Denitrifikation mit der nachgeschalteten Denitrifikation ohne Kohlenstoffdosierung verglichen. Ausführlich dargestellt werden hier die Ergebnisse aus dem Zeitraum von September 2001 bis Februar 2003 mit der biologischen Phosphorentfernung. Eine erste kurze Zusammenfassung über die Entfernung von organischen Spurenstoffen wird gegeben. Die Ergebnisse über die vor- und nachgeschaltete Stickstoffentfernung werden in [3, 4] ausführlich beschrieben. II. Vermehrte biologische Phosphorentfernung im Membranbelebungsverfahren Die Versuche wurden mit zwei Pilotanlagen, die entsprechend dem konventionellen Belebungsverfahren mit einer vermehrten biologischen Phosphorentfernung (Abbildung 1) ausgelegt waren, durchgeführt. Die Konfiguration 1 entspricht dem konventionellen Belebungsverfahren mit einer vorgeschalteten Denitrifikation. Nach den Erfahrungen beim UCT-Prozess [5], wird die Membran in dem zweiten Schlammkreislauf vorgesehen. Im Vergleich dazu, wird in der Konfiguration 2 für die Stickstoffentfernung eine nachgeschaltete Denitrifikation ohne Kohlenstoffdosierung getestet. Configuration 1: Pre- denitrification R2 R3 Configuration 2: Post-denitrification R3 R1 R2 Abb. 1. Zwei Konfigurationen mit biologischer Phosphorentfernung III. Versuchsdurchführung Pilotanlagen. Die zwei Membranbelebungsanlagen (PP1 & PP2) wurden parallel zu der konventionellen Kläranlage mit vermehrter biologischer Phosphorentfernung betrieben (KW Ruhleben, Berlin). Der Versuchsaufbau umfasste eine Vorsiebung, zwei biologische Reaktoren, zwei Membrananlagen, und ein Kontroll- und Steuerungssystem. Die schematische Darstellung der PP1 und PP2 wird in der Abbildung 1 gezeigt (EBPR mit jeweils vor- und nachgeschalteter Denitrifikation). Die zwei Membrananlagen der Fa. Memcor, Australien wurden mit jeweils einem PVDF

3 KompetenzZentrum Wasser Berlin Modul mit einer Porengröße von ca. 0.2µm ausgerüstet (Membranfläche, je 8.5 and 8.9 m 2 ). Prozess. Jede Konfiguration beinhaltet jeweils eine anaerobe, anoxische, und aerobe Zone. In Abhängigkeit zu der Konfiguration, besteht die anoxische und aerobe Zone aus 3 bis 4 Reaktoren. Das Volumenverhältnis zwischen der anoxischen und aeroben Zone beträgt 50:50 für die Konfiguration 1, und 55:45 für Konfiguration 2. Die Dimensionierung der anoxischen Zone in Konfiguration 1 wurde entsprechend der Erfahrungen der ersten großtechnischen Membranbelebungsanlagen gewählt. In der Konfiguration 2 wurde eine größere anoxische Zone vorgesehen, da eine geringere Denitrifikationsrate erwartet wurde. In den Pilotanlagen wurde die Rückführung des belebten Schlammes von der anoxischen zu der anaeroben Zone (R2) auf 100%, die Schlammrückführung vom Membranreaktor zur aeroben Zone (R3) auf % und die Rezirkulation von der aeroben zum anoxischen Reaktor auf 400% (R1 nur in Konfiguration 1) eingestellt. Betriebsbedingungen. In Tabelle 1 wurden für die verschiedenen Versuchszeiträume die Betriebsparameter Schlammalter t TS und Verweilzeit t V aufgeführt. Die zwei Pilotanlagen, jeweils 2.1 und 1.9m 3, wurde mit belebtem Schlamm aus dem KW Ruhleben angeimpft. Das Schlammalter und die Verweilzeit wurden jeweils in beiden Pilotanlagen identisch gewählt. Zunächst wurde über einen Zeitraum von 6 Monaten ein Schlammalter von 26d betrieben. Während dieser