Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Abwasserreinigung, organische Spurenstoffe, hormonaktive Substanzen, Gewässerschutzverordnung, Ozonierung, Sensortechnik, Regelungssystem
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Kurzbeschreibung
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Der Eintrag von organischen Spurenstoffen stellt eine Belastung für die Gewässer dar. Die Revision der Gewässerschutzverordnung sieht vor, dass bestimmte Kläranlagen eine zusätzliche Stufe zur Elimination von organischen Spurenstoffen einbauen müssen. In der Anhörung zur Gesetzesrevision wurden jedoch Bedenken geäussert, dass die entsprechenden Technologien noch zu wenig erprobt seien.
Die Ozonung von gereinigtem Abwasser wurde bisher in zwei Pilotprojekten getestet und kann sehr effizient zur Elimination von hormonaktiven Stoffen eingesetzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere im Bereich der Messtechnik, Steuerung, Regelung und Überwachung noch Optimierungsbedarf besteht. Zudem fehlen für eine grosstechnische Umsetzung noch Grundlagen zur Dimensionierung für die Behandlung von Lastspitzen bei Trocken- und Regenwetter und zum Einfluss von Nitritspitzen, die bei ungenügender Nitrifikation auftreten, auf die Ozonungsleistung.
Der Zweckverband ARA Neugut, Dübendorf, ist bereit, eine Ozonierungsanlage zur Behandlung von Mikroverunreinigungen fix zu installieren, damit die notwendigen längerfristigen Betriebserfahrungen gesammelt werden können. Als Schwerpunkt dieses Projekts soll ein Konzept entwickelt werden, bei dem mittels Messung der Veränderungen in der UV-Absorption mit einem einzigen Messgerät auf die benötigte Ozonmenge, sowie die Eliminationsleistung bezüglich der Mikroverunreinigungen geschlossen werden kann. Dadurch könnte die aufwändige und teure chemische Analytik zur Überprüfung des Ablaufs weitgehend ersetzt werden.
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Ergebnisse gemäss Vertrag
(Deutsch)
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- Optimiertes Messgerät für die zuverlässige Messung der UV-Absorption in Abwasser, das die optischen Veränderungen durch das Wachstum von Biofilmen automatisch kompensiert (Zwischenbericht)
- Korrelation zwischen der Veränderung der UV-Absorption und der Elimination der Mikroverunreinigungen
- Photometrische Daten zur Veränderung des UV-Signals zwischen Zulauf des Ozonreaktors und dem Ablauf sowie Vergleichsdaten aus der Parallelmessung mit einem bestehenden Messgerät
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Projektziele
(Deutsch)
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In diesem Projekt soll ein auf UV-Messungen basiertes Regelungssystem für den Ozoneintrag bei der Behandlung von Abwasser entwickelt werden.
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Beschreibung der Resultate
(Deutsch)
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Bei der grosstechnischen Optimierung der Ozondosierung auf der ARA Neugut konnte gezeigt werden, dass die vom Schweizer Bund geforderte 80 prozentige Elimination von Mikroverunreinigungen (bzgl. der Zulauffracht der ARA) bei entsprechender Ozondosierung erreicht werden kann. Die untersuchten Steuer- und Regelungskonzepte zur Ozondosierung haben sich bewährt. Bei der Übertragung der Verfahrenstechnik der Steuerung und Regelung via UV-Absorbanzmessung von der halbtechnischen auf die großtechnische Anlage, konnten die Ergebnisse aus den Vorversuchen vollständig bestätigt werden.
