Versuchsaufbau und erzielte Resultate beim Grossversuch
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PAK-Versuche ARA Flos (Wetzikon) Dr. Michael Thomann, HOLINGER AG Versuchsaufbau und erzielte Resultate beim Grossversuch Wetzikon 15. Nov 2013
Transcript of Versuchsaufbau und erzielte Resultate beim Grossversuch
PAK-Versuche ARA Flos (Wetzikon)
Dr. Michael Thomann, HOLINGER AG
Versuchsaufbau und erzielte Resultate beim Grossversuch
Wetzikon 15. Nov 2013
Mikroverunreinigungen rsp. Spurenstoffe
2
1’200 Nanogramm pro Liter = 1 Würfelzucker in einem Olympiaschwimmbecken
1200 Nanogramm pro Liter = Diclofenac-Konzentration im Zulauf ARA
Aktivkohle zur Entfernung von Spurenstoffen
3
Nachgeklärtes Abwasser Gereinigtes Abwasser Aktivkohle-Behandlung
STEP de Vidy (Lausanne)
4
• Ozon und Aktivkohle vergleichbar
• Für die meisten Stoffe sind Eliminationen > 80% erreichbar
Quelle: - Thonney 2010, i-net Basel Okt 2010
Verfahrensvergleich – STEP de Vidy in Lausanne
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Verfahren Entfernung von Mikroverunreinigungen
• Ozonung
• Aktivkohle-Verfahren • Ulmer-Verfahren (PAK) mit Rückführung des PAK in die Biologie • Ulmer-Verfahren (PAK) ohne Rückführung des PAK in die Biologie • Direktdosierung (PAK) auf Sandfilter • Pulveraktivkohle Direktdosierung in die Biologe (PAK) • ActiflowCarb (PAK) • Adsorption (PAK) und Abtrennung mit Membranen • Granulierte Aktivkohle (GAK)
• Kombination Ozonung und Filtration mit granulierter Aktivkohle (GAK)
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Ausgangslage vor den Versuchen
- Adsorption vieler organischer Spurenstoffe an Pulveraktivkohle funktioniert Elimination >=80% (Versuche Ulm, Mannheim, EAWAG, STEP de Vidy, ARA Schönau-Cham, ARA Kloten-Opfikon)
- Ziele:
- Abtrennung beladener Pulveraktivkohle
- Verfahren mit wenig Platzbedarf
- Robustes Verfahren
- Möglichst geringe Anpassung bestehende Infrastruktur
- Geringe Dosiermenge von Aktivkohle
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Zweistufiges PAK-Verfahren im Gegenstrom
8
Beispiel: Böblingen-Sindelfingen (250’000 EW)
PAK-Behandlung 1’000 l/s Qmax,ARA = 2’000 l/s
Bildquelle: Google maps
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Direktdosierung Pulveraktivkohle in Biologie
10
Beispiel ARA Flos – Wetzikon (37’000 EW)
SF Sandfang VKB Vorklärung NKB Nachklärung FHM Flockungshilfsmittel PAK Pulveraktivkohle
VKB
VKB Biologie 3
Biologie 4
NKB 3
NKB 4
Biologie 1
Biologie 2
NKB 1.1
NKB 1.2
NKB 2.1
NKB 2.2 Filterzelle 1 Filterzelle 2 Filterzelle 3 Filterzelle 4
2/3 Q
1/3 Q
SF
SF
Dynasandfilter
FHM
FHM
FHM
PAK
PAK
DOC
Trübung DOC
NO2-N Trübung
DOC
NO2-N Trübung
DOC
NH4-N
Beispiel ARA Flos – Wetzikon (37’000 EW)
Beispiel ARA Flos – Wetzikon (37’000 EW)