Betriebsphase von November 2001 bis April 2003 wurden die folgenden stabilen Betriebsparameter jeweils für PP1 und PP2 ermittelt [4]: eine durchschnittliche Schlammkonzentration im aeroben Reaktor TS AE von 13 und 12.5g/L und eine Schlammbelastung von B TS von 0.09 und 0.07kgCSB/kgTS.d. Innerhalb eines Jahres wurde stufenweise das Schlammalter von 26 d auf 8d verringert. Dazu wurde der TS AE gesenkt und der Volumenstrom erhöht. Das Ziel war eine Konzentration des belebten Schlammes in dem aeroben Reaktor von TS AE bei 8-16g/L einzuhalten. Die Verweilzeit verringerte sich von 17 auf 11h und die Kontaktzeit in der anaeroben Zone Ct AN von ca. 60 auf 30 min (siehe Tabelle 1). Die Schlammbelastung B TS ist auf ca. 0.18kgCSB/kgTS.d angestiegen. Die Schlammalter, die ca. 2-3 Monate gefahren wurden können nicht als einzelne Betriebspunkte ausgewertet werden. Die langfristigen Untersuchungen für das Schlammalter t TS von 8d SRT werden im März beendet und zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet. Während der gesamten Versuchszeit wurde kein Fällmittel zugegeben. Tabelle 1. Einige Betriebsparameter für die Pilotanlagen PP1 und 2 PP1 PP2 Zeit t TS t V Ct AN Ct AN d h min min Nov.01-Apr Mai02-Juli Aug.02-Sept Okt.02-Nov

4 Berlin Centre of Competence for Water Dez.02-Feb Analytik. Die Abwasserinhaltstoffe CSB, GesN, NH 4, NO 3, P T, und PO 4 -P wurden zweimal pro Woche in 24h-Mischproben des Zulaufs (Ablauf der Vorsiebung mit 1mm) und des Ablaufs nach Standardmethoden (DIN) im akkreditierten Labor der Berliner Wasserbetriebe analysiert. Die Bestimmung der organischen Parameter wurde mittels Festphasenextraktion und Flüssigkeitschromatographie gekoppelt mit einem Tandem-Massenspektrometer durchgeführt. Die Methode ist in [7] ausführlich beschrieben. Die als relevante ausgewählten Parameter sind Propyphenazon, Carbamazepin, Phenazone, Estron, 17ß- und 17α-Ethinylestradiol. Für die Feststoffbilanz wurde die Konzentration des belebten Schlammes dreimal die Woche als Stichproben aus der anaeroben, anoxischen und aeroben Zone und dem Membranreaktor bestimmt. Die Bestimmung des P-Gehaltes des belebten Schlammes erfolgte als oxidativer Aufschluss nach Verdünnung (1:50) bei 100 C mit Kaliumperoxodisulfat. Die Analysen für die Abwasserparameter wurden mit Dr. Lange Küvetten-Tests durchgeführt. Mit zwei On-line Analysegeräten wurde Gesamtphosphor, ortho-phosphat und Nitrat im Ablauf der zwei Pilotanlagen gemessen (Dr. Lange, Phosphax Sigma und Nitrax). IV. Abwasserzusammensetzung Die Pilotanlagen wurden mit kommunalem Abwasser des KW Ruhlebens ohne Vorklärung, über eine Vorsiebung mit 1mm (Trommelsieb) beschickt. Das KW Ruhleben ist einer der zwei größten Klärwerke in Berlin (~ EW) mit Regenwassereinfluß (Faktor 1,7 bezogen auf die Trockenwetterspitze) und Industrieanteil. Die Konzentrationen der wichtigsten Abwasserparameter sind in Tabelle 2 für die gesamte Versuchsperiode aufgeführt. Tabelle 2. Zulaufkonzentrationen (24h-Mischproben). Parameter (mg/l) Mittelwerte Min Max abf. Stoffe BSB CSB CSBf TP ,4 PO 4 -P 3,5 1,5 6,5 TN 60 25,4 77,6 NH 4 -N 42 16,4 62 Das Verhältnis der Mittelwerte von C/N/P liegt mit 100/8.5/1.3 sowohl für die Stickstoffentfernung als auch für die biologische Phosphorentfernung in einem günstigen Bereich. In der Literatur wird eine Grenze für C/N/P von 100/10/2 angegeben, und 100/2,5/0,5 für normales biologishes Zell aufbau. Im Vergleich mit den anderen Berliner Klärwerken ist der Phosphorgehalt niedriger und damit das BSB 5 /TP und BSB 5 /PO 4 Verhältnis hoch. Das Verhältnis PO 4 -P/TP von 40% liegt im unteren Bereich für kommunales Abwasser. Durch die lange Aufenthaltszeit im

