ReTREAT (Biologische Nachbehandlung von kommunalem Abwasser nach Ozonung)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 481.11.14

Schlüsselwörter (Deutsch)

Abwasser, Mikroverunreinigungen, Ozonung, Transformationsprodukte, ökotoxikologische Wirkung,

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Bei der Ozonung zur Entfernung von Mikroverunreinigungen im Abwasser entstehen aus den Mikroverunreinigung und Abbauprodukten der Biologie Transformationsprodukte, die negative ökotoxikologische Wirkungen im Gewässer haben können. Diese sollen gemäss Empfehlung des BAFU in einer nachgeschalteten biologisch aktiven Reinigungsstufe weitestgehend eliminiert bzw. die negativen ökotoxikologische Wirkungen des mit Ozon behandelten Abwassers vermindert werden. Biologisch aktive Sandfiltrationen sind eine geeignete, aber aufgrund der kostenintensiven Infrastrukturen teure Methode.

 

Auf der ARA Neugut sollen deshalb 4 Technologien mit 6 verschiedenen Anwendungsoptionen bezüglich ihrer grundsätzlichen Eignung und Effizienz untersucht und verglichen werden:

• als volltechnische Anlage:
  • ·vorhandene Sandfiltration ARA Neugut, betrieben mit Abwasser des Ablaufes der volltechnischen Ozonung

     

• als halbtechnische Pilotanlagen in der neuen Versuchshalle der ARA Neugut:

• Strukturierter Festbettreaktor: Biofiltration mit fixierten Trägern, betrieben mit Abwasser des Ablaufes der volltechnischen Ozonung
• Wirbelbettreaktor: biologische Behandlung mit schwimmenden Trägern, betrieben mit Abwasser des Ablaufes der volltechnischen Ozonung
• GAK-Filtration 2: Einschicht-Druck-Raumfilter mit granulierter Aktivkohle (GAK), betrieben mit Abwasser des Ablaufes der volltechnischen Ozonung
• GAK-Filtration 3: Zweischicht-Sulzer-Abwasserraumfilter mit GAK, der durch bisherige Untersuchungen praktisch vollständig beladen ist, betrieben mit Abwasser des Ablaufes der volltechnischen Ozonung

   

• GAK-Filtration 1: Einschicht-Druck-Raumfilter mit GAK, beschickt mit Ablauf des Nachklärbeckens, durch Tuchfiltration vorbehandelt. Dieses Verfahren dient gleichzeitig als Kontrollverfahren für die kombinierten Verfahren Teilozonung mit GAK-Filtration (GAK3 bzw. GAK 2).

 

Untersucht werden Eliminationsleistung, Verfahrenstechnik, Betriebsregime und Wirtschaftlichkeit der verschiedenen Verfahren. Die Anlagen werden dazu ungefähr ein Jahr lang betrieben.

Zur Bestimmung der Eliminationsleistungen der verschiedenen Verfahren soll das behandelte Abwasser mittels klassischer Spurenstoffanalytik und ökotoxikologischen Biotests untersucht werden.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Die 6 Verfahren sind auf ihre Tauglichkeit bezüglich Elimination und Betrieb und ihre Wirtschaftlichkeit untersucht. Der Einfluss verschiedener Prozessparameter (Betriebsregime) auf deren Eliminationsleistung ist bekannt. (Arbeitspaket 1)

    

2. Das behandelte Abwasser ist mittels klassischer Spurenanalytik gemäss Probenahmeplan (s. Beilage 1: Gesuch) untersucht. Dazu wurden problematische Transformationsprodukte aus der Ozonung identifiziert, weitere Indikatorsubstanzen festgelegt und geeignete analytische Methoden ausgewählt. (Arbeitspaket 2)

    

3. Der Einfluss der Verfahren auf die Ökotoxizität des Abwassers wurde mittels Ames- und Gentox-CALUX-Test; Lumbriculus-Test (Lumbriculus variegatus), Daphnien-Test (Ceriodaphnia dubia) und Fish early life stage–Test (Oncorhynchus mykiss) gemäss Probenahmeplan (s. Beilage 1: Gesuch) gemessen. (Arbeitspaket 3)

    

4. Die Ergebnisse bzw. der Stand der Dinge aus den 3 Arbeitspaketen wurden jeweils auf Ende Jahr in einem Zwischenbericht zusammengefasst.

