Pilot-Erprobung eines Anschwemmfilters zur Abwasserbehandlung als weitergehende Reinigungsstufe für kommunale Kläranlagen
Projektdurchführung
Hoffmann Maschinen- und Apparatebau GmbH
Hauerstr. 2 -4
38268 Lengede
Zielsetzung
In der industriellen Verfahrenstechnik, werden seit Jahrzehnten Anschwemmfilter (ASF) zur Reduktion von partikulären Verunreinigungen in Betriebsmitteln eingesetzt. Große Flüssigkeitsvolumina mit geringen Partikelkonzentrationen können mit geringen Aufenthaltszeiten behandelt werden. Damit ist grundsätzlich denkbar, ASF auch auf Kläranlagen zur Nachfiltration von Klarwasser nach der biologischen Reinigungsstufe einzusetzen. Eine erfolgreiche Adaption bedingt allerdings u.a. die Anpassung der Filterhilfsstoffe sowie betriebliche Optimierungen. ASF als 4. Reinigungsstufe versprechen einen sehr kompakten und modularen Aufbau.
Ziel der vorliegenden Projektidee ist daher, die im Bereich der Kühlschmierstoffaufbereitung bewährten ASF der Fa. Hoffmann Maschinen- und Apparatebau GmbH zu modifizieren und als 4. Reinigungsstufe auf Kläranlagen zu erproben. Dabei soll ein ASF gleichermaßen mit zwei Zielfragestellungen optimiert werden: zum einen in Bezug auf den Rückhalt partikulärer (Suspensa, Mikroplastik) bzw. partikelgebundener Wasserinhaltstoffe (z.B. Phosphat) zum anderen für die Reduktion adsorbierbarer Spurenstoffe (Pharmaka, Pflanzenschutzmittel, Industriechemikalien) durch geeignete Filterhilfsstoffe.
Im Labormaßstab konnte die grundsätzliche Eignung des Verfahrens zur Abwassernachreinigung aufgezeigt werden. Dabei wurden wichtige Vorkenntnisse bezüglich der Adsorption und der Adsorptionskinetik gelöster Abwasserinhaltsstoffe durch den Einsatz von Pulveraktivkohle als Adsorbens in der Filterschicht als auch zu hydraulischen und betrieblichen Parametern erzielt. Eine orientierende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigte vergleichbare spezifische Behandlungskosten wie bereits großtechnisch realisierte 4. Reinigungsstufen.
Der nächste Schritt beinhaltet daher ein Scale-Up, mit Bau einer Pilotanlage sowie deren längerfristigen Einsatz auf einer Kläranlage. Es muss sich dabei zeigen, ob die Technologie auch unter schwankenden Ablaufqualitäten die Erwartungen an die Partikelabscheidung und die Spurenstoffadsorption sicher gewährleisten und die Anlage wirtschaftlich betrieben werden kann.
Bei erfolgreichem Einsatz als 4. Reinigungsstufe kann die Anschwemmtechnologie maßgeblich zur Reduktion von Schmutzfrachten aus Kläranlagenabläufen in die Umwelt beitragen. Sie in vereint in einem Aggregat die Möglichkeit der Reduktion von organischen und anorganischen Partikeln bzw. partikulär gebundenen Abwasserinhaltsstoffen mit der Elimination gelöster Spurenstoffe.
Arbeitsschritte
Nach erfolgreichen Voruntersuchungen im Labormaßstab sollte im vorliegenden DBU geförderten Projekt ein Scale-Up bisheriger Ergebnisse mit Bau einer Pilotanlage sowie ihres längerfristigen Einsatzes unter Betriebsbedingungen auf einer Kläranlage erfolgen. Im Einzelnen sind die folgenden Zielsetzungen zu benennen:
• Konstruktion und Bau einer Pilotanlage (ca. 2.500 EW) unter Berücksichtigung der Vorunter-suchungsergebnisse (AP 1).
• Längerfristiger Betrieb und Optimierung der Pilotanlage (AP 2 und AP 3) mit Fokus auf:
• der Ermittlung des Einflusses der vergrößerten Filterfläche auf die Trenncharakteristik.
• der Dosiertechnik der Filterhilfsmittel.
• der Reinigung der Filterscheiben.
• der Stabilität der Filterschicht bei variierenden Anströmbedingungen.
• der Betriebsstabilität bei variierender Abwasserbelastung.
• der Elimination von Abwasserinhaltsstoffen (insbesondere Partikel und Spurenstoffe).
• Orientierende Abschätzung von Investitionen und Betriebskosten für den Einsatz als 4.
Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen (AP 4).
• Physikalisch-chemische Charakterisierung der anfallenden Filterschlämme (ergänzendes AP).
