Schlüsselwörter
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Elimination von Mikroverunreinigungen, Adsorption, Pulveraktivkohle, PAK, Flockungshilfsmittel, Fällungshilfsmittel, Nachklärbecken, PAK-Schlupf, Raumfiltersystem, Dissolved Organic Carbon, DOC, Gesamte ungelöste Stoffe, GUS
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Kurzbeschreibung
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Als eine der wirksamsten Methoden zur Elimination von Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser hat sich die Adsorption an Pulveraktivkohle (PAK) erwiesen. Für die Abtrennung der beladenen PAK aus dem Abwasser sollen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der knappen Raumverhältnisse auf den meisten ARAs nach Möglichkeit bereits bestehende Raumfilter genutzt werden können.
Im vorliegenden Projekt werden verschiedene Verfahrensoptionen und die Nutzung bestehender Anlagekomponenten geprüft. Dafür wird auf der ARA Ergolz 1 in Sissach ein Kontaktbehälter für den Einsatz von PAK, Flockungshilfsmittel und Fällungshilfsmittel nach dem Nachklärbecken installiert. Der bereits vorhandene Sandfilter wird ohne Modifikationen zur Abtrennung der beladenen PAK eingesetzt. Im Fokus steht dabei die Wahl der geeigneten PAK und die Vermeidung von PAK-Schlupf ins gereinigte Abwasser. Getestet wird die optimale Kombination von PAK mit Flockung/Fällung. Parallel zum grosstechnischen Versuch wird ein Labor- und Pilotversuch durchgeführt. In diesem werden mindestens drei verschiedene PAK und verschiedene Filtermedien in einer Raumfiltersäule mit dem mit PAK belasteten Abwasser aus dem grosstechnischen Versuch untersucht. Die Resultate werden einerseits für die Anpassung bestehender Raumfilter genutzt und andererseits zur Entwicklung neuer Raumfiltersysteme verwendet.
Einbezogen werden unter anderem die Ergebnisse aus den UTF-Projekten „Aquapure“ (UTF 349.29.10) und „PAK mit Flotation“ (UTF 399.33.11).
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Ergebnisse gemäss Vertrag
(Deutsch)
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1 Analytische Messmethoden sind für folgende Substanzen bzw. Summenparameter einsatzbereit und validiert: aktuell definierte Leit-/Indikatorsubstanzen, DOC (Dissolved Organic Carbon), GUS und PAK-Schlupf. Messungen in der Versuchsanlage auf der ARA Ergolz 1 und in den begleitenden Labor- und Pilotversuchen haben deren Praxistauglichkeit bestätigt (Arbeitspaket 1 gemäss Gesuch):
GO/NO GO - Meilenstein 1
2 Aus dem grosstechnischen Versuch und dem Pilotversuch sind die Verfahrens-Kombinationen (PAK-Zugabe mit Flockung/Fällung) und Filtermedien bekannt, die die Zielgrössen erreichen oder es ist zumindest bekannt, mit welchen Optimierungsschritten diese erreicht werden können. (Arbeitspakete 2 und 3 gemäss Gesuch): GO/NO GO - Meilenstein 2.
3 Die Versuche zu den ausgewählten Verfahren und Verfahrenskombinationen sind abgeschlossen und diejenigen bekannt, die sich am besten eignen. Neben der Effektivität wurde für die verschiedenen Optionen auch ihre Wirtschaftlichkeit und die Anforderungen an den Betrieb untersucht: Meilenstein 3
4 Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 3
5 Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets
6 Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung
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Projektziele
(Deutsch)
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Geeignete Kombinationen für den Einsatz von PAK mit anschliessender Flockung, Fällung und Abtrennung sind bekannt, um bestehende Raumfilter verfahrenstechnisch und wirtschaftlich optimal zu nutzen und den PAK-Schlupf zu minimieren. Zielgrössen sind eine Eliminationsleistung von 80% der Indikatorsubstanzen, ein PAK-Rückhalt von 95% und ein GUS (Gesamte ungelöste Stoffe)-Ablauf von weniger als 5 mg/l. Optimierungsmöglichkeiten für neue Raumfiltersysteme werden aufgezeigt.
