GAK zur Mikroschadstoffelimination in vorhandenen Abwasserfiltrationsanlagen:

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1 , Symposium Mikroschadstoffe GAK zur Mikroschadstoffelimination in vorhandenen Abwasserfiltrationsanlagen: Kläranlagen Obere Lutter und Düren-Merken Andreas Nahrstedt Frank Benstöm Klaus Alt Hubert Burbaum 1

2 Projekte und Projektbeteiligte Obere Lutter Düren-Merken 2

3 Inhalt Vergleich GAK (Granulierte Aktivkohle) Einsatz KA Obere Lutter und KA Düren-Merken Ziele: Reduzierung CSB-Ablauffracht Spurenstoff-Elimination Präsentationsinhalte: Anlagensteckbriefe Kohlenstoff-Elimination Spurenstoff-Elimination Kosten Zusammenfassung und Ausblick 3

4 Flockungsfilter in Deutschland 1990er Jahre: Filter-Bauboom 60% der 157 Filterstufen in NRW Hauptsächlich auf größeren Kläranlagen Nutzung: Oftmals P-Elimination mit regulärer Fällmitteldosierung Heute: 87 Filterstufen in NRW in Betrieb 4

5 Kläranlagen- Steckbriefe Kläranlage: Obere Lutter Düren-Merken Betreiber: AOL WV Eifel-Rur Ausbaugröße: E E Abwasserzusammensetzung: ~36 % kommunal ~64 % industriell u.a. Entsorgg. Flüssigabfall ~50 % kommunal ~50 % industriell u.a. Papierindustrie Hauptbelastungen: AFS und CSB AFS und CSB Aufbereitungstechnik: - Belebtschlammverf. - Festbettdenitrifikation - Flockungsfiltration - Belebtschlammverf. - Flockungsfiltration Mesenholl,

6 Technische Daten der Filtrationen im Vergleich Obere Lutter 1. GAK Düren-Merken 1. GAK Düren-Merken 2. GAK GAK-Rohstoff Braunkohle Steinkohle GAK-Körnung 0,6 2,36 mm 1,4 2,5 mm 0,5 2,5 mm GAK-Typ Frischkohle Reaktivat Filterdurchströmung abwärts aufwärts abwärts abwärts Mittlere Kontaktzeit (EBCT) Mittlere Filtergeschwindigkeit 15 min 75 min 11 min 14 min 10 m/h (konstant) 2 m/h (konstant) 7 m/h (dynamisch) Spülgeschwindigkeit 27 m/h 27 m/h 50 m/h m/h (Sommer/Winter) Erforderliches Rückspülintervall 1 Tag 1 Woche ~ 1 Tag ~ 6 Stunden 6

7 Filterschichtenaufbau Obere Lutter Düren-Merken Nach Einbau 1. GAK Nach Einbau 2. GAK 2,0 m 1,2 m 1,5 m 1. GAK (1,40 2,50 mm) 2. GAK (0,50 2,50 mm) Altes Filtermaterial GAK (0,60 2,36 mm) 0,4 m Feinkies (3,15 5,60 mm) GAK (2,00 4,75 mm) 0,5 m 0,1 m 0,1 m 0,1 m 0,1 m Grobkies (5,60 8,00 mm) 7

8 Umrüstung auf GAK Obere Lutter: Einfüllen GAK per Silotransport (nass) Düren: Einfüllen GAK mit Big-Bag (trocken) 8

9 Ergebnisse Abfiltrierbare Stoffe (Ohne FM-Dosierung) Obere Lutter Düren-Merken Zulauf zur Filtrationsstufe optisch klar, da Festbett-Denitrifikation vorgeschaltet 9

10 1. GAK Düren: Ergebnisse CSB hom Zulauf Filter (MF1) Ablauf Referenz-Filterzelle (MF2) Ablauf GAK-Filterzelle (MF3) Betrieb: 13 Wochen, mittlere Kontaktzeit: ~11 min 10

11 2. GAK Düren: Ergebnisse CSB hom Zulauf Filter (MF1) Ablauf Referenz-Filterzelle (MF2) Ablauf GAK-Filterzelle (MF3) Betrieb: 18 Wochen, mittlere Kontaktzeit: ~14 min 11

12 CSB [mg/l] 1. GAK Obere Lutter: Ergebnisse CSB hom Zulauf Großadsorber 2 m/h (2 m/h) kontinuierlicher Kleinadsorber (10 m/h) diskontinuierl. 10 m/h Kleinadsorber (10 m/h) Bettvolumina [ m³ Wasser / m³ GAK ] 12