5 KompetenzZentrum Wasser Berlin Kanalnetz wird eine ausreichende Fermentation ermöglicht und damit Fettsäuren gebildet, die für eine biologische Phosphorentfernung erforderlich sind. Die mittlere Konzentration der org. Säuren liegt bei 70mg/L bezogen auf Essigsäure. Weiterhin sind durch die Wasserhärte Kalzium, Kalium und Magnesium für eine biologische Phosphorentfernung nicht limitierend. In der Kläranlage wird das Schlammwasser aus der Oberflächenaufbereitungsanlage Tegel mitbehandelt, wodurch höhere Eisenkonzentrationen im Zulauf gemessen werden. Es wird vermutet, dass diese Eisenphosphatschlämme die Phosphorentfernung stabilisieren. Allerdings konnte dieser Einfluß bisher nicht quantifiziert werden. V. Ergebnisse der Phosphorentfernung 24h-Mischproben. In Abbildung 2 sind die Phosphorkonzentration im Zulauf und im Ablauf der beiden Pilotanlagen (24-Mischproben) über die Zeit dargestellt. Die Zulaufkonzentration für TP- und PO 4 -P liegt jeweils im Bereich von 6-14mg/L und 2-6mg/L. Bereits nach drei Wochen wurden Gesamtphosphorkonzentrationen im Ablauf von 200µg/L und bis unter die Nachweisgrenze von 50µg/L erreicht. Die Dynamik der vermehrten biologischen Phosphorentfernung konnte durch Batchtests, Profilmessungen (Rücklösung in der anaeroben Zone), und die erhöhten Konzentrationen nach längeren Anlagenstillstandszeiten gezeigt werden. Die Nitratkonzentrationen am Ende der anoxischen Zone beträgt zwischen 8-12mgNO 3 -N/L für PP1, und 1-6mgNO 3 -N/L für PP2. Über die Rückführung aus der anoxischen Zone in die anaerobe Zone wird dadurch eine gewisse Nitratmenge in die anaerobe Zone geführt. Die Nitratkonzentration zeigte ein deutliches Tagesprofil. Für die Phosphorkonzentration konnte kein Einfluß auf die Rücklösung von Phosphat in der anaeroben Zone beobachtet werden. Auch als die Kontaktzeit in der anaeroben Zone ct AN von 50 auf 34min in PP1, und von 65 auf 45min in PP2 vermindert wurde, konnte eine sehr stabile biologische Phosphorentfernung gewährleistet werden. Damit wird die minimale Kontaktzeit ct AN von 30 min, die im KW Ruhleben bei 15 Tagen Schlammalter als ausreichend ermittelt wurde, bestätigt. Für ein Schlammalter von 26 Tagen und eine niedrige Schlammbelastung von ca. 0,07kgCSB/kgTS.d wurde eine sehr stabile biologische Phosphorentfernung erreicht. Der Phosphorgehalt im Schlamm schwankte zwischen 2.1 und 2.6%P/TS in beiden Pilotanlagen und lag im Mittel bei 2.4%P/TS (26d Schlammalter). Diese sehr niedrigen Werte für P/TS ergeben sich besonders durch eine große Fracht an Feststoffen im Zulauf (TSS/ BSB 5 von 1.2) [6]. Die Überschußschlammproduktion der Pilotanlagen bei 26 Tagen Schlammalter lag jeweils bei 0,45 kgts/kgcsb für PP1 und bei 0,48 kgts/kgcsb für PP2. Ähnliche Werte wurden auch ermittelt nachdem das Schlammalter stufenweise verringert wurde. Abschließende Aussagen zu 8 Tagen Schlammalter können erst nach Ende der Versuche im März getroffen werden.

