Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV;...

40
Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und Oberflächenwasser im Kontext des teilweise geschlossenen Wasserkreislaufs in Berlin Martin Jekel Technische Universität Berlin 11. Langenauer Wasserforum, 9. 11. 2015

Transcript of Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV;...

Page 1: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und

Oberflächenwasser im Kontext des teilweise

geschlossenen Wasserkreislaufs in Berlin

Martin Jekel

Technische Universität Berlin

11. Langenauer Wasserforum, 9. 11. 2015

Page 2: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Situation in Berlin

Benzotriazol [µg/L] Carbamazepin [µg/L] Gabapentin [µg/L]

Dr. Dünnbier

2

Page 3: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Entwicklungen

• Weniger Wasser in den Flüssen, minus 40 % in 2040,

geringere Verdünnung

• Demographie: Alterung der Bevölkerung und höherer

Medikamentenverbrauch, plus 25 %

• Daher erwartet: Verdoppelung der Konzentrationen an

Spurenstoffen in Gewässern

• Einhaltung von vorgeschlagenen Grenzwerten in

Gewässern und in Trinkwasser problematisch.

• Hohe DOC-Konzentrationen: 10 – 16 mg/l

17.11.2015 3

Page 4: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Partner

Die Verbundvorhaben:

ASKURIS: (BMBF, RiSKWa-Fördermaßnahme)

Anthropogene Spurenstoffe und Krankheitserreger im

urbanen Wasserkreislauf: Bewertung, Barrieren und

Risikokommunikation (9 Partner)

IST4R: (Senat und EU)

Integration der Spurenstoffentfernung in die

Technologieansätze der 4. Reinigungsstufe (TUB,

BWB, KWB)

Page 5: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Die Partner

TU Berlin: 1 Netzwerk, 3 Fachgebiete

- Innovationszentrum „Wasser in Ballungsräumen“

- Wasserreinhaltung (Jekel)

- Ökolog. Wirkungen & Ökotoxikologie (Pflugmacher)

- Methoden der empirischen Sozialforschung (Baur)

Berliner Wasserbetriebe: (Dünnbier, Böckelmann, Gnirß, Sperlich)

KWB gGmbH: (Remy, Miehe)

UFZ: Department Analytik (Reemtsma)

UBA: Toxikologie des Trink- und Badebeckenwassers (Grummt)

LW: Betriebs- und Forschungslaboratorium (Schulz)

5

Page 6: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Verbreitung und Ergebnisverwertung

Projektbausteine

6

Biologische

Wirkungen

Analytik

Verfahren

Verfahrens-

bewertung

Risikomanagement

Risikowahrnehmung

und -verhalten

Page 7: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Verbreitung und Ergebnisverwertung

Projektbausteine

Biologische

Wirkungen

Analytik

Verfahren

Aktivkohle

Verfahrens-

bewertung

Risikomanagement

Risikowahrnehmung

und -verhalten

7

Page 8: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Aktivkohle-Screening

17 Aktivkohlen

• 6 Hersteller

• versch. Rohstoffe

Variation von

• Adsorptionszeit

• AK-Dosis

Viele starke AK

Einige schwache AK

Prof. Dr. Jekel

8

Page 9: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Aktivkohlevergleich

• Prognose der Spurenstoff-

Entfernung mittels UV254

(einfach messbar)

• Korrelation weitgehend

unabhängig von

Aktivkohlesorte

9

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100D

iclo

fenac-E

ntf

ern

ung [%

]

UV254-Entfernung [%]

Diclofenac30 min

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

G

H

PAK

GAK

Prognose der Spurenstoff-Entfernung

auch bei unbekannten Aktivkohlen

nach Zietzschmann et al. (2014) Wat. Res. 56

Page 10: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Steuerung der PAK-Dosierung

SAK254 als Kontrollparameter

WWTP AWWTP BWWTP CWWTP D

PAC (t=30min)

sulfamethoxazole

0 20 40 60

bezafibrate

0 20 40 60

primidone

diclofenac0

20

40

60

80

100

carbamazepine

0 20 40 60

iomeprol0

20

40

60

80

100

0 20 40 60

benzotriazole

rem

ova

l [%

]

reduction of UV254 absorption [%]

Page 11: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50

resid

ual co

ncen

tra

tion

c/c

0[-

]

PAC dose [mg/L]

c)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 2 4 6

resid

ual co

ncen

tra

tion

c/c

0[-

]

spec. PAC dose [mg PAC / mg DOC]

d)

