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Durchführung von Rührversuchen mit Pulveraktivkohlen der Firma Chemviron

Von 2003 bis 2009 untersuchte die Hochschule Biberach in einem FuE-Vorhaben, wie und in welchem Umfang die organische Restverschmutzung im Ablauf kommunaler Kläranlagen mit Hilfe von Pulveraktivkohle weiter verringert werden kann. Ziel des Vorhabens war es, eine dauerhafte Unterschreitung der CSB-Ablaufwerte von 20 mg/L sicherzustellen. In Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass das Produkt'SAE Super' von Norit die höchsten Eliminationsraten hinsichtlich des DOC aufweist, weshalb diese Pulveraktivkohlesorte primär für die Versuche im Durchlaufbetrieb eingesetzt wurde. Mittlerweile zeigen jedoch auch andere Wettbewerber Interesse am Einsatz ihrer Pulveraktivkohleprodukte für diese Verfahrenstechnik. Da die Bewertung der Eliminationsleistung eines Produktes anhand eines Durchlaufversuchs vergleichsweise zeit- und kostenintensiv ist, wird zunächst ein Laborversuch durchgeführt: In biologisch gereinigtes Abwasser werden verschiedene Aktivkohlemengen des zu bewertenden Produktes sowie des Referenzproduktes (hier: Norit'SAE Super') zugegeben und 30 Minuten bzw. 24 Stunden lang gerührt. Nach dieser Zeit wird ein Teil der Probe membranfiltriert, sodass anschließend ein direkter Vergleich der noch vorhandenen, gelösten Verschmutzung möglich ist. Die Firma Chemviron beauftragte die Hochschule Biberach mit der Durchführung dieser Untersuchung, bei der sieben Aktivkohleprodukte des Herstellers getestet wurden.

Untersuchungen zur Entnahme der organischen Restverschmutzung aus kommunalem Abwasser mittels Pulveraktivkohle der Firma Jacobi Carbons GmbH

Von 2003 bis 2009 untersuchte die Hochschule Biberach in einem FuE-Vorhaben, wie und in welchem Umfang die organische Restverschmutzung im Ablauf kommunaler Kläranlagen mit Hilfe von Pulveraktivkohle weiter verringert werden kann. Ziel war es, eine dauerhafte Unterschreitung der CSB-Ablaufwerte von 20 mg/L sicherzustellen. In Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass das Produkt 'SAE Super' von Norit die höchsten Eliminationsraten hinsichtlich des DOC aufweist, sodass diese Pulveraktivkohlesorte primär für die Versuche im Durchlaufbetrieb eingesetzt wurde. Ähnlich gute Entnahmeraten zeigte im Standversuch eine Pulveraktivkohle von Jacobi Carbons. Nun sollte untersucht werden, ob diese vergleichbaren Entnahmeraten auch im Durchlaufbetrieb erreicht werden können. Ziel der Untersuchungen war es daher, zum einen Erkenntnisse zur Eliminationsleistung der gelösten organischen Restverschmutzung (DOC bzw. CSB) in der Adsorptionsstufe bei einer mittleren Aktivkohledosierung von 10 bzw. 20 mg/L zu erhalten. Zusätzlich wurden an vier Versuchstagen im Zu- und Ablauf der Adsorptionsstufe die Wirkstoffkonzentrationen bestimmter Arznei- und Röntgenkontrastmittel gemessen, um den Umfang der ebenfalls gegebenen Entnahme von Spurenstoffen bestimmen zu können. Darüber hinaus sollte geklärt werden, ob sich durch den Einsatz dieses Kohleproduktes hinsichtlich betrieblicher Aspekte, wie zum Beispiel der Abtrennbarkeit im Sedimentationsbecken, weitere Erkenntnisse ergeben.

Entwicklung von Wiederbeladungsverfahren zum optimierten Einsatz von Pulveraktivkohle in der weitergehenden Abwasserreinigung

Viele kommunale Klaeranlagen stehen vor dem Problem, dass industrielle Einleiter die Abwasserbeschaffenheit stark beeinflussen, wie z.B. Betriebe der Textilindustrie, die eine intensive Faerbung des Abwassers bewirken. Aktivkohle zeichnet sich aus, gerade diejenigen geloesten Stoffe bevorzugt zu adsorbieren, die eine konventionelle mechanisch-biologisch Klaeranlage unzureichend entfernt. Zu nennen sind hier insbesondere organische Halogenverbindungen und Farbstoffe. Im Gegensatz zu Kornaktivkohle hat Pulveraktivkohle den Vorteil, dass die Transportvorgaenge am und in Aktivkohlekorn aufgrund der kurzen Diffusionswege schnell ablaufen. Ausgehend von diesen Ueberlegungen wurde das Adsorptions-Flockungs-Sedimentations-Filtrations-Verfahren (AFSF-Verfahren) am Institut fuer Siedlungswasserbau entwickelt. Bei diesem Verfahren wird dem biologisch gereinigten Abwasser Pulveraktivkohle beigemischt, und anschliessend durch Flockung, Sedimentation und Filtration vom gereinigtem Abwasser abgetrennt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es die Reduzierung der erforderlichen Pulveraktivkohlemenge bei gleicher Reinigungsleistung, durch eine Rueckfuehrung der teilbeladenen Pulveraktivkohle in das Kontaktbecken. Hiermit werden die optimalen Bedingungen einer solchen Rueckfuehrung untersucht.

Elimination von Arzneimitteln und organischen Spurenstoffen: Entwicklung von Konzeptionen und innovativen, kostengünstigen Reinigungsverfahren, Phase 2 - Teilprojekt 6

Im Rahmen des Vorhabens werden zwei Verfahren zur weitergehenden Elimination von Arzneimittelrückständen und organischen Spurenstoffen großtechnisch umgesetzt und im Praxisbetrieb erprobt: die Oxidation mittels Ozon und die Adsorption mittels Aktivkohle, jeweils als Integration in den konventionellen Prozess der kommunalen Abwasserbehandlung. Auf drei kommunalen Kläranlagen (KA) der KA Schwerte des Ruhrverbandes, der KA Bad Sassendorf des Lippeverbandes und der KA Duisburg-Vierlinden der Wirtschaftsbetriebe Duisburg AöR, wird im Ablauf der konventionellen kommunalen Abwasserbehandlungsanlage eine Ablaufozonierung eingesetzt. Auf der KA Schwerte wird ergänzend eine Pulveraktivkohlezugabe in einem Rezirkulationsstrom - auch in Kombination mit der Ozonierung - erfolgen. Die drei Kläranlagen unterscheiden sich vor allem hinsichtlich der Abwasserzusammensetzung, des Ozoneintrages, der Steuerung und Messtechnik, der Nachbehandlung im Anschluss an die Ozonierung sowie des Einsatzes von Aktivkohle. Somit wird ein breiter Einsatzbereich abgedeckt, der repräsentative Ergebnisse erwarten lässt. Die Untersuchung der weitergehenden Oxidation mit Ozon und der Adsorption an Aktivkohle soll belastbare und übertragbare Aussagen über das Eliminationsverhalten bezüglich ausgewählter Spurenstoffe, der betrieblichen Umsetzbarkeit auf mechanisch-biologischen Kläranlagen und der Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu anderen Verfahrensansätzen zur Elimination von Spurenstoffen aus dem wasserwirtschaftlichen Kreislauf ermöglichen. Im Rahmen der geplanten Untersuchungen werden im Praxiseinsatz Bedingungen und Vorgaben für Bemessung, Planung und Betrieb der Ozonierung und der Pulveraktivkohlezugabe entwickelt. Durch eine Kosten/Effektivitäts-Bewertung lassen sich Hinweise für kostenoptimierte Bemessungs- und Planungsgrundlagen sowie Betriebshinweise dieser Verfahrenstechniken ableiten. Des Weiteren werden im großtechnischen Einsatz Steuerungs- und Einflussparameter ermittelt, mit denen die Entfernungsrate der Spurenstoffe in Abhängigkeit zur gewählten Ozondosis bzw. PAK-Zugabe abgeschätzt werden kann. Es werden daher mehrere Steuer- und Regelungsalgorithmen auf ihre Tauglichkeit im großtechnischen Betrieb untersucht und bewertet.

