Filter AK+ Forschung des Wupperverbandes zur Spurenstoffelimination mit Aktivkohle

Transkript

1 Filter AK+ Forschung des Wupperverbandes zur Spurenstoffelimination mit Aktivkohle 18. Symposium Flussgebietsmanagement/ Gebietsforum Wupper Catrin Bornemann

2 Inhalt Einleitung Warum Einsatz von Aktivkohle? Projekt Filter AK+ Einsatz von granulierter Aktivkohle (GAK) Einsatz von Pulveraktivkohle (PAK) Ergebnisse und Betriebskonzepte Fazit und Ausblick welche Fragen sind noch offen?

3 Beispiele für Kläranlagentechnik Biolog. Abbau und Sorption Zerstörung durch UV-Licht Adsorption an Aktivkohle Rückhalt durch Filtration Oxidation mit Ozon

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

5 Auswahl des Versuchsstandortes Wuppertal-Buchenhofen Beschreibung Kläranlage Ausbaugröße: Trockenwetterzufluss: EW l/s Regenwetterzufluss: l/s Mechanische Reinigungsstufe 6 straßige Belebungsanlage mit 10 Nachklärbecken Flockungsfiltration Schlammfaulung und maschinelle Entwässerung Mono-SVA Beschreibung Flockungsfiltration Anzahl Filterzellen: 28 Filterfläche gesamt: m² Überstauhöhe: 2,5 m Betriebsstunden: 24 h (je Zelle bis Spülung) Filtrationsgeschwindigkeit: 3 9 m/h

6 Projekt Filter AK+ PAK KA zu VK BB NK PAK KA ab gleiche Randbedingungen Abwasser PS RS ÜS FF Hydraulik Probenahmezeiten KA zu VK BB NK Temperaturverhältnisse GAK PS RS ÜS FF KA ab gleiches Kohleprodukt PAK und GAK ngak KA zu VK BB NK PS RS ÜS FF FF KA ab direkter Vergleich Wirtschaftlichkeit Betriebssicherheit

7 Einsatz von GAK und PAK Übersicht über die Versuchsfilter REF PAK-Silo PAK GAK ngak Versuchsfilter Zulauf (aus NKB) Filtrat Beschickung ngak Messstellen

8 Dosierung von Pulverkohle in eine Filterzelle Rührwerk 2, 5 Überstand= Kontaktzone FHM FM PAK Probenahme Spülabwasser Spülwasser Hydroanthrazit Quarzsand 1, 4 0, 4 Ablauf Zulauf Ablaufschieber Spülwasserschieber Dosiermenge 20 mg/l Aktivkohle

9 Ausgewählte Aktivkohlen PAK GAK PAK #1 PAK #2 GAK / ngak Produkt Hydraffin ARP Carbopal AP Produkt Hydraffin AR Mahlfeinheit Gew.-% < 40 µm 70 Gew.-% < 40 µm Korndurchmesser Schüttdichte 0,425-2,36 mm ( 8 x 40 mesh) ca. 400 kg/m³ (Frischkohle) ca. 350 kg/m³ (eingebaut) Jodadsorption ca mg/g mg/g Jodadsorption > 950 mg/g Innere Oberfläche (B.E.T.) m²/g m²/g Innere Oberfläche (B.E.T.) m²/g

10 Ausgewählte Leitsubstanzen Arzneimittelwirkstoffe und Diagnostika Carbamazepin Diclofenac Sulfamethoxazol N4-Acetyl-Sulfamethoxazol Metoprolol Ciprofloxacin Clarithromycin Erithromycin TCPP endokrine Stoffe Benzotriazol 4-Methylbenzotriazol 5-Methylbenzotriazol Phosphororganische Verbindungen

11 Ausbau und Einbau von Filtermaterial

12 Messtechnik und Probenahme im Ablauf der Filter

13 Behandelte Bettvolumina ( ) ngak-filter: BV = 2,44 Mio. m³ behandelt V BV = V Behandelt GAK-Filter: BV = 2,08 Mio. m³ behandelt Filtermaterial

14 CSB, TOC, DOC-Adsorption nach 15 Monaten mittlere Elimination in Bezug auf Ablauf NKB (c 0 Mittelwert 24 mg/l) PAK_2 besser als PAK_1 (5%Pkte), ngak minimal besser als GAK (2-3%Pkte) Alle Kohlen besser als Referenz 100% 90% CSB_filt CSB_hom DOC TOC 80% 70% Eliminationsrate 60% 50% 40% 30% 37% 40% 33% 36% 43% 45% 35% 39% 34% 37% 29% 33% 32% 34% 27% 31% 20% 16% 22% 14% 20% 10% 0% n=161 n=89 n=34 n=163 n=161 [%] [%] [%] [%] [%] Referenz PAK_1 PAK_2 ngak GAK