ARA Flos (Wetzikon) - Fragestellungen
1. Elimination organischer Spurenstoffe bei Direktdosierung in die Biologie?
2. Elimination Mikroverunreinigungen während Regenereignissen?
3. Verbesserung Absetzeigenschaften Belebtschlamm durch PAK-Direktdosierung in Biologie?
4. Wie sicher ist Dynasand-Filter für PAK-Rückhalt ? (Vortrag Prof. M. Boller)
VKB
VKB Biologie 3
Biologie 4
NKB 3
NKB 4
Biologie 1
Biologie 2
NKB 1.1
NKB 1.2
NKB 2.1
NKB 2.2 Filterzelle 1 Filterzelle 2 Filterzelle 3 Filterzelle 4
2/3 Q
1/3 Q
SF
SF
Dynasandfilter
PAK
PAK
Elimination bei Trockenwetter
Referenzstrasse
PAK-Versuchsstrasse
Elimination bei Trockenwetter ∅PAK_dos = 16 mg/l
∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 93%∅Elimination Referenzstrasse = 36%
∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 95%∅Elimination Referenzstrasse = 3%
01'0002'0003'0004'0005'0006'0007'0008'0009'000
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
BenzotriazolAblauf Vorklärung [ng/l]
Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]
Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]
24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012
0200400600800
1'0001'2001'4001'600
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
DiclofenacAblauf Vorklärung [ng/l]
Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]
Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]
24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
Elimination bei Trockenwetter ∅PAK_dos = 16 mg/l
0
100
200
300
400
500
600
700
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
Sulfamethoxazol Ablauf Vorklärung [ng/l]
Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]
Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]
24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012
nich
t nac
hwei
sbar
∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 91%∅Elimination Referenzstrasse = -7%
0
200
400
600
800
1'000
1'200
1'400
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
AcetylsulfamethoxazolAblauf Vorklärung [ng/l]
Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]
Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]
24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = >95%∅Elimination Referenzstrasse = >95%
0
1'000
2'000
3'000
4'000
5'000
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
MethylbenzotriazolAblauf Vorklärung [ng/l]
Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]
Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]
24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012
0
50
100
150
200
250
300
350
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
CarbamazepinAblauf Vorklärung [ng/l]
Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]
Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]
24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
nich
t nac
hwei
sbar
Elimination bei Trockenwetter ∅PAK_dos = 16 mg/l
∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 99%∅Elimination Referenzstrasse = 30%
∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = >95%∅Elimination Referenzstrasse = -12%
VKB
VKB Biologie 3
Biologie 4
NKB 3
NKB 4
Biologie 1
Biologie 2
NKB 1.1
NKB 1.2
NKB 2.1
NKB 2.2 Filterzelle 1 Filterzelle 2 Filterzelle 3 Filterzelle 4
2/3 Q
1/3 Q
SF
SF
Dynasandfilter
PAK
Elimination bei Regenwetter
Referenzstrasse
PAK-Versuchsstrasse
19
Elimination bei Regenwetter – Ereignis 1
0
10
20
30
40
50
60
0
50
100
150
200
250
300
23.07.2013 15:00 23.07.2013 19:00 23.07.2013 23:00 24.07.2013 03:00 24.07.2013 07:00
PAK-
Dosie
rung
[mg/
l]Re
geni
nten
sität
[l/s
ec/h
a]
Zuflu
ss A
RA [l
/sec
]
Zufluss ARA [l/sec] PAK-Dosierung [mg/l] Regenintensität [l/sec/ha]
0
100
200
300
400
500
600
23.07.2013 15:00 23.07.2013 19:00 23.07.2013 23:00 24.07.2013 03:00 24.07.2013 07:00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
Carbamazepin
Ablauf Vorklärung [ng/l]Ablauf Filter PAK-Versuchsstrasse [ng/l]Ablauf Filter Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]Modell Konzentration Ablauf Filter
∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 86%∅Elimination Referenzstrasse = -13%
20
Elimination bei Regenwetter – Ereignis 1
0
10
20
30
40
50
60
0
50
100
150
200
250
300
23.07.2013 15:00 23.07.2013 19:00 23.07.2013 23:00 24.07.2013 03:00 24.07.2013 07:00
PAK-
Dosie
rung
[mg/
l]Re
geni
nten
sität
[l/s
ec/h
a]
Zuflu
ss A
RA [l
/sec
]
Zufluss ARA [l/sec] PAK-Dosierung [mg/l] Regenintensität [l/sec/ha]
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
23.07.2013 15:00 23.07.2013 19:00 23.07.2013 23:00 24.07.2013 03:00 24.07.2013 07:00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
