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Verfahren zur Elimination von Mikroverunreinigung
Um die Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser zu entfernen oder deren schädlichen Wirkungen zu verhindern stehen derzeit zwei Verfahrenstechniken im Vordergrund:
Die Dosierung von Pulveraktivkohle (PAK) mit Bindung (Adsorption) der Spurenstoffe an die Aktivkohle und anschliessender Abtrennung und Entsorgung der beladenen Kohle:
Aktivkohle hat eine sehr poröse Struktur und damit eine sehr hohe spezifische Oberfläche (>1000 m2/g). An dieser grossen Oberfläche lagern sich viele Stoffe aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften an.
Funktionsprinzip der Aktivkohle:
Der Einsatz von Aktivkohle gehört zu den adsorptiven Verfahren. Als Adsorption bezeichnet man den Prozess der Anlagerung von gelösten Substanzen an der Oberfläche von Festkörpern, vergleichbar mit einem Schwamm. Die wichtigsten Größen, welche die Adsorptionsleistung beeinflussen, sind:
- Aktivkohle-Dosis: Je höher die Dosis, desto höher die Elimination
- Matrix/DOC: Je geringer der DOC, desto geringer ist die Konkurrenz zwischen Mikroschadstoffen und Hintergrundmatrix und damit die notwendige Dosiermenge.
- Kontaktzeit: Das Adsorptionsgleichgewicht wird in der Regel erst nach 8-48 Stunden erreicht, obwohl ein großer Teil der Stoffe bereits nach ca. 20 Minuten sorbiert hat.
Pulveraktivkohle: Die Pulveraktivkohle mit einer Korngröße von einigen Mikrometern wird dem Abwasser beigemischt. Sie muss anschließend mit einem geeigneten Abtrennverfahren (z.B. Sedimentation/Filtration, Sandfiltration, Membran) wieder vom Abwasser getrennt werden. Zur besseren Ausnützung der Bindungskapazität kann sie in die biologische Stufe zurückgeführt werden. Der anfallende PAK-Schlamm muss dann mit dem Belebtschlamm entsorgt werden.
Granulierte Aktivkohle:
Die Adsorption an granulierte Aktivkohle wird in einem (bestehenden) Filter betrieben, der vom Abwasser durchströmt wird. Aufgrund der zunehmenden Beladung muss die Aktivkohle periodisch ausgewechselt (regeneriert) werden.
Die Zugabe von Ozon wandelt die Spurenstoffe in diverse Zwischenprodukte um. Anschliessende Reinigung in einer biologischen Stufe (z.B. Sandfiltration, Wirbelbett):
Ozon ist ein sehr reaktives Gas, das mit Wasserinhaltsstoffen auf zwei Arten reagiert:
- Direkte Oxidation: Ozon reagiert im Wasser direkt mit einer Vielzahl anorganischer und organischer Substanzen. Diese Reaktion ist sehr selektiv, d. h. es werden bevorzugt bestimmte Bindungen (z.B. C=C-Doppelbindungen, phenolische Verbindungen, Aminogruppen) angegriffen. Aus diesem Grund gibt es Substanzen, die extrem rasch angegriffen werden, während andere gegenüber Ozon beständiger sind.
- Indirekte Oxidation: Ein Teil des Ozons zerfällt im Wasser in Gegenwart von organischen Kohlenstoff und Hydroxid-Ionen (OH-) in Hydroxyl-Radikale (OH?). Diese reagieren sehr schnell und unspezifisch mit verschiedensten Substanzen. Trotz ihrer kurzen Lebensdauer und der sehr tiefen Konzentration können sie zur Elimination von Mikroverunreinigungen beitragen, insbesondere, wenn diese nicht oder nur sehr langsam mit Ozon reagieren. Sie reagieren allerdings auch mit der „harmlosen“ organischen Hintergrundmatrix, was ihre Effizienz vermindert.
Ozonung und Aktivkohle können auch als Kombination eingesetzt werden, d.h. Ozonung mit anschliessender Filtration in einem Filter mit granulierter Aktivkohle (GAK-Filter). Bei diesem Verfahren wird weniger Ozon verbraucht als bei der Ozonung mit anschliessender Sandfiltration. Zusätzlich wird eine sehr breite Palette an Mikroverunreinigungen eliminiert, da Ozonung und Aktivkohle gemeinsam zur Elimination beitragen. Derzeit gibt es jedoch noch wenig Erfahrung mit den Standzeiten der GAK-Filter.