Die volumenstromproportionale Steuerung der Ozondosierung ließ sich problemlos auf der ARA Neugut umsetzen. Mit einer Dosis von 0.55 gO3/gDOC (entspricht 2-3,3 gO3/m3 bei einem DOC-Gehalt von 3,5 - 6 g DOC/m3; im Mittel 2,7 gO3/m3) konnte eine der Schweizer Gesetzgebung entsprechende hohe Elimination von Mikroverunreinigungen erreicht werden. Diese spezifische Dosis berücksichtigt bereits eine mögliche Kompensation von Nitrit in Höhe von 0.2 gNO2-N/m3, wobei aufgrund des robusten und optimalen Betriebes der Belebungsanlage zeitweise nur sehr geringe Nitritwerte zwischen 0.02 bis 0.04 gN/m3 auftreten.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Untersuchung der Steuer- und Regelungsstrategien der optimalen Ozondosierung mittels SAK254-Sonden und thermisch bestimmter DOC-Analyse. Die Steuerung durch DOC-frachtproportionale Ozondosierung mittels thermisch bestimmter quasi-online DOC-Analyse wurde im Zeitraum der Untersuchungen auf der ARA Neugut nicht bzw. nur kurzzeitig angewendet, da das Messgerät keine ausreichend genauen und stabilen Messwerte liefern konnte. Eine weitere Möglichkeit der DOC-frachtproportionalen Steuerung der Ozondosierung wurde mit einer UV-Absorbanzmessung (SAK254) realisiert. Die Messung im Zulauf der Ozonung funktionierte gut und ermöglichte eine stabile UV-proportionale Ozondosierung. Mit einem empirischen Korrelationsfaktor konnte eine gute Beziehung zur organischen Belastung (DOC) des Abwassers der ARA Neugut hergeleitet und dadurch eine quasi-DOC-frachtproportionale Steuerung realisiert werden. Auch eine Regelungsstrategie mittel rel. UV-Absorbanzabnahme (Zu- und Ablaufmessung im Ozonreaktor) stellt eine weitere Möglichkeit der bedarfsgerechten Ozondosierung dar. Es konnte gezeigt werden, dass eine direkte Korrelation der Ozondosis mit der Elimination von Mikroverunreinigungen und der UV-Absorbanzabnahme während der Ozonung besteht. Bei der Umsetzung auf der großtechnischen Ozonung der ARA Neugut ergaben sich jedoch Schwierigkeiten, welche die Regelung der Ozondosierung mittels UV-Absorbanzabnahme erschwerten. Während die Zulaufmessung der UV-Sonde gute und stabile Messwerte für die Absorbanz lieferte, waren die Werte der Messung im Ablauf mit einem Drift behaftet. Durch die Oxidation der organischen Wasserinhaltsstoffe mit Ozon werden diese anteilig biologisch verfügbar gemacht (Bildung von AOC - assimilierbarer organischer Kohlenstoff). In der Messzelle bildet sich daher rasch ein biologischer Bewuchs (Biofilmbildung), der das Messergebnis, trotz geräteinterner Verschmutzungskompensation, so stark beeinflussen kann, dass in diesem Praxistest eine stabile und dem Bedarf angepasste Regelung der Ozondosierung nach der Absorbanzabnahme nur bedingt erfolgen konnte.
Die erarbeiteten Resultate können auf andere Ozonungsanlagen übertragen werden, jedoch müssen die jeweiligen Parameter (Korrelation UV und DOC) und die Messgeräte (verbesserte Selbstreinigung) auf das spezifische Abwasser und jeweilige Steuerstrategie angepasst werden.
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Weiteres Vorgehen
(Deutsch)
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Im Rahmen der Untersuchungen auf der ARA Neugut konnten grundlegende Kenntnisse zur Steuerung und Regelung der Ozondosierung erarbeitet werden. Weiterer Forschungsbedarf besteht in der Optimierung der UV-Messtechnik (Signalqualität Ablaufmessung, Wartung- bzw. Reinigungsintervalle), um die Zuverlässigkeit der Ozondosierung weiter zu optimieren.
Daher wäre ein weitergehender Vergleich unterschiedlicher Hersteller von UV-Messgeräten sehr interessant, um Qualität und Robustheit der Messgeräte zu vergleichen.
Weiter werden die Ergebnisse aus Neugut im Rahmen der grosstechnischen Untersuchungen auf der ARA Bülach (grosstechnische Filtration mit granulierter Aktivkohle (GAK) zur Elimination von organischen Spurenstoffen) weiter angewendet und untersucht. Ab März 2016 wird dort die Kombination einer Ozonung und anschliessender GAK-Filtration untersucht. Der Versuchsaufbau sieht eine Möglichkeit vor, unterschiedliche Steuer- und Regelstrategien der Ozondosierung mit verschiedenen Mess-Sonden diverser Hersteller vor Ort anzuwenden.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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- Wittmer A., Heisele A., McArdell C., Böhler M., Longree P., Siegrist H., „Decreased UV absorbance as an indicator of micropollutant removal efficiency in wastewater treated with ozone“, Research Paper, WST-EM141003R1 (2015)
- Siegrist, H., Schachtler, M.; Fleiner, J.; Böhler, M. und Wittmer, A.: "Ozonsteuerung und Regelung", VSA Peak Veranstaltung, Eawag, 12. und 19. Juni 2015
- Fleiner, J.: „Praxisanwendung einer online UV-Messung zur Optimierung der Ozondosierung zur Elimination von Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser“, Masterarbeit im Studiengang MTW3 der Universität Duisburg/Essen, angefertigt an der Eawag, Abteilung Verfahrenstechnik, Dübendorf, Schweiz, 2015
- Böhler, M., Fleiner, J., Siegrist, H. und C.S. McArdell (2015): Praxisanwendung von Regelung und Steuerung der Ozon-Dosierung bei der Spurenstoffelimination via Absorbanz-Messung, 11. Aachener Tagung Wassertechnologien, 27./28.10.2015, Eurogress, Aachen
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