6 Berlin Centre of Competence for Water TP Zulauf TP Ablauf, PP1 PO4-P Zulauf TP Ablauf, PP2 Phosphorkonzentration [mg/l ] Datum Abb. 1. TP und PO4 P Konzentration im Zu- und Ablauf über die Zeit (24h). Um das Phosphorpotential des belebten Schlammes zu ermitteln wurde in einer parallel betriebenen Laboranlage [8] die Phosphorkonzentration im Zulauf auf 40mgP/L aufgestockt. Dabei wurde der Phosphorgehalt des Schlammes auf bis zu 6.5-7%P/TS gesteigert und die eliminierte Phosphorkonzentration betrug bis zu 35mgP/L. In einem konventionellen Belebungsprozess, treten erhöhte Gesamtphosphorkonzentrationen auf, wenn ein Phosphorgehalt über 4,5%P/TS [6] erreicht wird. Damit ergeben sich zwei wesentliche Vorteile des Membranbelebungsverfahren gegenüber einem konventionellen Belebungsverfahren, die für die biologische Phosphorentfernung zu deutlich niedrigeren Ablaufwerten führen: zum einen (i) werden alle Feststoffe entfernt (0.1mgP/mgTS), und zum anderen (ii) wird der Membranreaktor sehr stark belüftet und verhindert damit eine Phosphorrücklösung, die zum Teil in Nachklärbecken beobachtet werden kann. Durch die o.g. Gründe kann mit der biologischen Phosphorentfernung im Membranbelebungsverfahren sicher ein Gesamtphosphorkonzentration von TP<1mg/L in der qualifizierten Stichprobe eingehalten werden. Die sehr niedrigen Phosphorkonzentrationen die hier bestimmt wurden, sind besonders mit der günstigen Abwasserzusammensetzung, aber auch mit dem Eisenanteil im Zulauf zur Kläranlage zu begründen. Zur Zeit werden Versuche auf einem dezentralen Standort mit einer kurzen Aufenthaltszeit im Kanalnetz durchgeführt, um den Einfluß der Abwasserzusammensetzung zu bestimmen.

7 KompetenzZentrum Wasser Berlin On-line- Messungen. In Abbildung 3 und 4 sind die Messwerte von einem Jahr (2h- Werte) für Gesamtphosphor TP und PO4-P im Ablauf der beiden Pilotanlagen als Summenhäufigkeit dargestellt. Die Nachweisgrenze wurde mit 10µg/L und die Bestimmungsgrenze mit 1µg/L ermittelt. Bei der Darstellung nicht berücksichtigt wurden folgende Werte: (i) alle Werte <2µg/L, (ii) Werte über 24h nach einem Anlagenstopp >2h (iii) nach einem Anlagenstopp von 24h, Werte über 2-4 Tage bis zum Erreichen eines stabilen Betriebspunktes. Bezogen auf die gesamte Datenmenge wurden dadurch weniger als 5% der 2-h Werte nicht berücksichtigt. Die folgenden Ergebnisse können zusammengefaßt werden: Es wurde eine deutlich geringere Phosphorelimination bei der Pilotanlage PP2 im Vergleich zu PP1 bis September/Oktober 2002 beobachtet. Es konnte festgestellt werden dass durch die Rückführung des Schlammes vom Membranreaktor in den ersten aeroben Reaktor, auch ein geringer Schlammvolumenstrom zurück in den anaeroben Reaktor gelang. Nachdem sichergestellt war, dass keine Rückströmung mehr möglich ist, verringerte sich die Phosphorkonzentration in PP2 auf ein sehr niedriges und stabiles Niveau ab November In Abbildung 3 und 4 sind die Daten für PP2 ab dem dem gesamten Versuchszeitraum gegenübergestellt, und die Verbesserung wird deutlich. Im weiteren Verlauf sollten für PP2 nur die Periode ab dem berücksichtigt werden. Für beide Pilotanlagen wird im Mittel eine Gesamtphosphorkonzentration im Ablauf (50%) von 30-35µg/L erreicht. Die Zielkonzentration für Gesamtphosphor von 50µgP/L wird in 80% der Zeit für PP1, und in 95% der Zeit für PP2 gemessen. Dies könnte eine geringfügig bessere Phosphorelimination für die Konfiguration 2 bedeuten. Weiterhin wird deutlich dass im Ablauf der beiden Pilotanlagen mindestens eine Gesamtphosphorkonzentration von ca. 20µgP/L gemessen wird, wenn die PO4-P- Konzentration gleich null ist. Diese Restphosphorkonzentration von 20 µg/l wird auch in der Oberflächenwasseraufbereitungsanlage Tegel mit einer Flockungsfiltration und hohen Fällmitteleinsatz als Grenze nicht unterschritten und als nicht fällbarer abwasserbürtiger Phosphoranteil gesehen Mit dem Membranbelebungsverfahren und der vermehrten biologischen Phosphorentfernung kann also die höchste Effizienz erreicht werden.

