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Erfahrungen zur Elimination von

Spurenstoffen auf Kläranlagen

Abwasserverband „Obere Lutter“

Hubert Burbaum

Guido Bruhn

Erfahrungen zur Elimination von Spurenstoffen auf Kläranlagen 19.09.2013 2

- KW „Obere Lutter“ - Einführung

- F+E Vorhaben

- Umbaumaßnahmen

- Ziele und Ergebnisse

- Zusammenfassung

- Wie würde der AOL heute vorgehen?

- Warum ist der AOL überzeugt?

Gliederung


KW „Obere Lutter“ - Einführung

Ausbau für 380.000 EW

Reinigungsschritte bis 1992

- Mechanische Stufe

- 1. Biostufe

- 2. Biostufe

Zulauf

Ablauf



1992

- Inbetriebnahme einer

Flockungsfiltration vom Typ

„Biofor“ (Phillip Müller) mit FeCl3-

Dosierung

Einhaltung des geforderten Über-

wachungswerts Pges = 0,7 mg/l

- Schönungsteich

Zulauf

Ablauf



1997

- Inbetriebnahme einer Festbett-

denitrifikationsanlage

Einhaltung des geforderten Über-

wachungswerts Nges = 13 mg/l

Zulauf

Ablauf


- bis 2005: KW-Belastung entspricht KW-Ausbau

- ab 2005: Halbierung der Belastung durch Wegfall einer Ledergerberei

Änderungen in den Abwasserreinigungsstufen möglich

P: Umstellung von Nachfällung in der Flockungsfiltration auf simultane Fällung

in den Biostufen

N: Umstellung von reiner Oxidation/Nitrifikation und nachgeschalteter

Festbettdenitrifikation auf intermittierenden Betrieb in den Biostufen

Flockungsfiltration und Festbettdenitrifikation üben nur noch eine

„Polizeifunktion“ aus


0

20

40

60

80

100

120

J F M A M J J A S O N D

cC

SB [

mg

/l]

CSB-Ablaufwerte 2010 (nach SüwV-kom)

27 deutliche CSB-

Überschreitungen

19.09.2013 Erfahrungen zur Elimination von Spurenstoffen auf Kläranlagen 7



- In 2010 Kontakt zur Bezirksregierung und zum Umweltministerium

aufgenommen

Klärwerk „Obere Lutter“ besonders gut geeignet für Versuche zur Elimination

von Spurenstoffen mit granulierter Aktivkohle

- freie Kapazitäten für eine Verfahrensänderung

- besonders günstige Konstellation mit Festbettdenitrifikations- und

nachgeschalteter Flockungsfiltrationsanlage

- Industrieanteil von ca. 60 % (darunter eine CP-Anlage mit besonders

kritischen Stoffen)

Start des 1. F+E Vorhabens in 2011

F+E Vorhaben - Erste Schritte


Antragsteller

Abwasserverband „Obere Lutter“

Finanzielle Förderung

Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur und

Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen /

Bezirksregierung Detmold

Wissenschaftliche Beratung

IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser

Projektplanung, Gesamtkoordination

Hydro-Ingenieure GmbH

Lieferant Aktivkohle

Jacobi Carbons GmbH

F+E Vorhaben - Projektbeteiligte


Umbau einer Filterkammer zum Großadsorber (GA)


AOL-Arbeitsaufwand: 2 Personen, 2 Tage

Entnahme des vorhandenen Filtermaterials (Biolith + Kies)


3 Lieferungen pro Filterkammer

AOL-Arbeitsaufwand: 1 Person á 3 Stunden pro Lieferung

Befüllen mit Aktivkohle

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

F M A M J J A S O N D J F

cC

SB [

mg

/l]

Zulauf GA Ablauf GA


CSB-Werte 1. F+E-Vorhaben (02.11 - 2.12)

0102030405060708090

100

c/c

0 [

%]

Ablauf GA 5

Ablauf GF 6

0

20

40

60

80

100c/c

0 [

%]

Ablauf GA 5

Ablauf GF 6


Ergebnisse 1. F+E-Vorh. nach 1.730 (I.) und 6.857 Bettvolumina (II.)

I.

II. nicht beprobt


Umbau der Flockungsfiltration


Abgeschlossene Umbauarbeiten


Aktivkohle 296.000 €

Messungen (Durchfluss, Druck, Sauerstoff) 33.500 €

Absperrklappen 23.000 €

AOL-Material 10.000 €

E-Technik (Hardware, Software + Engineering) 71.000 €

Gesamtkosten brutto 433.500 €

Umbauarbeiten (Planzahlen)

70 % Förderung durch „Investprogramm Abwasser NRW“ (IPA) Förderbereich 3.2

Öffentliche Kläranlagen - innovative Technologien (über die NRW Bank)


F+E 1 (Istzahlen) F+E 2 (Planzahlen)

