Projekt 01521/01

Wiederverwendung ausgewechselten Wasserwerkskieses (Filtersand) in der Abwasserbehandlung

ProjekttrÀger

Christian-Albrechts-UniversitĂ€t zu KielInstitut fĂŒr Wasserwirtschaft und Landschaftsökologie
Olshausenstr. 40
24118 KielZielsetzung und Anlass des Vorhabens Untersuchung eines einfachen Verfahrens zur weitergehenden Phosphor-Elimination mittels Adsorptionsfilter. Das Hauptziel lag in der Entwicklung eines einfachen und kostengĂŒnstigen Verfahrens, welches in kleinen dezentralen KlĂ€ranlagen eingesetzt werden kann. Als Filtermaterial wurde gebrauchter Filterkies als Abfallprodukt aus der Trinkwasserenteisenung eingesetzt, welches gelöstes Phosphat durch Adsorption aus dem Abwasser entfernt. Weiterhin sollte untersucht werden, ob in den Filtern als Nebeneffekt eine weitergehende Nitratelimination ĂŒber Denitrifikation möglich ist. Veranlassung zu dieser Untersuchung sind die fehlenden einfachen Verfahren und angepassten Techniken einer weitergehenden NĂ€hrstoffelimination in kleinen dezentralen KlĂ€ranlagen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer erste Schritt des Projektes lag in der Entwicklung eines Filtersystems (Versuchsanlage) im halbtechnischen Maßstab in Zusammenarbeit mit der Lindenau Werft, Kiel, welches einfach aufgebaut werden kann, geringe Investitionen benötigt und eine vollstĂ€ndige Durchströmung des Filters gewĂ€hrleistet (hohe Effizienz). Die Untersuchungsserien fĂŒr die P-Elimnation gliederte sich in Containerversuche, wo Tracerversuche zur Beschreibung der StofftransportverhĂ€ltnisse im Filter und Phosphatdurchbruchversuche zur Beurteilung der Sorptionsleistung unter praxisnahen Bedingungen (biologisch vorgereinigtes Abwasser) durch Beschickung mit verschiedenen Zulaufmengen mit zeitlich hochaufgelöster Bestimmung der Zu- und Ablaufkonzentration durchgefĂŒhrt wurden und in Laborversuche mit SchĂŒttelversuchen und SĂ€ulenver-suchen zur KlĂ€rung der relevanten Adsorptionsparameter (KapazitĂ€t und Kinetik). Die Untersuchungsserien fĂŒr die N-Elimnation gliederte sich in Containerversuche mit unterschiedlichen Beschickungsvarianten (kontinuierlich, intermittierend) mit Bestimmung der Ablaufkonzentration (Nitrat, Ammonium) und des Redoxpotentials und in Methanolversuche im Labor zur Untersuchung des Einflusses der organischen Substanz auf die Denitrifikation Ergebnisse und Diskussion Die Phosphat-Adsorptionsleistung in AbhĂ€ngigkeit verschiedener Filtergeschwindigkeiten bzw. Phosphat-Belastungen wurde mit Hilfe von Phosphat-Durchbruchskurven untersucht. Die Berechnung Zulauf- versus Ablauffracht ergab eine durchschnittliche Beladung von 233 mg PO4-P pro kg Filterkies wĂ€hrend der 3-monatigen Dauer eines Versuches. Die begleitenden Laborversuche zum Phosphatadsorptionsvermögen des Filterkieses unter statischen (SchĂŒttel- oder Batchversuch) und unter dynamischen (Transportversuch) VerhĂ€ltnissen zeigten ein deutlich niedrigeres Adsorptionsvermögen des Kieses als es im Versuchscontainer bestimmt werden konnte. Vermutlich parallel zur Sorption im Container stattfindende FĂ€llungsreaktionen sind als ErklĂ€rung wahrscheinlich. Die Phosphat-RĂŒckhalteleistung des untersuchten Substrates ist als außerordentlich hoch zu bewerten. Das Sorptionsverhalten des Filterkies mit seiner porösen Struktur wird deutlich durch kinetische Prozesse bestimmt. Die potentiell zur VerfĂŒgung stehenden SorptionsoberflĂ€chen lassen sich in solche, die spontan und in andere, die erst nach einer lĂ€ngeren Gleichgewichtseinstellung