Steuerung der PAK-Dosierung

Einfluss der DOC-Konzentrationen

DOC [mg/L]

WWTP A 14,4

WWTP B 14,2

WWTP C 11,1

WWTP D 9,6

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50

resid

ual co

ncen

tra

tion

c/c

0[-

]

PAC dose [mg/L]

c)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 2 4 6

resid

ual co

ncen

tra

tion

c/c

0[-

]

spec. PAC dose [mg PAC / mg DOC]

d)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 2 4 6 8 10re

sid

ual concentr

ation c

/c0

[-]

ozone dose [mg/L]

WWTP A

WWTP B

WWTP C

WWTP D

benzotriazole

a)

PAK-Dosierung bezogen auf

DOC-Konzentration zeigt

vergleichbare relative Spurenstoff-

Entfernungen

Page 12: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Aktivkohlevergleich

• Granulierte Aktivkohlen

Vergleich im Mini-

Festbettfilter

• Stoffabhängig starke

Unterschiede

12

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

c/c

0[-

]

Methylbenzotriazol1 2

3 4

Aktivkohle

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10000 20000 30000 40000

c/c

0[-

]

Bettvolumina [-]

Sulfamethoxazol

Beispiel mit Farbstoff

Page 13: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Integration der Spurenstoffentfernung

in Technologieansätze der

4. Reinigungsstufe

Anthrazit

Sand

Ablauf

Nachklärung

Gewässer

+ PAK

+ FM

Granulierte

Aktivkohle Sand

Ablauf

Nachklärung

Gewässer

+ FM

Anthrazit

Sand

Ablauf

Nachklärung

+ FM

Gewässer

Granulierte

Aktivkohle Anthrazit

Sand

Ablauf

Nachklärung

Gewässer

+ Ozon

+ FM

Fokus: paralleler Vergleich von Verfahrensoptionen zur

Spurenstoffentfernung und Phosphorentfernung

Verfahrensvarianten:

– Flockungsfiltration mit Pulveraktivkohledosierung

– Aktivkohlefiltration (nachgeschaltet oder als zusätzliche Filterschicht)

– Flockungsfiltration mit vorheriger Ozonung

Page 14: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Pilotanlage der BWB zur

Pulveraktivkohledosierung

Zweischichtfilter: 1,2 m Anthrazit, 0,6 m Sand

Filtergeschwindigkeit: 7,5 m/h (=8,5 m3/h)

Filterlaufzeit: 12 h / 24 h

Flockungsmitteldosierung: 4-5 mg/L (nach

ortho-P Signal)

PAK-Dosierung: 10, 20, 35, 50 mg/L

Page 15: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

PAK-Dosierung:

Auswirkungen auf Flockungsfiltration

Außerdem: geringe Auswirkungen auf den Filterdruckverlust

Suspendierte Stoffe

15

0

2

4

6

8

Su

spe

nd

iert

e S

toff

e [m

g/L

]

Filter Laufzeit

12 h 24 h

0 10 35 5020

Zielwert

Zulauf

Max

Median

75% Perzentil

25% Perzentil

IQR

Min

PAK-Dosis [mg/L]

Filterlaufzeit ≥ 12 h bis

50 mg/L PAK

PAK-Dosierung hat

geringe Auswirkung

auf Filterdurchbruch

Hauptfaktor:

Flockungsmittelmenge

Page 16: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

0

20

40

60

80

100E

ntf

ern

un

g [%

]

20 mg/Ln=21-28

35 mg/Ln=12

50 mg/L PAKn=11

Spurenstoffentfernung

16

Gut Mittel Schlecht Altmann et al. , Water Research 84 (2015), 58–65

Page 17: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

Sp

ure

nsto

ffe

ntf

ern

un

gl [%

]

UVA254-Entfernung [%]

Diclofenac

Batchversuch (30 min)

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

Spure

nsto

ffentf

ern

ung [

%]

UVA254-Entfernung [%]

Carbamazepin

Batchversuch (30 min)

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

Sp

ure

nsto

ffe

ntf

ern

un

gl [%

]

UVA254-Entfernung [%]

Diclofenac

Batchversuch (30 min)

Pilotanlage0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

Spure

nsto

ffentf

ern

ung [

%]

UVA254-Entfernung [%]

Carbamazepin

Batchversuch (30 min)

Pilotanlage

UV254-Absorption als Kontrollparameter

UV254 = SAK254 Überwachung durch Online-Sonde

Page 18: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Einsatz granulierter Aktivkohle

Nachgeschaltet im Anschluss an

Flockungsfiltration (mit/ohne Ozonung)

1.