15 Spurenstoff-Elimination im Filter (GAK) 100,0% Elimination GAK Bezug Zulauf FF, n=27, BV=367 bis PAK#1 n=14 PAK#2 n=08 Ref-Filter n=27 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% cₒ= 652 ng/l cₒ= 184 ng/l cₒ= 122 ng/l cₒ= 441 ng/l cₒ= 2432 ng/l cₒ= 1473 ng/l cₒ= 1,7 µg/l cₒ= 15,8 µg/l cₒ= 451 ng/l Ciprofloxacin Clarithomycin Erythromycin CBZ DCF MET TCPP BTA + Methyl- BTA SMX + N4- SMX

16 Elimination in der Gesamtanlage PAk-Filter GAK-Filter ngak-filter 100% 80% 60% 40% 20% 0% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 100% 80% 60% 40% 20% 0% Ciprofloxacin Clarithomycin Erythromycin CBZ DCF MET TCPP SMX + N4- SMX BTA + Methyl-BTA Cipr of loxacin Clar it homycin Er yt hr omycin CBZ DCF M ET TCPP SM X + N4 - SM X BTA + M et hyl- BTA Ciprofloxacin Clarithomycin Erythromycin CBZ DCF MET TCPP SMX + N4- SMX BTA + Methyl-BTA PAK Filtration Biologie ohne Berücksichtigung einer Mehrfachbeladung bei Rückführung GAK Filtration Biologie nach BV ngak Filtration Biologie nach BV

17 Das Abbruchkriterium bestimmt die Filterlaufzeit BV (SMX,DCF,CBZ,MET,Cipro,Mittel) BV Einzelfilter (GAK) für unterschiedliche Substanzen und Abbruchkriterien SMX + N4-SMX DCF CBZ MET Ciprofloxacin (Cipro) gew. MIttel 5 Leitsubstanzen BTA + Methyl-BTA BV (BTA) % 85% 80% 75% 70% Abbruchkriterium (Elimination im Filter) 0

18 Das Abbruchkriterium bestimmt die Kosten spez. Kosten (brutto Jahreskosten bezogen auf 80% JAM) bei Eliminationen 70-90% für 5 Substanzen spez. Kosten 0,140 /m³ 0,130 /m³ 0,120 /m³ 0,110 /m³ 0,100 /m³ 0,090 /m³ 0,080 /m³ 0,070 /m³ 0,060 /m³ 0,050 /m³ 0,040 /m³ 0,030 /m³ 0,020 /m³ 0,010 /m³ 0,000 /m³ DCF CBZ SMX + N4 SMX BTA + Methyl BTA Ciprofloxacin (Cipro) MW (DCF,SMX,CBZ,MET,CPF) Sensitivitätsanalyse Elimination GAK 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% Elimination

19 Parallelschaltung mehrerer Filter verlängert die Laufzeit SZ Kriterium Substanz Bettvolumina bei Abbruchkriterium 80% Einzelfilter 14 Filter f_parallel Erhöhungsfaktor Parallelbetrieb % Elimination im Filter, Einzelsubstanz 80% Elimination im Filter, Mittelwert aus 5 DCF ,96 SMX + N4-SMX ,95 CBZ ,05 MET ,90 BTA + Methyl-BTA ,91 Ciprofloxacin (Cipro) ,60 TCPP ,04 Mittelwert (DCF,SMX,CBZ, MET,Cipro) ,87 3 Konzentrationsbezogen c DCF,ab < 0,1 µg/l ,96 4 c CSB,ab < 20 mg/l 5 Gesamtwirkungsgrad KA η GES = η BB +η AK (Beispiel: DCF) ,96

20 Wirtschaftlichkeit der 3 Verfahren Vorabzug Abschlussbericht Filter AK+ voraussichtlich Ende 2015 verfügbar

21 Fazit und offene Fragen Eine Spurenstoffelimination in Flockungsfilteranlagen unter Einsatz von PAK oder GAK ist technisch möglich. Kosten und Aufwand sind eng an die Qualitätskriterien, und damit an die erforderlichen Laufzeiten der GAK-Filter gekoppelt. Vorhandene Filteranlagen begünstigen die Implementierung einer Aktivkohle-Reinigungsstufe. Rechtliche Anforderungen, emissions- oder immissionsbezogen, fehlen.

22 Fazit und offene Fragen Wann sind die Filter wirklich erschöpft? Gibt es eine entstehende Mikrobiologie die den Abbau unterstützt und wie wirkt sich diese auf die Laufzeit der Filter aus? Welche alternativen Adsorbenzien könnten zum Einsatz kommen? Wirken aktivkohlebehandeltes Abwasser und unbehandeltes Abwasser unterschiedlich auf die Ökologie der Wupper?

23 Vielen Dank! Gefördert durch: