Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Erfahrungen zur Elimination von Spurenstoffen auf Kläranlagen

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1 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Erfahrungen zur Elimination von Spurenstoffen auf Kläranlagen Abwasserverband Obere Lutter Hubert Burbaum Guido Bruhn

2 Gliederung - KW Obere Lutter - Einführung - F+E Vorhaben - Umbaumaßnahmen - Ziele und Ergebnisse - Zusammenfassung - Wie würde der AOL heute vorgehen? - Warum ist der AOL überzeugt? 2

3 KW Obere Lutter - Einführung Ausbau für EW Reinigungsschritte bis Mechanische Stufe - 1. Biostufe - 2. Biostufe Zulauf Ablauf 3

4 KW Obere Lutter - Einführung Inbetriebnahme einer Flockungsfiltration vom Typ Biofor (Phillip Müller) mit FeCl 3 - Dosierung Einhaltung des geforderten Überwachungswerts P ges = 0,7 mg/l - Schönungsteich Zulauf Ablauf 4

5 KW Obere Lutter - Einführung Inbetriebnahme einer Festbettdenitrifikationsanlage Einhaltung des geforderten Überwachungswerts N ges = 13 mg/l Zulauf Ablauf 5

6 KW Obere Lutter - Einführung - bis 2005: KW-Belastung entspricht KW-Ausbau - ab 2005: Halbierung der Belastung durch Wegfall einer Ledergerberei Änderungen in den Abwasserreinigungsstufen möglich P: Umstellung von Nachfällung in der Flockungsfiltration auf simultane Fällung in den Biostufen N: Umstellung von reiner Oxidation/Nitrifikation und nachgeschalteter Festbettdenitrifikation auf intermittierenden Betrieb in den Biostufen Flockungsfiltration und Festbettdenitrifikation üben nur noch eine Polizeifunktion aus 6

7 c CSB [mg/l] KW Obere Lutter - Einführung CSB-Ablaufwerte 2010 (nach SüwV-kom) 27 deutliche CSB- Überschreitungen J F M A M J J A S O N D 7

8 F+E Vorhaben - Erste Schritte - In 2010 Kontakt zur Bezirksregierung und zum Umweltministerium aufgenommen Klärwerk Obere Lutter besonders gut geeignet für Versuche zur Elimination von Spurenstoffen mit granulierter Aktivkohle - freie Kapazitäten für eine Verfahrensänderung - besonders günstige Konstellation mit Festbettdenitrifikations- und nachgeschalteter Flockungsfiltrationsanlage - Industrieanteil von ca. 60 % (darunter eine CP-Anlage mit besonders kritischen Stoffen) Start des 1. F+E Vorhabens in

9 F+E Vorhaben - 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 9

10 Umbau einer Filterkammer zum Großadsorber (GA) 10

11 Umbau einer Filterkammer zum Großadsorber (GA) 11

12 Entnahme des vorhandenen Filtermaterials (Biolith + Kies) AOL-Arbeitsaufwand: 2 Personen, 2 Tage 12

13 Umbau einer Filterkammer zum Großadsorber (GA) 13

14 Befüllen mit Aktivkohle 3 Lieferungen pro Filterkammer AOL-Arbeitsaufwand: 1 Person á 3 Stunden pro Lieferung 14

15 c CSB [mg/l] CSB-Werte 1. F+E-Vorhaben ( ) 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 F M A M J J A S O N D J F Zulauf GA Ablauf GA 15

16 c/c 0 [%] c/c 0 [%] Ergebnisse 1. F+E-Vorh. nach (I.) und Bettvolumina (II.) I Ablauf GA 5 Ablauf GF 6 II Ablauf GA 5 Ablauf GF 6 nicht beprobt 16

17 Umbau der Flockungsfiltration 17

18 Abgeschlossene Umbauarbeiten 18

19 Umbauarbeiten (Planzahlen) Aktivkohle Messungen (Durchfluss, Druck, Sauerstoff) Absperrklappen AOL-Material E-Technik (Hardware, Software + Engineering) Gesamtkosten brutto % Förderung durch Investprogramm Abwasser NRW (IPA) Förderbereich 3.2 Öffentliche Kläranlagen - innovative Technologien (über die NRW Bank) 19

20 Kosten F+E Vorhaben Kosten für den Umbau der Filteranlage bzw. Aktivkohle Wissenschaftliche Begleitung und Analysekosten F+E 1 (Istzahlen) F+E 2 (Planzahlen) , , Probenanalysen im Labor AOL , Projektleitung/ Fachtechnische Begleitung , Gesamtbericht , Gesamtsumme netto , Gesamtsumme brutto , % Förderung durch das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz NRW 20