zugĂ€nglich sind, gliedern. Letztere befinden sich im Inneren der porösen Aggregate; Phosphationen können also erst nach einem diffusiven Transport in den Aggregratinnenbereich adsorbiert werden. Die Versuche zur weitergehenden Nitratelimination ĂŒber biologische Denitrifikation zeigten, daß im kontinuierlichen Betrieb (permanenter Abwasserstrom) der Sauerstoffeintrag so hoch war, daß die fakultativ anaeroben Mikroorganismen nicht auf eine Nitratatmung umschalteten, so daß keine nennenswerte Nitrat-Reduktion stattfand. Im intermittierenden Betrieb hingegen fand aufgrund mangelnder interner, leicht verfĂŒgbarer, organischer Substanz (Belebtschlamm) als Elektronendonator keine weitergehende Nitratelimination statt. Begleitende Laborversuche belegten, daß bei ausreichendem Kohlenstoffangebot z.B. in Form von extern zugefĂŒhrtem Methanol eine Nitratelimination möglich ist. Die aus den Labor- und Feldversuchen gewonnenen Daten waren Grundlage fĂŒr eine praxisnahe Bemessung von Filtern zur weitergehenden Phosphorelimination. Dabei war die Standzeit der Filter, d.h. die Einsatzdauer bis zur maximal geduldeten Phosphatkonzentration im Ablauf des Filters, ausschlaggebend. Modellrechnungen ergaben Standzeiten zwischen 10 bis 40 Jahren bei FiltergrĂ¶ĂŸen von 3,5 m$^3$/Einwohner. Dies ist sehr positiv zu bewerten und zeigt die Machbarkeit der weitergehenden Phosphatelimination mittels Phosphatadsorptionsfilter. Die Praxistauglichkeit des Filterverfahrens wird allerdings durch eine begrenzte VerfĂŒgbarkeit des Kieses eingeschrĂ€nkt. Der Einsatz von Adsorptionsfiltern gemĂ€ĂŸ des untersuchten Verfahrens ist daher nur in KleinklĂ€ranlagen (bis 50 EWG) praktikabel, die aus gewĂ€sserökologischen GrĂŒnden besonderen Anforderungen hinsichtlich des Phosphatablaufwertes unterliegen. Der Filteraufbau kann relativ einfach gestaltet werden, wobei ein Kompromiß zwischen erforderlicher Kontaktzeit und FiltergrĂ¶ĂŸe gefunden werden muß. Durch das Forschungsvorhaben konnte die Eignung des getesteten Verfahrens gezeigt werden; dennoch sollten in einem Langzeitversuch, die berechneten langen Standzeiten des Filters ĂŒberprĂŒft werden. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation STARCK, H.-G. UND P. WIDMOSER (1995): Probleme der Abwasserreinigung in kleinen Landgemeinden. Schriftenreihe der Agrarw. Fak. der UniversitĂ€t Kiel 78, 221-229. Vortrag auf der Hochschultagung vom 10. Oktober 1995 Starck, H.-G. (1996): Wiederverwendung von verbrauchten Wasserwerkskies (Filterkies) aus der Trinkwasserenteisenung fĂŒr die weitergehende Abwasserreinigung in kleinen KlĂ€ranlagen. Schriftenreihe des Instituts fĂŒr Wasserwirtschaft und Landschaftsökologie der Christian-Albrechts-UniversitĂ€t zu Kiel. Heft 23, 83 Seiten. Dissertationsschrift Fazit Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, daß eine weitergehende Phosphatelimination mittels verbrauchten Filterkies möglich ist. Die vorgestellte Technik ist einfach und wartungsarm und daher fĂŒr den Einsatz in KleinklĂ€ranlagen geeignet. Der Einsatz des Verfahrens wird durch die VerfĂŒgbarkeit geeigneter Filterkiese eingeschrĂ€nkt. Bei einer VerschĂ€rfung der gesetzlichen Anforderung hinsichtlich P-Elimination in kleinen KlĂ€ranlagen und gleichzeitiger Verbesserung der VerfĂŒgbarkeit des Substrates (z.B. Sammelbörsen) wĂ€re dieses Verfahren relevant.

Übersicht

Telefon

0431/8802989

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Bundesland

Schleswig-Holstein

Fördersumme

86.078,54 €

Förderzeitraum

01.07.1993 - 30.09.1995