Ergebnisse
Auf dem Klärwerk Steinhof des Abwasserverbandes Braunschweig wurde eine Pilotanlage zur Erprobung eines Anschwemmfilters als 4. Reinigungsstufe errichtet. Diverse Probleme führten schon in der Planungs- und Bauphase zu einer markanten Abweichung vom Zeitplan, so dass die Pilotanlage erst Mitte Dezember 2023 statt wie geplant im März 2023 in die Testphase gehen konnte. Der in AP 2 vorgesehene sichere Dauerbetrieb der Anlage wurde erst zu Projektende erreicht.
Die Test- und Optimierungsphase war geprägt von nicht reproduzierbaren Störungen, die zu sehr wechselnden Filterlaufzeiten führten. In den Phasen, in denen die Anlage störungsfrei lief, konnten jedoch die guten Laufzeiten der Vorversuche reproduziert werden. Als Hauptursachen konnten schließlich ein fehlerhafter Strömungssensor sowie eine Feingutverschleppung durch einen zu klein ausgelegten Abschlammbehälter identifiziert werden. Hinzu kam eine größere Anzahl von weiteren Problemen mit Sensoren, Verstopfungen und Ähnlichem, die zeigten, dass ein Einsatz in der Abwassertechnik spezifische technische Anpassungen der Technologie zwingend erforderlich machen.
Eine grundsätzliche Voraussetzung für die Optimierung der Filterschicht in Hinblick auf minimalen Materialverbrauch bei ausreichender Filtrationsleistung und Spurenstoffentnahme ist der reproduzierbare Betrieb der Anlage. Dieser konnte erst zum Projektende erreicht werden. Die Fa. Hoffmann Maschinen- und Apparatebau GmbH wird die Anlage noch weitere 6 Monate über die Projektlaufzeit hinaus betreiben, um die Optimierungsarbeiten bezüglich der Filterschicht doch noch so weit wie möglich durchzuführen.
Parallel wurden Untersuchungen an einer Filteranlage im Technikumsmaßstab durchgeführt. Die orientierenden Arbeiten zeigten, dass die Filterlaufzeiten deutlich von der Feststoffbeladung im Filterzulauf abhängen. Die Rückführung von aufbereitetem Filterschlamm als Anschwemmmaterial verkürzte die Filterlaufzeiten erheblich. Hier sind weitere Arbeiten hinsichtlich der Schlammaufbereitung notwendig, wenn durch die Rückführung eines Teils des Filterschlamms Betriebsmittelkosten reduziert werden sollen.
Öffentlichkeitsarbeit
Geers, H., Bauerfeld, K., Karwat S. 2023. Anschwemmtechnologie als vierte Reinigungsstufe - Erprobung einer neuen Technologie. KA Korrespondenz Abwasser, Abfall, Jg.70, Nr.1, pp. 45-50.
Geers, H., Bauerfeld, K., Karwat, S. 2023. Pre-Coat filter as advanced treatment step for fur-ther removal of dissolved and particulate emerging pollutants from municipal wastewater. Filtech 2023, 14.-16.2.2023, Köln.
Geers, H., Bauerfeld, K., Karwat, S. 2023. Anschwemmfilter für die weitergehende Entfernung von gelösten und ungelösten Mikroschadstoffen aus kommunalen Abwässern. DWA KläranlagenTage/MSR-Tage 2023, 20./21.06.2023, Osnabrück.
Schulz, T. 2024. Einfluss der Partikelkonzentration im Zulauf eines Anschwemmfilters zur wei-tergehenden Reinigung von geklärtem Abwasser auf die Filterstandzeit, den Partikel-rückhalt und die Adsorptionsleistung. Bachelorarbeit in Kooperation von ISWW, TU Braunschweig und Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften Wolfenbüttel, 12.06.2024.
Stand auf der Woche der Umwelt 2024.
Fazit
Die auf dem Klärwerk Steinhof des Abwasserverbandes Braunschweig errichtete Pilotanlage zur Erprobung eines Anschwemmfilters als 4. Reinigungsstufe konnte erst zum Schluss der Projektlaufzeit in einen Dauerbetrieb genommen werden.
Diverse nicht reproduzierbare Störungen, die zu sehr wechselnden Filterlaufzeiten führten, verhinderten systematische Untersuchungen zur optimalen Filterschicht und zur Schadstoffentfrachtung. In den Phasen, in denen die Anlage störungsfrei lief, konnten jedoch die guten Ergebnisse der Vorversuche reproduziert werden.
Die Fa. Hoffmann Maschinen- und Apparatebau GmbH wird die Anlage noch weitere 6 Monate betreiben, um die Optimierungsarbeiten bezüglich der Filterschicht doch noch so weit wie möglich durchzuführen.