Vierte Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen

Vierte Reinigungsstufe auf kommunalen
Kläranlagen – Weiterentwicklung des Standes
der Technik oder immissionsbezogene Anwendung?
DWA-Workshop Flussgebietsmanagement
am 05.11.2015 in Essen
Regina Gnirß & Dr. Alexander Sperlich
Berliner Wasserbetriebe
Forschung und Entwicklung
Inhalt
 Wasserwirtschaftliche Rahmenbedingungen und Einleitung
 Gewässersanierung durch Phosphor
 Kompakte Raumfiltration gegenüber alternativen Technologien
 Herausforderungen: Spurenstoffe
 FE-Projekte
 Zusammenfassung
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Wasserwirtschaftliche Rahmenbedingungen
Oberflächengewässer
Havel
Mittlere
Abflussverhältnisse
2 bis 10 m³/s
Klärwerkseinleitungen
4 bis 6 m³/s
Spree
Havel
2,4 bis 30 m³/s
8 bis 46 m³/s
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Wasserwirtschaftliche Rahmenbedingungen
Situation in Berlin
 Sanierungsbescheid:
– Phosphor << 0,1 mg/L
 Zukünftige Anforderungen:
– Desinfektion
– Organische Spurenstoffe
 Hoher Abwasseranfall, konzentriertes
Abwasser (DOC von 10-16 mg/l)
 Geringe Verdünnung durch
Oberflächenwasser (Faktor 2 – 6)
 Klimawandel und Demographie:
– Anstieg der Spurenstoffkonzentration
 Nutzung der Oberflächengewässer
zur Uferfiltration/Grundwasseranreicherung
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Einleitung
Gesetzliche Rahmenbedingungen
« Energie-Paket »
Abschwächung des Klimawandels
Wasserrahmenrichtlinie
EU
-40% Emissionen bis 2030
KW Verbesserung
Berlin
-40% Energieverbrauch (2020)
4.? Reinigungsstufe (P, N, etc.)
05.11.2015
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Einleitung
Erweiterung der konventionellen Abwasserreinigung
Erweiterung
Biofiltration
Raumfiltration
Flockungsfiltration
Bodenpassage
OZONUNG
Raumfiltration
Flockungsfiltration
C-Quelle
Membranfiltration
Bodenpassage
• A-Kohle
• Polymere
Flockungsfiltration/ UV
+ evtl.
Zugabe
A-Kohle
Raumfiltration
UV
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Einleitung
Varianten für 4. Reinigungsstufen
< 0,4 mg/L TP
Klarwasserpumpwerk oder UV
Membran m/o
Ozon
(Ist-Situation)
Flockung
Bypass (> 4.5 m³/s)
Raumfilter + UV
Flockung
< 50 µg/L TP
Mikromembran
Raumfilter
(Pilotbetrieb)
UV*
UV*
< 60 - 80 µg/L TP
(Pilotbetrieb)
Mikrosieb + UV
05.11.2015
Flockung
+ Polymer
Mikrosieb
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
UV*
< 90 µg/L TP
(Pilotbetrieb)
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Einleitung
Varianten für 4. Reinigungsstufen
< 0,4 mg/L TP
Klarwasserpumpwerk oder UV
Membran m/o
Ozon
(Ist-Situation)
Flockung
Mikromembran
Bypass (> 4.5 m³/s)
Raumfilter + UV
Flockung
Raumfilter
Investkosten:
50 Mio. €
< 50 µg/L TP
(Pilotbetrieb)
UV*
Investkosten:
< 60 - 80 µg/L TP
30 Mio.
UV*€
(Pilotbetrieb)
Mikrosieb + UV
05.11.2015
Flockung
+ Polymer
Mikrosieb
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
UV*
< 90 µg/L TP
(Pilotbetrieb)
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Kompakte Raumfiltration
Vergleich OWA Tegel
OWA Tegel
Flockungsfiltration (Std d. Techn.)