GAK in Flockungsfiltration integriert

Als zweite Filterschicht

Einschichtfiltration im Aufstrom

2.

Granulierte

Aktivkohle Sand

Ablauf

Nachklärung

Gewässer

+ FM

Anthrazit

Sand

Ablauf

Nachklärung

+ FM

Gewässer

Granulierte

Aktivkohle

Page 19: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 50 100 150 200 250

c/c

0

Laufzeit [d]

Carbamazepin

Zweischichfilter (15 min)

Aufstromfilter (20 min)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 5000 10000 15000 20000 25000

c/c

0

Durchgesetzte Bettvolumina [m3 Filtrat / m3 GAK]

Carbamazepin

Zweischichfilter (15 min)

Aufstromfilter (20 min)

Spurenstoffentfernung

Entfernung durch

GAK-Adsorption

Durchbruchskurven

Page 20: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 50 100 150 200 250

c/c

0

Laufzeit [d]

Gabapentin

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 5000 10000 15000 20000 25000

c/c

0

Durchgesetzte Bettvolumina [m3 Filtrat / m3 GAK]

Gabapentin

Zweischichfilter (15 min)

Aufstromfilter (20 min)

Spurenstoffentfernung

Entfernung durch

GAK-Adsorption +

biologische

Transformation

Page 21: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

114 57 38 29 23 19 16 14 13 11

0 5000 10000 15000 20000 25000

Metoprolol

Methyl-BTA

Carbamazepin

Benzotriazol

Diclofenac

Bezafibrat

Sulfamethoxazol

Primidon

Iopromid

Iomeprol

4-FAA

Valsartan

Gabapentin

Acesulfam

Amidotrizoesäure

Bettvolumina [m3 Filtrat / m3 GAK]

20%50%

Durchbruch

Theoretische Aktivkohledosis [mgGAK/L]

Spurenstoffentfernung durch

GAK-Filtration

Zweischicht-GAK-Filter

Gut

Mittel

Schlecht

Page 22: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Vorstellung des

Untersuchungsgebiets

22

Wasserwerk Tegel

Verbraucher

Page 23: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Pilotanlage: Rezirkulationsverfahren

Flockungs-mittel

Aktivkohle-suspension

Kontaktreaktor

Flockungs-hilfsmittel

Sedimentation

Rezirkulation des Kohleschlammes

Abzug des Überschuss-schlammes

Filtration

Zulauf

Separate Adsorptionsstufe mit Rezirkulation zur Elimination von Spurenstoffen neben der Phosphorelimination

10-30 mg/L

10 mg/L 0,3 mg/L

2-3 g/L TSS, t=18-45 min Schlammalter: 12-25 d

t=1,6-3,7 h

Bims 2-3 mm

Sand 0,7-1,3mm

Filterlaufzeit: 24-48 h 8,5 m/h 600 L/h

650-1500 L/h

(Neu-)Ulmer Verfahren oder Kapp-Metzger-Verfahren

Page 24: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Pilotanlage in OWA Tegel

0%

20%

40%

60%

80%

100%

ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA

Sp

ure

nsto

ffen

tfern

un

g

0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV; 2.8 g/L TSS

Dosierung 20 mg/L PAC

Trend zur besseren Entfernung bei hohem TSS-Gehalt um 2-3 g/l

24

Page 25: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

• PAK-Dosierung vor Flockungsfiltration: P-Ablaufkonzentrationen: ≤ 30 µg/L bei 4 mg/L Fe3+

• PAK-Dosierung vor Filter: P-Ablaufkonzentrationen: ≤ 30 µg/L bei 10 mg/L Fe3+ • Gute Abscheidung der Kohle im Filter: < 0,2 mg/L PAK im Ablauf (Vorversuch; Meinel et al,. 2015*)

Verfahrensvergleich

20 mg/L PAK

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA

Sp

ure

ns

toff

eli

min

ati

on

[%

]

Referenz ohne Rezi.n = 14-16

PAK-Dos. vorFlockungsfiltr.n = 17-19

PAK-Dos. vor Filtern = 8-10

max. Rezi (2,8 g/L TSS)n = 11-12

Page 26: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Verbreitung und Ergebnisverwertung

