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Ergänzende Untersuchungen zur Elimination von Mikroverunreinigungen auf der ARA Neugut
EAWAG, 2012
Berichterstattung von M. Böhler et al. für die ARA Neugut im Auftrag des BAFU.
Zusammenfassung
Die vorliegende Berichterstattung gibt Auskunft über weitergehende Untersuchungen und Abklärungen in Zusammenhang mit der Elimination von Mikroverunreinigungen auf der ARA Neugut.
Im Kontext mit einer notwendigen biologischen Nachbehandlung von ozontem Abwasser wurde in 2012 eine Abwasserfiltration mit granulierter Aktivkohle in den Versuchseinrichtungen der Eawag betrieben. Neben dem Beladungsverhalten bezüglich DOC und Mikroverunreinigungen wurde auch die Praxistauglichkeit einer derartigen Filtration evaluiert, nämlich in wieweit auf Basis der vorhandenen Infrastrukturen bestehender Sandfiltrationen eine derartige GAK-Filtration möglich ist.
Die Eliminationsleistung der GAK-Filtration kann anhand der vorliegenden Ergebnisse der Spurenstoffanalytik in einer Gesamtbetrachtung als eher sehr gering betrachtet werden.
Acht der betrachteten 30 Spurenstoffe zeigen zwar im Betriebszeitraum von rd. 110 Tagen bzw. rd. 9‘000 Bett-Volumina eine durchgehend hohe Elimination von rd. 80 bis 100% auf, wobei der überwiegende Anteil der betrachteten Spurenstoffe bereits nach rd. 2 bis 4 Wochen (rd. 1200 Bett-Volumina) nach einer anfänglich hohen Elimination eine deutliche und stetige Reduktion in ihrer Elimination erfahren. Diese Spurenstoffe werden nach etwa 10‘000 Bett-Volumina bzw. einem halben Jahr Betrieb nicht mehr effizient zurückgehalten. Die Adsorption beträgt dann bezogen auf den Zulauf zum GAK-Filter nur noch etwa 20% und die Adsorptionskapazität der Kohle ist nahezu erschöpft.
Würde man beispielweise als Qualitätsziel für die GAK-Filtration eine Elimination bezogen auf den Ablauf der Nachklärung respektive Zulauf zur Filtration von ≥ 60% anstreben, wäre dieses Qualitätsziel bereits für die allermeisten Spurenstoffe nach rd. 4‘000 Bett-Volumina – teilweise für einige Spurenstoffe deutlich früher – nicht mehr erreichbar und die GAK müsste ausgetauscht werden. Bei einem Bettvolumina von 4`000 kalkuliert sich eine spezifische GAK-Menge von rd. 100 mg Aktivkohle je Liter Abwasser. Dies ist etwa 5 bis 10 mal höher, als in einer Anwendung von Pulveraktivkohle (10-20 mgPAK/L). Bei einer Anwendung von 10 bis 20 mgPAK/L in einer Ablaufbehandlung mit Rückführung der teilbeladenen Kohle in die Biologie (Zweistufigkeit mit Ausnutzung des Gegenstroms) ist eine sichere Elimination bezogen auf den Zulauf zur ARA für die meisten Spurenstoffe von 80% möglich (Böhler et. al., 2012).
Somit scheint eine wirtschaftliche Elimination von Spurenstoffe mittels GAK-Filtration mit dem vorgestellten System rein durch Adsorption nicht möglich. Die Standzeit eines derartigen Aktivkohlefilters zur Behandlung von kommunale Abwasser wäre zu kurz und die betrieblichen Aufwendungen zum Austausch der GAK aus den Filterzellen enorm hoch. Die gemachten Ergebnisse in der vorgestellten Pilotierung zum Beladungsverhalten gleichen teilweise den Resultaten einer grosstechnischen Pilotierung (MIKROFlock, 2012) auf der Kläranlage Düren-Merken im Bundesland Nordrhein Westfalen (NRW, D). Andererseits wiedersprechen sie aber auch zum Teil den eher positiven Ergebnissen und Erfahrungen der volltechnischen Pilotierung zur GAK-Filtration (IWW, 2011) auf der Kläranlage Obere Lutter in Gütersloh (NRW, D).