Ziel
TP ≤ 0,02 mg/L
TP ≤ 0,5 mg/L, TSS ≤ 5 mg/L
(ATV-A 202, ATV-A 203)
Verfahren
2-stufig
Flockung - SedimentationNachflockung - Filtration
1-stufig
Flockung - Filtration
Dosierung
Flockungsmittel
Flockungshilfsmittel (Polymer)
Flockungsmittel
ggf. Flockungshilfsmittel
Betriebserfahrung
Kontinuierliche Optimierung der
Rohrflockung, Filteraufbau (keine
Stützschicht), Filtermaterial
Stützschicht, Einschichtfilter verbreitet,
selten Mehrschichtfilter
05.11.2015
Bims 2,3-4 mm
Sand 0,71-1,25 mm
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
Sand
20-30 cm
80 cm 130 cm
Filterbettaufbau
Stützschicht
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Kompakte Raumfiltration
Vergleich OWA Tegel
OWA Tegel
FE-Projekt Raumfiltration
Ziel
TP ≤ 0,02 mg/L
TP ≤ 0,1 mg/L, TSS ≤ 1 mg/L
Verfahren
2-stufig
Flockung - SedimentationNachflockung - Filtration
1-stufig
Flockung - Filtration
Dosierung
Flockungsmittel
Flockungshilfsmittel (Polymer)
Flockungsmittel
Flockungshilfsmittel notwendig?
Betriebserfahrung
Kontinuierliche Optimierung der
Rohrflockung, Filteraufbau (keine
Stützschicht), Filtermaterial
auf Betriebserfahrungen aufbauen:
statischer Mischer, Rohrflockung,
keine Stützschicht
05.11.2015
Bims 2,3-4 mm
Sand 0,71-1,25 mm
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
60 cm 110 cm
80 cm 130 cm
Filterbettaufbau
Anthrazit 1,4-2,5 mm
Sand 0,71-1,25 mm
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Kompakte Raumfiltration
Phosphor & Suspendierte Stoffe
Gesamtphosphor (TP)
OWA Tegel
Raumfiltration Mhf.
Zulauf: arithm. Mittelwert
0,2 mg/L
0,6 mg/L
Ablauf: arithm. Mittelwert
0,02 mg/L
0,06 mg/L
Ablauf: 80%il-Wert
0,02 mg/L
0,08 mg/L
91%
90%
OWA Tegel
Raumfiltration Mhf.
Zulauf: arithm. Mittelwert
4,6 mg/L
4,3 mg/L
Ablauf: arithm. Mittelwert
0,5 mg/L
0,3 mg/L
Ablauf: 80%il-Wert
0,6 mg/L
0,5 mg/L
90%
93%
Mittl. Entfernung
Suspendierte Stoffe (TSS)
Mittl. Entfernung
 Kompakte, einstufige Flockung
 Sichere Einhaltung der Zielwerte
–
–
TSS ≤ 1 mg/L
TP ≤ 0,1 mg/L
 Keine Sedimentation und Polymerdosierung notwendig
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Seesanierung
Beispiel Tegeler See
1979
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Seesanierung
Beispiel Tegeler See
1979
2009
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Und Spurenstoffe ?
Und Spurenstoffe ?