Projektbausteine

Biologische

Wirkungen

Analytik

Verfahren

Ozonung und Biofiltration

Verfahrens-

bewertung

Risikomanagement

Risikowahrnehmung

und -verhalten

26

Page 27: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Aufbau Versuchsanlage

Start der Ozonung nach weitgehender Erschöpfung der

Adsorptionskapazität des Aktivkohlefilters Dr. Miehe

Page 28: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Oxidation von Spurenstoffen

Konservativ: Werte < Bestimmungsgrenze = BG Optimistisch: Werte < BG = 0

n <BG

19 0

19 0

17 0

20 0

8 0

11 0

17 0

21 0

4 0

13 0

10 0

20 0

18 0

21 8

7 3

9 5

4 0

12 0

18 13

19 19

4 2

15 12

4 3

14 14

19 14

21 20

SMX CBZ DCF

Page 29: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Spurenstoffeliminierung:

Spez. Ozondosis

1. Elimination hängt vom spezifischen Ozoneintrag ab

2. Zusammenhang von Elimination und Ozoneintrag ist stoff-spezifisch

3. Zwei Standorte vergleichbare Dosis-Wirkungsbeziehung

4. Zwei unterschiedliche Ozoneintragssysteme vergleichbare Dosis-Wirkungsbeziehung

DCF: Diclofenac BTA: Benzotriazol IOP: Iopromid

Page 30: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Desinfektion durch Ozonung

E.Coli vs. ∆SAK254

∆SAK254 [%] EDOC,korr [mgO3/mgDOC] Anzahl [-]

, , , , , , , , ,

, , , ,

E.Coli vs. ∆SAK254

Page 31: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Ökotoxizität Pilotanlagen

Enzymmessungen

Ames-Test

Katalase

Akute Toxizität (Wasserflöhe)

Umu-Chromotest

Gluthathion-S-Transferase

Peroxidase

Prof. Dr. Pflugmacher Lima

(n=12)

PAK

Page 32: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Effekt der Nachbehandlung (bei 0,7 mg O3/ mg DOC Solleintrag)

0 - < 40%

40 - < 80%

≥ 80%

ZSF = Zweischichtfilter

LSF = Langsamsandfilter

BAK = Biol. Aktivkohlefilter, Adsorptionskapazität bereits weitestgehend erschöpft ( > 3600 BV)

Ozonung Ozonung

+ BAK Ozonung

+ ZSF Ozonung

+ ZSF + LSF

Amidotrizoesäure (ATS) 1% 2% 0% -6%

Iopromid (IOP) 37% 39% 47% 55%

Gabapentin (GAB) 46% 51% 48% 45%

Acesulfam (ACE) 56% 51% 57% 55%

Primidon (PRI) 58% 66% 62% 58%

Benzotriazol (BTA) 66% 97% 66% 59%

Bezafibrat (BEZ) 67% 77% 73% 65%

Mecoprop (MEC) 46% 49% 47% 45%

Metoprolol (MET) 75% 91% 81% 83%

Sulfamethoxazol (SMX) 72% 75% 74% 67%

FAA 97% 99% 99% 99%

Carbamazepin (CBZ) 95% 95% 95% 95%

Diclofenac (DCF) 97% 98% 97% 97%

tw. Zunahme

stets < BG stets < BG stets < BG stets < BG

Page 33: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Verfahrensbewertung Szenarien & Dosierung von Ozon und Aktivkohle

Ozon

PAK + Filter

Ozon

GAK, 2. Filterschicht

PAK *

GAK-Filter, nachgeschaltet

niedrig

PAK Simultandosierung

1

3

5

6

8

7

4

Ozon + Filter 2

mittel hoch DOC spezifische Dosierung

[ g/g DOC]

0,4 0,7 1,0

1,0 2,5 4,0

0,4 0,7 1,0

1,0 2,5 4,0

50 000

BV

20 000

BV

8 000

BV

* Dosierung nach Flockung (8 mg/L DOC)

OW

A T

ege

l K

W S

chö

ne

rlin

de

Tegeler See

OWA Tegel

Tegeler Fließ

Klärwerk Schönerlinde

132.000 m³/d

(nach

Ausbau)

221.000

m³/d

12 mg/L DOC

10 mg/L

DOC

Dr. Remy

34

Page 34: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

0,45

0,14

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Kläranlage

4,8 mg/L

8,4 mg/L

12,0 mg/L

4,8 mg/L

8,4 mg/L

12,0 mg/L

12 mg/L

30 mg/L

48 mg/L

12 mg/L

30 mg/L

48 mg/L

OWA Tegel

4 mg/L

7 mg/L

10 mg/L

8 mg/L

20 mg/L

32 mg/L

50.000 BV

20.000 BV

8.000 BV

50.000 BV

20.000 BV

8.000 BV

.KW

Ozo

n

KWO

zon+

Filte

rKW

PAK+

Filte

rKW

PAK

Sim

ulta

n.

