Abwasseraufbereitung Tatort vierte Reinigungsstufe – anthropogene Spurenstoffe eliminieren

Autor / Redakteur: Michael Birmelin* / Dr. Jörg Kempf

Anthropogene Spurenstoffe, d. h. vom Menschen verursachte, biologisch äußerst abbauresistente Verbindungen, die über das Abwasser in Trinkwasserreserven gelangen, entwickeln sich zu einem immer größer werdenden Problem. Die sogenannte vierte Reinigungsstufe in der Abwasserbehandlung soll’s richten. Hauptakteure: Aktivkohle und Ozon. Folgen Sie uns an den „Tatort“.

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Ozongeneratoren der Baureihe Ozonfilt gewährleisten hohe Betriebssicherheit bei minimierten Betriebskosten. Sie sind nahezu wartungsfrei und erzeugen Ozon (bis zu 200 g/Nm3) aus Druckluft oder Sauerstoff.
Ozongeneratoren der Baureihe Ozonfilt gewährleisten hohe Betriebssicherheit bei minimierten Betriebskosten. Sie sind nahezu wartungsfrei und erzeugen Ozon (bis zu 200 g/Nm3) aus Druckluft oder Sauerstoff.
(Bild: Prominent)

Substanzen wie Arzneimittelwirkstoffe, Inhaltsstoffe von Kosmetika oder Reinigungsmitteln, Pestizide und Herbizide aus der Landwirtschaft sowie auch Hormone belasten Abwässer selbst in sehr geringen, oft schwer nachweisbaren Konzentrationen. Viele dieser zum Teil schädlichen Substanzen und Mikroverunreinigungen sind biologisch schlecht abbaubar oder lassen sich mit gängigen Methoden der Abwasseraufbereitung nicht entfernen. Um den Eintrag von Spurenstoffen aus kommunalem Abwasser zu reduzieren, sind weitergehende Verfahren über die gängige Abwasserreinigung hinaus – also im Anschluss an die mechanische, biologische und chemische Reinigung – notwendig.

Zwei vielversprechende Lösungen sind die Abwasserbehandlung mit Aktivkohle und mit Ozon. „Tatort“ für beide Verfahren ist die sogenannte vierte Reinigungsstufe in Kläranlagen, in manchen Ländern wie der Schweiz bereits gesetzlich vorgeschrieben. Der Eintrag von Mikroverunreinigungen in die Gewässer kann dadurch entscheidend reduziert werden.

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Adsorption durch Aktivkohle

Beim Einsatz von Aktivkohle kommt wahlweise Pulveraktivkohle (PAK) oder granulierte Aktivkohle (GAK) zum Einsatz. Pulveraktivkohle wird dem Abwasser im Kontaktreaktor zudosiert und vermischt. Die Spurenstoffe lagern sich an die Oberfläche der Aktivkohle an. Anschließend sinkt die beladene Aktivkohle im Sedimentationsbecken ab und wird durch eine nachfolgende Filterung nahezu vollständig entfernt. Die Parameter CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) und der Pges (Gesamt Phosphorgehalt) werden ebenso unter die Schwellenwerte nach AbwAG (Abwasserabgabengesetz) reduziert.

Für die großtechnische Eliminierung mit PAK entwickelte das schwedische Unternehmen Tomal eine spezielle PAK-Dosiereinheit, die Pulveraktivkohle volumetrisch und reproduzierbar mit hoher Genauigkeit (>99 %) dosiert – ohne gravimetrische Wiegeeinrichtung. Die Entleer- und Dosierstation ist für die Verwendung von Big-Bags mit Auslaufstutzen konstruiert. Der Big-Bag wird mithilfe eines Gabelstaplers in das Gestell eingehängt. Die Andockstation des Dosierers ist auf den Auslaufstutzen des Big-Bags abgestimmt und gewährleistet eine staubfreie Entleerung.

Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme bietet der Hersteller eine Rütteleinrichtung. Der selbstreinigende Mechanismus des Multischneckendosierers gewährleistet eine störungsfreie Dosierung der Aktivkohle. Es wird genau die benötigte Menge Aktivkohle dosiert, mit der eine optimale Adsorption der Spurenstoffe erzielt wird. Eine Überdosierung und damit verbundene Kosten werden vermieden. Ein Venturi-Mischer führt die entstandene Suspension dem Abwasser zu.