Quelle: Shutterstock / Didecs
05.11.2015
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Spurenstoffe
Herausforderung
 Fortschritte in Analytik führen zum Nachweis von kleinsten Konzentrationen (ng/L-µg/L)
von Arzneimittelresten, Haushalts- und Industriechemikalien
 Spurenstoffe im Wasserkreislauf ubiquitär nachweisbar
 wirkungsbezogene Bewertung für alle nachgewiesenen Substanzen erforderlich:
– GOW-Konzept des UBA für Trinkwasser
– Umweltqualitätsnorm (UQN) für Oberflächengewässer
 breite wissenschaftliche Diskussion und großes Interesse in Bevölkerung
Quelle: Shutterstock / Didecs
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Spurenstoffe
Konzentrationsbereiche
05.11.2015
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Spurenstoffe
Konzentrationsbereiche
1 ng/L entspricht
5 x 3 g / 15 Mio. m³ Wasser
5 Stück Würfelzucker im Wannsee
05.11.2015
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Arzneimittelwirkstoffe
in Oberflächengewässern
 Daten: Bund/Länder Arbeitsgemeinschaft Wasser LAWA
Zusammenstellung: UBA 2013
05.11.2015
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 Risikomanagement von neuen Schadstoffen und Krankheitserregern im
Wasserkreislauf (RiSKWa)
– 12 Verbundprojekte
– 91 Partner
– ein Begleitvorhaben
– ca. 31 Mio. € Fördermittel
 Ziele
– Innovatives Risikomanagement
für einen vorsorgenden
Gesundheits- und Umweltschutz
– Handlungsorientierung
– ganzheitlicher Ansatz
05.11.2015
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Spurenstoffentfernung
Verfahrensoptionen im Klär- und Wasserwerk
 Adsorption an PAK


Adsorption an GAK
a. Abtrennung durch direkte Filtration
(PAK-Kontakt im Überstau)
a. Flockungsfiltration + nachgeschaltete GAK-Filtration
b. Separate Kontaktstufe, Abtrennung
durch Sedimentation/ Filtration
b. Flockungsfiltration mit zweiter
Filterschicht aus GAK
Oxidation mit Ozon
a. Ozonung +
Flockungsfiltration
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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FE-Projekt ASKURIS
Allgemeines
 Titel: Anthropogene Spurenstoffe und Krankheitserreger
im urbanen Wasserkreislauf: Bewertung, Barrieren und
Risikokommunikation
 Inhalt:
– Weiterentwicklung von Analyseverfahren für Spurenstoffe
und resistente Keime
– Untersuchung und Bewertung möglicher Risiken
für Mensch und Umwelt
– Entwicklung, Anwendung und Bewertung innovativer
Verfahrenstechniken
– Erforschung von Risikowahrnehmung und -verhalten
 Partner:
05.11.2015
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FE-Projekt IST4R
Allgemeines
 Titel: Integration der Spurenstoffentfernung in
Technologieansätze der 4. Reinigungsstufe bei
Klärwerken
 Inhalt:
– Paralleler Betrieb der Raumfiltration mit
 Ozon
 Pulverkohle
 nachgeschalter granulierter Kornkohle
– Untersuchung und Bewertung möglicher Risiken
für Mensch und Umwelt
– Kostenermittlung der innovativen Verfahren
 Partner:
05.11.2015
Gefördert von
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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FE-Projekt OgRe
Allgemeines
 Titel: Relevanz organischer Spurenstoffe im
Regenwasserabfluss Berlins
 Inhalt:
– diffuse Quellen von Spurenstofffrachten in die
Berliner Gewässer identifizieren
– Messung an 5 Standorten in der
Regenwasserkanalisation
 Datengrundlage für Diskussion “Strategie
Spurenstoffe des Landes Berlin”
 Partner:
05.11.2015
Gefördert von
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FE-Projekt ASKURIS
Ergebnisse Monitoring
1
2
4
Medianwerte 2014
18-45 Werte pro Messstelle
aktuell: Bewertung nach GOW
Wasserwerk Tegel
3
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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FE-Projekt ASKURIS
Ergebnisse Monitoring
Medianwerte 2014
18-45 Werte pro Messstelle
aktuell: Bewertung nach GOW
05.11.2015
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Verfahrensvergleich
Ozonung vs. PAK-Adsorption
05.11.2015
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Spurenstoffentfernung
Maßnahmen an der Quelle
 Industrie: Vermeidung sehr effektiv
 Landwirtschaft: Herbizide – Herausforderung,
da direkt ins Gewässer und Grundwasser
 Regenwasserbehandlung: Herbizide in
Baumaterialien?
 Medikamente: 30 % landen im Müll oder in der
Kanalisation – Aufklärung!
