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Sabine Rühmland:Nachreinigung- Denitrifikation, Desinfektion, Spurenstoffe!

Bepflanzte Bodenfilter zur Nachreinigung von Abwasser

Dipl.-‐Ing. Sabine Rühmland

Prof. Dr.-‐Ing. Ma9hias Barjenbruch FG SiedlungswasserwirtschaC Technische Universität Berlin

Workshop zur Aktualisierung des DWA-‐A 262 Potsdam, 24. Januar 2014

Herausforderungen l  sehr hohe Anforderungen an die

Abwasserreinigung bei sensiblen Wasserkörpern Æ  hygienische Qualität

-‐Badegewässer (Isar-‐Sonderprogramme) -‐Reuse zur Bewässerung

-‐ RedukXon von E.coli um 101,5 – 102,5 ? Auch bei geringen Zulaufwerten?

Potenziale bepflanzter Bodenfilter zur Nachreinigung

-‐ bei CSB<45 mg/l à RedukXon Nges um 10-‐20% -‐ oder Rückführung à RedukXon um 50-‐70% (bei T≥12°C) ? Pumpaufwand gerech:er;gt?

Æ  Nitrat-‐Grenzwerte (Immissionsbetrachtung bei besXmmter Gewässernutzung z.B. Trinkwassergewinnung)

l  bei großen Regenereignissen Belastung der Kläranlagen kriXsch

-‐ bei CSB<45 mg/l à RedukXon Nges um 10-‐20% -‐ oder Rückführung à RedukXon um 50-‐70% (bei T≥12°C) ? Pumpaufwand gerech:er;gt? ? Abwasser zurückhalten und behandeln?

Æ  Nitrat-‐Grenzwerte

Material und Methoden Anlagen in Hobrechtsfelde bei Berlin

Kläranlagenablauf

A ≈ 1.500 m² Sandfilter mit Längsgräben

Sandfilter mit Lehm

Sandfilter

googleearth

Teichanlagen

•  verschiedene technische Feuchtgebiete, aber •  gleiche Wassermenge

•  gleiche Größe •  gleicher Standort

Versuchsaufbau!

Material und Methoden Anlagenau@au

Material und Methoden Anlagenau@au – LängsschniD

Quelle: AKUT

ständig überstaut!

Material und Methoden Anlagenau@au – QuerschniD: Sandfilter mit Längsgräben

Quelle: AKUT

Drainageleitung in Kiespackung

Material und Methoden Zulauf

l  Zulaufqualität Æ  Ablauf kommunaler Kläranlage Größenklasse V

–  Nges = 11 mg/l, davon 8,5 mg/l NO3-‐N

–  CSB-‐Belastung gering (2 bis 4 g/(m²·∙d) )

Beschickungsmengen [mm/d]

Anlage Q

Spanne

Sandfilter 90 40-‐130

Sandfilter mit Lehm 80 40-‐90

Sandfilter mit Längsgräben 150 40-‐160 Extrembelastung > 600 Jan–Apr

Material und Methoden Analysen

l  Standardparameter Æ  1 – 2x pro Monat 2006 – 2013 -‐ (n>130)

l  Mikrobiologisch-‐hygienische Parameter Æ  13 Kampagnen à 6 SXchproben 2007 – 2012

Æ  E.coli und Enterokokken mit MPN und MembranfiltraXon

Æ  3x somaXsche Coliphagen (Viren)

Übersicht Messergebnisse MiDelwerte

Anlage t (2008) T AFS CSB O2 NH4-N NO3-N E.coli

d °C mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l log/ 100ml

Zulauf -‐ 17 2 31 7,0 0,2 8,8 3,9

Sandfilter 0,75 12 4 25 0,6 0,1 2,5 2,0

Sandfilter mit Lehm 3,6 12 3 28 0,3 0,8 1,7 1,5

Sandfilter mit Längsgräben 8,4 13 3 29 1,3 0,5 3,5 1,8

Teich 2,1 13 5 34 6,6 0,3 4,3 2,1

0 3 6 9 12 15 18

t nach Tracerzugabe [d]