Mecoprop
Ablauf Vorklärung [ng/l]Ablauf Filter PAK-Versuchsstrasse [ng/l]Ablauf Filter Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]Modell Konzentration Ablauf Filter ∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 76%
∅Elimination Referenzstrasse = 32%
21
Elimination bei Regenwetter – Ereignis 2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0
50
100
150
200
250
300
07.09.2013 23:00 08.09.2013 11:00 08.09.2013 23:00 09.09.2013 11:00
PAK-
Dosie
rung
[mg/
l]Re
geni
nten
sität
[l/s
ec/h
a]
Zuflu
ss A
RA [l
/sec
]
Zufluss ARA [l/sec] Regenintensität [l/sec/ha] PAK-Dosierung [mg/l]
0
100
200
300
400
500
600
07.09.2013 23:00 08.09.2013 11:00 08.09.2013 23:00 09.09.2013 11:00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
Carbamazepin
Ablauf Vorklärung [ng/l]
Ablauf Filter PAK-Versuchsstrasse [ng/l]
Ablauf Filter Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]
Modell Konzentration Ablauf Filter [ng/l]
∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 95%∅Elimination Referenzstrasse = 18%
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
07.09.2013 23:00 08.09.2013 11:00 08.09.2013 23:00 09.09.2013 11:00
Konz
entr
atio
n [n
g/l]
Mecoprop
Ablauf Vorklärung [ng/l]Ablauf Filter PAK-Versuchsstrasse [ng/l]Ablauf Filter Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]Modell Konzentration Ablauf Filter [ng/l]
22
Elimination bei Regenwetter – Ereignis 2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0
50
100
150
200
250
300
07.09.2013 23:00 08.09.2013 11:00 08.09.2013 23:00 09.09.2013 11:00
PAK-
Dosie
rung
[mg/
l]Re
geni
nten
sität
[l/s
ec/h
a]
Zuflu
ss A
RA [l
/sec
]
Zufluss ARA [l/sec] Regenintensität [l/sec/ha] PAK-Dosierung [mg/l]
∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 47%∅Elimination Referenzstrasse = -11%
23
Elimination – Trocken- und Regenwetter
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse ohne
PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK[%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%]
Elimination Trockenwetterversuche (n=6)
93 36 >95 -12 95 3 91 -7 >95 >95
Elimination Regenwetterversuch 23./24.07.2013
85 52 86 -13 88 46 76 16 100 99 76 32
Elimination Regenwetterversuch 08./09.09.2014
81 49 96 22 79 43 84 43 100 100 33 -42
Benzotriazol Carbamazepin Diclofenac Sulfamethoxazol Acetylsulfamethoxazol Mecoprop
1. Elimination organischer Spurenstoffe bei Direktdosierung in die Biologie?
→ mit 16 mg/l > 90% Elimination (auf ARA Flos in Wetzikon)
24
Elimination – Trocken- und Regenwetter
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse ohne
PAK
PAK-Versuchs-
strasse
Referenz-strasse
ohne PAK[%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%]
Elimination Trockenwetterversuche (n=6)
93 36 >95 -12 95 3 91 -7 >95 >95
Elimination Regenwetterversuch 23./24.07.2013
85 52 86 -13 88 46 76 16 100 99 76 32
Elimination Regenwetterversuch 08./09.09.2014
81 49 96 22 79 43 84 43 100 100 33 -42
Benzotriazol Carbamazepin Diclofenac Sulfamethoxazol Acetylsulfamethoxazol Mecoprop
2. Elimination Mikroverunreinigungen während Regenereignissen? → mit 16 mg/l > 80% Elimination (auf ARA Flos in Wetzikon)
PAK-Dosierung Biologie - EAWAG
25 Aus Zwickenpflug et al. 2010, Abschlussbericht Pulveraktivkohle-Versuche EAWAG
26
Ulmer-Verfahren
Aus: Zwickenpflug et al., Einsatz von Pulveraktivkohle zur Elimination von Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser, Abschlussbericht, EAWAG, 2010.
Zweistufige PAK-Dosierung - EAWAG
27
Schlammvolumenindex – ARA Flos
0
50
100
150
200
250
300
350
08.09.2012 07.11.2012 06.01.2013 07.03.2013 06.05.2013 05.07.2013 03.09.2013
Schl
amm
volu
men
inde
x [m
l/g]
SVI BB1 (Referenz) [ml/g] SVI BB2 (Referenz) [ml/g]
SVI BB3 (PAK-Versuchsstrasse) [ml/g] SVI BB4 (PAK-Versuchsstrasse) [ml/g]
Schlammvolumenindex - EAWAG
Aus Zwickenpflug et al. 2010, Abschlussbericht Pulveraktivkohle-Versuche EAWAG 28
Schlussfolgerungen PAK-Direktdosierung ARA Flos
1. Direktdosierung ist bei genügend grossen Belebungsbecken mit bestehendem Filter eine prüfenswerte Behandlungsmethode
2. Elimination Mikroverunreinigungen während Trockenwetter und Regenwetter > 80% mit 16 mgPAK/l möglich
3. Schlechte Absetzeigenschaften des Belebtschlammes werden durch PAK-Direktdosierung in Biologie deutlich verbessert
4. Kohleauswahl, Dosierstelle und Hintergrund-DOC sind zentrale Einflussgrössen auf Eliminationsleistung
30 20.11.2013
Herzlichen Dank: • ARA Flos - Wetzikon • Stadt Wetzikon • Hochschule für Technik Rapperswil, UMTEC • Ensola AG • aQa.engineering • AWEL Kanton Zürich • BAFU • Agroscope Wädenswil • ERZ Entsorgung+Recycling