21 Ziele und Ergebnisse der F+E Vorhaben - Welche Filtergeschwindigkeiten bzw. Aufenthaltszeiten sind zur Verringerung des CSB sowie der Mikroverunreinigungen günstig? - Kann der Festbettadsorber intermittierend betrieben werden? Welche Maßnahmen sind hierzu notwendig z.b. Spülung vor und nach Stillstand der Filter? 21

22 c CSB [mg/l] Ziele und Ergebnisse der F+E Vorhaben Überprüfung des Einflusses der A-Kohle-Reaktivierung auf die Adsorptionsleistung 90 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) 22

23 c/c 0 [%] c/c 0 [%] Ziele und Ergebnisse der F+E Vorhaben I. Welche Eliminationsraten können erreicht werden? Ergebnisse nach (I.) und Bettvolumina (II.) II Ablauf GA 4 (frische A-Kohle) Ablauf GA 5 (reaktivierte A-Kohle) 23

24 Ziele und Ergebnisse der F+E Vorhaben - Wie häufig muss der AK-Filter gespült werden? - Wie wird durch das Spülen das Aktivkohlekorn (Abrieb) beeinflusst? 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 t min Beladene Aktivkohle mit 7-20 m/h t min AOL-Personalaufwand pro Filterspülung t > 60 min 24

25 Ziele und Ergebnisse der F+E Vorhaben - Welche Filterstandzeiten sind zu erwarten bzw. wie häufig muss die Aktivkohle gewechselt werden? 1 x pro Jahr 3 Abfuhren pro Filterkammer AOL-Arbeitsaufwand: 1 Person á 3 Stunden pro Abfuhr Wasserversorgung für Wasserstrahlpumpe Wasserstrahlpumpe Aktivkohle-Ablass der Filterkammer Filtratablauf 25

26 Ziele und Ergebnisse der F+E Vorhaben Jährliche Betriebskosten (brutto) 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 360 Gesamtsumme brutto ~ Einsatz von granulierter Aktivkohle auf Kläranlagen 26

27 Ziele und Ergebnisse der F+E Vorhaben Jährliche Betriebskosten (brutto) für Spülung pro Filterkammer - Erforderliche Spülungen pro Woche mit Personalkosten von 40 /h 2 Spülvorgänge je Filter jeweils 1 Stunde 1 Person Wochen pro Jahr: 52 Wochen x Energie: keine Mehrkosten - Gesamtkosten (brutto) pro Jahr Regeneration Spülung Einsatz von granulierter Aktivkohle auf Kläranlagen 27

28 Zusammenfassung der Ergebnisse - stabiler praxistauglicher Betrieb, wenn der Filterzulauf feststofffrei ist (AFS < 5 mg/l) - gute Elimination von CSB/TOC - gute Elimination von vielen im Abw. enthaltenen Mikroverunreinigungen - Regeneration der Aktivkohle hat Einfluss auf die Filterstandzeit - Wirtschaftlichkeit gegeben 28

29 Wie würde der AOL heute vorgehen? - Screening vom Ablauf der KA - Vergleich der Ergebnisse z.b. mit chronischen Qualitätskriterien oder den Umweltqualitätszielen für Oberflächengewässer - bei Überschreitungen: in welches Gewässer wird eingeleitet; sensibles Ökosystem, evtl. Trinkwassergewinnung? - Literaturrecherche: Welche Verfahren eignen sich zur Elimination der vorliegenden Spurenstoffe? - Förderantrag für Versuche stellen - Bei Erfolg Ausbau auf technischen Maßstab 29

30 Warum ist der AOL überzeugt? - Aus Vorsorgegründen sind sofortige Maßnahmen zur Elimination von Spurenstoffen erforderlich: - Substitution gefährlicher Arzneimittel-Wirkstoffe und Industriechemikalien - generelle Reduzierung des Medikamenteneinsatzes - Aufklärung der Verbraucher über Anwendung, Entsorgungsmöglichkeiten und Gefahren von Mikroverunreinigungen für die aquatische Umwelt - Spurenstoffelimination beim Einleiter/Verursacher Technische Ausrüstungen zur Spurenstoffelimination auf Kläranlagen sind im Gegensatz zu den o.g. Möglichkeiten ein zeitnah realisierbarer Baustein. 30

31 Warum ist der AOL überzeugt? Boden schicht [Mg/a] Wirkstoff Verbrauch ) Carbamazepin 64 Diclofenac 91 1) Quelle: Bergmann et al

32 Warum ist der AOL überzeugt? Boden schicht Wirkstoff [Mg/a] [µg/l] [µg/l] [µg/l] [µg/l] Verbrauch AOL 3) CQK 4) ) Kläranlage 2) Max Oberflächen wasser 5) Grundwasser 5) Trinkwasser 5) Carbamazepin 64 0,05-8,4 3,3 1,7 0,5 6,1 > 1,0 < 0,1 Diclofenac 91 < 0, ,7 2,3 0,05 3,1 > 1,0 < 0,1 1) Quelle: Bergmann et al ) Quelle: Vortrag Dr. Mauer 3) Zulauf Filtration 4) Quelle: Schweizerisches Zentrum für angewandte Ökotoxikologie 5) Quelle: Umwelt und Mensch Informationsdienst 01/2012, S

