Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten. Einsatz von granulierter Aktivkohle auf Kläranlagen
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- Mina Fiedler
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1 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Einsatz von granulierter Aktivkohle auf Kläranlagen
2 Gliederung - Einführung - Anlagen zur Spurenstoffelimination in NRW - Einsatz von granulierter Aktivkohle beim Abwasserverband Obere Lutter - Zusammenfassung - Offene Fragen/ Diskussion 2
3 Einführung Wirkstoff Verbrauch in D in ) [Mg] Kommunales Abwasser 2) [µg/l] Maximalkonzentrationen 3) [µg/l] Oberflächengewässer Carbamazepin 64 0,05 8,4 6,1 Diclofenac 91 < 0, ,1 Ibuprofen 842 0, ,4 Metropolol 156 < 0, ,5 Sulfamethoxazol 35 0,02 9,0 1,1 1) Quelle: Bergmann et al ) Quelle: Vortrag Dr. Mauer 3) Quelle: Umwelt und Mensch Informationsdienst 01/2012, S. 39 3
4 Einführung Wirkstoff Kommunales Abwasser [µg/l] 2) Maximalkonzentrationen 3) [µg/l] Oberflächengewässer Grundwasser Trinkwasser Carbamazepin 0,05 8,4 6,1 > 1,0 < 0,1 Diclofenac < 0, ,1 > 1,0 < 0,1 Ibuprofen 0, ,4 > 0,1 < 0,1 Metropolol < 0, ,5 > 0,1 - Sulfamethoxazol 0,02 9,0 1,1 > 0,1 < 0,1 2) Quelle: Vortrag Dr. Mauer 3) Quelle: Umwelt und Mensch Informationsdienst 01/2012, S. 39 4
5 Einführung Wirkstoff Kommunales Abwasser 2) [µg/l] Oberflächengewässer 3) Maximalkonzentrationen [µg/l] Grundwasser 3) Trinkwasser 3) AOL Zulauf Filtration Carbamazepin 0,05 8,4 6,1 > 1,0 < 0,1 3,3 ( ) Diclofenac < 0, ,1 > 1,0 < 0,1 3,7 ( ) Ibuprofen 0, ,4 > 0,1 < 0,1 0,4 ( ) Metropolol < 0, ,5 > 0,1-3,9 ( ) Sulfamethoxazol 0,02 9,0 1,1 > 0,1 < 0,1 0,5 ( ) 2) Quelle: Vortrag Dr. Mauer 3) Quelle: Umwelt und Mensch Informationsdienst 01/2012, S. 39 5
6 Einführung Wirkstoff Kommunales Abwasser 2) [µg/l] Oberflächengewässer 3) Maximalkonzentrationen [µg/l] Grundwasser 3) Trinkwasser 3) AOL Zulauf Filtration Chronisches Qualitätskriterium 4) [µg/l] Carbamazepin 0,05 8,4 6,1 > 1,0 < 0,1 3,3 ( ) 0,5 Diclofenac < 0, ,1 > 1,0 < 0,1 3,7 ( ) 0,05 Ibuprofen 0, ,4 > 0,1 < 0,1 0,4 ( ) 0,3 Metropolol < 0, ,5 > 0,1-3,9 ( ) 64 Sulfamethoxazol 0,02 9,0 1,1 > 0,1 < 0,1 0,5 ( ) 0,6 2) Quelle: Vortrag Dr. Mauer 3) Quelle: Umwelt und Mensch Informationsdienst 01/2012, S. 39 4) Quelle: Schweizerisches Zentrum für angewandte Ökotoxikologie Qualitätsnormvorschlag der EU für Gewässer: 0,1 µg/l für jede Substanz 6
7 Einführung Wirkstoff Kommunales Abwasser 2) [µg/l] Oberflächengewässer Maximalkonzentrationen [µg/l] Grundwasser Trinkwasser AOL Zulauf Filtration Chronisches Qualitätskriterium 4) [µg/l] Benzotriazol 83 ( ) 30 Methyl- Benzotriazol 36 ( ) 75 TMDD 800 ( ) - 4) Quelle: Schweizerisches Zentrum für angewandte Ökotoxikologie 7
8 Einführung - Substitution gefährlicher Arzneimittel-Wirkstoffe - generelle Reduzierung des Medikamenteneinsatzes - Kleinere Verpackungsgrößen + Einschränkung freiverkäuflicher Medikamente - bundesweite einheitliche Entsorgungswege für Alt- und unverbrauchte Humanpharmaka - Aufklärung der Verbraucher über Anwendung, Entsorgungsmöglichkeiten und Gefahren für die aquatische Umwelt durch Humanpharmaka - Untersuchung wirtschaftlicher Abwasserreinigungsmöglichkeiten - Spätester Rückhalt der Humanpharmaka im Wasserwerk um Schäden durch Cocktail bei Mensch und Tier zu verhindern 8
