Einsatz von Ozonung in Kombination mit granulierter Aktivkohle auf den Kläranlagen Detmold und Paderborn

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1 Einsatz von Ozonung in Kombination mit granulierter Aktivkohle auf den Kläranlagen Detmold und Paderborn Prof. Dr.-Ing. Ute Austermann-Haun, Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Detmold; Klaus Alt, Hydro-Ingenieure, Düsseldorf; Alexander Voigt, Dahlem Ingenieure, Essen; Mirco Koppmann, STEB Paderborn; Julian Firk, ISA, RWTH Aachen; Dr.-Ing. Andreas Nahrstedt, IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser gefördert durch: Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

2 AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 2 Grundlagen Nachklärung Ozonung Granulierter Aktivkohle-Filter Einleitung in das aufnehmende Gewässer Biologisch aktivierte Aktivkohlefiltration mit vorgeschalteter Ozonung (O 3 -BAK) Elimination durch synergetischen Effekt der Chemischen Oxidation mittels Ozon Adsorptionsfähigkeit der granulierten Aktivkohle Aktivität der sessilen Mikroorganismen/des Biofilms

3 AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 3 Grundlagen Komplexe Wirkung durch Kombination zweier Verfahren Suspensarückhalt durch Filtrationsstufe Minimierte Bildung von Transformationsprodukten Zusätzliche biologische Reinigung durch BAK-Filter Geringere Ozondosen und längere Standzeiten des Filters möglich Höhere Investitionskosten durch Anwendung zweier Verfahren keine/wenige großtechnische Erfahrungswerte

4 Spurenstoffkonzentration [ng/l] BIOLOGISCH AKTIVIERTE AKTIVKOHLEFILTRATION AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 4 Kläranlagen-Screening Beprobung im Kläranlagenzulauf und im Ablauf der Nachklärung (7 PN) Breite Palette an anthropogenen Spurenstoffen Pharmaka, Röntgenkontrastmittel, endokrin wirksame Substanzen, Pflanzenschutzmittel, Organozinnverbindungen, Moschusverbindungen, Komplexbildner, Flammschutzmittel, Phtalate, PFCs Ergänzendes GC-MS Screening für auffällige Substanzen Pharmaka im Ablauf der Nachklärung , , Max Min Median

5 AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 5 Identifizierung relevanter Indirekteinleiter Beprobung sechs großer Indirekteinleiter Brauerei Deponie Metallverarbeiter Textilverarbeiter Krankenhaus Nahrungsmittelunternehmen Auffällig hohe Konzentrationen beim Flammschutzmittel Tris(2-butoxyethyl)phosphat (TBEP) in Brauerei im GC-MS-Screening gefunden (im KA-Zulauf 50 µg/l) Durch Gespräche mit dem Indirekteinleiter wurde die Ursache abgestellt 1H,1H,2H,2H- Perfluoroctansulfonsäure > 50 µg/l beim metallverarbeitenden Betrieb Der Indirekteinleiter prüft aktuell alternative Produkte mit einem besseren Adsorptionsverhalten

6 AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 6 Auslegungsgrößen Endausbau

7 AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 7 Auslegungsgrößen GESAMTELIMINATION bei 50 % JSM: 55 % bei 90 % JSM: 79 % bei 100 % JSM: 86 % ELIMINATIONSRATEN Biologie: ca. 25 % weitere Stufe ca. 80 % letzte 7% resultieren in Verdopplung Investitionen

8 AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 8

9 AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 9 Auslegungsgrößen großtechnische Versuchsanlage Auslegungsgröße Kurzzeichen Einheit Wert Wassermenge Ozonierung Q Ozonierung [m³/h] 118 Wassermenge BAC-Filtration Q BAK [m³/h] 236 DOC C DOC [mg/l] 8,9 spez. Dosierung Ozonierung z spez [mg O 3 /mg DOC] bis 0,8 spez. Dosierung BAC-Filtration z spez [mg O 3 /mg DOC] 0,2-0,4 Vorhanden sind 16 Sandfilter - für Versuche Umbau von 2 Filtern

