Abteilung Verfahrenstechnik

Mikroverunreinigungen werden in der Abwasserreinigung und im Gewässerschutz zunehmend als Risiko und Gefahr für die Ökosysteme erkannt. Im Rahmen des BAFU Projekts Strategie MicroPoll wird der Einsatz von Ozon zur Oxidation von Mikroverunreinigungen (MV) im Ablauf von bestehenden Kläranlagen grosstechnisch pilotiert (Pilotprojekt Regensdorf). Eine verfahrenstechnische Alternative zum Einsatz von Ozon stellt der Einsatz von Pulveraktivkohle (PAK) dar. In der Schweiz bestehen heute keine konkreten Erfahrungen mit dem Einsatz von PAK in kommunalen Kläranlagen. Um umfassende Entscheidungsunterlagen für den zukünftigen Umgang mit Mikroverunreinigungen in der Schweiz zur Verfügung zu haben, sollen in diesem Forschungsprojekt Unterlagen für den Entwurf und die Dimensionierung von Anlagen für den Einsatz von PAK bereitgestellt werden. Dies soll erlauben das Verfahren für einen Einsatz in typischen kommunalen Abwasserreinigungsanlagen der Schweiz zu beurteilen.

Im Rahmen des Projektes wird die nachgeschaltete Behandlung des Kläranlagenablaufs mit PAK untersucht. Im Zuge der Behandlung des Ablaufs mit PAK werden die im Abwasser enthalten Mikroverunreinigungen grösstenteils an der PAK adsorbiert und so dem Abwasser entzogen. Vorraussetzung für den grosstechnischen Einsatz dieses Verfahrens ist jedoch ein nahezu vollständiger Rückhalt der dosierten Kohle um einen Eintrag ins Gewässer vorzubeugen.

Das Projekt gliedert sich in 3 Phasen:

Phase 1 (Januar 2008 - April 2009): In dieser Phase soll der Ablauf einer bestehenden, vorgeschalteten Belebungsanlage genutzt werden und ein Sequencing Batch Reactor in Betrieb genommen werden, der das biologisch gereinigtes Abwasser mit PAK behandelt. Dabei verbleibt die PAK über mehrere Tage im Adsorptions-SBR, während das Wasser eine viel kürzere Aufenthaltszeit von 1-3 Stunden hat. In diesem SBR können neben der allgemeinen Verfahrenstechnik zur Dosierung von PAK und Flockungsmittel die Kinetik der Adsorption, die Adsorptionskapazität von PAK und der Einfluss der mittleren Aufenthaltszeit von PAK (Schlammalter) charakterisiert werden. Zusätzliche Batchexperimente haben zum Ziel Sorptionsisothermen und die Sorptionskinetik sowie den Einfluss des Hintergrund-DOC und des Fällmittels zu beschreiben.

Phase 2: (Mai 09-November 09): Einsatz von PAK in einem Adsorptionsreaktor ohne und mit Rückführung in eine konventionelle Belebungsanlage (CAS). Aufbauend auf die in Phase 1 gewonnen Erkenntnisse und Betriebserfahrungen soll in Phase 2 eine 1-strassige, konventionelle Durchlaufanlage aufgebaut werden. Der in Phase 1 eingesetzte Adsorptionsreaktor und ein zusätzlicher Filter (Tuchfilter) wird einer nitrifizierend/denitrifizierende Pilotanlage nachgeschaltet, um zudem Untersuchungen zum effektiven Rückhalt der PAK durchführen zu können. Eine zweite konventionelle Belebungsanlage ohne PAK-Dosierung wird als Referenz betrieben werden.

Zunächst soll die Eliminationsleistung der Anlage ohne Rückführung von PAK aus dem Adsorptionsreaktor in die Biologie getestet werden. Diese Versuche werden mit verschiedenen PAK Dosierkonzentrationen durchgeführt. Im Anschluss daran sollen vergleichbare Messkampagnien mit PAK-Rückführung in die Biologie durchgeführt werden, um eine bessere Ausnützung der Adsorptionskapazität der dosierten Kohle zu erreichen (Gegenstromprinzip).

Des Weiteren werden im Rahmen von Phase 2 Batchversuche zur Spurenstoff-Elimination von Abwässern verschiedener Kläranlagen durchgeführt. Ziel der Versuche ist es, weitere Klärung zum Einfluss des DOC-Gehaltes des gereinigten Abwassers zu erhalten, da dieser in Konkurrenz zu den Spurenstoffen bei der Sorption steht. Die Höhe des DOC-Gehaltes im Ablauf ist u.a. eine Funktion des Reinigungsgrades der Kläranlagen (verschiedene Schlammalter) und der zeitlichen Variation der organischen Stoffe im Zulauf.

Phase 3: (Dezember 09 - Juni 2010): Dosierung von unbeladener PAK direkt in die biologische Stufe - Verhalten der beladenen PAK in der Schlammbehandlung. Ziel dieser Phase ist die Interaktion zwischen Biomasse und PAK zu charakterisieren. Anhand des 2-strassigen Betriebs soll u.a. Erkenntnis über die Wirkung einer möglichen Hemmung der Nitrifikanten bzw. Reduktion der Sorptionskapazität der PAK gewonnen werden.

Zum Verhalten der mit Mikroverunreinigungen beladenen PAK in der Faulung und bei den nachfolgenden Behandlungsschritten der Klärschlammentsorgung sollen Einzelversuche durchgeführt werden. Zentral ist hier die Frage der Rücklösung der Spurenstoffe bzw. der Einfluss der PAK auf die Behandlungsschritte. Durch Batchversuche mit z.B. Faulwasser soll das etwaige Rücklöseverhalten der Mikroverunreinigung betrachtet werden.

Da das vorgestellte Projekt thematisch sehr stark mit dem Projekt „Aktivkohledosierung in den Zulauf zur Sandfiltration Kläranlage Kloten/Opfikon“ verlinkt ist, sind die Arbeiten im Themengebiet eng aufeinander abgestimmt