13 1. GAK Düren: Ergebnisse Spurenstoff-Elimination 13

14 2. GAK Düren: Ergebnisse Spurenstoff-Elimination 14

15 Elimination [%] 1. GAK: Obere Lutter Ergebnisse Spurenstoff-Elimination 100% Metoprolol (c0= 1,45 µg/l) Carbamazepin (c0= 1,73 µg/l) Amidotrizoesäure (c0= 3,99 µg/l) 80% 60% 40% 20% 0% % -40% -60% 15

16 Parallelschaltung / Mischungsrechnung 1 2 c 1 c 2 ( c / c 0 ) ges = n c i / c i=1 n 0 c 3 Nach - kl ä rung c c 4 (c/c 0 ) ges c c n n Vorflut c 0 : Zulaufkonzentration Filter c 1 bis c n : Ablaufkonzentrationen der n Filterzellen (c/c 0 ) ges : Ablaufkonzentration Filter aus Mischungsrechung, normiert auf Zulaufkonzentration 16

17 Kosten Kosten für den Aktivkohleeinsatz dominieren die Betriebskosten (Bornemann et al., 2012, Abschlussbericht Mikroflock, Nahrstedt et al., 2012, Abschlussbericht AOL-Projekt) Maßgeblich sind durchgesetzte Bettvolumina Bettvolumina über Abbruchkriterien definiert Bislang keine Vorgaben für Abbruchkriterien Max. Einleitkonzentration (?) für ausgewählte Spurenstoffe (?) Limits für Öko- und Humantoxizität (?) Perspektive Emission oder Immission (?) Abbruchkriterium Obere Lutter 1. GAK CSB-Elimination erschöpft Düren 1. GAK Düren 2. GAK 80 % Elimination Carbamazepin (weiterhin CSB-Elimination) Qualität Filterzulauf quasi feststofffrei ~ 20 mg/l AFS Bettvolumina Kosten 0,06 /m³ 0,93 /m³ 0,15 /m³ 17

18 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Stabiler, sicherer und praxistauglicher Betrieb der 1. GAK an den KA Obere Lutter und Düren Gute Elimination von: Feststoffen (Düren), Kohlenstoff (CSB, TOC) und Adsorbierbaren Spurenstoffen Ausblick Einfluss Reaktivierung auf GAK-Adsorptionsleistung Energieeffizienz und Carbon-Footprint Optimierung des Filterbetriebs (Dynamische Beschickung, Parallelschaltung, intermittierender Betrieb) Automatisierter GAK Ein- und Ausbau Eigene Reaktivierungsanlagen der Kläranlagenbetreiber? 18

19 Vielen Dank! an unseren Fördermittelgeber: und an unsere Projektteams: Klaus Alt, Inge Barnscheid, Evelyn Brands, Hubert Burbaum, Philipp Droste, Jens Düvel, Steve Freiport, Jürgen Fritzsche, Wilhelm Gebhardt, Alexandra Gier, Andreas Hübner, Frank Jörrens, Peter Kaiser, Andreas Klak, Volker Linnemann, Jens Mesenholl, Vanessa Spelthahn, Jan Trostorf, Josef-Peter Wenzel 19

20 Ergebnisse Filtrationszyklen 20

21 Mittlere Elimination über gesamte Adsorberlaufzeit [%] Ergebnisse Spektrum Spurenstoffe 100% GA, 2 m/h 80% 60% 40% 20% im Zulauf n.n. 0% EDTA Gadolinium CSB TOC Amidotrizoesäure Iomeprol Ibuprofen NTA DTPA TMDD Iopamidol Methyl-1-H-Benzotriazole Carbamazepin Diclofenac Sulfolan Metoprolol Naproxen Bezafibrat Sotalol Iopromid PFBS PFOS 21

22 Mittlere Elimination über gesamte Laufzeit [%] Mittlere Elimination über gesamte Laufzeit [%] Ergebnisse Spektrum Spurenstoffe 100% 100% 80% 80% kont.ka kont.ka kontinuierlicher KA, 10 m/h 88% 90% 91% 93% 95% 88% 90% 91% 93% 95% 84% 84% 77% 77% 79% 79% 60% 60% 40% 40% 63% 63% 58% 59% 58% 59% 42% 43% 45% 46% 47% 42% 43% 45% 46% 47% 35% 35% 20% 20% 22% 22% 15% 15% 0% 0% 3% 3% EDTA DTPA Amidotrizoesäure Iomeprol Gadolinium Sulfolan EDTA DTPA Amidotrizoesäure Iomeprol Gadolinium Sulfolan CSB Sotalol CSB Sotalol TOC Iopamidol Ibuprofen TOC Iopamidol Ibuprofen n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. n.n. NTA Bezafibrat Diclofenac Naproxen TMDD Carbamazepin Metoprolol Methyl-1-H-Benzotriazole Iopromid PFBS PFOS NTA Bezafibrat Diclofenac Naproxen TMDD Carbamazepin Metoprolol Methyl-1-H-Benzotriazole Iopromid PFBS PFOS 22