Fragen zur Verfahrenswahl

Zur Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen haben sich bislang zwei Verfahren etabliert: der Einsatz von Ozonung, sowie der Einsatz von Aktivkohle. Wird in der Schweiz eines der beiden Verfahren vorgeschrieben, bzw. bevorzugt?

Nein, es wird weder eines der beiden Verfahren bevorzugt noch vorgeschrieben. Das Ziel ist, die jeweils bestmögliche Lösung für die einzelne ARA zu eruieren und umzusetzen. Dabei müssen verschiedene Aspekte mitberücksichtigt werden, wie beispielsweise: Platzverhältnisse, bestehende Infrastrukturen, vorgeschaltetes biologisches Reinigungsverfahren und deren Kapazität, etc. Eine weitere relevante Randbedingung - insbesondere für die Behandlung mit Ozon - ist die Abwasserzusammensetzung (s. auch FAQ zu den Abklärungen). In diesem Sinne muss frühzeitig (vor der Verfahrenswahl) abgeklärt werden, ob das Abwasser für eine Ozonung geeignet ist.

Die Verfahrenstechnik entwickelt sich weiter: Ist es sinnvoll, jetzt schon eine MV-Stufe zu realisieren, oder ist damit zu rechnen, dass sich die Verfahren in den nächsten Jahren noch stark ändern?

Im Artikel „Elimination von Mikroverunreinigungen auf ARA: Aktueller Stand der Verfahren und künftige Entwicklungen“ (Aqua & Gas, November 2017) sind die Veränderungen der Verfahren zur Elimination der Mikroverunreinigungen aus dem kommunalen Abwasser, der aktuelle Stand des Wissens und die künftigen Entwicklungen in diesem Bereich dargestellt.

Die beiden Verfahrensvarianten (Ozonung und Pulveraktivkohle) sind in der Zwischenzeit gut etabliert. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass die Verfahren tendenziell kompakter und günstiger werden (z.B. PAK-Dosierung in die biologische Reinigungsstufe oder vor den Sandfilter). Weitere Verfahrensalternativen stellen beispielsweise die granulierte Aktivkohle (GAK) im statischen Filter wie auch im Wirbelbett dar. Aktuell ist die Entwicklung eines komplett neuen Verfahrens nicht in Sicht.

Welche Verfahren sind bereit für die Umsetzung?

Die Ozonung und das Ulmerverfahren sind heute Standardverfahren. Die Dosierung von PAK vor den Sandfilter oder in die Biologie sind auf dem Weg zum Standardverfahren. Bei den Verfahrenskombinationen sowie die Verfahren GAK im Wirbelbett und GAK-Filtration sind noch weitere Erfahrungen nötig (s. Artikel).

Gibt es Abklärungen, die bei der Verfahrenswahl durchgeführt werden sollten?

Wenn eine Ozonung in Betracht gezogen wird, muss frühzeitig (z.B. im Rahmen der Vorstudie) abgeklärt werden, ob sich ein bestimmtes Abwasser für eine Ozonbehandlung geeignet ist oder nicht. Grundsätzlich hat eine Behandlung mit Ozon viele positive Effekte: Entfernung von Spurenstoffen, Verringerung der negativen Auswirkungen des Abwassers auf Wasserlebewesen sowie Desinfektion und Entfärbung des Abwassers. Es ist bekannt, dass bei ungeeigneten Abwässern stabile, toxische Umwandlungsprodukte (= Oxidationsnebenprodukte) gebildet werden können. Dies ist beispielsweise der Fall bei ARA mit problematischen Industrieabwasser-Einleitern (z.B. hohe Bromidfrachten; siehe Artikel). Bei ARA mit grösstenteils kommunal geprägtem Einzugsgebiet ist das aber nicht der Fall.

Die VSA-Empfehlung „Abklärungen Verfahrenseignung Ozonung“ beschreibt, wie bei diesen Abklärungen vorzugehen ist, und wie die Resultate zu interpretieren sind. Diese Abklärungen gehören zu den anrechenbaren Kosten und werden zu 75% abgegolten.

Eine Liste der Labore, die diese Abklärungen anbieten, kann auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden.

Aus Sicht der gesetzlichen Anforderungen können sowohl Verfahren mit Ozon als auch PAK/GAK die geforderte 80%-ige Elimination erfüllen. Ist es gerechtfertigt, beim Fokus auf Trinkwasserschutz generell ein PAK-Verfahren zu bevorzugen?

Bei der Auswahl des geeigneten Verfahrens muss der Aspekt eines sachgemässen Gewässerschutzes neben anderen Aspekten wie Wirtschaftlichkeit, Stand der Technik und zweckmässige Planung berücksichtigt werden. Die Auswirkungen auf andere Sektoren der Wasserwirtschaft (wie z.B. Trinkwasser) müssen geprüft werden.