Durchführung und wissenschaftliche Begleitung eines Fischmonitorings mit ergänzender Begleitanalytik zur Erfolgskontrolle des Einsatzes von Aktivkohle im Klärwerk Mannheim

Die bisherigen Spurenstoffmessungen im Rahmen der Begleitung der adsorptiven Teilstrombehandlung im Klärwerk Mannheim haben gezeigt, dass mit der Zugabe von Pulveraktivkohle zu biologisch gereinigtem Abwasser eine Vielzahl von Einzelsubstanzen zusätzlich eliminiert werden können. Mit Hilfe eines Fischmonitorings, das im Rahmen der technischen Gewässeraufsicht bayernweit zum Nachweis von estrogen wirksamen Substanzen eingesetzt wird, soll zusätzlich überprüft werden, inwiefern durch die Anwendung von Aktivkohle eine Verminderung von hormonell wirksamen Substanzen gegeben ist. Parallel zum Fischmonitoring wird die estrogene Gesamtaktivität des Abwassers mittels E-Screen-Assay bestimmt, um eine mögliche Übertragbarkeit der Ergebnisse des Fischmonitorings auf das Testsystem des E-Screen-Assay feststellen zu können. Zusätzlich wird anhand einer instrumentellen Einzelstoffanalytik von Estrogenen und estrogen wirksamen Substanzen überprüft, durch welche Stoffe die estrogene Aktivität des Abwassers hervorgerufen wird.

PAK im Belebtschlammbecken (Elimination von Mikroverunreinigungen in ARA mit Pulveraktivkohle im Belebtschlammbecken)

Aufgrund der zu erwartenden neuen Vorschriften in Bezug auf die Elimination von Mikroverunreinigungen aus Abwasser ist zu erwarten, dass zahlreiche Kläranlagen ihren Betrieb erweitern müssen. Die bisher bekannten Verfahren Ozonung oder Elimination mittels PAK mit anschliessender Filtrationsstufe in einem neuen Becken bedeuten für die Kläranlagen hohe Investitionskosten. Durch das vorliegende Forschungsprojekt mit der Direktdosierung von Pulveraktivkohle in das bestehende Belebtschlammbecken soll eine kostengünstige Variante entwickelt werden. Die Pulveraktivkohle soll dabei anschliessend mittels bestehendem Dynasandfilter wieder aus dem gereinigten Abwasser entfernt werden. Ein spezieller Fokus soll dabei auf Biozide aus Regenwasserabflüssen (z.B. von Dach- und Fassadenabwasser) und auf die Möglichkeit der Dosierungsregelung über online erhobene Parameter wie DOC oder UV-Spektrum gelegt werden.

Betriebliche Optimierung der Adsorptionsstufe mit Pulveraktivkohle auf dem Klärwerk Mannheim

Auf Grundlage der Untersuchungen der Hochschule Biberach im Zeitraum 2003 bis 2009 wurde das Klärwerk Mannheim um eine Adsorptionsstufe erweitert, in der im Teilstrombetrieb maximal 300 L/s adsorptiv behandelt werden können. Die Adsorptionsstufe wurde am 01. Juni 2010 in Betrieb genommen. Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung des Projektes wird die Reinigungsleistung im Vergleich zur bisherigen Verfahrensweise untersucht. Darüber hinaus werden die Betriebsstabilität der Adsorptionsstufe bzw. deren technische Aggregate sowie der Betrieb der sich anschließenden Flockungsfiltration überprüft und optimiert. Die Studie umfasst zudem die Bewertung möglicher Veränderungen des Belebtschlamms aufgrund der Anwendung der Aktivkohle im Gegenstromprinzip. In der nachfolgenden Abbildung wird hierzu das Verfahrensschema des Klärwerks Mannheim dargestellt.

