Pilotuntersuchungen verschiedener Nachbehandlungsstufen bei der O onungNachbehandlungsstufen bei der Ozonung

Dr.‐Ing. Ulf Miehe, Michael Stapf (Kompetenzzentrum Wasser Berlin)

Abschlussveranstaltung der Verbundprojekte ASKURIS und IST4RAbschlussveranstaltung der Verbundprojekte ASKURIS und IST4R

14. September 2015 

Partner Gefördert von Partner

Pil t l l ASKURISPilotanlageanlage: ASKURIS

AblaufAblauf Klärwerk

Ozonung Flockung Filtration Probenahmestellen

Start der Ozonung nach weitestgehender Erschöpfung der Sta t de O o u g ac e testge e de sc öp u g deAdsorptionskapazität des Aktivkohlefilters (> 3600 Bettvolumen)

2

Pilotanlage: IST4RPilotanlage: IST4R

Ablauf Klärwerk (# = 21)

DOC 12,9 mg/L

Pilotanlage

Max. Ozonproduktion 150 gO3/hDOC 12,9 mg/L

SAK 26 1/m

Nitrit 0,3 mg‐N/L

Max. Ozonproduktion 150 gO3/h

Reaktorvolumen, Durchfluss V = 4 m³, Q = 4,5 – 15 m³/h

Flockungsmittel (FeCl3) 2 – 5 mg‐Fe/L

3

Spurenstoffeliminierung:S O d i ∆SAKSpez. Ozondosis vs. ∆SAK254

1. Elimination hängt vom spezifischen Ozoneintrag ab

2. Zusammenhang von Elimination und Ozoneintrag ist stoff‐gspezifisch

3. Zwei Standorte vergleichbare Dosisvergleichbare  Dosis‐Wirkungsbeziehung

4. Zwei unterschiedliche Ozoneintragssysteme vergleichbare Dosis‐Wirkungsbeziehung

DCF: Diclofenac   BTA: Benzotriazol  IOP: Iopromid

4

Ei l t ff d SAK l I dik tEinzelstoffe und SAK254nm als Indikator

Bereich Indikator Beispiele für andere Min spezifischer ΔSAK [%]Bereich 

Reaktions‐

konstante

kO3 [M‐1s‐1‐] 

Indikator Beispiele für andere 

Spurenstoffe mit 

vergleichbarer Reaktivität

Min. spezifischer 

Ozoneintrag 

[mg O3/mg DOC] 

für > 80 % 

ΔSAK254nm [%]

für > 80 % 

Transformation

O3 [ ]

Transformation

> 104

(h h)Carbamazepin

Sulfamethoxazol, Clarithromycin, 

Clindamycin Estron Estradiol0 3(hoch)

Carbamazepin

(Diclofenac)

Clindamycin, Estron, Estradiol, 

Ethinylestradiol, Erythromycin, 

iso‐Nonylphenol, Roxithromycin, 

Trimethoprim

0,3 

mg O3/mg DOCΔSAK254nm = 30 ‐ 35 %

102 ‐ 104

(mittel) Benzotriazol Atenolol, Bezafibrat, Isoproturon, 

Mecoprop, Metoprolol, Sotatol

0,7 ‐ 0,8

mg O3/mg DOCΔSAK254nm = 45 ‐ 55 %

<< 102

(niedrig) ‐‐Röntgenkontrastmittel, Atrazin, 

Clofibrinsäure, Diuron, Ibuprofen

Aus: Jekel, M. and W. Dott (2013). "Leitfaden Polare organische Spurenstoffe als Indikatoren im anthropogen beeinflussten Wasserkreislauf."

5

Bromatbildung(TW G t 10 /L)(TW‐Grenzwert: 10 µg/L)

6

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

OzonungOzonung Ozonung  Ozonung 

0 ‐ < 40%

40 ‐ < 80%

Ozonung+ BAK + ZSF + ZSF + LSF

Amidotrizoesäure (ATS) 1% 2% 0% ‐6%

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

≥ 80%

ZSF = Zweischichtfilter

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

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

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

B i l (BTA)

tw. Zunahme

LSF = Langsamsandfilter

BAK = Biol. Aktivkohlefilter,Adsorptionskapazitätb i i h d

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

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

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

Metoprolol (MET) 75% 91% 81% 83% bereits weitestgehend erschöpft ( > 3600 BV)

