Untersuchung von verschiedenen Einflussparametern zur Verbesserung der Entfernung von organischen Spurenstoffen in der sequentiellen Biofiltration

Stipendiatin/Stipendiat: MSc Ing Nikolina Popovic

Der zunehmende Einsatz von Arzneimitteln, Hormonen, Körperpflegemitteln und dergleichen, führt zu einer erhöhten Belastung mit so genannten organischen Spurenstoffen (TOrCs) in der aquatischen Umwelt. Da bereits negative Auswirkungen von TOrCs auf die aquatischen Biota beobachtet werden konnten und die menschliche Gesundheit ebenfalls negativ beeinflusst werden könnte, befinden sich zusätzliche Behandlungsschritte für Trink- und Abwasser in der Entwicklung. Daher wurde in diesem Projekt ein zusätzlicher biologischer Abwasserbehandlungsschritt getestet. Die so genannte sequenzielle Biofiltration ist ein Konzept ähnlich der sequentiellen Grundwasseranreicherung (SMART) zur Wiederaufbereitung von Wasser. Das Ziel wäre, zu verhindern, dass TOrCs in die aquatische Umwelt eintreten. Um anwendbar zu sein, muss der sequenzielle Biofiltrationsschritt bei geringem Platzbedarf durchführbar und effizient sein. Dies wird hauptsächlich durch die Größe des Filterbetts beeinflusst. Die gegenwärtige Bettgröße von sequentiellen Biofiltrationsanlagen (SBF) ist in der Realität verhältnismäßig groß.

Das Ziel besteht in der Entwicklung und Optimierung von biologischen Hochleistungssystemen, die die Vorzüge der mikrobiellen Diversität in Langsamsandfiltern mit den hohen Durchsatzraten in klassischen Schnellfiltern verknüpfen und somit eine kostengünstige und praktikable Alternative zu Adsorptions- und Oxidationsverfahren darstellen.

Versuche im Pilotmaßstab umfassen verschiedene parallel betriebene sequentielle und einstufig be-triebene biologische Filterzüge. Das System wird mit Kläranlagenablauf der Kläranlage Garching beschickt. Das Wasser wird zunächst in die FS1 gefördert, der mit Anthrazitkohle gefüllt ist. Anschließend wird das Wasser belüftet um erneut Sauerstoff einzutragen. In FS2 wird technischer Sand als Filtermaterial genutzt. Zweimal wöchentlich wurden Proben genommen und auf die Parameter gelöster Sauerstoff, gelöster organischer Kohlenstoff (DOC), spektraler Absorptionskoeffizient (SAC) sowie eine Reihe von TOrCs analysiert.

Für die meisten der untersuchten Spurenstoffe konnte eine verbesserte Entfernung im SBF-System festgestellt werden. Die Stoffe Benzotriazol, Metoprolol, Gabapentin und Sulfamethoxazol wurden unter den Bedingungen im SBF-System deutlich besser abgebaut. Für die Stoffe Diclofen ac, Venlafaxin und Carbamazepin zeigt sich kein verbesserter Abbau im SBF-System. Für einige der untersuchten Spurenstoffe zeigt sich ein positiver Einfluss der höheren EBCT auf die Entfernung in FS2. So konnte für die Stoffe Benzotriazol, Metoprolol, Sulfametho-xazol und Diclofenac eine leichte Verbesserung des Abbaus festgestellt werden. Die Stoffe Gaba-pentin und Venlafaxin zeigten keine Verbesserung des Abbaus bei höheren EBCT in FS2. Die gegenwärtige Bettgröße von sequentiellen Biofiltrationsanlagen (SBF) ist in der Realität verhältnismäßig groß. Um die Bettgröße zu reduzieren, wäre ein wichtiger Schritt die Reduzierung der so-genannten empty bed contact time (EBCT), die wiederum den Abbau von DOC und TOrCs beein-flusst. Daher wird das Ausmaß der EBCT-Reduktion auf die auf die Effizienz des Abbaus von Spu-renstoffen in einer SBF-Einheit untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine Reduktion der EBCT von 90 Minuten um die Hälfte ergibt immer noch einen guten Abbau für die meisten der untersuchten TOrCs.

Die dargestellten Ergebnisse der Studie belegen die biologische Aktivität der Filtersysteme und deren Reinigungspotential für verschiedene Wasserinhaltsstoffe. Die Sauerstoffprofile für das sequen-tielle und das einstufige System unterscheiden sich deutlich voneinander. Spurenstoffmessungen zeigen substanzspezifisch unterschiedliche Entfernungsleistungen in den Filtersystemen. Im Vergleich mit einem einstufigen Biofilter gleicher EBCT zeigt sich die verbesserte Reinigungsleistung des SBF-Systems für eine Reihe von moderat abbaubaren Spurenstoffen. Untersuchungen zum Einfluss der EBCT in FS1 zeigen, dass die Reduktion von 90 min auf 45 min keine negativen Auswirkungen auf die Gesamtentfernung betrachteter TOrCs hat. Eine weitere Reduktion auf 30 min wirkte sich jedoch nachteilig auf den Abbau einiger Substanzen in FS1 und FS2 aus.
 

Förderzeitraum:
07.02.2017 - 06.02.2018

Institut:
Technische Universität München
Lehrstuhl und Versuchsanstalt für
Siedlungswasserwirtschaft

Betreuer:
Prof. Dr. Jörg E. Drewes

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URL: www.sww.bgu.tum.de