    

5. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1. bis 3. und Zusammenfassung der Resultate in Form einer Entscheidungsmatrix für die Praxis (Anlagebetreiber, die eine Umrüstung vornehmen müssen).

    

6. Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

    

7. Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Im Praxisversuch sind 5 Verfahren zur Entfernung von ökotoxikologisch bedenklichen Transformationsprodukten nach der Ozonung von Abwasser getestet worden. Die Resultate sind in einer Entscheidungsmatrix zusammengefasst. Diese kann von ARA-Betreibern genutzt werden, um die ökologisch und ökonomisch optimale Variante der Verfahrenskombination (Verfahren zur Elimination der Mikroverunreinigungen und Nachbehandlung) zur Umrüstung ihrer Anlage für die Entfernung von Mikroverunreinigungen zu eruieren.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Das Ziel des Projektes war, verschiedene Verfahren auf deren Eignung als biologische Nachbehandlung nach einer Ozonung zu testen. Der Fokus lag dabei - neben allgemeinen Reinigungseffekten - insbesondere auf dem Abbau von labilen Reaktionsprodukten sowie deren ökotoxikologischen Wirkungen.

Es hat sich gezeigt, dass auf der ARA Neugut grundsätzlich sehr wenige toxische labile Reaktionsprodukte durch die Ozonung gebildet wurden. In den Fällen, wo eine leichte Erhöhung der Toxizität aufgetreten ist, wurde diese aber durch die untersuchten Nachbehandlungsverfahren wieder effizient reduziert beziehungsweise eliminiert. Die Verfahren haben somit in diesem Sinne positiv abgeschnitten.

Ein abschliessender Vergleich der Verfahren ist aufgrund der eher geringen Toxizität des ozonten Abwassers nicht möglich. Im Weiteren eliminieren die untersuchten Nachbehandlungsverfahren zusätzlich auch organische Stoffe (DOC, AOC), wie auch Feststoffe, wobei der Sand- und GAK-Filter deutlich besser abgeschnitten haben als die offenen Systeme (Fest-, Wirbelbett).

Mikroverunreinigungen (MV) wurden nur durch die GAK-Filtration weiter eliminiert, ebenso die untersuchten Transformationsprodukte. Die Elimination der MV durch den GAK-Filter ging in Kombination mit der vorgängigen Ozonung im vorliegenden Fall über die gesetzlichen Anforderungen hinaus, da bei der gewählten Ozondosis die Leitsubstanzen bereits im Mittel zu > 80% eliminiert wurden.

Die Betriebserfahrungen zeigen, dass alle vier Systeme robust im Betrieb und wartungsarm waren. Beim Festbett ist der massive Schneckenbefall hervorzuheben, der sich insgesamt negativ auf die biologische Aktivität ausgewirkt hat. Beim Wirbelbett ist auf einen effizienten Rückhalt der Aufwuchskörper zu achten.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Aufbauend auf den Ergebnissen des Projektes ReTREAT können heute erste Empfehlungen und Erfahrungen zum Betrieb der verschiedenen Optionen der biologischen Nachbehandlung des Abwassers nach einer Ozonung gegeben werden:

 

•           Ein konventionell dimensionierter Sandfilter mit einer Aufenthaltszeit (Filterbettdicke / Filtergeschwindigkeit) von rund 15 Minuten bei mittlerem Trockenwetterzufluss ist 
            effektiv in der biologischen Nachbehandlung und weist zusätzliche Reinigungseffekte auf.