10 Ozonkonzentration [mg/l] BIOLOGISCH AKTIVIERTE AKTIVKOHLEFILTRATION AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 10 Ozonzehrungsversuche 7,0 6,5 6,0 Initialphase = 30 Sekunden 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 zspez. 0,77 zspez. 0,55 zspez. 0,28 Zspez. 0,11 1,5 1,0 0,5 0, Zeit [s]

11 AUF DER KLÄRANLAGE PADERBORN 11 Versuchsaufbau

12 Versuchsanlagenaufbau GAK-Filter, Aquasorb 5000 BIOLOGISCH AKTIVIERTE AKTIVKOHLEFILTRATION AUF DER KLÄRANLAGE DETMOLD Ozonanlage 12

13 AUF DER KLÄRANLAGE DETMOLD Ozonung Ozondosis: 2 mg/l 0,16-0,31 mg O 3 /mg DOC Kontaktzeit: 15 Minuten 1. BAK-Filter Beaufschlagung mit Ozon: Ja HRT: 50 Minuten 2. BAK-Filter Beaufschlagung mit Ozon: Ja HRT: 25 Minuten 3. GAK-Filter (Referenzfilter) Beaufschlagung mit Ozon: Nein HRT: 25 Minuten Filterbetthöhe: 2,5 m 13

14 AUF DER KLÄRANLAGE DETMOLD Bisher durchgesetzte Bettvolumina (BV) 14

15 AUF DER KLÄRANLAGE DETMOLD Bisher vollständig eliminierte Mikroschadstoffe bei ca BV 15

16 AUF DER KLÄRANLAGE DETMOLD Nicht mehr vollständig eliminierte Mikroschadstoffe - Vergleiche: HRT 50 u. 25 min. BV 8000 u

17 Ozon-Konzentration [ mg/l ] Ozonzehrungsversuch BIOLOGISCH AKTIVIERTE AKTIVKOHLEFILTRATION AUF DER KLÄRANLAGE DETMOLD 4,5 4,0 3,5 24-h-Mischprobe Pilotanlagenzulauf vom mg/l Ozon 4 mg/l Ozon 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 Reaktionszeit [min] 17

18 Transformation [ % ] BIOLOGISCH AKTIVIERTE AKTIVKOHLEFILTRATION AUF DER KLÄRANLAGE DETMOLD Transformation der Spurenstoffe 100,0 4-Chlorbenzoesäure Bisphenol A Sulfamethoxazol Carbamezpin 80,0 60,0 40,0 20,0 0, Ozondosierung [mg/l] 18

19 Gebildete Bromatkonzentration [ µg/l] BIOLOGISCH AKTIVIERTE AKTIVKOHLEFILTRATION AUF DER KLÄRANLAGE DETMOLD Laboruntersuchung zur Bromatbildung 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0 2,0 3,0 4,0 Ozondosierung [mg/l] 19

20 AUF DER KLÄRANLAGE DETMOLD Zusammenfassung Kontrolle und Gespräche mit Indirekteinleitern als wichtiger Schritt zur Vermeidung von Mikroschadstoffen Kombiniertes Verfahren (BAK) führt zu hohen Eliminationsleistungen und minimiert Abbauprodukte der Ozonung ausreichend Wirtschaftlichkeit und Langzeitverhalten bedürfen einer weiteren Untersuchung 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. Ute Austermann-Haun Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Labor für Siedlungswasserwirtschaft Dipl.-Ing. Klaus Alt Hydro-Ingenieure Planungsgesellschaft für Siedlungswasserwirtschaft mbh Dr.-Ing. Andreas Nahrstedt IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Dipl.-Ing. Alexander Voigt Dahlem Ingenieure, Essen M. Sc. Julian Firk ISA, RWTH Aachen Dipl.-Ing. Mirco Koppmann STEB Paderborn