Kosten für den Umbau der Filteranlage

bzw. Aktivkohle

73.127,73 € 125.000 €

Wissenschaftliche Begleitung und

Analysekosten

56.650,43 € 106.000 €

Probenanalysen im Labor AOL 21.277,31 € 50.000 €

Projektleitung/ Fachtechnische Begleitung 16.650,14 € 13.000 €

Gesamtbericht 10.298,85 € 14.000 €

Gesamtsumme netto 178.004,46 € 308.000 €

Gesamtsumme brutto 211.825,31 €

366.000 €

Kosten F+E Vorhaben

80 % Förderung durch das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucher-

schutz NRW


- Welche Filtergeschwindigkeiten bzw. Aufenthaltszeiten sind zur Verringerung

des CSB sowie der Mikroverunreinigungen günstig?

- Kann der Festbettadsorber intermittierend betrieben werden? Welche

Maßnahmen sind hierzu notwendig z.B. Spülung vor und nach Stillstand der

Filter?

Ziele und Ergebnisse der F+E Vorhaben

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

J J A S O N D J F M A M J

cC

SB [

mg

/l]

CSB-Ergebnisse 2. F + E-Vorhaben (06.12 - 06.13)

Zulauf FLOFIL Ablauf GA 4 (frische A-Kohle) Ablauf GA 5 (reaktivierte A-Kohle)



Überprüfung des Einflusses der A-Kohle-Reaktivierung auf die Adsorptionsleistung



0

20

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60

80

100

c/c

0 [%

]

0

20

40

60

80

100

c/c

0 [%

]

Ablauf GA 4 (frische A-Kohle) Ablauf GA 5 (reaktivierte A-Kohle)

I.

II.

Ergebnisse nach 1.400 (I.) und 3.500 Bettvolumina (II.)

Welche Eliminationsraten können erreicht werden?


- Wie häufig muss der AK-Filter gespült werden?

- Wie wird durch das Spülen das Aktivkohlekorn (Abrieb) beeinflusst?

Ablauf einer Filterspülung (jeweils 2 x pro Woche)

- Filterniveau um ca. 80 cm absenken t ≈ 4 min

- Luftspülung mit Spülluft (2.800 m³/h) t ≈ 2 min

- Filter bis Überlauf mit Spülwasser (22 m/h) anheben t ≈ 2 min

- Beruhigungsphase t ≈ 2 min

- Wasserspülung pro Filter 400 m³

Frische Aktivkohle mit 5 - 12 m/h t ≈ 45 - 60 min

Beladene Aktivkohle mit 7 - 20 m/h t ≈ 30 - 45 min

AOL-Personalaufwand pro Filterspülung t > 60 min



- Welche Filterstandzeiten sind zu erwarten bzw. wie häufig muss die Aktivkohle

gewechselt werden?

1 x pro Jahr

3 Abfuhren pro Filterkammer

AOL-Arbeitsaufwand: 1 Person á 3 Stunden pro Abfuhr


Wasserversorgung für

Wasserstrahlpumpe

Aktivkohle-Ablass

der Filterkammer

Wasserstrahlpumpe

Filtratablauf

Einsatz von granulierter Aktivkohle auf Kläranlagen 19.09.2013 26


Jährliche Betriebskosten (brutto) für Regeneration

- Pro Filter mit Personalkosten von 40 €/h

Entleeren Aktivkohle (100 m³ ≙ 30 Mg)

3 Abfuhren jeweils 3 Stunden 1 Person á 9 Stunden 360 €

Regeneration der Aktivkohle

Bruttokosten: 1.309 €/Mg (für 30 Mg) 39.270 €

Befüllen mit Aktivkohle (100 m³ ≙ 30 Mg)

3 Lieferungen jeweils 3 Stunden 1 Person á 9 Stunden 360 €

_____________________

Gesamtsumme brutto ~ 40.000 €

Einsatz von granulierter Aktivkohle auf Kläranlagen 19.09.2013 27


Jährliche Betriebskosten (brutto) für Spülung pro Filterkammer

- Erforderliche Spülungen pro Woche mit Personalkosten von 40 €/h

2 Spülvorgänge je Filter jeweils 1 Stunde 1 Person 80 €

52 Wochen pro Jahr: 52 Wochen x 80 € 4.160 €

- Energie: keine Mehrkosten

- Gesamtkosten (brutto) pro Jahr

Regeneration 40.000 €

Spülung 4.160 € ________________

44.160 €


- stabiler praxistauglicher Betrieb, wenn der Filterzulauf feststofffrei ist

(AFS < 5 mg/l)

- gute Elimination von CSB/TOC

- gute Elimination von vielen im Abw. enthaltenen Mikroverunreinigungen

- Regeneration der Aktivkohle hat Einfluss auf die Filterstandzeit

- Wirtschaftlichkeit gegeben

Zusammenfassung der Ergebnisse


- Screening vom Ablauf der KA

- Vergleich der Ergebnisse z.B. mit chronischen Qualitätskriterien oder den

Umweltqualitätszielen für Oberflächengewässer

- bei Überschreitungen: in welches Gewässer wird eingeleitet; sensibles

Ökosystem, evtl. Trinkwassergewinnung?

