Optimierte Verfahrenskombination von Pulverkohle und Membranfiltration zur Entfernung von Mikroverunreinigungen (Kurztitel: Aquapure)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 349.29.10

Schlüsselwörter (Deutsch)

Mikroverunreinigungen, Abwasserreinigung, Pulveraktivkohleadsorption, Membranfiltration

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Es wird erwartet, dass die gesetzlichen Anforderungen an die Entfernung von Mikroverunreinigungen in Abwasserreinigungsanlagen in naher Zukunft nicht nur in der Schweiz, sondern auch in anderen europäischen Ländern, steigen werden. Demzufolge werden die Richtwerte vieler Mikroverunreinigungen mit den konventionellen Abwasserreinigungsanlagen nicht mehr einzuhalten sein, da diese keinen oder einen nur unzureichenden Rückhalt für Spurenstoffe bieten.
Eine Vielzahl von Abwasserreinigungsanlagen erfordert dementsprechend den Ausbau mit zusätzlichen Reinigungsstufen. Mit den Abwasserreinigungsanlagen auf dem gegenwärtigen Stand der Technik lassen sich Mikroverunreinigungen nur unzureichend zurückhalten.
Die technische Zielsetzung des Projektes ist die Umsetzung und Optimierung einer neuen Verfahrenskombination zur Entfernung von Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser als nachgeschaltete Reinigungsstufe im Pilotmaßstab. Die neue Verfahrenskombination wird eine Pulveraktivkohleadsorptionsstufe und eine Membranfiltration beinhalten. Viele Fragen bezüglich grundlegender Zusammenhänge im Betrieb der Membranfiltration in diesem Anwendungsfall sind bisher unbeantwortet und lassen so eine umfangreiche Bewertung der Prozesskombination im Vergleich zu den vorhandenen Alternativen nicht zu. Beispielsweise ist die Eignung unterschiedlicher Membransysteme und Einflussfaktoren auf deren Alterung unklar und wird im geplanten Projekt untersucht.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

3.1 Identifikation des am besten geeigneten Membranverfahrens sowie dessen Betriebsparameter in kleintechnischen Versuchsanlagen in der ARA Birs (Meilenstein 1)

3.2 Bau und Bewertung eines Vorbehandlungssystems zur weitgehenden Feststoffabtrennung vor der Membranfiltration und Dokumentation des Betriebsverhaltens der Vorbehandlung und Auswirkungen auf die Membranfiltration (Meilenstein 2)

3.3 Vergleichsstudie zwischen den verschiedenen Reinigungsstufen hinsichtlich Grad der Abscheidung von Mikroverunreinigungen liegt vor (Meilenstein 3)

3.4 Pilotanlage konstruiert und in Betrieb genommen (Meilenstein 4)

3.5 Einflussfaktoren auf die Membranalterung sind identifiziert (Meilenstein 5)

Projektziele (Deutsch)

Ziel ist die Entwicklung und Optimierung einer marktfähigen Prozesskombination aus Aktivkohleadsorption und Membranfiltration zur Entfernung von Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser. Dabei wird angestrebt, das Optimierungspotential vor allem im Energiebereich und in puncto Langzeitstabilität der Membran auszuschöpfen.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

 

Im Projekt Aquapure konnte die allgemeine Machbarkeit der Verfahrensoption Pulveraktivkohle (PAK) Adsorption und Membranfiltration zur Verminderung von organischen Substanzen im Ablauf kommunaler Abwasserreinigungsanlagen (ARA) sowohl im Versuchsmassstab als auch im Pilotmassstab gezeigt werden.

Innerhalb der ersten Phase des Projektes konnte der stabile Betrieb eines getauchten Membransystems und der eines parallel betriebenen gedrückten Membransystems über eine Dauer von 6 Monaten auf der ARA Birsfelden gezeigt werden. Dabei konnte der gedrückte Prozess auf Grund der Prozessführung bei höheren Flüssen und Permeabilitäten stabil betrieben werden. Die Pilotierung des gedrückten Verfahrens über einen Zeitraum von 12 Monaten bestätigte den stabilen Betrieb bei leicht niedrigeren Flüssen und Permeabilitäten als noch in der Versuchsphase.

Weder während des Betriebs der Versuchsanlagen noch der Pilotanlage konnte ein negativer Einfluss der PAK auf den Membranbetrieb festgestellt werden.

Es konnte gezeigt werden, dass das untersuchte Verfahren sowohl in der Versuchsphase als auch in der Pilotierungsphase für eine Entfernung der untersuchten Mikroverunreinigungen in der Grössenordnung von 50% - 80% sorgte.

Auf Grund der Ergebnisse des Projektes „Micropoll" hinsichtlich der Abbauleistung der Biologie und des Einflusses einer Rückführung der PAK in die biologische Stufe sowie die dadurch erzielte Erhöhung der Entfernung von Mikroverunreinigungen, kann davon ausgegangen werden, dass durch den PAK/UF Prozess eine Abtrennung der untersuchten Mikroverunreinigungen von über 80% bezogen auf den Gesamtprozess erzielt werden kann.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Es konnten geeignete Betriebsparameter der untersuchten Verfahrenskombination PAK/UF als tertiäre Reinigungsstufe zur Entfernung von Mikroverunreinigungen aus dem ARA Ablauf identifiziert werden.

Weiterhin ist gezeigt worden, dass bei Umsetzung des Prozesses in technischem Massstab nicht von einer zusätzlichen Schädigung der Membranoberfläche durch PAK ausgegangen werden muss und der Betrieb des Membranprozesses inklusive Fällung zu einem Energiebedarf von kleiner 0.075 kWh/m3 führt.

Der Prozess sorgt für eine weitere Reduzierung des DOC in Höhe von 30-50% im Vergleich zum vorherigen ARA Ablauf und sorgt auf Grund der mittleren Porenweite der eingesetzten Membran für einen vollständigen Bakterien- und teilweisen Viren Rückhalt.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Der Prozessbetrieb wird auf Grund des Interesses der beteiligten Projektpartner für einige Monate fortgesetzt, um eine weitere Optimierung hinsichtlich des Membranbetriebs durchzuführen.

Die Prozesskombination ist besonders interessant, wenn es darum geht, eine hohe Abwasserreinheit bei gleichzeitiger Entfernung von Mikroverunreinigungen zu erzielen. Die zusätzliche Entfernung von Bakterien und Viren als auch der komplette Rückhalt der PAK, welcher durch eine Sandfiltration und Sedimentation nur teilweise erreicht werden können, macht den Prozess interessant, falls der Ablauf in Badegewässer oder Zonen eingeleitet wird, die für die spätere Trinkwassergewinnung genutzt werden.

Der geringe Platzbedarf der gesamten tertiären Reinigungsstufe PAK/UF macht den Prozess besonders dort sinnvoll wo eine Erweiterung einer bestehenden ARA nur mit erhöhtem Aufwand möglich ist.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

 

Jonas Löwenberg, Armin Zenker, Martin Baggenstos, Gerhard Koch, Christian Kazner, Thomas Wintgens, Comparison of two PAC/UF processes for the removal of micropollutants from wastewater treatment plant effluent: process performance and removal efficiency (in Vorbereitung)

- Jonas Löwenberg, Armin Zenker, Martin Baggenstos, Gerhard Koch, Christian Kazner, Thomas Wintgens, Comparison of two PAC/UF processes for the removal of micropollutants from wastewater treatment plant effluent: process performance and removal efficiency, Outline Paper for Oral Presentation, Micropol & Ecohazard 2013 (eingereicht)