Entwicklung einer optimalen Trinkwasseraufbereitungstechnologie unter Einbezug modernster Analytikmethoden und Einsatz von Membrantechnologie, Aktivkohleadsorption und Ozonung (Trinkwasseraufbereitung der Zukunft)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 140.05.05

Schlüsselwörter (Deutsch)

Trinkwasser, Membrantechnologie, Aktivkohleadsorption, EAWAG

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In der Schweiz wird ca. 18% des Trinkwassers aus Seen gewonnen. Seewasser braucht mehr Aufwand als Grundwasser, um auf Trinkwasserqualität gebracht zu werden, weil viele verschiedene Arten von Mikroverunreinigungen sowie Geruchs- und Geschmacksstoffe in Frage kommen, die eliminiert werden müssen. Zur aktuellen bewährten Verfahrenstechnik der Wasseraufbereitung (zum Beispiel Einsatz von Flockungsmitteln, Desinfektionsmitteln sowie Ozonung und Aktivkohleadsorption) kommt neu die Praxisreife und Konkurrenzfähigkeit der Membrantechnik im Bereich der Ultra- und Nanofiltration dazu. Mit Hilfe der Membrantechnik wird es in Zukunft möglich, die heutigen aufwendigen Verfahren zu vereinfachen.

Neu sind auch verschiedene Entwicklungen in der Wasseranalytik: moderne Messmethoden erlauben es, Mikroverunreinigungen aller Art aufzuspüren, die bisher nicht von den gesetzlichen Grenzwerten betroffen sind, es aber in Zukunft sein könnten (zum Beispiel Nanopartikel, Desinfektionsnebenprodukte, Viren, Geruchs- und Geschmacksstoffe). Damit kann das Potential für die Trinkwasserqualität der Zukunft ausgeschöpft werden.

Wenn schon die Membrantechnik neu mit den bisherigen Verfahren zu einer optimalen Trinkwasseraufbereitungstechnologie gekoppelt werden soll, dann soll dies im Lichte der Erkenntnisse beim Einsatz der neusten Messmethoden geschehen. Neben der gesteigerten Trinkwasserqualität werden positive Ergebnisse in Bezug auf den verminderten Gebrauch von Aufbereitungschemikalien, kompaktere Bauweise von Aufbereitungsanlagen, geringere Verkeimung von Leitungen, geringerer Energieverbrauch, geringere Investitions- und Betriebskosten, usw. erwartet.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

- Etablierung der erforderlichen Wasseranalytik und Erprobung der Analytik in Bezug auf verschiedene Parameter.

- Einrichtung und Optimierung im Labor der EAWAG der drei Verfahren Ultra-/Nanofiltration mit Membrantechnologie, Aktivkohleadsorption und Ozonung.

- Pilotierung geeigneter Verfahrensketten in einer existierenden Trinkwasseraufbereitungsanlage der Wasserversorgung Zürich.

Projektziele (Deutsch)

Entwicklung einer optimierten Trinkwasseraufbereitungstechnologie unter Einbezug modernster Analytikmethoden und Einsatz von Membrantechnologie, Aktivkohleadsorption und Ozonung.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Eine neue Methode zur Bestimmung von biologisch abbaubarem Material (Assimilable Organic Matter AOC) basierend auf Flowzytometrie wurde entwickelt. Die Methode wurde von der Wasserversorgung Zürich übernommen. Für die Bestimmung von Zellwachstum wurde eine Methode entwickelt, die auf der Bestimmung von Adenosintriphosphat (ATP) basiert. Nanopartikel wurden mit Laser Breakdown detektiert. Zur Bestimmung von geruchs- und geschmacksaktiven Substanzen wurde eine mit Massenspektrometrie gekoppelte Gaschromatographie mit einer olfaktometrischen Detektion ergänzt. Ein bestehendes Geruchs- und Geschmacks-Problem im Kanton Zürich wurde analysiert und eine entsprechende Lösung entwickelt.

In der Verfahrenskette der Pilotanlage wurde das Verhalten vom MTBE (ein Antiklopfmittel, das als Benzin-Zusatzstoff verwendet wird), IPMP und β-Ionone (beides geruchs- und geschmacksaktive Stoffe) als repräsentative Mikroverunreinigungen untersucht. Dies hat die Wirksamkeit des Mehrbarrieren-Konzepts für die Eliminierung von Stoffen mit unterschiedlichem Charakter gezeigt.

Mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) wurde ein Modell für einen Ozonreaktor entwickelt und optimiert. Zudem wurde die Bildung von Desinfektionsnebenprodukten untersucht, und die Bildung von biologisch abbaubarem Material aus natürlichem organischem Material und durch die Zerstörung von (Algen-)Zellen wurde quantifiziert.

Es wurde nachgewiesen, dass bei der Membranfiltrierung Huminstoffe und Polysaccharide die wichtigsten Foulingkomponenten sind und dass Fouling durch Zurückspülung nur zum Teil umkehrbar ist. Calcium spielt eine bedeutende Rolle im Foulingprozess.

Es zeigte sich, dass sich die Adsorptionskapazität bei der Aktivkohlefiltration während der Anlaufzeit stark verändert. Die meisten Fraktionen von natürlichem organischem Material sowie Mikroverunreinigungen werden anfänglich gut entfernt, aber die Wirksamkeit nimmt mit der Zeit ab.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die neue Methode zur Bestimmung von biologisch abbaubarem Material wurde kalibriert und in den Dauerversuche der Pilotanlage getestet. Die Methode, welche nur noch 2-3 Tage anstelle von 14 Tagen benötigt, wurde von der Wasserversorgung Zürich übernommen und wird jetzt routinemässig eingesetzt.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die Methode zur Bestimmung von Nanopartikeln wird weiterentwickelt, wobei eine Kombination von Flow Field Fractionation (FFF) mit neuen Detektionsmethoden getestet wirdn. Auch die Methoden zur Bestimmung von biologisch abbaubarem Material und Adenosintriphosphat (ATP) werden in einer Vielzahl von Fragestellungen in der Trinkwasser- und Abwasseraufbereitung getestet und eingesetzt. Aufgrund der Ergebnisse werden jetzt bei der Wasserversorgung Zürich Optimierungsversuche durchgeführt. Dabei werden verschiedene Konfigurationen der Verfahrenskette mit Aktivkohlefiltration, Ozonung und Membranfiltration überprüft.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Im Magazin UMWELT 1/2008 wird dieses Projekt erwähnt. Mehr Informationen unter http://www.bafu.admin.ch/dokumentation/umwelt/06017/ oder im angehängten PDF.

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Zugehörige Dokumente

• UMWELT 1/08 - Kein Durchkommen für pathogene Keime [PDF] 410 kB