TEG

Ozo

nTE

G P

AKTE

G G

AKFi

lter

TEG

GAK

2.Sc

hich

t

[kg CO2-eq/m³ Ablauf OWA Tegel]

NETTO Treibhauspotential

Ozon

Ozon+Filter

PAK+Filter

PAKSimultan

Ozon

PAK

GAK Filter

GAK2. Schicht

GK 5 Kläranlage (Brutto)

OWA Tegel

Treibhauspotential O

WA

Te

gel

KW

Sch

ön

erl

ind

e

Kokosnussschalen

BrK StK

0,45

0,14

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Kläranlage

4,8 mg/L

8,4 mg/L

12,0 mg/L

4,8 mg/L

8,4 mg/L

12,0 mg/L

12 mg/L

30 mg/L

48 mg/L

12 mg/L

30 mg/L

48 mg/L

OWA Tegel

4 mg/L

7 mg/L

10 mg/L

8 mg/L

20 mg/L

32 mg/L

50.000 BV

20.000 BV

8.000 BV

50.000 BV

20.000 BV

8.000 BV

.KW

Ozo

n

KWO

zon+

Filte

rKW

PAK+

Filte

rKW

PAK

Sim

ulta

n.

TEG

Ozo

nTE

G P

AKTE

G G

AKFi

lter

TEG

GAK

2.Sc

hich

t

[kg CO2-eq/m³ Ablauf OWA Tegel]

NETTO Treibhauspotential

Ozon

Ozon+Filter

PAK+Filter

PAKSimultan

Ozon

PAK

GAK Filter

GAK2. Schicht

GK 5 Kläranlage (Brutto)

OWA Tegel

Dr. Remy

35

Page 35: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,05

0,07

0,09

0,02

0,04

0,06

0,03

0,04

0,06

0,02

0,05

0,07

0,07

0,08

0,12

0,01

0,02

0,06

0,00 0,05 0,10 0,15

4,8 mg/L8,4 mg/L

12,0 mg/L4,8 mg/L8,4 mg/L

12,0 mg/L12 mg/L30 mg/L48 mg/L12 mg/L30 mg/L48 mg/L

4 mg/L7 mg/L

10 mg/L8 mg/L

20 mg/L32 mg/L

50.000 BV20.000 BV

8.000 BV50.000 BV20.000 BV

8.000 BV

Ozo

nO

zon

+

Filt

erPA

K+

Fi

lter

PAK

si

mu

ltan

Ozo

nPA

KG

AK

Fi

lter

GA

K 2

. Sc

hic

ht

KW

Sch

ön

erlin

de

OW

A T

egel

Spezifische Kosten € / m³ Ablauf OWA

Kapitaldienst

Energiekosten

Personalkosten

Betriebsmittel

Schlammentsorgung

Wiederbefüllung

GAK

Wartungskosten

Spezifische Kosten

Dr. Sperlich

Page 36: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Verfahrensvergleich AP 5: Verfahrensbewertung

Bewertungsmatrix

weglassen?

Labor Pilot g CO2/m³OWA Ab. cent/m³OWA Ab. ATS GAB IOP ACE PRI BEZ BTA MET SMX FAA DCF CBZ4,8 mg/L 47 2.2 0 39 27 43 48 58 49 62 80 96 97 96

