Versuchsaufbau und erzielte Resultate beim Grossversuch

PAK-Versuche ARA Flos (Wetzikon)

Dr. Michael Thomann, HOLINGER AG

Versuchsaufbau und erzielte Resultate beim Grossversuch

Wetzikon 15. Nov 2013

Mikroverunreinigungen rsp. Spurenstoffe

2

1’200 Nanogramm pro Liter = 1 Würfelzucker in einem Olympiaschwimmbecken

1200 Nanogramm pro Liter = Diclofenac-Konzentration im Zulauf ARA

Aktivkohle zur Entfernung von Spurenstoffen

3

Nachgeklärtes Abwasser Gereinigtes Abwasser Aktivkohle-Behandlung

STEP de Vidy (Lausanne)

4

• Ozon und Aktivkohle vergleichbar

• Für die meisten Stoffe sind Eliminationen > 80% erreichbar

Quelle: - Thonney 2010, i-net Basel Okt 2010

Verfahrensvergleich – STEP de Vidy in Lausanne

5

Verfahren Entfernung von Mikroverunreinigungen

• Ozonung

• Aktivkohle-Verfahren • Ulmer-Verfahren (PAK) mit Rückführung des PAK in die Biologie • Ulmer-Verfahren (PAK) ohne Rückführung des PAK in die Biologie • Direktdosierung (PAK) auf Sandfilter • Pulveraktivkohle Direktdosierung in die Biologe (PAK) • ActiflowCarb (PAK) • Adsorption (PAK) und Abtrennung mit Membranen • Granulierte Aktivkohle (GAK)

• Kombination Ozonung und Filtration mit granulierter Aktivkohle (GAK)

6

Ausgangslage vor den Versuchen

- Adsorption vieler organischer Spurenstoffe an Pulveraktivkohle funktioniert Elimination >=80% (Versuche Ulm, Mannheim, EAWAG, STEP de Vidy, ARA Schönau-Cham, ARA Kloten-Opfikon)

- Ziele:

- Abtrennung beladener Pulveraktivkohle

- Verfahren mit wenig Platzbedarf

- Robustes Verfahren

- Möglichst geringe Anpassung bestehende Infrastruktur

- Geringe Dosiermenge von Aktivkohle

7

Zweistufiges PAK-Verfahren im Gegenstrom

8

Beispiel: Böblingen-Sindelfingen (250’000 EW)

PAK-Behandlung 1’000 l/s Qmax,ARA = 2’000 l/s

Bildquelle: Google maps

9

Direktdosierung Pulveraktivkohle in Biologie

10

Beispiel ARA Flos – Wetzikon (37’000 EW)

SF Sandfang VKB Vorklärung NKB Nachklärung FHM Flockungshilfsmittel PAK Pulveraktivkohle

VKB

VKB Biologie 3

Biologie 4

NKB 3

NKB 4

Biologie 1

Biologie 2

NKB 1.1

NKB 1.2

NKB 2.1

NKB 2.2 Filterzelle 1 Filterzelle 2 Filterzelle 3 Filterzelle 4

2/3 Q

1/3 Q

SF

SF

Dynasandfilter

FHM

FHM

FHM

PAK

PAK

DOC

Trübung DOC

NO2-N Trübung

DOC

NO2-N Trübung

DOC

NH4-N

Beispiel ARA Flos – Wetzikon (37’000 EW)

Beispiel ARA Flos – Wetzikon (37’000 EW)

ARA Flos (Wetzikon) - Fragestellungen

1. Elimination organischer Spurenstoffe bei Direktdosierung in die Biologie?

2. Elimination Mikroverunreinigungen während Regenereignissen?

3. Verbesserung Absetzeigenschaften Belebtschlamm durch PAK-Direktdosierung in Biologie?

4. Wie sicher ist Dynasand-Filter für PAK-Rückhalt ? (Vortrag Prof. M. Boller)

VKB

VKB Biologie 3

Biologie 4

NKB 3

NKB 4

Biologie 1

Biologie 2

NKB 1.1

NKB 1.2

NKB 2.1

NKB 2.2 Filterzelle 1 Filterzelle 2 Filterzelle 3 Filterzelle 4

2/3 Q

1/3 Q

SF

SF

Dynasandfilter

PAK

PAK

Elimination bei Trockenwetter

Referenzstrasse

PAK-Versuchsstrasse

Elimination bei Trockenwetter ∅PAK_dos = 16 mg/l

∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 93%∅Elimination Referenzstrasse = 36%

∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 95%∅Elimination Referenzstrasse = 3%

01'0002'0003'0004'0005'0006'0007'0008'0009'000

1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

BenzotriazolAblauf Vorklärung [ng/l]

Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]

Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]

24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012

0200400600800

1'0001'2001'4001'600

1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

DiclofenacAblauf Vorklärung [ng/l]

Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]

Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]

24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

Elimination bei Trockenwetter ∅PAK_dos = 16 mg/l

0

100

200

300

400

500

600

700

1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

Sulfamethoxazol Ablauf Vorklärung [ng/l]

Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]

Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]

24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012

nich

t nac

hwei

sbar

∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 91%∅Elimination Referenzstrasse = -7%

0

200

400

600

800

1'000

1'200

1'400

1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

AcetylsulfamethoxazolAblauf Vorklärung [ng/l]

Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]

Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]

24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = >95%∅Elimination Referenzstrasse = >95%

0

1'000

2'000

3'000

4'000

5'000

1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

MethylbenzotriazolAblauf Vorklärung [ng/l]

Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]

Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]

24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012

0

50

100

150

200

250

300

350

1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

CarbamazepinAblauf Vorklärung [ng/l]

Ablauf NKB PAK-Versuchsstrasse [ng/l]

Ablauf NKB Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]

24.10.2012 25.10.2012 8.11.2012 20.11.2012 21.11.20129.11.2012

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

nich

t nac

hwei

sbar

Elimination bei Trockenwetter ∅PAK_dos = 16 mg/l

∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 99%∅Elimination Referenzstrasse = 30%

∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = >95%∅Elimination Referenzstrasse = -12%

VKB

VKB Biologie 3

Biologie 4

NKB 3

NKB 4

Biologie 1

Biologie 2

NKB 1.1

NKB 1.2

NKB 2.1

NKB 2.2 Filterzelle 1 Filterzelle 2 Filterzelle 3 Filterzelle 4

2/3 Q

1/3 Q

SF

SF

Dynasandfilter

PAK

Elimination bei Regenwetter

Referenzstrasse

PAK-Versuchsstrasse

19

Elimination bei Regenwetter – Ereignis 1

0

10

20

30

40

50

60

0

50

100

150

200

250

300

23.07.2013 15:00 23.07.2013 19:00 23.07.2013 23:00 24.07.2013 03:00 24.07.2013 07:00

PAK-

Dosie

rung

[mg/

l]Re

geni

nten

sität

[l/s

ec/h

a]

Zuflu

ss A

RA [l

/sec

]

Zufluss ARA [l/sec] PAK-Dosierung [mg/l] Regenintensität [l/sec/ha]

0

100

200

300

400

500

600

23.07.2013 15:00 23.07.2013 19:00 23.07.2013 23:00 24.07.2013 03:00 24.07.2013 07:00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

Carbamazepin

Ablauf Vorklärung [ng/l]Ablauf Filter PAK-Versuchsstrasse [ng/l]Ablauf Filter Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]Modell Konzentration Ablauf Filter

∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 86%∅Elimination Referenzstrasse = -13%

20

Elimination bei Regenwetter – Ereignis 1

0

10

20

30

40

50

60

0

50

100

150

200

250

300

23.07.2013 15:00 23.07.2013 19:00 23.07.2013 23:00 24.07.2013 03:00 24.07.2013 07:00

PAK-

Dosie

rung

[mg/

l]Re

geni

nten

sität

[l/s

ec/h

a]

Zuflu

ss A

RA [l

/sec

]

Zufluss ARA [l/sec] PAK-Dosierung [mg/l] Regenintensität [l/sec/ha]

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

23.07.2013 15:00 23.07.2013 19:00 23.07.2013 23:00 24.07.2013 03:00 24.07.2013 07:00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

Mecoprop

Ablauf Vorklärung [ng/l]Ablauf Filter PAK-Versuchsstrasse [ng/l]Ablauf Filter Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]Modell Konzentration Ablauf Filter ∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 76%

∅Elimination Referenzstrasse = 32%

21

Elimination bei Regenwetter – Ereignis 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

50

100

150

200

250

300

07.09.2013 23:00 08.09.2013 11:00 08.09.2013 23:00 09.09.2013 11:00

PAK-

Dosie

rung

[mg/

l]Re

geni

nten

sität

[l/s

ec/h

a]

Zuflu

ss A

RA [l

/sec

]

Zufluss ARA [l/sec] Regenintensität [l/sec/ha] PAK-Dosierung [mg/l]

0

100

200

300

400

500

600

07.09.2013 23:00 08.09.2013 11:00 08.09.2013 23:00 09.09.2013 11:00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

Carbamazepin

Ablauf Vorklärung [ng/l]

Ablauf Filter PAK-Versuchsstrasse [ng/l]

Ablauf Filter Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]

Modell Konzentration Ablauf Filter [ng/l]

∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 95%∅Elimination Referenzstrasse = 18%

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

07.09.2013 23:00 08.09.2013 11:00 08.09.2013 23:00 09.09.2013 11:00

Konz

entr

atio

n [n

g/l]

Mecoprop

Ablauf Vorklärung [ng/l]Ablauf Filter PAK-Versuchsstrasse [ng/l]Ablauf Filter Referenzstrasse ohne PAK [ng/l]Modell Konzentration Ablauf Filter [ng/l]

22

Elimination bei Regenwetter – Ereignis 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

50

100

150

200

250

300

07.09.2013 23:00 08.09.2013 11:00 08.09.2013 23:00 09.09.2013 11:00

PAK-

Dosie

rung

[mg/

l]Re

geni

nten

sität

[l/s

ec/h

a]

Zuflu

ss A

RA [l

/sec

]

Zufluss ARA [l/sec] Regenintensität [l/sec/ha] PAK-Dosierung [mg/l]

∅Elimination PAK-Versuchsstrasse = 47%∅Elimination Referenzstrasse = -11%

23

Elimination – Trocken- und Regenwetter

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse ohne

PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK[%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%]

Elimination Trockenwetterversuche (n=6)

93 36 >95 -12 95 3 91 -7 >95 >95

Elimination Regenwetterversuch 23./24.07.2013

85 52 86 -13 88 46 76 16 100 99 76 32

Elimination Regenwetterversuch 08./09.09.2014

81 49 96 22 79 43 84 43 100 100 33 -42

Benzotriazol Carbamazepin Diclofenac Sulfamethoxazol Acetylsulfamethoxazol Mecoprop

1. Elimination organischer Spurenstoffe bei Direktdosierung in die Biologie?

→ mit 16 mg/l > 90% Elimination (auf ARA Flos in Wetzikon)

24

Elimination – Trocken- und Regenwetter

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse ohne

PAK

PAK-Versuchs-

strasse

Referenz-strasse

ohne PAK[%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%]

Elimination Trockenwetterversuche (n=6)

93 36 >95 -12 95 3 91 -7 >95 >95

Elimination Regenwetterversuch 23./24.07.2013

85 52 86 -13 88 46 76 16 100 99 76 32

Elimination Regenwetterversuch 08./09.09.2014

81 49 96 22 79 43 84 43 100 100 33 -42

Benzotriazol Carbamazepin Diclofenac Sulfamethoxazol Acetylsulfamethoxazol Mecoprop

2. Elimination Mikroverunreinigungen während Regenereignissen? → mit 16 mg/l > 80% Elimination (auf ARA Flos in Wetzikon)

PAK-Dosierung Biologie - EAWAG

25 Aus Zwickenpflug et al. 2010, Abschlussbericht Pulveraktivkohle-Versuche EAWAG

26

Ulmer-Verfahren

Aus: Zwickenpflug et al., Einsatz von Pulveraktivkohle zur Elimination von Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser, Abschlussbericht, EAWAG, 2010.

Zweistufige PAK-Dosierung - EAWAG

27

Schlammvolumenindex – ARA Flos

0

50

100

150

200

250

300

350

08.09.2012 07.11.2012 06.01.2013 07.03.2013 06.05.2013 05.07.2013 03.09.2013

Schl

amm

volu

men

inde

x [m

l/g]

SVI BB1 (Referenz) [ml/g] SVI BB2 (Referenz) [ml/g]

SVI BB3 (PAK-Versuchsstrasse) [ml/g] SVI BB4 (PAK-Versuchsstrasse) [ml/g]

Schlammvolumenindex - EAWAG

Aus Zwickenpflug et al. 2010, Abschlussbericht Pulveraktivkohle-Versuche EAWAG 28

Schlussfolgerungen PAK-Direktdosierung ARA Flos

1. Direktdosierung ist bei genügend grossen Belebungsbecken mit bestehendem Filter eine prüfenswerte Behandlungsmethode

2. Elimination Mikroverunreinigungen während Trockenwetter und Regenwetter > 80% mit 16 mgPAK/l möglich

3. Schlechte Absetzeigenschaften des Belebtschlammes werden durch PAK-Direktdosierung in Biologie deutlich verbessert

4. Kohleauswahl, Dosierstelle und Hintergrund-DOC sind zentrale Einflussgrössen auf Eliminationsleistung

30 20.11.2013

Herzlichen Dank: • ARA Flos - Wetzikon • Stadt Wetzikon • Hochschule für Technik Rapperswil, UMTEC • Ensola AG • aQa.engineering • AWEL Kanton Zürich • BAFU • Agroscope Wädenswil • ERZ Entsorgung+Recycling