In wie weit ein biologischer Abbau im Filter nach Etablierung eines adaptierten Biofilms auf der Oberfläche der GAK langfristig möglich ist, kann mit den derzeitigen Ergebnissen nicht evaluiert werden. Eine biologische Elimination im GAK-Filter konnte im Betriebszeitraum nicht explizit detektiert werden, die Elimination erniedrigt sich bei allen betrachteten Stoffen zunehmend und nimmt nicht zu.
Gegebenenfalls ist ein verbesserter biologischer Abbau bei einer längeren Betriebsdauer und einem mit genügend Sauerstoff versorgten GAK Filter beobachtbar. Konventionelle Sandfilter zeigen eine gewisse biologische Elimination bei entsprechend gut belüfteten Zuläufen. In wieweit sich diese durch Einsatz von GAK mit vergleichsweisem höherem Angebot an Aufwuchsfläche bei entsprechend gut belüfteten Zuläufen erhöhen lässt, ist nur in einer Vergleichsstudie möglich.
Es ist jedoch davon auszugehen, dass insbesondere bei Vorschaltung einer niedrig dosierten Ozonung ein erhöhter biologischer Abbau möglich ist. Bedingt durch eine Ozonung werden dann die zu eliminierenden Stoffe durch Oxidation transformiert, welche so biologisch verfügbar und im Biofilm leichter biologisch abgebaut werden können. Gleichzeitig wir durch die Ozonung genügend Sauerstoff eingetragen. In diesem Zusammenhang spricht man dann von einer biologisch aktivierten Aktivkohle- Filtration (BAC-filtration = biological activated carbon filtration). Hierzu wird es im 2014 Untersuchungen mit dem vorgestellten GAK-Filter auf der ARA Neugut geben. Erfahrungen mit dieser Verfahrenskombination wurden bereits in Australien gemacht (Reungoata et al., 2012).
Die vollständige DOC-Beladung der GAK ist bereits nach gut 10 Tagen erfolgt und der Filter eliminiert nur noch etwa 15 bis 20% des kolloidalen DOC mittels Filtration.
Das betriebliche Verhalten des GAK-Filters ist im Wesentlichen die eines konventionellen Sandfilters, jedoch musste auf Grund der geringeren Dichte der GAK gegenüber Blähschiefer die Rückspülung angepasst werden. Zudem scheint sich durch die Rückspülung immer ein gewisser Anteil Kohle von der GAK durch Abrasion abzutragen. Die Filtration konnte den Feststoffanteil im Ablauf durchgehend unter 2.5 mgAFS/L halten.
In einer weiteren Untersuchung wurde die mögliche Bromatbildung durch Ozonung betrachtet. Hier zeigt sich, dass nur bei höheren Ozondosen eine vermehrte Bildung von Bromat zu beobachten ist. Da in der Ozonung von kommunalem Abwasser zur Spurenstoffelimination nur Ozondosen zwischen 0.6 bis 0.8 gO3/gDOC eingesetzt werden, ist eine Gefährdung durch Bromat im Gewässer oder im Grundwasser als gering zu bewerten. Bromat wird erst über 0.4 gO3/gDOC messbar gebildet.
In einer weiteren Untersuchung zum Einsatz einer Spektrometersonde zur optimierten Regelung und Überwachung der Ozonung wurde ein Nitrit-Messgerät eingesetzt. Nitrit ist ein wichtiger Parameter, der die Effizienz der Ozonung beeinflusst bzw. reduziert. Im Projekt ist die Erfassung des Nitrit von grosser Bedeutung, um die tatsächlich applizierte Ozondosis bezogen auf den gelösten Kohlenstoff zu definieren.
- Publikationsjahr: 2012