- Literaturrecherche: Welche Verfahren eignen sich zur Elimination der

vorliegenden Spurenstoffe?

- Förderantrag für Versuche stellen

- Bei Erfolg Ausbau auf technischen Maßstab

Wie würde der AOL heute vorgehen?


- Aus Vorsorgegründen sind sofortige Maßnahmen zur Elimination von

Spurenstoffen erforderlich:

- Substitution gefährlicher Arzneimittel-Wirkstoffe und Industriechemikalien

- generelle Reduzierung des Medikamenteneinsatzes

- Aufklärung der Verbraucher über Anwendung, Entsorgungsmöglichkeiten und

Gefahren von Mikroverunreinigungen für die aquatische Umwelt

- Spurenstoffelimination beim Einleiter/Verursacher

Technische Ausrüstungen zur Spurenstoffelimination auf Kläranlagen sind im

Gegensatz zu den o.g. Möglichkeiten ein zeitnah realisierbarer Baustein.

Warum ist der AOL überzeugt?

[Mg/a]

Wirkstoff Verbrauch

2009 1)

Carbamazepin 64

Diclofenac 91



1) Quelle: Bergmann et al 2010

Boden

schicht

[Mg/a] [µg/l] [µg/l] [µg/l] [µg/l]

Wirkstoff Verbrauch

2009 1) Kläranlage 2) AOL 3) CQK 4)

∅

Oberflächen

wasser 5) Grundwasser 5) Trinkwasser 5)

Max ∅

Carbamazepin 64 0,05 - 8,4 3,3 1,7 0,5 6,1 > 1,0 < 0,1

Diclofenac 91 < 0,05 - 67 3,7 2,3 0,05 3,1 > 1,0 < 0,1



1) Quelle: Bergmann et al 2010 2) Quelle: Vortrag Dr. Mauer 3) Zulauf Filtration 4) Quelle: Schweizerisches Zentrum für angewandte Ökotoxikologie 5) Quelle: Umwelt und Mensch – Informationsdienst 01/2012, S. 39

Boden

schicht


Wirkstoff Verbrauch


∅

Oberflächen


Max ∅

Carbamazepin 64 0,05 - 8,4 3,3 1,7 0,5 6,1 > 1,0 < 0,1

Diclofenac 91 < 0,05 - 67 3,7 2,3 0,05 3,1 > 1,0 < 0,1




Boden

schicht


Die anfallenden Kosten (brutto) halten sich unter den gegebenen Umständen im

Rahmen:

- Invest: 80.000 €/ Filterkammer (Bezuschussung durch Förder-

programm + Abrechnung über AbwAG)

- Betrieb: 45.000 €/ Filterkammer und Jahr

pro Jahr pro m³ (AOL: 6,5 Mio m³/a)

bei 4 Filtern: 180.000 € 0,030 €

bei 5 Filtern: 225.000 € 0,035 €



Beispiel 1 - „Jährliche Kosten (brutto) für die Elimination von Spurenstoffen pro

Person“

- angenommene Kosten für die Elimination von Spurenstoffen: 0,10 €/m³

- angenommene Abwassermenge pro Person und Jahr: 40 m³/a

zusätzliche Kosten pro Person: 4,00 €/a



Beispiel 2 - „Tankfüllung PKW mit 70 l Inhalt“

- angenommene Kosten an der örtlichen Tankstelle morgens: 1,64 €/l

ergibt: 114,80 €

- angenommene Kosten an der selben Tankstelle abends: 1,58 €/l

ergibt: 110,60 €

Differenz: 4,20 €



Nachhaltigkeit

- Wirtschaft: seit 1994 gibt es den Begriff „Tripple Bottom Line“

Quelle: Spindler, Geschichte der Nachhaltigkeit


Ökonom

ie

Ökolo

gie

So

zia

les

Nachhaltigkeit


Nachhaltigkeit

- Wirtschaft: seit 1994 gibt es den Begriff „Tripple Bottom Line“

- Politik: die EU formulierte 1997 mit Ihrem Vertrag von Amsterdam explizit

drei Säulen der Nachhaltigkeit

Quelle: Spindler, Geschichte der Nachhaltigkeit


Ökonom

ie

Ökolo

gie

So

zia

les

Nachhaltigkeit


Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit.

Weitere Infos über den Abwasserverband „Obere Lutter“ unter

www.obere-lutter.de

Weitere Infos über den aktuellen Stand des Aktivkohleprojektes unter

www.mikroverunreinigungen.de

Hubert Burbaum Guido Bruhn

[email protected] [email protected]

05241 960511 05241 960512

http://www.obere-lutter.de/

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