Li [µ

MessungModellierung

Ergebnisse Denitrifika\on -‐ Sommerhalbjahr

024681012

Zulauf

Sandfilter

Sandfilter mit Lehm

Sandfilter mit Längsgräben

Nitrat-‐N-‐Kon

zentratio

g/l] Temperatur im Ablauf > 10°C

Ergebnisse Denitrifika\on

024681012

Zulauf

Sandfilter

Sandfilter mit Lehm

Sandfilter mit Längsgräben

TeichN

itrat-‐N-‐Kon

zentratio

g/l] Temperatur im Ablauf > 10°C Temperatur < 10°C

NO3-‐N – EliminaXon 70 % 85 % 56 %

flächenbezogene Abbaurate [g/(m²·∙d)]

0,5 0,5 0,6

Δ=7 mg/l Δ=6 mg/l Δ=2 mg/l

Ergebnisse Denitrifika\on

l  Ursachen für gute DenitrifikaXon Æ  Überstau à geringes Redoxpotenzial

Æ  Leichtabbaubarer Kohlenstoff aus den Pflanzen

à ohne Kohlenstoffdosierung

à ohne Rückführung

Ergebnisse Beispiel einer Regenereignissimula\on

20. Jul 12 28. Jul 12 5. Aug 12 13. Aug 12 21. Aug 12

Nitratko

tration NO3-‐N [m

g/l] Sandfilter

Sandfilter mit Lehm

Sandfilter mitLängsgräben

Hochlast = 180 mm/ 8h

Zulauf

Æ Ablau{onzentraXonen stabil

Ergebnisse Desinfek\on

1001000

10000100000

influe

my SSF

y SSF w

ith st

raw FWS

floati

nted p

ditch dit

chE. c

Æ keine signifikanten Unterschiede der Anlagentypen

l  Verringerung von 104 E.coli / 100 ml um 1,8 bis 2,3 Zehnerpotenzen

l  Sandfilter mit Lehm und Sandfilter mit Längsgräben Æ  gute und ausreichende Badegewässerqualität [EU-‐Richtlinie, 2006] Æ  Bewässerung von Grünland und Sportplätzen [DIN 19650]

Enterococcus faecalis © American Society for Microbiology

l  keine Abhängigkeit von Jahreszeiten l  stabil bei veränderter Zulaufmenge: Q=50-‐150 mm/d

Æ  stabil bei Hochlast -‐ Ablaufverschlechterung erst bei 270 mm/8h

100000

month and year of sampling phase

L] influent

sandy SSF

pond with floating plants

sandy SSF with straw

Ergebnisse und Blick in die Zukuna Spurenstoffe

l  Was können naturnahe Verfahren leisten?

Sulfamethoxazol + AcetylSMX

Ergebnisse und Blick in die Zukuna K

L] Spurenstoffe

à anaerober Abbau von Sulfamethoxazol

à Diclofenac durch Lichteinwirkung abgebaut 0

Zulauf

Teich mit

Pflanzenschw

imm-‐m

filter m

itLängsgräben

Diclofenac

Ergebnisse Spurenstoffe

l  Signifikante En~ernung > 30 % von 40 der 53 gemessenen Stoffe

l  Diclofenac – Beste RedukXon im Teich von 2,2 à 0,3 µg/L im August

l  Reinigungsleistung hängt von Stoff und Anlagentyp ab. l  Vorschlag: Mehrstufige Anlagen mit anaerober und aerober Stufe

Summary!

-‐ RedukXon von E.coli um 101,8 -‐102,3 ! Auch bei geringen Zulaufwerten von 104!

Herausforderungen

Æ  hygienische Qualität

Zusammenfassung

-‐ bei CSB<45 mg/l à RedukXon Nges um 10-‐20% -‐ oder Rückführung (bei T≥12°C)

à RedukXon Nges um 50-‐70% ! Im JahresmiDel! ! Ohne Rückführung!

Herausforderungen

Æ  SXckstoffen~ernung

Zusammenfassung

à RedukXon Nges um 50-‐70% ! Im JahresmiDel! ! Ohne Rückführung!

! Abwasser zurückhalten und behandeln ohne Leistungsverschlechterung!

