Vergleichende Untersuchungen von Steuerungs-

konzepten für nachgeschaltete Ozonanlagen

Michael Stapf1, Ulf Miehe1, Boris Lesjean1, Britta Wiedemann1,

Martin Jekel2

Tagung Mess- und Regelungstechnik in abwassertechnischen Anlagen

Fulda 16.10.2013

1 Kompetenzzentrum Wasser Berlin 2 Technische Universität Berlin; FG Wasserreinhaltung

Stand der Diskussion zur Spurenstoff-entfernung mittels Ozonung

Transformation/Entfernung von Spurenstoffen:- von der Reaktivität der Stoffe abhängig- (ehemals) diskutierte Kandidaten für Gewässerschutzverordnung/

EU-Monitoringliste sehr gut entfernbar (z.B. Carbamazepin, Diclofenac, Sulfamethoxalzol, Ethinylestradiol)

- Nebeneffekt: Desinfektion

Offene Fragen: - Mögliche ökotoxikologische Effekte nach Ozonung - Abbauprozesse in Raumfiltern nach der Ozonung- Steuerung der Ozonung:

• Vermeidung von Über-/Unterdosierung

• Erprobung von Steuerungskonzepten

Anpassung des Ozoneintrags

 

 

Aufbau Versuchsanlage (KW Ruhleben)

Ablauf Nachklärung

Zwei

schi

chtf

ilter

Sauerstoff-aufkonzentrierung

Luft

Ozongenerator Ablauf

Ozonung Flockung Filtration

Biol

. Akti

vkoh

lefil

ter

Fe(III)Cl3

Langsamsandfilter

1 23 4

5

1

2

3

4

5

Zulauf Ozonanlage

Ablauf Ozonanlage

Ablauf Zweischichtfilter

Ablauf Biol. Aktivkohlefilter

Ablauf Langsamsandfilter

Probenahmestellen

Verwendete Online-Messtechnik

Zwei

schi

chtf

ilter

Spektralphotometer:

- SAK254

- DOCeq

Steuerungsparameter

Gelöstes Ozon SAK254

Volumenproportionale vs. frachtproportionale

Ozondosierung

Trockenwetterperiode

Bezugs-DOC fürkonstante Dosis12,9 mg/L

Warum also andere Steuerungs-konzepte?

Regenereignis

Bezugs-DOC fürkonstante Dosis12,9 mg/L

Gemessener DOC nur noch 1/3 des Bezugs-DOCs Starke Überdosierung

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%-70%

-50%

-30%

-10%

10%

30%

50%

70%SAK-prop. Ozoneintrag - Mischproben # = 31

Häufigkeit

spez

. Ozo

nein

trag

ED

OC,

Ist

bzgl

. ED

OC,

Soll

Vergleich mit MischprobenKonstanter vs. SAK-proportionaler Ozoneintrag

Vergleichszeitraum: 8. April – 31. Juli

Überdosierung durchz.B. Mischwasserzulauf

Unterdosierung seltenerund geringere Abweichungen

Störparameter: Nitrit

Ozon transformiert Nitrit zu Nitrat und zehrt dabei

3,43 mg Ozon pro mg-N Nitrit

 Für die Auswertung wird der spez. Ozoneintrag EDOC um die zusätzliche Ozonzehrung durch evtl. vorliegendes Nitrit korrigiert:

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

E.Coli Abnahme bzgl.

spezifischer Ozoneintrag EDOC [mgO3/mgDOC]

E.Co

li Ab

nahm

e [lo

g]

EDOC

Einfluss von Nitrit auf DesinfektionswirkungVersuche mit Dosierung von Nitrit

Große Variation bei gleichem spez. Ozoneintrag!

Kein Zusammenhang?

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

E.Coli Abnahme bzgl.E. Coli Abnahme bzgl.

spezifischer Ozoneintrag EDOC bzw. EDOC,korr [mgO3/mgDOC]

E.Co

li Ab

nahm

e [lo

g]

EDOC,korr

EDOC

Einfluss von Nitrit auf DesinfektionswirkungVersuche mit Dosierung von Nitrit

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10%

20%

40%

60%

80%

100%

Benzotri-azol

korrigierter spez. Ozoneintrag EDOC,korr [mgO3/mgDOC]

Re

du

zie

run

g b

zgl.

KA

-Ab

lau

fSpurenstoffreduzierung vs. korrigierter spez. Ozoneintrag EDOC,korr

Gibt es noch andere Zielgrößen als den spez. Ozoneintrag EDOC,korr?

Spurenstoffreduzierung vs. Δ-SAK254

SAK254 – Reduzierung (Δ – SAK254) bietet eineAlternative!

Ziel: konstantes Δ – SAK254

Δ – SAK-Steuerung: Wo messen?

Zwei

schi

chtf

ilter

(1) SAK254 (2) SAK254 (3) SAK254

Δ-SAK zwischen (1) und (2):Pro: Schnelle Rückkopplung möglichContra: gelöstes Ozon kann SAK254 – Messung im Ablauf der Ozonung (2) stören

Δ-SAK zwischen (1) und (3):Pro: keine Probleme mit gelöstem OzonContra: Auswirkungen der Filtration (z.B. Einsatz von Flockungsmittel) muss mit Berücksichtigt werden. Trägeres System durch zusätzliche Retentionszeit im Filter

Δ – SAK-Steuerung: Nach Filter möglich?

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20%

10%

20%

30%

40%

50%

R² = 0.963941229313842

R² = 0

Nitritkonzentration im Zulauf der Ozonanlage [mg-N/L]

SA

K2

54

- A

bn

ah

me

SAK254 - Abnahme bei EDOC,Soll = 0,5 mgO3/mgDOC

SAK254 - Abnahme bei EDOC,Soll = 0,7 mgO3/mgDOC

Δ – SAK-Steuerung: Welchen Einfluss hat Nitrit?

Durch Einhalten einer konst.SAK – Abnahme wird Nitrit automatisch mit berücksichtigt!

Pilotanlage auf dem Klärwerk Münchehofe

Test der Δ - SAK-Steuerung im Rahmen des IST4R – Projektes.

Start der Versuchsanlage:23. September 2013

Ozonanlage ausgelegt auf die Behandlung von 15 m³/h.

Erste Daten der Δ - SAK-Steuerung der Pilot-anlage (KW Münchehofe)

Δ-SAK im Ziel-bereich:kein Änderung der Ozondosis

Δ-SAK unterhalb des Zielbereichs:Ozondosis wird erhöht

manuelleVerringerungder Ozondosis

Δ-SAK oberhalb des Zielbereichs:Ozondosis wird verringert

Fazit

Steuerung Pro Contra

Volumenproportional • Simpel, kein besondererMessaufwand nötig.

• V.a. bei Mischwasserzulauf sind Überdosierungen zu erwarten.

• Zusätzliche Nitritkorrektur nötig.

Frachtproportional • Anpassung der Ozondosis an aktuelle Wasserqualität möglich.

• Erhöhter Messaufwand.• Zusätzliche Nitritkorrektur

nötig.

SAK – Reduktion(Δ – SAK)

• Anpassung der Ozondosis an aktuelle Wasserqualität möglich.

• Automatische Nitritkorrektur.

• Ergebniskontrolle

• Erhöhter Messaufwand.• Abhängig von

Messpunkten: Berücksichtigung von gel. Ozon bzw. Filterbetrieb

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