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UV-Messung zur Regelung der Ozondosis und Überwachung der Reinigungsleistung – Schlussbericht
EAWAG, 2013
Schlussbericht von A. Wittmer et al. (EAWAG) zu Labor- und halbtechnischen Pilotversuchen.
Zusammenfassung
Verschiedene Pilotversuche im In- und Ausland zeigten, dass die Ozonung ein geeignetes Verfahren zur weitergehenden Elimination von organischen Spurenstoffen aus kommunalem Abwasser ist. Ein wesentliches Optimierungspotenzial besteht bei der bedarfsgerechten Dosierung des Ozons. Labor- und Pilotversuche zeigten, dass die Abnahme der Absorbanz über die Ozonung sowohl mit der dosierten Ozonmenge als auch mit der Elimination von Spurenstoffen korreliert. Diese Zusammenhänge wurden im Rahmen des Umwelt- technologieförderungsprojektes „Ozonung ARA Neugut, Dübendorf – Grosstechnische Optimierung der Ozondosierung“ im Detail überprüft.
Das Projekt sollte insbesondere vier Fragestellungen klären:
• Eignet sich die Absorbanzabnahme als Regelparameter zur Dosierung von Ozon?
• Kann die Absorbanzabnahme einfach, stabil und zuverlässig online gemessen werden?
• Welche Umweltfaktoren beeinflussen die Absorbanzabnahme?
• Kann die online Messung der Absorbanzabnahme zur betrieblichen Überwachung derReinigungsleistung herangezogen werden?
In ersten Laborversuchen wurde bestätigt, dass die Absorbanzabnahme mit der Ozondosis und der Spurenstoffelimination korreliert. Der Zusammenhang zwischen Absorbanzabnahme und Ozondosis unterscheidet sich zwischen verschiedenen Abwässern jedoch relativ stark. Der Zusammenhang zwischen Absorbanzabnahme und Spurenstoffelimination hingegen variiert zwischen unterschiedlichen Abwässern nur wenig, ist aber stoffabhängig. Diese ersten Laborversuche wurden im Wellenlängenspektrum von 250-700nm durchgeführt. Es zeigte sich, dass insbesondere Wellenlängen im UV und tiefen sichtbaren Bereich (zwischen 254 und 430nm) in Frage kommen. Die Absorbanzabnahme eignet sich somit grundsätzlich als Parameter zur Regelung der Ozondosierung, muss jedoch für jedes Abwasser angepasst werden. In den halbtechnischen Pilotversuchen wurde die Absorbanzabnahme bei den Wellenlängen 254nm, 366nm und 700nm mit einem ColorPlus-Messgerät der Firma Sigrist Photometer AG gemessen. Das Messgerät verfügt über eine interne Verschmutzungskompensation. Der Vorteil ist, dass damit das Reinigungsintervall deutlich verlängert werden kann. Trotzdem musste die Messzelle aufgrund von Schwebstoff-Ablagerungen und Biofilmwachstum ohne Vorfilter alle 1-2 Tage gereinigt werden. Da dieser Wartungsaufwand für den Kläranlagenalltag jedoch zu hoch ist, wurden verschiedene Vorfilter mit Porengrössen zwischen 1 und 50 μm sowie die Berücksichtigung der Trübung (Messung bei 700nm) getestet. Die besten Resultate wurden mit einem 20 μm Vorfilter erzielt, das Reinigungsintervall für Filter und Messzelle lag zwischen 1 und 4 Wochen. In den halbtechnischen Versuchen wurde in einer ersten Phase nur mit einem Photometer gearbeit, so dass dieses wechselweise in Intervallen von 30 Minuten mit Zu- respektive Ablauf Ozonungsanlage beschickt wurde. Es zeigte sich aber, dass für eine zuverlässige Messung der Absorbanzabnahme zwei Messgeräte – ein Messgerät im Zulauf, eins im Ablauf der Ozonung – notwendig sind. Insgesamt konnte die Absorbanzabnahme mit dem verwendeten Messgerät aber zuverlässig und stabil gemessen werden.
Für die Ozondosierung ist neben dem Gehalt an organischen Stoffen (DOC) insbesondere Nitrit relevant. Nitrit wird durch Ozon sehr rasch in Nitrat umgewandelt und zehrt somit – falls Nitrit im mg/l-Bereich vorhanden ist – sehr viel Ozon, welches dann nicht mehr für die Oxidation von Spurenstoffen verfügbar ist. Der Vorteil der Absorbanzmessung ist nun, dass die Nitritzehrung berücksichtigt wird, d.h. die Absorbanzabnahme kompensiert den Einfluss von Nitrit. Eine separate Nitritmessung ist somit nicht notwendig. Weitere Einflüsse der Abwasserzusammensetzung auf die Absorbanzabnahme (z.B. Verhalten bei Regenwetter) wurden noch nicht im Detail untersucht.
Aufgrund der gewonnen Erkenntnisse lässt sich eine Regelungsstrategie für die Ozondosierung anhand der Absorbanzabnahme herleiten. Am Beispiel Benzotriazol kann dies exemplarisch aufgezeigt werden, die genaue Parametrierung hängt jedoch vom definierten Qualitätsziel und dem vorliegenden Abwasser ab: Benzotriazol wird in der biologischen Stufe zu etwa 20-40% entfernt, d.h. für eine 80%-Elimination bezogen auf den Zulauf zur Kläranlage müsste es in der Ozonung zu 50-80% entfernt werden. Dies entspricht einer Absorbanzabnahme von rund 45% bei 254nm, resp. 70% bei 366nm. Für die Ozondosierung müsste die entsprechende Absorbanzabnahme als Sollwert für die Regelung verwendet werden. Der Vorteil der vorgestellten Methode ist, dass neben der Regelung auch eine Aussage über die Reinigungsleistung möglich ist. Sie eignet sich somit für die ARA-Betreiber als Überwachungsgrösse. Die aufwändige Spurenstoffanalytik ist weiter notwendig, kann aber zur Validierung des Systems bzw. der Regelparameter und für die behördliche Überwachung genutzt werden.
Der vorliegende Bericht fasst die Ergebnisse der Laborversuche und der halbtechnischen Pilotierung an der Eawag zusammen. Kapitel 2 dokumentiert im Wesentlichen die Vorgehensweise der einzelnen Untersuchungen und stellt die gewonnenen Resultate im Einzelnen dar. Das Kapitel dient dem detaillierteren Studium der Versuche und kann gegebenenfalls übersprungen werden. In Kapitel 3 und 4 werden die erzielten Ergebnisse abschliessend diskutiert und entsprechende Schlussfolgerungen für eine Gesamtbetrachtung vorgenommen.
- Publikationsjahr: 2013