Laborversuche zur Einschätzung der Spurenstoffentfernung mittels Aktivkohle Frederik Zietzschmann Aki Sebastian Sb Ruhl Martin Jekel TU Berlin Partner Überblickbli Einführung Aktivkohlevergleich Adsorptionskonkurrenz zwischen Spurenstoffen und Verbindungen des organischen Hintergrunds Adsorption in Wässern unterschiedlicher Herkunft Granulierte Aktivkohle Zusammenfassung 2
Einführung Verfahren zur Spurenstoffentfernung Oxidation mit Ozon Adsorption an Aktivkohle Granulierte Aktivkohle (GAK) Pulveraktivkohle (PAK) Einsatz von Aktivkohle Festbett in Filter (GAK) Einmischen & Abtrennen (PAK) Verschlechterung der Adsorption organischer Spurenstoffe durch Adsorption von Verbindungen des organischen Hintergrunds 3 Aktivkohlevergleichk l i h Entfernun g [%] 75 5 25 Benzotriazol 2 mg AK / L 3 min 48 h 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F G H Pulveraktivkohlen Granulierte Aktivkohlen (pulverisiert) Viele AK liefern ähnliche h Entfernungen Unterschiede sind stoffabhängig 4
Aktivkohlevergleichk l i h Prognose der Spurenstoff Entfernung mittels UV 254 (if (einfach messbar) Diclofenac c-entfernun ng [%] 8 6 4 2 Korrelation weitgehend unabhängig von Aktivkohlesorte Diclofenac 3 min 2 4 6 8 UV 254 -Entfernung [%] 2 3 4 5 PAK 6 7 8 9 A B C D GAK E F G H Prognose der Spurenstoff Entfernung auch bei unbekannten Aktivkohlen nach Zietzschmann et al. (24) Wat. Res. 56 5 Aktivkohlevergleichk l i h Granulierte Aktivkohlen Vergleich im Mini Festbettfilter Beispiel mit Farbstoff c/c [-].8.6.4.2.8 Methylbenzotriazol t l Aktivkohlek 2 3 4 c/c [-].6.4 Stoffabhängig starke Unterschiede.2 Sulfamethoxazol 2 3 4 Bettvolumina [-] 6
Adsorptionskonkurrenz k Verschlechterung der Adsorption von Spurenstoffen durch natürlich vorkommende organische Hintergrundverbindungen PAK-Dosis für 9% Sulfamethoxazol-Entfernung Reinstwasser Kläranlagenablauf 2 5 Beispiel (Entfernung abhängig von PAK Sorte, Kontaktzeit, ) 23456 PAK-Dosis [mg/l] Welche organischen Hintergrundverbindungen verursachen die Adsorptionskonkurrenz? 7 Adsorptionskonkurrenz k Organische Hintergrundverbindungen aus Kläranlagenablauf mittels Membranfiltration getrennt Benzotriazol Carbamazepin Iopromid Sulfamethoxazol Entfernung [%] 25 5 75 Pulveraktivkohle 5 mg/l, 48 h Klarlauf: höhermolekulare Organik Klarlauf l (unbehandelt) Klarlauf: nieder- molekulare Organik Adsorptionskonkurrenz vor allem durch niedermolekulare Organik nach Zietzschmann et al. (24) Wat. Res. 65 8
Adsorptionskonkurrenz k Einfluss des Wassers Spurenstoffentfernung bei vergleichbaren lihb 8 Konzentrationen der Hintergrundverbindungen 6 (Verdünnung) Entfernu ung [%] 4-Formylaminoantipyrin, c ~3µg/L DOC ~5mg/L 48 h Trinkwasser 4 Tegeler See OWA-Ablauf Schönerlinde Ruhleben Münchehofe 2 Waßmannsdorf Alterung des Wassers verringert Adsorptionskonkurrenz 5 5 PAK-Dosis [mg/l] 9 Wässer verschiedener Herkunft Vorhersage der Adsorption in unbekannten Wässern Modell Kalibrierung mit mehreren bekannten Wässern Modellierung eines unbekannten Wassers (und Vergleich mit Experiment) Teils sehr gute Prognose der 6 Spurenstoff Adsorption in 4 unbekannten Wässern 2 möglich Entfernun ng [%] 8 Diclofenac-Entfernung nach 48 h Experiment Modell 5 5 2 3 PAK-Dosis [mg/l]
Granulierte Aktivkohle k Auftragung von Spurenstoff gegen UV 254 Durchbruch Spurenstoff erscheint später als UV 254 im Filterablauf Danach linearer Anstieg.2 Prognose des Spurenstoff Durchbruchs mittels UV 254 möglich -] c/c [.8 6.6.4 Diclofenac VS UV 254 Durchsatz.2.4.6.8 UV 254 / UV 254, [-] Zusammenfassung Viele Aktivkohlen zeigen ähnliche Leistungen Spurenstoff Entfernung über UV 254 einfach prognostizierbar Adsorptionskonkurrenz durch org. Hintergrundverbindungen stark bei niedermolekularen Stoffen natürlicher Umbau der Stoffe verringert Adsorptionskonkurrenz Adsorption in unbekannten Wässern modellierbar Granulierte Aktivkohle Kapazität stiegt mit Ausgangskonzentration Spurenstoff und UV 254 Durchbrüche D ü h korrelierbar 2
Ausblick Weitergehende Versuche zur Adsorptionskonkurrenz Veränderung des natürlichen org. Hintergrunds Einsatz von Modellstoffen Recycling von Pulveraktivkohle Vergleich verschiedener Wässer Untersuchung der Spurenstoffadsorption in unterschiedlichen Wässern Prognose unbekannter Wässer 3 www.askuris.de Vielen Dank kfür Ihre Aufmerksamkeit! k Vielen Dank an Labor/Werkstatt/BWB: André Backoff, Ingvild Dommisch, Ulrike Förster, Jutta Jacobs, Thomas Meier, Katrin Noack, Elke Profft, Max Zeidler, BWB Probennahme Studenten: Geert Aschermann, Eva Geiling, Christin Hannemann, Daniel Mahringer, Simon Mangold, Raja Louisa Mitchell, Johann Müller, Elisa Rose, Christian Stützer Wissenschaftler: Johannes Altmann, Dr. Patricia van Baar, Dr. Uwe Dünnbier, Felix Meinel, Dr. Anke Putschew, Dr. Wolfgang Schulz, Dr. Alexander Sperlich, Prof. Eckhard Worch Partner