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

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

FAA 97% 99% 99% 99%

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

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

Einfluss der Nachbehandlung auf die Spurenstoffelimination ist minimal

p ( ) 95% 95% 95% 95%

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

Einfluss der Nachbehandlung auf die Spurenstoffelimination ist minimal.(nur bei Startphase des BAK zusätzlich Adsorption  s. Vorträge zu GAK)

7

Nachbehandlung: CSB E tfCSB‐Entfernung

Reduzierung CSB bezüglich Ablauf Klärwerk60%

er 

g g

AblaufkonzentrationCSB [mg/L]

40%

kohlefilte

AblaufKlärwerk

nachO3 + ZSF

39 24

er Aktivk 39 

(# =19)24

(# =13)

37(# =13)

25(# =12)

20%

ologische (# =13) (# =12)

*EDOC,korr ≥ 0,55 mg O3/mg DOC

0%

0% 20% 40% 60%

Bio nur Flockung (Startphase)

Ozonung + Flockung

0% 20% 40% 60%Zweischichtfilter

8

Nachbehandlung:Ph h tfPhosphorentfernung

AblaufkonzentrationPges [µg/L]

Abl f h

eit [%]

AblaufKlärwerk

nachO3 + ZSF

412 49

Häu

figke

(# = 73) (# =66)

730 < 100 *< 150 **H

(# =19) (# =19)

* 4,4 molFe/molP** < 4 /L F

P [µg P/L]

< 4 mg/L Fe

Pges [µg‐P/L]

9

D i f kti d h ODesinfektion durch Ozonung

E Coli vs ∆SAK2E.Coli vs. ∆SAK254E.Coli vs. ∆SAK254Co s S 254

∆SAK254 [%]E [ O / DOC]

, , , , , , , ,EDOC,korr [mgO3/mgDOC]Anzahl   [‐]

, , , , ,

10

Einfluss der Vorbehandlung auf die UV D i f kti (L b ß t b)UV‐Desinfektion (Labormaßstab)

Ablauf KläranlageOhne Partikelentfernung Begrenzung der E Coli‐Abtötung

Filtration mit/ohne PAKVerbesserung durch Partikelentfernung

Ozonung + FiltrationSchon geringer Gehalte an E Coli vor UV‐DesinfektionBegrenzung der E.Coli‐Abtötung

Kaum Wirkung auf Clostridien(Sporenbildner)

Partikelentfernung

Clostridien: Dosisabhängige Desinfektion

E.Coli vor UV‐Desinfektion(ggf. abschalten)

11

Z fZusammenfassung

• Wirkung der Ozonung hängt abg g g

– von den Stoffeigenschaften (stoffspezifische Reaktivität)

– vom spezifischen Ozoneintrag

• Wirkung der Nachbehandlung (ZSF, BAK, LSF)

– Kaum Einfluss auf den Spurenstoffgehalt (Ausnahme: Benzotriazol)

V i d CSB K i 37 39 /L 25 /L– Verringerung der CSB‐Konzentration: 37‐39 mg/L  25 mg/L

– Ziele für Phosphorentfernung nicht beeinträchtigt

• Desinfektion• Desinfektion

– Einhaltung von 1000 MPN/100 mL für E.Coli nach Ozonung (> 0,6 mgO3/mg DOC) und Filtration möglich 

• (aber: Spurenstoffentfernung nur bis Trockenwetterspitze und ggf. Beeinträchtigung des Ozonung durch Nitrit)

– UV‐Desinfektion nach Filtration oder Ozonung+Filtration erzielt deutlich geringere Ablaufwerte

12

Spezieller Dank auch an:Spezieller Dank auch an:

Berliner WasserbetriebeMargit Preuss + Labor RuhlebenMargit Preuss + Labor RuhlebenSiegrid Neideck + Labor MünchehofeRayk Heyden + Labor JungfernheideLothar Wolln Jörn FrankensteinLothar Wollny, Jörn Frankenstein,……….

Studenten:Paul Lardon, Jan Schütz, Mathias Wilke, Martin Skaznik, Henriette Hartkopp, Flavie Prieux, Isha Basyal und Britta Wiedemann

Partner Gefördert von Partner

Bildung und Abbau von NDMA(TW G t 10 /L)(TW‐Grenzwert: 10 ng/L)