In der Regel adsorbiert die Aktivkohle bis zu 80 Prozent der Spurenstoffe und sinkt in einem Sedimentationsbecken langsam auf den Grund. Dieser Vorgang kann durch Zugabe von Flockungsmittel beschleunigt werden. Der entstehende Schlamm aus Aktivkohle und Fällmittel wird anschließend mit dem Klärschlamm entwässert, getrocknet und einer thermischen Verwertung zugeführt.

Granulierte Aktivkohle wird im Gegensatz zu Pulveraktivkohle nicht dem Abwasser hinzu gegeben. Sie befindet sich in einem Behälter, der vom Abwasser durchströmt wird und wie ein Filter wirkt. Die Kohle wird ausgetauscht und teilweise für andere Anwendungen regeneriert.

Es wird erwartet, dass bei Verwendung von PAK und GAK auch Mikroplastik durch überwiegend elektrostatische Anziehungskräfte angelagert wird und somit eliminiert werden kann.

Oxidation durch Ozon

Im Vergleich zur Adsorption mit Aktivkohle baut Ozon als eines der stärksten Oxidationsmittel Spurenstoffe mittels Oxidation ab oder wandelt sie zu kleineren Molekülen um. Diese lassen sich durch Mikroorganismen in einer Nachbehandlungsstufe leichter abbauen oder durch Adsorption an GAK entfernen. Positive Nebeneffekte der Ozonung sind eine teilweise Desinfektion des Abwassers, eine Entfärbung und eine weitergehende CSB-Reduktion. Für die technische Umsetzung sind, wie bei der Aktivkohle, die Kontaktzeit und die spezifische Dosierung entscheidend.

Ozon wird vor Ort in einem Ozongenerator hergestellt und direkt ohne Zwischenlagerung in das Wasser eingebracht. Als Einsatzgas wird großtechnisch Flüssigsauerstoff verwendet. Bei Ozonfilt-Ozonanlagen von Prominent wird der Sauerstoff unter Druck in den Ozonerzeuger eingespeist. Das modular aufgebaute, flexible Anlagenkonzept sorgt für eine hohe Betriebssicherheit: Das einfache Zu- und Abschalten einzelner Module gewährleistet eine effiziente, eingebaute Redundanz. Anlagenerweiterungen sind leicht möglich.

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Mittels integriertem Gasregelventil lässt sich das Betriebsgas abhängig von der Ozonleistung regeln. Das gewährleistet eine konstante Ozonkonzentration im Gasvolumenstrom. Gleichzeitig lassen sich ein reduzierter Verbrauch von energieaufwändig erzeugtem Sauerstoff und eine optimale Einmischung auch in geregeltem Anlagenbetrieb realisieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen werden bis zu 50 Prozent weniger Sauerstoff verbraucht.

Eine spezielle Konstruktion der Mischeinrichtung sorgt für eine nahezu vollständige Lösung des Ozons und optimale Konzentration im aufzubereitenden Wasser. Eine direkte Einimpfung ohne Injektorsystem ist bis 2 bar Gegendruck möglich. Gesteigerte Prozesssicherheit gewährleistet ein ortsunabhängiges Anlagenmonitoring in Echtzeit über eine Online-Plattform: Zuverlässigkeit und Transparenz durch Echtzeitüberwachung, individuelle Alarme und automatisierte Reports.

Fazit: Die Elimination der Spurenstoffe mit Aktivkohle sowie mit Ozon ist in vielen unterschiedlichen Varianten möglich. Beide Verfahren lassen sich meist gut in bestehende Kläranlagen integrieren. Welche Technologie eingesetzt wird, ist abhängig von den örtlichen Rahmenbedingungen, der Beschaffenheit der Abwässer sowie betriebswirtschaftlichen Aspekten. Beide Eliminationstechniken können eine Breitbandwirkung und teilweise eine Eliminationsleistung von über 80 Prozent erreichen.

Prominent unterstützt Betreiber von kommunalen Abwasserreinigungsanlagen bei der Durchführung von Pilotprojekten zur Abwasserbehandlung mit PAK, GAK und Ozon. Auf Wunsch erfolgt die Projektbegleitung und das Engineering in Zusammenarbeit mit einem Partnerunternehmen, das auf industrielle und kommunale Wasser-, Abwasser- und Schlammbehandlung spezialisiert ist.

* Der Autor ist Marketing-Redakteur bei der Prominent GmbH in Heidelberg.

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