Herausforderungen

Æ  SXckstoffen~ernung

Zusammenfassung

Veröffentlichungen

l  Erledigt: Water Science and Technology – „Disinfec\on capacity of 7 cws and ponds“

l  In review: „Insights on Design and OperaXon from a Study about Seven Constructed Wetlands and Ponds for Disinfec\on of Treated Wastewater“

l  Angebot: Ecological Engineering: „Pharmaceu\cals in a Subsurface Flow Constructed Wetland and Two Ponds“

l  Absagen? Ingenieurbiologie: „Teiche mit PflanzenschwimmmaDen zur Abwassernachreinigung“

Abwasserwiederverwendung Pures Abwasser wird zur Bewässerung wiederverwendet

Technische Feuchtgebiete zur Abwasserreinigung

J  kein oder geringer Energiebedarf J  geringer Wartungsaufwand

J  erhöht Artenvielfalt und Erholungswert

L  großer Platzbedarf L  Eingriffsmöglichkeiten im

Betrieb eingeschränkt

Einleitung!

l  Bemessungsansätze Æ  technische Feuchtgebiete können gezielt eingesetzt werden nach

Kläranlagen

Æ  zur gezielten, energiesparsamen

SXckstoffen~ernung

Desinfek\on

Behandlung im Regenwe9erfall

l  Verhalten von ArzneimiDelrückständen

l  Empfehlungen für Design und Betrieb Æ  Wartung und Betriebskontrolle einfacher

l  Einbringen in DWA-‐Arbeitsblä9er Æ  Beitrag zu verbindlichen Regelwerken

Ziele der Promo\on

Einleitung!

Au@au naturnaher Abwasserreinigungsanlagen

terrestrisch aqua\sch

-‐  Bewachsene Bodenfilter -‐ Abwasserteiche

Theorie!

•  7 verschiedene technische Feuchtgebiete, aber •  gleiches Zulaufwasser

•  gleiche Größe •  gleicher Standort

Versuchsanlagen

Versuchsaufbau!

•  gleiche Wassermenge

1001000

10000100000

Zulauf

Sandfilter

Sandfilter mit Lehm

Sandfilter mit Stroh

Bepflanzter Teich

Teich mit Pflanzens...

Unbepflanzter Teich

Spirale

* laut EU-‐Badegewässerrichtlinie

Ausgezeichnete Badegewässerqualität*

200 Bewässerung zum

Rohverzehr**

Ergebnisse -‐ Abwasserdesinfek\on Abwasser wird vielsei\ger einsetzbar

** laut DIN 19650 über die hygienischen Belange von Bewässerungswasser

Ergebnisse!

l  Leistung der Anlagen nicht signifikant verschieden

l  KonzentraXon der Indikatoren unabhängig von Æ Temperatur und Jahreszeit

Æ Wassermenge 30 bis 170 mm/d

Ergebnisse – Abwasserdesinfek\on Auf der Suche nach Einflussfaktoren

Ergebnisse!

Ergebnisse – Abwasserdesinfek\on Sauerstononzentra\on im Ablauf

Bewachsener Bodenfilter Unbepflanzter Teich

à Schlechte Leistung bei hoher à Bestleistung bei Sauersto�onzentraXon 0,4 bis 5 mg/L O2

y = 1.4x + 2.7R2 = 0.73

-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5log (Sauerstoff [mg/L])

summer

winter

y = 0.8x2 - 0.3x + 1.4R2 = 0.6

-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5

log (Sauerstoff [mg/L])

Ergebnisse!

Schlussfolgerung – Abwasserdesinfek\on Sauerstononzentra\on im Ablauf

y = 1.4x + 2.7R2 = 0.73

-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5log (Sauerstoff [mg/L])

summer

winter

y = 0.8x2 - 0.3x + 1.4R2 = 0.6

-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5

log (Sauerstoff [mg/L])

Æ  Sauerstoff zeigt an, ob aktueller Betriebszustand günsXg für die DesinfekXon.

Ergebnisse!

ArzneimiDelrückstände

l  Großteil der Arzneimi9el und ihrer Rückstände

werden über das Abwasser ausgeschieden.

l  Reinigungsleistung von technischen Feuchtgebieten umstri9en.

Theorie!

Verhalten von ArzneimiDelrückständen

terrestrisch aqua\sch

-‐  Bewachsener Bodenfilter -‐ unbepflanzter Teich

Abbau und Umbau von Abbau von -‐ AnXbioXkum Sulfamethoxazol -‐ Schmerzmi9el Diclofenac

-‐ Psychopharmakum Carbamazepin

Ergebnisse!

Technische Feuchtgebiete zur Nachreinigung von Abwasser

Danke für Förderung, Fragen und Feedback

Prof. Dr.-‐Ing. Ma9hias Barjenbruch FG SiedlungswasserwirtschaC TU Berlin

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