Entwicklung eines Verfahrens zur weitergehenden Reinigung von kommunalem Abwasser bis zur Trinkwasserqualität mittels Aktivkoks-Festbettbiologie und UV-Oxidation

Aktenzeichen 28739/01
Zusammenfassung / Abstract:
Abschlussbericht: DBU-Abschlussbericht-AZ-28739.pdf (0.94 MB)
Projektträger: AQUA-bioCarbon GmbH c/o business center Stadt Langelsheim
Rosenstr. 25 a
38685 Langelsheim
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Telefon: 05321/352628
Internet: -
Bundesland: Niedersachsen
Beschreibung:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zielsetzung des Projektes war die Optimierung der Verfahrenskombination aus Aktivkoks-Festbett-Biologie (AKFBB) mit nachgeschalteter UV-Oxidation zur Desinfektion von kommunalem Abwasser. Das Verfahren sollte einen durch Adsorption der Spurenstoffe an den Aktivkoks unterstützten biologischen Abbau ermöglichen. Das gereinigte Abwasser sollte nach der Behandlung weitgehend frei von Schadstoffen sein und somit als hygienisch einwandfreies Brauch- oder Badegewässer verwendet werden können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEine vorhandene AKFBB-Pilotanlage der Fa. Aqua-bioCarbon wurde um eine UV-Behandlungseinheit erweitert und im Ablauf einer kommunalen Kläranlage aufgestellt. Im Rahmen eines Monitoringpro-gramms wurden Spurenstoffkonzentrationen des Kläranlagenablaufs ermittelt und daraus relevante Leit-parameter ermittelt. In verschiedenen Versuchsphasen wurden Verweilzeiten von 1, 2 und 5 Stunden rea-lisiert. Für die festgelegten Leitparameter erfolgte die Ermittlung von Eliminationsraten. Zusätzlich wur-den Untersuchungen nach Trinkwasserverordnung durchgeführt, um eine Eignung des Ablaufs der AKFBB mit nachgeschalteter UV-Desinfektion als Brauchwasser zu belegen. Respirationsanalysen und Untersuchungen des Biofilms zum Nachweis des biologischen Abbaus erfolgten im Unterauftrag an der Universität Duisburg - Essen durch Herrn Professor Martin Denecke.
Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse wurde eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt. Als Basis dienten die in der RUKO-Studie [ISA/IWW 2008] berechneten Verfahrensvergleiche auf Basis einer Kläranlage mit 100.000 Einwohnergleichwerten (EWG).

Die AKFBB ist ein einfach in den laufenden Betrieb einer kommunalen Kläranlage zu implementierendes Verfahren. Zudem ist es im Vergleich zu Ozonung und Aktivkohlebehandlung relativ kostengünstig. Auch schwer abbaubare Spurenstoffe können somit weitgehend aus dem Wasserkreislauf entfernt werden. Als Zielgruppe gelten Betreiber von kommunalen Kläranlagen und industrielle Einleiter.


Ergebnisse und Diskussion

Wesentlicher Bestandteil des Projekts war die Aktivkoks-Festbettbiologie (AKFBB), deren Eignung für den biologischen Abbau von Arzneimittelrückständen im Ablauf einer kommunalen Kläranlage (KA) nachzuweisen war. Zusätzlich sollte durch eine nachgeschaltete UV-Behandlung das biologisch gereinig-te Abwasser desinfiziert werden, um mindestens Brauchwasserqualität zu erhalten.

Die AKFBB-Pilotanlage wurde im Mai 2012 im Klärwerk Innerstetal (KWI) zur Adaption der Biozönose in Betrieb genommen. In September 2012 wurde die UV-Behandlung des Ablaufs mit einer UV-Anlage MicrolightUV® Basic 3, Fa. Enviolet GmbH installiert. Ab Oktober 2012 begannen die Probenahmen ent-sprechend dem Untersuchungsprogramm. Die Untersuchungen wurden bei verschiedenen Verweilzeiten (VWZ) durchgeführt. Zusätzlich wurde ein parallel betriebener Laborbioreaktor mit einem inerten Festbett und einer kontinuierlichen VWZ von 10 Stunden betrieben, um den durch Adsorption unterstützten biolo-gischen Abbau der Arzneimittelrückstände nachzuweisen.

Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl mittels der AKFBB als auch dem Inertreaktor Arzneimittelrückstän-de und weitere Mikroverunreinigungen erfolgreich abgebaut werden. Im Inertreaktor konnten rein biologi-sche mittlere Abbauraten für Diclofenac von 20 % erzielt werden Der durchschnittliche Abbau von Dicl-ofenac in der AKFBB lag bei einer Verweilzeit von einer Stunde bei 60 %. Durch die zusätzliche UV-Behandlung des Abwassers konnte diese Abbaurate nochmals gesteigert werden. Mit der Verfahrens-kombination, AKFBB mit nach geschalteter UV – Behandlung konnten durchschnittlich Ablaufkonzentrati-onen von etwa 120 ng/l Diclofenac bei einer Verweilzeit von einer Stunde erreicht werden.
Damit ist es sehr wahrscheinlich, dass die Wirksamkeit der AKFBB beim Abbau von Mikroschadstoffen im Abwasser auf einer Wechselwirkung von Adsorption und biologischem Abbau beruht. Durch die nachfolgende UV-Behandlung wurden die Arzneimittelrückstände noch einmal deutlich reduziert.
Die Anforderungen der TVO wurden nicht in allen Parametern erreicht, der Ablauf kann aber als Brauch-wasser genutzt werden.

Eine in Anlehnung an den Abschlussbericht Ruhr durchgeführte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigt, dass mit der AKFBB in Verbindung mit einer nachgeschalteten UV–Behandlung die Mikroverunreinigun-gen in hohem Maß auch ohne zusätzliche Staatliche Förderung zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten von 0,12 €/m³ Abwasser entfernt werden können.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse des Projektes 28739-23 wurden als Poster auf der Micropol & Ecohazard 2013 in Zürich präsentiert. Weitere Projektvorstellungen erfolgen beim Langenauer Wasserforum und den Industrietagen Wassertechnik im November 2013. Des Weiteren sollen die Ergebnisse des Forschungsprojekts auf der IFAT 2014 präsentiert werden.
Neben den Tagungsbänden zur Micropoll & Ecohazard und den Industrietagen Wassertechnik sind Pub-likationen für eine internationale und eine deutsche Zeitschrift in Vorbereitung.



Fazit

Die Aktivkoks-Festbettbiologie in Verbindung mit einer nachgeschalteten UV-Behandlung hat sich als ein effektives und wirtschaftliches Verfahren zur Reduktion von Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser erwiesen. Die in Anlehnung an den Abschlussbericht Ruhr durchgeführte Kalkulation einer technischen Anlage mit 100 000 EWG zeigt sowohl hinsichtlich der Investitions- als auch der Betriebs-kosten vergleichbare Kosten. Die ohne Förderzulagen berechneten Gesamtkosten liegen bei etwa 0,12 €/m³ Abwasser.

Förderzeitraum: 07.05.2012 - 06.05.2013 (12 Monate)
Fördersumme: 122.618,00
Förderbereich: I.1.2
Themengebiet: Umwelttechnik
Stichworte: Umweltforschung, Klimaschutz, Umwelttechnik, Ressourcenschonung
Publikationen:
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