9 Einführung Erweiterte Oxidationsverfahren - UV-Bestrahlung - Ozon Aktivkohleeinsatz - Pulveraktivkohle (PAK) - Granulierte Aktivkohle (GAK) 9
10 Anlagen zur Spurenstoffelimination in NRW 10
11 Anlagen zur Spurenstoffelimination in NRW - Insgesamt gibt es in NRW 641 Kläranlagen - Davon weisen 6 % die Größenklasse 5 auf (> EW) - Bei einem Ausbau dieser 6 % könnte eine Gesamtfrachtreduktion der Mikroverunreinigungen von 40 % erzielt werden 11
12 Anlagen zur Spurenstoffelimination in NRW Kläranlagen besitzen in NRW eine Flockungsfiltration - Davon weisen 34 Kläranlagen eine Ausbaugröße > EW auf - Darunter befindet sich auch der Abwasserverband Obere Lutter Seit 2011 laufen Versuche mit granulierter Aktivkohle in einer umgebauten Flockungsfiltrationsanlage 12
13 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Einsatz von granulierter Aktivkohle beim Abwasserverband Obere Lutter
14 c CSB [mg/l] CSB-Ablaufwerte 2010 (nach SüwV-kom) deutliche CSB- Überschreitungen J F M A M J J A S O N D 14
15 Umbau der Flockungsfiltration 15
16 Projektbeteiligte Antragsteller Abwasserverband Obere Lutter Finanzielle Förderung Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen / Bezirksregierung Detmold Wissenschaftliche Beratung IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Projektplanung, Gesamtkoordination Hydro-Ingenieure GmbH Lieferant Aktivkohle Jacobi Carbons GmbH 16
17 Ziele der F + E-Vorhaben - Welche Filtergeschwindigkeiten bzw. Aufenthaltszeiten sind zur Verringerung des CSB, der P ges sowie der Mikroverunreinigungen günstig? - Welche Eliminationsraten können erreicht werden? - Welche Filterstandzeiten sind zu erwarten bzw. wie häufig muss die Aktivkohle gewechselt werden? - Wie häufig muss der AK-Filter gespült werden? Wie wird durch das Spülen das Aktivkohlekorn (Abrieb) beeinflusst? 17
18 Ziele der F + E-Vorhaben - Kann der Festbettadsorber intermittierend betrieben werden? Welche Maßnahmen sind hierzu notwendig z.b. Spülung vor und nach Stillstand der Filter? - Überprüfung des Einflusses der A-Kohle-Reaktivierung auf die Adsorptionsleistung - Bestimmung der Energieeffizienz und des Carbon-Footprints - Ermittlung der Betriebskosten - Erstellung eines Betriebshandbuches 18
19 Entnahme des vorhandenen Filtermaterials (Biolith + Kies) AOL-Arbeitsaufwand: 2 Personen, 2 Tage 19
20 Befüllen mit Aktivkohle 3 Lieferungen pro Filterkammer AOL-Arbeitsaufwand: 1 Person á 3 Stunden pro Lieferung 20
21 Umbau einer Filterkammer zum Großadsorber (GA) 21
22 Umbau einer Filterkammer zum Großadsorber (GA) 22
23 Abgeschlossene Umbauarbeiten 23
24 Entnahme der Aktivkohle 3 Abfuhren pro Filterkammer AOL-Arbeitsaufwand: 1 Person á 3 Stunden pro Abfuhr 24
25 Ablauf einer Filterspülung (jeweils 2 x pro Woche) - Filterniveau um ca. 80 cm absenken t 4 min - Luftspülung mit Spülluft (2.800 m³/h) t 2 min - Filter bis Überlauf mit Spülwasser (22 m/h) anheben t 2 min - Beruhigungsphase t 2 min - Wasserspülung pro Filter 400 m³ Frische Aktivkohle mit 5-12 m/h Beladene Aktivkohle mit 7-20 m/h AOL-Personalaufwand pro Filterspülung AOL-Personalaufwand pro Woche für drei GAs t min t min t > 60 min t > 6 h 25