8 Berlin Centre of Competence for Water 100% 90% 80% 70% Wahrscheinlichkeit (% 60% 50% 40% 30% 20% 10% PP1 - Gesamt Versuchzeitraum PP2 - Nach PP2 - Gesamt Versuchzeitraum 0% 100% TP (µg/l) 90% 80% 70% Wahrscheinlichkeit (% 60% 50% 40% 30% 20% PP1 - Gesamt Versuchzeitraum PP2 - Nach PP2 - Gesamt Versuchzeitraum 10% 0% PO4 (µg/l) Abb.: 2 und 3: Häufigkeitsverteilung der TP- und PO4-ablaufkonzentration (Feb Feb.2003) Damit wird erwartet, dass auch bei anderen Abwasserzusammensetzungen mit dem Membranbelebungsverfahren in Kombination der biologischen Phosphorentfernung und der chemischen Fällung mit geringen Fällmittelmengen eine Phosphorkonzentration von im Mittel 50µgP/L erreicht werden kann. VI. Langzeituntersuchung zur Entfernung von organischen Spurenstoffen Das häufig eingesetzte Antiepileptikum Carbamazepin wurde im Zulauf in Konzentrationen von 1,4 bis 1,8 µg/l nachgewiesen. Die gleichen Konzentrationen für Carbamazepin wurden sowohl im Ablauf des Klärwerks als auch im Permeat der beiden Pilotanlagen bestimmt. Damit wird Carbamazepin bei den hier untersuchten Prozessen nicht entfernt. Arzneistoffe mit Phenazongrundgerüst werden wegen ihren schmerzlindernden und fiebersenkenden Eigenschaften angewandt. Zwei wesentliche Metabolite des Metamizols wurden im Zulauf in Konzentrationen von 1,2 9 µg/l gefunden. Die Konzentrationen dieser Verbindungen im Kläranlagenablauf lagen um ca. 20% und im Permeat der Membranbelebungsanlagen bis zu 70 % niedriger. Phenazon und Propyphenazon wurden im Kläranlagenablauf im Bereich von 0,2 0,6 µg/l beziehungsweise 0,1 0,25 µg/l gefunden. Die Konzentration von Propyphenazon im Kläranlagenablauf änderte sich im Vergleich zum Zulauf nicht, während Phenazon um ca. 15 % verringert wurde. Dahingegen wurde eine Entfernung dieser

9 KompetenzZentrum Wasser Berlin Substanzen zu 60 und 70 % in der PP1 (vorgeschaltete Denitrifikation) und zu 20 und 30 % in der PP2 (nachgeschaltete Denitrifikation) beobachtet. Zu Beginn der Messkampagne konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Ablauf des Klärwerks und den Membranbelebungsanlagen festgestellt werden. Die sehr hohe Entfernung von Phenazon und Propyphenazon wurde erst nach einem kontinuierlichen Betrieb von ca. 5 (PP1) beziehungsweise 9 Monaten (PP2) erzielt. Diese Ergebnisse deuten auf eine sehr lange Adaptationsphase der Mikrobiologie in dem Membranbelebungsverfahren hin. Die natürlichen Follikelhormone Estradiol und Estron sowie das in oralen Kontrazeptiva eingesetzte synthetische Ethinylestradiol wurden in allen Zulaufproben detektiert. Da die Zulaufkonzentrationen zum Teil stark schwankten, empfahl es sich Mittelwerte aus einer Vielzahl von Beprobungen (n=100) durchzuführen. Die Estronkonzentration im Zulauf war am höchsten und betrug 182 ng/l, während Estradiol- und Ethinylestradiolkonzentrationen von 13 ng/l und 8 ng/l ermittelt wurden. Für alle drei Steroide wurde eine sehr hohe Entfernung im Abwasserreinigungsprozess ermittelt. Im Klärwerk wurden Ethinylestradiol zu 80 % und die natürlichen Estrogene bis zu 90 % verringert. Die Entfernung des generell in der höchsten Konzentration gefundenen Estrons betrug in beiden Membranbelebungsanlagen bis zu 99%. Estradiol konnte nur in etwa 10 % der untersuchten Proben oberhalb der Bestimmungsgrenze von 0,4 ng/l gefunden werden. Das ökotoxikologisch relevanteste Steroid Ethinylestradiol wurde von den MBRs sogar bis zu 95 % entfernt. Damit liegt die Verminderung der Steroide in den Membranbelebungsanlagen signifikant höher als bei dem konventionellen Klärwerk. Zusammenfassung Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, die vermehrte biologische Phosphorelimination im Membranbelebungsverfahren zu untersuchen und den Prozess zu optimieren. Es konnte gezeigt werden, dass der EBPR-Prozess in Membranbelebungsverfahren mit