•           Der GAK-Filter scheint ein alternatives, effizientes Nachbehandlungsverfahren zu sein, allerdings mit einer zusätzlichen MV-Elimination, was über die gesetzlichen
            Anforderungen einer Nachbehandlung hinausgeht. Es gibt aber nach wie vor Unsicherheiten bezüglich einer optimalen Auslegung einer Verfahrenskombination.

•           Das Wirbelbettsystem ist grundsätzlich als Nachbehandlungsverfahren geeignet. Zusätzliche Untersuchungen sind jedoch zu empfehlen.

•           Das Festbettsystem ist in der untersuchten Ausführung aufgrund eines massiven Schneckenbefalls bedingt geeignet.

 

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die Projektergebnisse zu den untersuchten Verfahren haben wichtige und wertvolle Hinweise zum Betrieb und der Effizienz der Verfahren geliefert und es können nun erste Empfehlungen zur biologischen Nachbehandlung gegeben werden. Neben dem Effekt des Abbaus von labilen Reaktionsprodukten sowie der Reduktion derer ökotoxikologischen Wirkungen zeigten die Verfahren in Teilen zusätzliche Reinigungseffekte.

Weitere Untersuchungen zur Effizienz eines Wirbelbettes und der Verfahrenskombination Ozonung (bei tiefen spezifischen Ozondosen) mit der Raumfiltration mit granulierter Aktivkohle sind sehr wünschenswert und in Teilen bereits in verschiedenen Projekten angelaufen (Projekte auf der ARA Furt, auf der ARA Altenrhein sowie auf der ARA Glarnerland).

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Böhler, M., Fleiner, J., McArdell, C.S., Teichler, R., Siegrist, H., Kienle, K., Langer, M. und Wunderlin, P. (2017): Projekt ReTREAT – Untersuchungen zur biologischen Nachbehandlung nach Ozonung, Aqua & Gas, Nr. 5, 2017

Böhler, M., Fleiner, J., Kienle, J., Langer, M., McArdell, C.S., Siegrist, H. (2016): Möglichkeiten der biologischen Nachbehandlung nach Ozonung, Manuskript, KomS Technologieforum Spurenstoffe, 6. Oktober, Lahr

Böhler, M., McArdell, C.S., Fleiner, J., Bourgin, M., Borowska, E., Teichler, R., Beck, B., Salhi, E., Blunschi, M., von Gunten, U. und Siegrist, H. (2016): ReTREAT: Optionen der Nachbehandlung  - Verfahren zur biologischen Nachbehandlung nach Ozonung, VSA- Fortbildungskurs Mikroverunreinigungen, Juni und November 2016, Emmetten

Böhler, M., Fleiner, J., McArdell, C.S, Kienle, C., Schachtler, M. und Siegrist, H. (2016): Biologische Nachbehandlung von kommunalem Abwasser nach Ozonung – ReTREAT, 49. Essener Tagung, 2-4.03 2016, Messe Ost, Essen

Bourgin, M., Borowska, E., Helbing, J., Hollender, J., Kaiser, H.-P., Kienle, C., McArdell, C.S., Simon, E. and von Gunten, U. (2017): Effect of operational and water quality parameters on conventional ozonation and the advanced oxidation process O3/H2O2: Kinetics of micropollutant abatement, transformation product and bromate formation in a surface water. Water Res. 122, 234-245.

Bourgin M., Beck B., Boehler M., Borowska E., Fleiner J., Salhi E., Teichler R., von Gunten U., Siegrist H., McArdell C.S. (2018) Evaluation of a full-scale wastewater treatment plant upgraded with ozonation and biological post-treatments: Abatement of micropollutants, formation of transformation products and oxidation by-products. Water Research, 129, 486-498, doi.org/10.1016/j.watres.2017.10.036.

McArdell, C.S., Boehler, M., Borowska, E., Bourgin, M., Fleiner, J., Hollender, J., Kienle, C., Teichler, R., Siegrist, S. and von Gunten, U. (2016): Transformation products found in full-scale wastewater ozonation and biological post-treatment, SETAC, 2016, Nantes (F)