X 8,4 mg/L 79 3.2 2 50 40 59 58 76 67 77 95 99 98 98

12 mg/L 111 4.1 16 77 67 78 86 88 86 92 95 98 99 97

4,8 mg/L 67 4.8 0 39 27 43 48 58 49 62 80 96 97 96

X 8,4 mg/L 99 5.8 2 50 40 59 58 76 67 77 95 99 98 98

12 mg/L 131 6.8 16 77 67 78 86 88 86 92 95 98 99 97

12 mg/L 128 4.9 15 8 16 10 25 36 48 72 25 25 36 57

X 30 mg/L 290 7.2 30 13 26 15 45 76 83 96 55 55 75 90

48 mg/L 448 9.3 39 22 51 24 62 85 89 98 70 69 85 94

12 mg/L 106 2.0 111 109 110 108 107 105 106 104 102 103 100 101

X 30 mg/L 264 4.0 28 25 40 21 107 105 80 98 61 45 79 90

48 mg/L 422 6.0 28 58 75 24 107 76 95 99 83 73 97 99

4 mg/L 68 3.0 0 39 27 43 48 58 49 62 80 96 97 96

X 7 mg/L 114 4.4 2 50 40 59 58 76 67 77 95 99 98 98

10 mg/L 160 5.7 16 77 67 78 86 88 86 92 95 98 99 97

8 mg/L 131 2.2 5 5 13 14 21 41 49 68 28 19 36 56

X 20 mg/L 326 4.7 15 10 36 18 43 78 82 97 35 49 71 89

32 mg/L 521 7.1 20 15 59 22 67 96 92 99 60 68 89 96

50.000 BV 67 7.2 7 109 37 4 39 51 85 91 46 41 47 77

X 20.000 BV 135 8.5 16 109 53 11 72 72 96 98 63 71 68 92

8.000 BV 306 11.8 32 109 68 23 87 85 98 99 75 84 80 96

50.000 BV 48 0.9 111 109 110 108 107 7.6 16.3 104 3.8 103 7.3 9.1

X 20.000 BV 116 2.2 111 109 110 108 107 19 40.6 104 9.6 103 18.3 22.7

8.000 BV 287 5.5 111 109 110 108 107 32.7 67.8 104 23 103 38.8 44.8

Legende ≥ 80%

Entfernungsleistung: 40 - < 80%

0 - < 40%

OW

A T

EGEL

Ozon

PAK

GAK

GAK (2.Schicht)

„Kosten“ durchschnittlicher Eliminationsgrad [%]

KW

SC

Ozon

Ozon

+Filter

PAK

+Filter

PAK

Simultan

1 Pilotversuch, ungeeignete Kohle

Page 37: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Fazit

Spurenstoffe sind im urbanen Wasserkreislauf ubiquitär

nachweisbar

Erhebliche analytische Fortschritte in der Identifizierung und

Quantifizierung

Bestehende Barrieren wirksam für resistente Organismen

Keine direkten ökotoxischen Effekte, keine gentoxischen Wirkungen

Aktivkohle und Ozon wirksam für Spurenstoffentfernung, aber nicht

für alle

Spezifische Kosten von 3 – 12 €/a und Einwohner

Wirkungen auf Umwelt: Deutliche Erhöhung von z.B.

Treibhauspotential

40

Page 38: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Ausblick

Es wird sicherlich weitere Stoffbefunde geben

Wieviel kann man den Quellen erreichen?

Brauchen wir die vierte Reinigungsstufe?

Auch eine Frage der kommenden Qualitätsziele auf EU- und

nationaler Ebene

Folgevorhaben Testtools: Entwicklung von validierten Testmethoden

ohne Pilotanlagen für Ozon und Aktivkohlevarianten.

17.11.2015 41

Page 39: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

42

Vielen Dank an

alle Beteiligten

Aki Sebastian Ruhl, Felix Meinel, Frederik Zietzschmann, Stephan Pflugmacher Lima,

Nina Baur, Melanie Wenzel, Regina Gnirß, Alexander Sperlich, Uwe Dünnbier, Uta

Böckelmann, Daniel Hummelt, Patricia van Baar, Florian Wode, Dietmar Petersohn,

Tamara Grummt, Alexander Eckhardt, Wolfgang Schulz, Thorsten Reemtsma, Bettina

Seiwert, Linda Schlittenbauer, Boris Lesjean, Ulf Miehe, Christian Remy, Michael Stapf,

Daniel Mutz

Page 40: Erweiterte Reinigungsverfahren für Abwasser und ... · ATS GAB ACS IOP FAA DCF CBZ BTA g 0% RV; 0.1 g/L TSS 15% RV; 0.7 g/L TSS 66% RV; 1.9 g/L TSS 100% RV; 2.0 g/L TSS 100% RV;

Partner

Wir danken dem BMBF, der EU, dem Berliner Senat und den BWB für die Förderung der

Vorhaben

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

EUROPÄISCHE UNION Europäischer Fonds für regionale Entwicklung Investition in Ihre Zukunft