einem Schlammalter von 8 bis zu 26 Tagen stabil betrieben werden kann. Die Gesamtphosphorablaufkonzentration lag im Mittel für beide Pilotanlagen bei 50µg/L. Die Ablaufkonzentration für PO4-P der Pilotanlagen sind mit denen des konventionellen Klärwerks vergleichbar, was zeigt dass die biologische Phoshorentfernung sehr gut funktioniert. Dabei spielte die günstige Abwasserzusammensetzung im KW Ruhleben eine entscheidende Rolle. Die geringeren Gesamtphosphorkonzentration zeigt die entscheidenden Vorteile des Membranverfahren zur konventionellen Belebungsverfahren, die vollständige Partikelabtrennung und die Belüftung des Membranreaktors. Für die Überwachungswerte wird davon ausgegangen, dass eine Phosphorablaufkonzentrationen <1,0 mg/l in der qualifizierten Stichprobe eingehalten werden kann. Die gemessenen Phosphorgehalte von 2,1-2,6 % bezogen auf die Trockensubstanz liegen sehr niedrig. Während einer P-Aufstockung in einer kontinuierlich betriebenen Laboranlage konnte der P-Gehalte des Schlammes auf 6-7,5 % erhöht werden. Damit wurde gezeigt, dass das Potential sehr viel höher liegt. Für die Langzeituntersuchungen der oganischen Spurenstoffe wurden sehr polare Substanzen (Phenazon) und weniger polare Stoffe (Estrogene) untersucht. Die

10 Berlin Centre of Competence for Water Entfernung der polaren Substanzen und auch der Steroide war in den Pilotanlagen größer als im konventionellen Klärwerk. Ein Ziel der noch folgenden Untersuchungen wird sein, zu zeigen ob auch bei einem Schlammalter größer 35 Tage eine sehr gute biologische Phosphorentfernung möglich ist. Weiterhin soll der Einfluß der Abwasserzusammensetzung eines dezentralen Standortes bestimmt werden. Literatur [1] Barthe L., Sperandio M., Thornton Ch. und Paul E. (2002). Enquête et étude sur les traitements de déphosphatation en France: estimation de la surproduction de boues et des coûts associés, TSM, n 4 avril e y. [2] Peter A. und Sarfert F. (1989). Betriebserfahrung mit der biologischen Phosphatentfernung in den Klärwerken von Berlin (West). Korrespondenz Abwasser, H. 3, Seite [3] Lesjean B., Gnirss R., Adam C. (2002). Process configurations adapted to membrane bioreactors for enhanced biological phosphorous and nitrogen removal, ICOM 2002, Toulouse, France, 7-12 July 2002, published in Desalination 149 (2002) [4] Gnirss R., Lesjean B., Buisson H., Adam C., Kraume M. (2003). Enhanced biological phosphorus removal with post-denitrification in membrane bioreactor. AWWA 2003, Atlanta. [5] Tchobanoglous G. and Burton F.L. (Eds.), Wastewater Engineering, Treatment, disposal and reuse, Metcalf & Eddy, McGraw Hill International Editions, Civil Engineering Series, 3rd Edition, 1991, pp733. [6] Lesjean B., Gnirss R., Adam C., Kraume M. and Luck F. (2002). Enhanced biological phosphorous removal process implemented in membrane bioreactors to improve phosphorous recovery and recycling, Aquatech, Amsterdam 2-4 October 2002, International conference From nutrient removal to recovery [7] Zühlke S., Dünnbier U., Heberer Th., Determination of estrogenic steroids in drinking, surface and wastewater by liquid chromatography electrospray tandem mass spectrometry, in prep. Journal of Chromatography A [8] Adam C., Kraume M., Gnirss R. and Lesjean B. (2002), Membrane bioreactor configurations for enhanced biological phosphorous removal, IWA 5th Membranes in drinking and industrial water production (MDIW) Mülheim/Ruhr, Germany, September 22-26, Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Regina Gnirß Dipl.-Ing. Sebastian Zuehlke Dr.-Ing. Uwe Duennbier Berliner Wasserbetriebe, Cicerostr. 24, Berlin, Tel (30) , Regina.gnirss@bwb.de Dipl.-Ing. Boris Lesjean Dipl.-Ing. Hervé Buisson Vivendi Water - Anjou Recherche, Chemin de la Digue BP76, Maisons-Laffitte Cedex France Tel (30) , boris.lesjean@generale-des-eaux.net