Wann ist eine Verfahrenskombination geeignet, wann ist sie als eher kritisch zu beurteilen? Was sind ihre Vor- und Nachteile?

Eine Verfahrenskombination (Ozon in Kombination mit Aktivkohle) ist technisch umsetzbar und erlaubt eine höhere Flexibilität. Eine Verfahrenskombination ist aber hauptsächlich für grosse ARA wirtschaftlich. Es ist anzumerken, dass auch bei einer Verfahrenskombination abgeklärt werden muss, ob ein Abwasser für die Ozonung geeignet ist (s. Artikel).

Eignet sich die PAK-Direktdosierung in die Biologie auch für Wirbelbettanlagen?

Pilotversuche zur Dosierung von PAK in Biofilmsysteme sind aktuell (Stand: 2017) am Laufen. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass sowohl die Festbett- wie auch die Wirbelbett-Systeme nur bedingt geeignet sind. Die PAK-Zugabe in Hybridwirbelbett-Systeme wie auch in Systeme mit granulierter Biomasse kann jedoch funktionieren (s. Artikel).

Welche Effekte hat die PAK-Dosierung auf die bestehende Abwasserreinigung und die Faulung?

Bei einem nachgeschalteten PAK-Verfahren (z.B. „Ulmerverfahren“ oder PAK-Dosierung vor den Sandfilter) wird die PAK üblicherweise in die biologische Reinigungsstufe zurückgeführt (Ausnutzung einer sogenannten Mehrstufigkeit macht das Verfahren effizienter). Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die Biologie über eine ausreichende Kapazität verfügt, um die Nitrifikation dadurch nicht zu beeinträchtigen. Im Fall einer Direktdosierung in die Biologie sollte die vorhandene Kapazität in der Biologie noch grösser sein, da tendenziell mehr PAK dosiert wird. 

Bei allen drei Verfahren ist auch in der Faulung ausreichend Kapazität vorzusehen, denn die PAK wird zusammen mit dem Klärschlamm der Faulung zugeführt. In der VSA-Empfehlung «Definition und Standardisierung von Kennzahlen für Verfahren zur Elimination von organischen Spurenstoffen in ARA» wird bei PAK-Stufen von einer zusätzlichen Schlammproduktion von 1.5 Mal der dosierten PAK-Menge ausgegangen; darin sind der adsorbierte DOC wie auch der Fällschlamm enthalten.

Um den mechanischen Abrieb von Geräten durch Aktivkohle zu mindern, müssen abriebfeste Materialien verwendet werden.

Ändert sich die Klärgaszusammensetzung mit PAK oder GAK?

Eine halbtechnische Pilotierung des Kompetenzzentrum Spurenstoffe in Baden-Würtemberg (KomS) hat gezeigt, dass die Pulveraktivkohle grundsätzlich keine negativen Auswirkungen auf den Faulungsprozess hat. Bei der Anwendung von PAK auf einer Kläranlage wird die gleiche Gasmenge produziert, wie vor dem Ausbau der Kläranlage, wobei der Methananteil im Faulgas bei der Anwendung von PAK jedoch leicht höher ist (ca. 1.5 Prozentpunkte) (s. Faktenblatt „PAK in der Schlammbehandlung“). Die Anwendung von GAK hat keinen Einfluss auf die Schlammbehandlung, da die GAK nicht in die Biologie zurückgeführt wird und somit nicht mit dem Schlamm der Schlammbehandlung zugeführt wird (die GAK wird extern regeneriert).

Wurden bereits Versuche zur Optimierung der Ozonzugabe mit Hilfe geeigneter Regelungstechnik und Analytik durchgeführt?

Auf der ARA Neugut ist die Optimierung der Ozonung schon fortgeschritten. Eine innovative Regelstrategie der Ozonung (BEAR) mittels UV-Sonden erlaubt einen stabilen und optimierten Betrieb. Diese Steuerung und Regelung wird in diesem A&G-Artikel beschrieben.

Die Reduzierung des Ozonverbrauchs bei gleichbleibender Elimination der MV (LOD-Konzept) ist in diesem A&G Artikel beschrieben. Das Mehrkammereintragsverfahren reduziert den Ozonverbrauch um bis zu 20%.

Wie sind die Betriebskosten bei nachgeschalteter PAK / MV Elimination im Vergleich zur Direktdosierung in die Biologie? Gibt es da Anhaltspunkte von Referenzanlagen?

Nach heutigem Wissensstand wird geschätzt, dass die Betriebskosten einer PAK-Direktdosierung in die Biologie im Vergleich zu den Betriebskosten eines Ulmer-Verfahrens etwa 25 bis 50% höher liegen. Diese höheren Betriebskosten für die Direktdosierung erklären sich dabei hauptsächlich mit dem höheren Verbrauch an Aktivkohle. Für die Direktdosierung gibt es bisher keine Referenzanlagen, die das Verfahren grosstechnisch realisiert haben.

xeiro ag