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Beschreibung der Resultate
(Deutsch)
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Im Projekt wurde ein Verfahren zur weitergehenden Reinigung kommunalen Abwassers untersucht, bestehend aus einer Kombination von Pulveraktivkohle-Adsorption und Raumfiltration. Eine grasstechnische Versuchsanlage auf der ARA Ergolz I (Sissach) konnte über einen Zeitraum von einem Jahr stabil betrieben werden. Es wurde gezeigt, dass ein Reaktor zur Adsorption und parallelen Flockung ausreichend ist, und dass die im Filterbett eingelagerte Aktivkohle deutlich zur Adsorptionsleistung des Gesamtprozesses beiträgt. Bei einer PAK-Dosierung von nur 10 mg/L kann mit der untersuchten Verfahrenskombination eine Entfernung von Mikroverunreinigungen um 73%, sowie eine ausreichende Reduzierung von Trübung, Phosphat und ungelösten Stoffen gewährleistet werden. Verschiedene Betriebsbedingungen, PAK-Produkte und Dosierungsstrategien wurden vergleichend untersucht. Die Projektergebnisse ergaben eine optimale Verweilzeit der PAK im Flockungsreaktor von 10-15 Minuten. Es Iiessen sich ausserdem mögliche PAK-Einsparungen von rund 20% realisieren, indem die PAK-Dosierung während Spitzenzuflüssen ohne Leistungseinbusse auf einen Maximalwert begrenzt wurde. Weiterhin wurde im Projekt eine Methode zum quantitativen Nachweis von PAK im Filterablauf mittels Thermogravimetrischer Analyse entwickelt.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die untersuchte Prozesskombination stellt ein platzsparendes Verfahren dar, das mit vergleichsweise geringen Investitions- und Betriebskosten einhergeht. Ein sicherer und den gesetzlichen Anforderungen entsprechender Rückhalt von Mikroverunreinigungen kann sicherstellt werden, wenn die PAK nach der Adsorption im Gegenstromprinzip in die biologische Reinigungsstufe der ARA zurückgeführt wird. Mit diesen Vorteilen erscheint der Prozess besonders interessant sowohl für den Ausbau von bestehenden Filtrationsanlagen wie auch für den Neubau von Anlagen. Das Kontakt- und Flockungsbecken ist ein wesentlicher Prozessschritt, der entsprechend der im Projekt erarbeiteten Empfehlungen ausgestaltet werden soll, etwa bezüglich der hydraulischen Gestaltung und der Mischintensität Die Raumfiltration sollte ebenfalls hinsichtlich der erkenntnisse des Projekts gestaltet und betrieben werden, vorzugsweise derart, dass tiefe GUS-Ablaufwerte und lange Filterlaufzeiten zur guten PAK-Ausnutzung erreicht werden.
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Weiteres Vorgehen
(Deutsch)
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Nachdem das im Projekt untersuchte Verfahren eine gute Adsorptionsleistung für Mikroverunreinigungen gezeigt hat, sollte in weiteren Forschungsvorhaben der Feststoffrückhalt der Filtrationsstufe genauer untersucht werden. Optimiert werden könnten z. B. die hydraulischen Flockungsbedingungen im Kontaktreaktor und die zyklische Betriebsweise der Raumfiltration. ln einem Folgeprojekt unter Förderung der UTF wird zudem im Labor- und Pilotmassstab untersucht, in wieweit eine Verfahrenskombination von Ozonung und Aktivkohleadsorption geeignet ist, um eine effiziente Entfernung von Mikroverunreinigungen auch in z.B. bromidhaltigen Abwässern zu erreichen.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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J. Löwenberg, et al., Forschungsprojekt "Aktifilt", Aqua & Gas W 1 (2016) (published)
J. Löwenberg, et al., Upgrade of deep bed filtration with activated carbon dosage for compact micropollutant removal from wastewater in technical scale, Water Research (2016) (in press)
T. Krahnstöver, et al., Quantitative detection of powdered activated carbon traces in wastewater treatmentplant effluent by thermogravimetric analysis (TGA), Water Research (2016) (submitted)
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