Begleitung der Umsetzung des Verfahrens zur adsorptiven Abwasserbehandlung im 20 Prozent-Teilstrom auf dem Klärwerk Mannheim und Erarbeitung einer Machbarkeitsstudie im Hinblick auf eine Umsetzung des Verfahrens für das gesamte Klärwerk

Auf Grundlage der Untersuchungen der Hochschule Biberach im Zeitraum 2003 bis 2009 wurde das Klärwerk Mannheim um eine Adsorptionsstufe erweitert, in der im Teilstrombetrieb maximal 300 L/s adsorptiv behandelt werden können. Die Adsorptionsstufe wurde am 01. Juni 2010 in Betrieb genommen. Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung des Projektes wird die Reinigungsleistung im Vergleich zur bisherigen Verfahrensweise untersucht. Darüber hinaus werden die Betriebsstabilität der Adsorptionsstufe bzw. deren technische Aggregate sowie der Betrieb der sich anschließenden Flockungsfiltration überprüft und optimiert. Die Studie umfasst zudem die Bewertung möglicher Veränderungen des Belebtschlamms aufgrund der Anwendung der Aktivkohle im Gegenstromprinzip.

Aktivkohlebehandlung im Klärwerk Sindelfingen

Auf Grundlage der Untersuchungen der Hochschule Biberach im Zeitraum 2003 bis 2009 wurde das Klärwerk Böblingen-Sindeflingen um eine Adsorptionsstufe erweitert, in der im Teilstrombetrieb maximal 1.000 L/s adsorptiv behandelt werden können. Diese Reinigungsstufe wurde Anfang November 2011 in Betrieb genommen. Im Rahmen der Begleitung des Einfahrbetriebs wird die Reinigungsleistung untersucht. Darüber hinaus wird die Beckengeometrie des Sedimentationsbeckens, das auf Grundlage der bisher im halbtechnischen Maßstab erlangten Erkenntnisse dimensioniert wurde, überprüft, um neue Erkenntnisse zur Auslegung und zum Betrieb derartiger Becken zu erlangen.

Untersuchungen der Elimination von Spurenschadstoffen in der Pulveraktivkohle-Anlage der Kläranlage Mannheim und Erarbeitung von allgemeingültigen Vorschlägen zur Prozesskontrolle

Parallel zum Auftrag der Stadt Mannheim zur wissenschaftlichen Begleitung der Umsetzung zur adsorptiven Abwasserbehandlung im Teilstrom werden Untersuchungen zur Elimination von Spurenstoffen durchgeführt. Bei bisherigen Untersuchungen zur Anwendung von Pulveraktivkohle im halbtechnischen Maßstab wurde die Bewertung der Spurenstoffelimination an der Entnahme von ausgewählten Arzneimittelwirkstoffen sowie nicht-ionischen Röntgenkontrastmitteln festgemacht. Mit den Untersuchungen im Klärwerk Mannheim soll stellvertretend für die Anwendung von Pulveraktivkohle untersucht werden, ob und in welchem Umfang neben Arzneimittelwirkstoffen und nicht-ionischen Röntgenkontrastmitteln weitere Spurenstoffe, wie bspw. Pestizide, synthetische Komplexbildner, aromatische Sulfonate, Kraftstoffadditive, synthetische Moschusverbindungen und perfluorierte Verbindungen, gezielt aus kommunalem Abwasser entfernt werden können.

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