 Krankenhäuser: nur 5 - 35 % der Medikamentenmengen, aber:
– 50% der Röntgenkontrastmittel (RKM)
in Krankenhäusern erfasst (Machbarkeitsstudie in
Berlin: dezentrale Sammlung des Urins mit mobilen
Urinsammelbehältern)
Quelle: Frank Vinken
– >> 80 % RKM beim Patienten (dezentrale Urinbeutel)
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Spurenstoffentfernung
Verfahrensvergleich
Treibhauseffekt
g CO2/m³Ablauf
REF
Raumfilter + UV
1
Ozon +
Raumfilter + UV
2
3
4
5
PAK +
Raumfilter + UV
PAK-Stufe +
Raumfilter + UV
85
Jahreskosten
€-cent/m³Ablauf
Durchschnittlicher Eliminationsgrad [%]
ATS GAB IOP ACE PRI BEZ BTA MET SMX FAA DCF CBZ
8,4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
5,1 mg/L
171
11,9
0
39
27
43
48
58
49
62
80
96
97
96
9,0 mg/L
225
13,7
2
50
40
59
58
76
67
77
95
99
98
98
12,8 mg/L
281
15,6
16
77
67
78
86
88
86
92
95
98
99
97
12,8 mg/L
278
11,7
15
8
16
10
25
36
48
72
25
25
36
57
32 mg/L
563
16,1
30
13
26
15
45
76
83
96
55
55
75
90
51,2 mg/L
844
20,4
39
22
51
24
62
85
89
98
70
69
85
94
12,8 mg/L
295
14,2
30
62
60
60
50
75
95
90
70
85
90
95
30
32 mg/L
577
18,3
51,2 mg/L
858
22,5 ?
50 000 BV
148
15,6
0
60
60
0
213
17,0
0
60
60
0
10
40
8 000 BV
377
20,4
0
16
55
0
50
60
50 000 BV
135
9,0
0
60
60
0
205
10,4
0
60
60
0
10
40
61
70
0
70
65
50
381
13,8
0
16
55
0
50
60
85
90
30
80
81
80
Raumfilter + GAK20 000 BV
Ads. + UV
Raumfilter mit
20 000 BV
GAK-Schicht + UV
8 000 BV
38
?
60
?
58
?
60
?
90
?
95
?
0?
?
0?
90
?
?
61
85
?
70
?
85
?
0?
0
70
90
30
80
0?
95
?
?
70
?
90
?
?
65
50
81
?
80
?
Legende
≥ 80%
Entfernungsleistung: 40 - < 80%
0 - < 40%
05.11.2015
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FE-Projekt ASKURIS
Großversuch in der OWA Tegel
 Großtechnischer Versuch zur Pulveraktivkohledosierung in ein Modul der OWA Tegel
(1/3 des Gesamtvolumenstroms)
– Bauarbeiten haben begonnen,
Inbetriebnahme November 2015
 GAK-Test: Austausch der oberen Filterschicht in
einem Filter der OWA Tegel gegen granulierte
Aktivkohle
– Kontinuierlicher Betrieb läuft
 Untersuchungen zur Betriebsstabilität
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Zusammenfassung
 Berliner Wasserbetriebe orientieren sich an integriertem
Wassermanagement - Nährstoffentfernung wird umgesetzt
 Integration der Spurenstoffentfernung in die Verfahren der weitergehenden
Abwasserreinigung durch Kombination mit Ozonung oder Adsorption an
Aktivkohle wird in Forschungsprojekten untersucht
 Investitionen > 200 Mio. € für Erweiterungen erforderlich
 Spurenstoffentfernung erhöht Betriebskosten / Energieverbrauch in
Abhängigkeit der eingesetzten Dosierung ( Zielwerte)
 Forschungsergebnisse sind geeignete Grundlage für weitere Planungen
und Entscheidungen zur Realisierung von Verfahrensoptionen und reduziert
die Investitionskosten
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Regina Gnirß & Dr. Alexander Sperlich
Berliner Wasserbetriebe, Forschung und Entwicklung
[email protected]
Wir bedanken uns für die Förderung der
FE-Projekte ASKURIS und IST4R.
05.11.2015
R. Gnirß | 4. Reinigungsstufe auf kommunalen Kläranlagen
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