Spurenstoffentfernung an Punktquellen im ländlichen Raum – Pilotanwendung der USONiQ-Ozonung zur Behandlung von Krankenhausabwässern (SEKUSO)
Projektdurchführung
USONiQ Technologies GmbH
Alfred-Klanke-Str. 1
58239 Schwerte
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Ziel des Forschungsvorhabens war die Reduktion von Arzneimittelwirkstoffen aus dem Abwasser der dezentralen Kleinkläranlage einer medizinischen Pflegeeinrichtung, deren Ablauf bislang direkt in den Bo-den im Bereich eines Naturschutzparks verrieselt wurde. Anlass war die damit verbundene Gefährdung von Boden- und Grundwasserressourcen sowie die begrenzte Leistungsfähigkeit konventioneller biologi-scher Reinigungsverfahren. Durch die Implementierung und wissenschaftliche Bewertung eines innovativen Ultraschall-Ozon-Verfahrens (USONiQ-Ozonung) sollte geprüft werden, inwieweit eine weitergehende Spu-renstoffelimination und Desinfektion an Punktquellen möglich ist. Zudem sollte das Potenzial zur Über-tragbarkeit auf weitere dezentrale Systeme wie Krankenhäuser, Campingplätze, Freizeiteinrichtungen oder Privathaushalte im ländlichen Raum untersucht werden, um langfristig einen wirksamen Beitrag zur Entlas-tung der Umwelt zu leisten.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Projektes wurden sechs Arbeitspakete behandelt. Die Arbeitspakete umfassten neben der Installation, Integration in die bestehende Kleinkläranlage (Sequentieller Batch-Reaktor - SBR) am Kohlberghaus und dem Betrieb der Pilotanlage die Entwicklung einer geeigneten LC-MS/MS Analysenmethode zur Quantifizierung von Psychopharmaka in der Abwassermatrix, die Beschreibung des Ist-Zustandes und eine Bewertung der möglichen Umweltentlastung. Darüber hinaus wurde eine Planung zur langfristigen Implementation der USONiQ-Ozonung in dezentralen Kleinkläranlagen erarbeitet. Komplementiert wurde das Projekt durch Massnahmen zur Öffentlichkeitsarbeit.
Ergebnisse und Diskussion
Am Kohlberghaus – einer medizinischen Pflegeeinrichtung ohne Kanalanschluss im Bereich des Natur-schutzgebietes Homert – wurde eine USONiQ-Ozonungs-Pilotanlage nachgeschaltet an die bestehende SBR-Kleinkläranlage installiert. Das USONiQ-Verfahren kombiniert Ultraschallresonatoren und eine patentier-te Ozoneinbringung in einem geschlossenen Rohrreaktor ohne, dass zusätzlichen Retentionsbecken erfor-derlich sind.
Trotz topographisch und räumlich schwieriger Bedingungen und eines anspruchsvollen Abwasserablaufs mit großen Schwankungen in der Abwassermatrix konnten alle gesteckten Projektziele erreicht werden. Nach erfolgreichem Einbau und Kalibrierung der Testanlage wurden insgesamt 5 Testreihen durchgeführt. Die Er-gebnisse wurden jeweils in den Aufbau der folgenden Testreihe einbezogen. Im Betrieb zeigte sich, dass bereits ab einer spezifischen Ozondosis von 0,26 mgO₃/mgDOC Eliminationsraten von > 80 % für die gemäß EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) relevanten Substanzen erzielt wurden.
Auch Psychopharmaka konnten effizient abgebaut und bakterielle Keime (> 99 %) sicher inaktiviert werden. Auch bei hohen Ozondosen konnte keine relevante Bildung der Transformationsprodukte Bromat und NDMA beobachtet werden. Der Energieverbrauch lag bei einer applizierten Dosis von von 1,1 mgO3/mgDOC bei ca. 0,56 kWh/m³ behandeltem Abwasser.
Zum Vergleich wurde das Verfahren zusätzlich mit MBR-gereinigtem Abwasser des Marienhospitals Gelsen-kirchen untersucht. Die Ergebnisse bestätigten, dass die USONiQ-Ozonung auch in typischen Krankenhaus-abwässern eine Elimination von über 80 % der prioritären Spurenstoffe ermöglicht und damit Leistungsni-veaus zentraler Anlagen mit vierter Reinigungsstufe erreicht.
Ebenso wurde die Übertragbarkeit des Ansatzes auf größere Einrichtungen gezeigt und die Möglichkeit, die skalierbare USONiQ-Ozonung an verschiedenen Punktquellen (z.B. Camping, Krankenhausabwasser, kleine Siedlungen ohne Kanalanschluss) zur Mikroschadstoffelimination und Desinfektion wirtschaftlich einzuset-zen.
Mit der Kombination von SBR-Technologie und nachgeschalteter USONiQ-Ozonung wurde ein innovativer Verfahrensansatz umgesetzt, der über den Stand der Technik hinausging.
Derzeit werden am Kohlberghaus jährlich ca. 500 g Spurenstoffe bzw. Psychopharmaka in ein Naturschutz-gebiet eingetragen. Die Modellrechnungen zeigten, dass dieser Eintrag theoretisch unter Einsatz der USONiQ-Ozonung auf ca. 32 g reduziert werden kann. Aufgrund der fehlenden Kanalisation stellt die Vor-Ort-Behandlung hier einen entscheidenden Beitrag zum vorsorgenden Gewässerschutz dar.
Insgesamt leistete das Forschungsvorhaben einen relevanten Beitrag zur Entwicklung und sicheren An-wendung effizienter Verfahren zur Spurenstoffelimination in der dezentralen Abwasserbehandlung. Die Ergebnisse können langfristig zur Entlastung der Umwelt und zur Sicherung sensibler Trinkwasserressour-cen beitragen.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Die Öffentlichkeitsarbeit und Präsentationen können aufgrund von Sicherheits- und Schutzgründen der Pflegeeinrichtung nur dezentral erfolgen. Mediale Maßnahmen umfassen eine Website, eine Broschüre, einen Infofilm und Download-Angebote. Als besonderer Schwerpunkt wurden und werden weitere Informationsver-anstaltungen mit Schülergruppen zur Sensibilisierung von Jugendlichen für das Thema „Abwasser“ geplant. Die mit dem Projekt verbundene Öffentlichkeitsarbeit wird über das Projektende hinaus fortgeführt.
Fazit
An der Pflegeeinrichtung Kohlberghaus konnten unter Einsatz der USONiQ-Ozonung pharmakologisch aktive Mikroschadstoffe um bis zu 99 % reduziert werden bei gleichzeitiger Desinfektion auf das Niveau einer aus-gezeichneten Badegewässerqualität. Auch bei hohen Ozondosen konnte keine relevante Bildung von Bromat festgestellt werden. Am Pilotprojekt SEKUSO zeigt sich exemplarisch, dass dezentrale Verfahren wie die USONiQ-Ozonung – insbesondere bei Verrieselung – eine effektive, skalierbare und wirtschaftliche Lösung zur Reduktion von Mikroschadstoffen und Keimen darstellen und damit einen wichtigen Beitrag zum vorsorgenden Umweltschutz und zur Sicherung sensibler Trinkwasserressourcen leisten können.