33 Warum ist der AOL überzeugt? Boden schicht Wirkstoff [Mg/a] [µg/l] [µg/l] [µg/l] [µg/l] Verbrauch AOL 3) CQK 4) ) Kläranlage 2) Max Oberflächen wasser 5) Grundwasser 5) Trinkwasser 5) Carbamazepin 64 0,05-8,4 3,3 1,7 0,5 6,1 > 1,0 < 0,1 Diclofenac 91 < 0, ,7 2,3 0,05 3,1 > 1,0 < 0,1 1) Quelle: Bergmann et al ) Quelle: Vortrag Dr. Mauer 3) Zulauf Filtration 4) Quelle: Schweizerisches Zentrum für angewandte Ökotoxikologie 5) Quelle: Umwelt und Mensch Informationsdienst 01/2012, S

34 Warum ist der AOL überzeugt? Boden schicht Wirkstoff [Mg/a] [µg/l] [µg/l] [µg/l] [µg/l] Verbrauch AOL 3) CQK 4) ) Kläranlage 2) Max Oberflächen wasser 5) Grundwasser 5) Trinkwasser 5) Carbamazepin 64 0,05-8,4 3,3 1,7 0,5 6,1 > 1,0 < 0,1 Diclofenac 91 < 0, ,7 2,3 0,05 3,1 > 1,0 < 0,1 1) Quelle: Bergmann et al ) Quelle: Vortrag Dr. Mauer 3) Zulauf Filtration 4) Quelle: Schweizerisches Zentrum für angewandte Ökotoxikologie 5) Quelle: Umwelt und Mensch Informationsdienst 01/2012, S

35 Warum ist der AOL überzeugt? Boden schicht Wirkstoff [Mg/a] [µg/l] [µg/l] [µg/l] [µg/l] Verbrauch AOL 3) CQK 4) ) Kläranlage 2) Max Oberflächen wasser 5) Grundwasser 5) Trinkwasser 5) Carbamazepin 64 0,05-8,4 3,3 1,7 0,5 6,1 > 1,0 < 0,1 Diclofenac 91 < 0, ,7 2,3 0,05 3,1 > 1,0 < 0,1 1) Quelle: Bergmann et al ) Quelle: Vortrag Dr. Mauer 3) Zulauf Filtration 4) Quelle: Schweizerisches Zentrum für angewandte Ökotoxikologie 5) Quelle: Umwelt und Mensch Informationsdienst 01/2012, S

36 Warum ist der AOL überzeugt? Die anfallenden Kosten (brutto) halten sich unter den gegebenen Umständen im Rahmen: - Invest: / Filterkammer (Bezuschussung durch Förderprogramm + Abrechnung über AbwAG) - Betrieb: / Filterkammer und Jahr pro Jahr pro m³ (AOL: 6,5 Mio m³/a) bei 4 Filtern: ,030 bei 5 Filtern: ,035 36

37 Warum ist der AOL überzeugt? Beispiel 1 - Jährliche Kosten (brutto) für die Elimination von Spurenstoffen pro Person - angenommene Kosten für die Elimination von Spurenstoffen: 0,10 /m³ - angenommene Abwassermenge pro Person und Jahr: 40 m³/a zusätzliche Kosten pro Person: 4,00 /a 37

38 Warum ist der AOL überzeugt? Beispiel 2 - Tankfüllung PKW mit 70 l Inhalt - angenommene Kosten an der örtlichen Tankstelle morgens: 1,64 /l ergibt: 114,80 - angenommene Kosten an der selben Tankstelle abends: 1,58 /l ergibt: 110,60 Differenz: 4,20 38

39 Ökonomie Ökologie Soziales Warum ist der AOL überzeugt? Nachhaltigkeit - Wirtschaft: seit 1994 gibt es den Begriff Tripple Bottom Line Nachhaltigkeit Quelle: Spindler, Geschichte der Nachhaltigkeit 39

40 Ökonomie Ökologie Soziales Warum ist der AOL überzeugt? Nachhaltigkeit - Wirtschaft: seit 1994 gibt es den Begriff Tripple Bottom Line - Politik: die EU formulierte 1997 mit Ihrem Vertrag von Amsterdam explizit drei Säulen der Nachhaltigkeit Nachhaltigkeit Quelle: Spindler, Geschichte der Nachhaltigkeit 40

41 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Weitere Infos über den Abwasserverband Obere Lutter unter Weitere Infos über den aktuellen Stand des Aktivkohleprojektes unter Hubert Burbaum Guido Bruhn