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Elimination von Mikroverunreinigungen mittels PAK-Dosierung im Zulauf der Raumfiltration – Aktifilt-Schlussbericht
FHNW, 2016
Schlussbericht von J. Löwenberg (FHNW), T. Wintgens (FHNW), T. Krahnstöver (FHNW), M. Baggenstos (WABAG) und G. Koch (Amt für Industrielle Betriebe Kanton Basellandschaft).
Zusammenfassung
Die Abtrennung von Mikroverunreinigungen aus Trink- und Abwasser mittels Adsorption an Pulveraktivkohle (PAK) hat in den letzten Jahrzenten an Bedeutung gewonnen und zahlreiche Verfahrensoptionen sind in diesem Zusammenhang untersucht worden. Mit Inkrafttreten der Revision der Schweizer Gewässerschutzverordnung per 1. Januar 2016 wird die Nachrüstung von etwa 100 Schweizer Abwasserreinigungsanlagen (ARAs) um eine weiterführende Reinigungsstufe erforderlich. Im Ablauf dieser Behandlungsstufe soll die Konzentration an organischen Mikroverunreinigungen im Vergleich zum kommunalen Rohabwasser um 80% reduziert werden.
Im Projekt Aktifilt wurde eine Verfahrenskombination für die kommunale Abwasserbehandlung untersucht, die sich aus einer PAK-Adsorptionsstufe und einer anschliessenden Raumfiltration (RF) zusammensetzt. Die Filtrationsstufe dient sowohl zur Adsorption als auch zum Feststoffrückhalt, sodass eine zusätzliche Trennstufe, z.B. eine Sedimentation, eingespart werden kann, was den Platzbedarf deutlich reduziert. Der Prozess wurde im grosstechnischen Massstab in einem Zeitraum von über einem Jahr betrieben. Ziel dieser Studie war es, die optimalen Prozessbedingungen zu ermitteln, bei denen das Verfahren im wirtschaftlichen Betrieb eine sichere und der Gewässerschutzverordnung genügende Elimination von Mikro-verunreinigungen erreicht.
Eine ausreichende Entfernung von Mikroverunreinigungen in der PAK-/Filtrationsstufe von durchschnittlich 73% über die fünf Indikatorsubstanzen wurde bereits bei einer PAK- Dosierung von 10 mg/L erreicht. Dies weist darauf hin, dass auch die im Filterbett zurückgehaltene und eingelagerte PAK eine beträchtliche Adsorptionskapazität aufweist. Würde diese PAK zurück in die Biologie geführt (Gegenstromprinzip) sollte sich die Elimination bei gleicher Dosierung mindestens auf die gesetzlich geforderten 80% bezüglich Rohabwasser erhöhen. Der Kontaktreaktor dient in der untersuchten Verfahrenskombination hauptsächlich der PAK-Flockung und kann bei guter Reaktorgestaltung mit niedrigen Aufenthaltszeiten von minimal 10 Minuten betrieben werden, ohne dass Einbussen bei der Elimination von Mikroverunreinigungen zu erwarten sind. Die untersuchte Prozesskombination stellt somit ein sicheres und platzsparendes Verfahren dar, das mit vergleichsweise geringen Investitions- und Betriebskosten einhergeht. Im Vergleich mit Referenzfiltern ohne Flockungsstufe konnte gezeigt werden, dass die Dosierung von PAK zusammen mit Fe3+ als Flockungsmittel die Ablaufqualität auch bezüglich ungelöster Stoffe, Trübung und PO4-Konzentration verbesserte.
Der Vergleich zweier unterschiedlicher PAK-Typen ergab, dass sie bezüglich ihrer Eliminationsleistung für Mikroverunreinigungen in Kombination mit einer Raumfiltrationsstufe keine Unterschiede aufwiesen. Die optimale Reaktionszeit zur Flockenbildung betrug bei beiden PAK 10-15 Minuten und dient als Grundlage zur Bestimmung des benötigten Reaktorvolumens im Grossmassstab.
Die Filterlaufzeiten zwischen zwei Rückspülungen lagen je nach Zulaufvolumen bei 1 bis 3 Tagen. Die Fracht an Mikroverunreinigungen blieb im ARA-Zulauf auch bei Regenwetter näherungsweise konstant. Eine Begrenzung der maximalen PAK-Dosierung während Spitzenzuflüssen ermöglichte daher PAK-Einsparungen von rund 20% ohne Leistungseinbusse.
Es wurde ausserdem gezeigt, dass als zusätzliche Regelgrösse zur Steuerung der PAK-Dosierung die Abnahme des SAK366 über die Reinigungsstufe verwendet werden kann. Die Entwicklung einer Methode zum quantitativen Nachweis von PAK im Filterablauf mittels Thermogravimetrischer Analyse (TGA) ermöglichte eine quantitative Beurteilung des PAK-Rückhalts durch den Filter. Im regulären Betrieb erreichte die grosstechnische Raumfiltration einen stabilen PAK-Rückhalt von über 95%. In Pilotversuchen konnte je nach dosiertem PAK-Typ ein verbesserter Feststoffrückhalt beobachtet werden, wenn Blähton anstelle von Blähschiefer als Filtermedium eingesetzt wurde.
- Année de publication: 2016