Anthropogene Spurenstoffe und Krankheitserreger (antibiotikaresistente Bakterien) im urbanen Wasserkreislauf

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1 Anthropogene Spurenstoffe und Krankheitserreger (antibiotikaresistente Bakterien) im urbanen Wasserkreislauf Martin Jekel, Regina Gnirss, Uwe Dünnbier, Alexander Sperlich, Aki Sebastian Ruhl, Frederik Zietzschmann, Felix Meinel, Johannes Altmann Technische Universität Berlin, Berliner Wasserbetriebe Gefördert vom Partner

2 Wasserwirtschaftliche Lage in Berlin Hoher regionaler Abwasseranfall, relativ hoch konzentriertes Abwasser (DOC von 10 bis 16 mg/l) Gering Verdünnung durch Oberflächenwasser (Faktor 2 6) Vorgeschlagene Umweltqualitätsziele werden nicht eingehalten Durch Klimawandel und Demographie wird eine Verdoppelung der Spurenstoffkonzentrationen erwartet Nutzung der abwasserhaltigen Oberflächengewässer zur Uferfiltration und Grundwasseranreicherung Urbaner Wasser Teilkreislauf u. a. mit organischen Spurenstoffen an der Ober und Unterhavel 2

3 Kreislauf um Tegeler See 3

4 Organische Spurenstoffe Befunde Primidon [µg/l] Diclofenac [µg/l] OWA Tegel dient der P-Entfernung. Sie ist die 4. Stufe des Klärwerks Schönerlinde 4

5 Gewässersanierung am Tegeler See

6 Aufbereitungswirkung in der OWA Tegel für organische Stoffe DOC TOC AOX Phenazon AAA FAA Diclofenac Bezafibrat Primidon MTBE AMDOPH Carbamazepin Entfernung OWA Tegel [%]

7 Projektstruktur AP 8: Projektmanagement AP 1: Analytik Target / Non Target Humanexposition Multiresistente Mikroorganismen AP 3: Biologische Wirkung und stoffliche Bewertung Humantoxikologische Relevanz Ökotoxikologische Wirkungen Humanbiomonitoring AP 4: Risikowahrnehmung und verhalten Projektphase A: Soziologische Erhebung, Projektphase B: Risikokommunikation, Wirkungsmodell AP 6: Risikomanagement AP 2: Verfahren Experimente (Labor /Pilotversuche) Adsorptive Verfahren (PAK, GAK) Oxidative Verfahren (Ozon) Oxidative Verfahren + Infiltration Großtechnische Demonstrationsanlage AP 5: Verfahrensbewertung Entwicklung eines Bewertungsmodells Ökobilanz (Life Cycle Assessment) Kostenanalyse (Life Cycle Costs) Risikokommunikation auf Grundlage AP4 Optimiertes Risikomanagementsystem durch Verknüpfung mit dem Risiko /Issue Management der BWB, dem Technischen Sicherheitsmanagement (DVGW) sowie dem Water Safety Plan Konzept (WHO) AP 7: Verbreitung & Ergebnisverwertung Präsentationen, Publikationen, Berichte, Internet, Handlungsempfehlung Risikomanagement, DAIOS, etc.

8 Die Partner TU Berlin: 1 Netzwerk, 3 Fachgebiete - Innovationszentrum Wasser in Ballungsräumen - Wasserreinhaltung (Jekel) - Ökolog. Wirkungen & Ökotoxikologie (Pflugmacher-Lima) - Methoden der empirischen Sozialforschung (Baur) Berliner Wasserbetriebe KWB ggmbh: Fachgebiet Wasser- und Abwassertechnologie - Ökobilanzierung (Remy) - Ozonungsverfahren (Miehe) UFZ: Department Analytik (Reemtsma) UBA: Toxikologie des Trink- und Badebeckenwassers (Grummt) LW: Betriebs- und Forschungslaboratorium (Schulz)

9 Optionen der Verminderung von Spurenstoffen Pulveraktivkohle im Klärwerk und/oder in der OWA Tegel (dort evtl. zweistufiger Einsatz) Granulierte Aktivkohle in der OWA Tegel Ozonung des Klarlaufs Schönerlinde Ozonung in der OWA Tegel 9

10 Aktivkohleauswahl 100 Diclofenac c 0 =6,2µg/L Entfernung [%] A B C D E F G H PAK Dosierung [mg/l] Vergleich von 8 unterschiedlichen Aktivkohleprodukten Granulierte Aktivkohle für Batchversuche gemahlen Dosiermengen um mg/l erforderlich (bei 80 % Entf.) 10

11 Korrelation von Oberfläche und Adsorption 80 Benzotriazol 30 Diclofenac Interpolierte Dosis [mg/l] R² = 0.10 Interpolierte Dosis [mg/l] R² = Innere Oberfläche [m 2 /g] Innere Oberfläche [m 2 /g] Oberflächen aus Herstellerangaben Keine Korrelation erkennbar 11

12 Korrelation mit Nitrobenzol Zahl 80 Benzotriazol 30 Diclofenac Interpolierte Dosis [mg/l] R² = 0.45 Interpolierte Dosis [mg/l] R² = Nitrobenzolzahl [mg/l] Nitrobenzolzahl [mg/l] Nitrobenzol-Zahl nicht als Auswahlkriterium brauchbar 12

13 Verfahrensvergleich Ozon PAK Jedes Verfahren hat eine unterschiedliche Selektivität gegenüber den Spurenstoffen 13

14 Unterschiedliche Wassermatrix Schlecht adsorbierbare Spurenstoffe sind besonders der Konkurrenz zum DOC ausgesetzt 14

15 Pilotanlage in OWA Tegel Bims GAK Sand Sand 15

16 Vergleich GAK und Bims P ges (µg L 1 ) n = 17 DOC (mg L 1 ) n = 21 TSS (mg L 1 ) n = 16 UV 254 (m 1 ) n = 21 Färbung (m 1 ) n = 21 Zulauf Pilotfilter 90 ± 60 7,5 ± 1,2 17,9 ± 9,6 18,5 ± 1,9 0,90 ± 0,16 Ablauf GAK/Sand 15 ± 3 6,5 ± 0,9 0,3 ± 0,2 15,9 ± 1,8 0,72 ± 0,14 Ablauf Bims/Sand 15 ± 3 6,6 ± 1,0 0,3 ± 0,1 17,4 ± 1,7 0,84 ± 0,14 GAK ist als Filtermaterial gut mit Bims vergleichbar 16

17 Spurenstoffentfernung mit GAK Früher Durchbruch der schlecht adsorbierbaren Spurenstoffe SMX und Iomeprol 17

18 Schlussfolgerungen Die getesteten Aktivkohlen sind mit wenigen Ausnahmen gut geeignet für die Spurenstoffe Weder die spezifische Oberfläche noch die Nitrobenzol- Zahl eignen sich für die Vorhersage der Adsorption von Spurenstoffen im Abwasser Die Entfernung vieler Spurenstoffe ist mit Aktivkohle und Ozon möglich, jedoch mit unterschiedlicher Selektivität. Die Verfahrenswahl wird deshalb auch deutlich davon abhängen, welche der Spurenstoffe entfernt werden sollen.

19 Wir danken dem BMBF für die Förderung im Programm RiSKWa Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Nachhaltiges Wassermanagement (NaWaM): Ein Förderschwerpunkt vom Partner