Spurenstoffelimination mit Pulveraktivkohle: 1 Jahr Betriebserfahrung auf der Kläranlage Wuppertal-Buchenhofen

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1 Spurenstoffelimination mit Pulveraktivkohle: 1 Jahr Betriebserfahrung auf der Kläranlage Wuppertal-Buchenhofen IFWW Fachkolloquium, Spurenstoffelimination wirtschaftliche, technische und ökologische Aspekte 29. Mai 2013, Wasserwerk Haltern Catrin Bornemann

2 Spurenstoffe sind in Gewässern und Medien präsent

3 Beispiele für Kläranlagentechnik 1. Biologischer Abbau und Sorption 2. Rückhalt durch Filtration 3. Behandlung mit Aktivkohle 4. Zerstörung durch UV-Licht 5. Oxidation mit Ozon

4 Ausschreibung des Umweltministeriums Förderschwerpunkt Elimination von Arzneimitteln und organischen Spurenstoffen Einzelauftrag 5 - MikroFlock Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen, insbesondere kommunaler Flockungsfiltrationsanlagen durch den Einsatz von Aktivkohle gefördert durch

5 Flockungsfiltrationsanlagen des Wupperverbandes 1995 KA Hückeswagen KA Buchenhofen KA Kohlfurth KA Wermelskirchen KA Burg

6 Einsatz von Aktivkohle in Kombination mit vorhandenen Flockungsfiltrationen Pulverisierte Aktivkohle (PAK) Modifiziertes AFSF- Verfahren (Stuttgart) Ersatzsystem BB NKB FF GAK als Filtermaterial Granulierte Aktivkohle (GAK) (Düren) BB NKB FF Pulverisierte Aktivkohle (PAK) PAK in Filterüberstau (Wuppertal-Buchenhofen) BB NKB FF Nutzen vorhandener Technik!

7 Versuchsfilter mit PAK-Dosieranlage 2,5 FHM FM PAK Zulauf Rührwerk Überstand= Kontaktzone Spülwasser Hydroanthrazit Quarzsand 1,4 0,4 Ablauf Projektdauer Spülwasserschieber Probenahme Spülabwasser Ablaufschiebe r

8 Fragestellungen im Projekt MikroFlock Wie weit wird der CSB-Wert im Versuchsfilter verringert? Wie weit werden die betrachteten Spurenstoffe im Filter eliminiert? Ist eine ausreichende Filterstandzeit mit Kohlezugabe gewährleistet? Wird die Kohle sicher im Filter zurückgehalten? Was kostet das Verfahren?

9 Ergebnisse MikroFlock Leistung CSB: Werte unterhalb des Schwellenwertes möglich Spurenstoffelimination sehr stark stoffspezifisch Keine 100% - Elimination möglich Betrieb Filterstandzeiten sind ausreichend lang Rückhalt der PAK im Filter ist nahezu vollständig Kosten Verfahren führt zu deutlichen Betriebskostensteigerungen Teilkompensation über Abwasserabgabe möglich COO - Na + Cl N H Cl

10 Ausgewählte Leitsubstanzen Arzneimittelwirkstoffe und Diagnostika Phosphororganische Verbindungen Carbamazepin (Antiepileptika) Diclofenac (Schmerzmittel) Sulfamethoxazol (Antibiotikum) Metoprolol (Betablocker) Amidotrizoesäure TCPP EDCs endocrine disrupting chemicals Benzotriazol Industriechemikalien und Komplexbildner Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) Perfluoroctansäure (PFOA) EDTA Bisphenol-A

11 Eliminationsraten der Spurenstoffe (Bezug Ablauf NK) Stoffe wie CBZ, DCF und MET werden sehr gut eliminiert Amidotrizoesäure und EDTA werden kaum eliminiert Der Referenzfilter zeigt kaum Spurenstoffelimination 100% 90% Referenz: 0 mg PAK/l ; 0 mg Fe/l ; DOC = 8,50 mg/l ; n= 18 D1: 10 mg PAK/l ; 2 mg Fe/l ; DOC = 6,73 mg/l ; n= 3 D3: 20 mg PAK/l ; 4 mg Fe/l ; DOC = 8,09 mg/l ; n= 10 D5: 40 mg PAK/l ; 8 mg Fe/l ; DOC = 9,17 mg/l ; n= 3 theoretische zusätzliche Elimination ohne Einfluss des Rückspülwassers Einfluss Filterspülung 80% 70% Elimination [%] 60% 50% 40% 30% 20% 10% keine Messdaten für D4 0% [ng/l] DIATR BTA CBZ DCF EDTA MET RA SMX SMX+ N4-SMX TCPP c= c= c= 477 c= c= c= c= 100 c= 863 c= 707 c= 1.033

12 Eliminationsraten der Spurenstoffe (Bezug Zulauf KA) Gesamtelimination für die meisten Stoffe zwischen 60 und 90 % PAK-Behandlung hat großen Einfluss auf Elimination Elimination von Bisphenol A in biologischer Stufe schwer adsorbierbare Stoffe (DIATR & EDTA) kaum Elimination 100% Mechanik+Biologie Flockungsfiltration PAK im Versuchsfilter (20 mg/l) 90% 80% 70% Elimination [%] 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% [ng/l] DIATR BTA BPA CBZ DCF EDTA MET SMX SMX + N4-SMX c= c= c= 910 c= 622 c= c= c= c= c= c= 951 c= 104 TCPP RA

13 Rückhalt der PAK im Filter Kontrolle des PAK-Rückhaltes über Trübungsmessung im Ablauf PAK wird bei Einsatz von Eisen sehr gut zurückgehalten Referenz 0 mg PAK/l 0 mg Fe/l; n= 9 D2 20 mg PAK/l 0 mg Fe/l; n= 13 D3 20 mg PAK/l 4 mg Fe/l; n= 15 D4 40 mg PAK/l 0 mg Fe/l; 2 n= 3 D5 40 mg PAK/l 8 mg Fe/l; n= 7 Trübung im Ablauf [FNU] = 5 FNU = 10 FNU Filterstandzeit [h]

14 Auswirkung auf die Betriebskosten Betriebskosten KA Betriebskosten PAK JSM Buchenhofen ca. 43 Mio m³/a Bisherige Betriebskosten (ohne Kapitalkosten) /a (brutto) Betriebskosten PAK-Dosierung ca /a (brutto) Steigerung der Betriebskosten: ca. 30 % Teilkompensation durch Abwasserabgabefreiheit für Parameter CSB ca Immer noch ca. 22 % Kostensteigerung! Betriebskosten [ /a] IST-Zustand mit PAK mit PAK und Verrechnung

15 Wie geht es weiter? Das PAK-Verfahren in der Flockungsfiltration funktioniert Aber: PAK ist vergänglich; GAK ist regenerierbar Ist GAK bei gleichen Bedingungen besser als PAK

16 3 Aktivkohleverfahren im direkten Vergleich Antrag für Folgevorhaben Filter AK+ beim MKULNV eingereicht Zuwendung wurde in 10/2012 bewilligt Planung 2012, Versuche 2013 (GAK) BB NKB FF FF (GAK) BB NKB FF (PAK) BB NKB FF

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!