26 Spurenstoff-Parameter - Carbamazepin (CH, AK2, S) - Atenolol (S) - EHP (S) - N4-Acethylsufamethoxazol (S) - Nickel (S) - Cadmium (S) - Amidotrizoesäure (AK2, S) - Clarithromyzin (S) - Sukralose (S) - Benzotriazol (CH, AK2, S) - Bezafibrat (AK2) - TMDD (AK2) - Methylbenzotriazol (S) - Metoprolol (AK2, S) - Bisoprolol (S) - Sulfamethoxazol (CH) - Nonylphenol (S) - Acesulfam (S) - Ibuprofen (AK2) - Oxazepam (S) - Phenazon (S) - Diclofenac (CH, AK2, S) - Gadolinium (AK2) - Quecksilber (S) - Iopamidol (AK2, S) - Iopromid (AK2, S) - Terbutryn (S) - Octhylphenol (S) - Bisphenol A (S) - Blei (S) - Iomeprol (AK2, S) - PFOS (S) - PFOA (S) - Sotalol (AK2, S) - Naproxen (AK2) - Mecoprop (CH) CH = Schweizer Parameter AK2 = Parameter aus A-Kohle Projekt 2 S = Vorschläge Sürder 26
27 c CSB [mg/l] CSB-Ergebnisse 2. F + E-Vorhaben ( ) J J A S O N D J F M A M J Zulauf FLOFIL Ablauf GA 4 (frische A-Kohle) Ablauf GA 5 (reaktivierte A-Kohle) 27
28 c CSB [mg/l] CSB-Ablaufwerte bis (nach SüwV-kom)
29 c/c 0 [%] c/c 0 [%] I Ergebnisse nach (I.) und Bettvolumina (II.) II Ablauf GA 4 (frische A-Kohle) Ablauf GA 5 (reaktivierte A-Kohle) 29
30 Carbon-Footprint-Bilanz Bilanzraum Emissionen von Treibhausgasen (CO 2 -Äquivalente) Strom Fossile (Brenn-) Stoffe Treibstoffe Betriebsmittel Aktivkohleherstellung - Kohlegewinnung - Zerkleinerung - Aktivierung - Abgasreinigung - Siebung - Transporte Kohletransport Adsorberbetrieb - Filtration - Spülung Aktivkohlereaktivierung Kohletransport Schlammentsorgung Spülwasserbehandlung 30
31 Forschungs- und Entwicklungs-Vorhaben Zeit Kosten [ ] NRW AOL Gesamt 1. F + E ,25 * ,05* ,30 * Umbau , , ,00 2. F + E , , ,54 * abgerechnet 31
32 Investkosten = f (v f ) 32
33 Jährliche Betriebskosten für Regeneration - Pro Filter mit Personalkosten von 40 /h Entleeren Aktivkohle (100 m³ 30 Mg) 3 Abfuhren jeweils 3 Stunden 1 Person á 9 Stunden 360 Regeneration der Aktivkohle Bruttokosten: /Mg (für 30 Mg) Befüllen mit Aktivkohle (100 m³ 30 Mg) 3 Lieferungen jeweils 3 Stunden 1 Person á 9 Stunden Zur Zeit 3 Filter im Betrieb: 3 x
34 Jährliche Betriebskosten für Spülung / Gesamt - Erforderliche Spülungen pro Woche mit Personalkosten von 40 /h 2 Spülvorgänge je Filter jeweils 1 Stunde 1 Person 80 3 Filter: 3 x Wochen pro Jahr: 52 Wochen x Energie: keine Mehrkosten - Gesamtkosten pro Jahr Regeneration Spülung bezogen auf die Abwassermenge von 6.5 Mio. m³/a 0,02 /m³ 34
35 Zusammenfassung der Ergebnisse - stabiler praxistauglicher Betrieb, wenn der Filterzulauf feststofffrei ist - gute Elimination von CSB/TOC; nicht von P ges - gute Elimination von vielen im Abw. enthaltenen Mikroverunreinigungen - schlechtere Standzeit bei regenerierter Aktivkohle - noch keine klare Aussage bzgl. Carbonfootprint möglich 35
36 Offene Fragen/ Diskussion - Muss die Elemination von Mikroverunreinigungen auf Kläranlagen in ganz Deutschland (Europa) durchgeführt werden oder nur da, wo - hohe Konzentrationen einzelner (mit Aktivkohle, Ozon etc. eleminierbarer) schädlicher Stoffe festgestellt werden, - diese Quellen nicht kurzfristig gestopft werden können - wenn von diesen Stoffen eine Gefahr für Oberflächengewässer bzw. das Grundwasser mit folgender Trinkwasseraufbereitung besteht? - Welche Stoffe stellen die o.g. Gefahren dar? (Parameterliste) - Wer legt die Notwendigkeit fest? - Wer übernimmt die Kosten für Bau und Betrieb? 36
37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Weitere Infos über den Abwasserverband Obere Lutter unter Weitere Infos über den aktuellen Stand des Aktivkohleprojektes unter 37
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