Essais-Pilotes – Charbon actif en grain en lit fluidisé – procédé CarboPlus®

TRIFORM, 2018

Schlussbericht von M. Horisberger (TRIFORM) et al. für die ARA Penthaz.

Zusammenfassung

Die ARA Penthaz, betrieben vom Gemeindeverband zur Abwasserreinigung Cossonay-Penthalaz- Penthaz-Daillens-Bettens (Association Intercommunale pour l’Epuration des Eaux usées, AIEE), gehörtzu einer der 16 ARA des Kantons Waadt, die gemäss der provisorischen Planung der Generaldirektion für Umwelt (Direction Générale de l’Environnement – DGE) im Hinblick auf die jüngste Revision des Bundesgesetzes über den Schutz der Gewässer (Gewässerschutzgesetz, GSchG) und der entsprechenden Gewässerschutzverordnung (GSchV) vom 1 Januar 2016, eine zusätzliche Reinigungsstufe zur Elimination von Mikroverunreinigungen (MV-Stufe) bauen müssen.

Die ARA Penthaz wurde zwischen 2012 und 2015 unter der Leitung der Triform AG erweitert und modernisiert. Unter anderem wurden eine Nitrifikation und eine Teil-Denitrifikation eingeführt. Aufgrund der neu erschienenen Anforderungen zur Behandlung der Mikroverunreinigungen beauftrage die AIEE Triform AG mit einer Machbarkeitsstudie. Im Zuge dieser Studie wurden Pilotversuche mit dem Verfahren CarboPlus® vorgeschlagen und durchgeführt. Dieses Verfahren wurde vom Unternehmen SAUR (Frankreich) und seiner Tochtergesellschaft Stereau entwickelt und patentiert. Es handelt sich um einen aufwärts durchströmten Reaktor mit granulierter Aktivkohle in einem Wirbelbett (auch Mikroaktivkohle oder μGAK von Stereau genannt). Das Verfahren hat eine Reihe technisch und wirtschaftlich interessanter Eigenschaften. So ist z.B. keine zusätzliche Filtrationsstufe nötig (die Abtrennung der Kohle erfolgt im Reaktor durch Gravitation), die beladene Kohle kann reaktiviert werden und Betrieb und Wartung sind einfach.

Die Pilotversuche liefen zwischen Februar 2016 und August 2017. Sie dienten sowohl zur Dimensionierung, als auch zur Überprüfung der Leistung der Anlage. Zwei verschiedene Kohlen wurden getestet, die Kohle Chemviron CycleCarb 305 und die Kohle Norit GAC 3040 AW.

Unter der Leitung der Triform AG wurde eine multidisziplinäre Arbeitsgruppe mit Vertretern vom AIEE, vom Kantonalen Amtes für Umwelt des Waadtlandes (DGE), vom Bundesamts für Umwelt (BAFU), von SAUR/Stereau, von der EAWAG, der EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) und der VSA-Plattform „Verfahrenstechnik Mikroverunreinigungen“ ins Leben gerufen, um auf die Erfahrung derMitglieder hinsichtlich der Analyse und Behandlung von Mikroverunreinigungen zurückzugreifen.

Die Pilotanlage wurde so eingerichtet, dass 1 bis 2% des durchschnittlichen Abwasserstroms der ARA in Penthaz mit einer Fliessgeschwindigkeit von 7 bis 20 m/h behandelt werden konnten. Der Reaktor hatte einen Durchmesser von 0,35 m und eine brauchbare Wasserhöhe von 4,12 m. In der stabilen Phase wurde die Masse des Aktivkohlebetts im Reaktor konstant gehalten. Aktivkohle wurde bei beiden Versuchen täglich mit einer Dosierung zwischen 10-25 g/m3 (das entspricht 1 bis 3 gAK/DOC) in den Reaktor dosiert. Die Entnahme der beladenen Aktivkohle erfolgte ein bis zwei Mal pro Woche. In der ersten Versuchsphase wurde der Durchfluss konstant bei 1,5 m3/h gehalten, was einer Fliessgeschwindigkeit von rund 15 m/h entsprach. Dann wurde der Zufluss an den Zufluss der Kläranlage gekoppelt, um variierende Aufstiegsgeschwindigkeiten zwischen 7 und 20 m/h zu testen.

Während der Versuche wurden 17 Analysen der Mikroverunreinigungen auf der gesamten ARA (Zulauf Biologie, Zulauf und Ablauf Pilotanlage), sowie 67 Analysen der Pilotanlage durchgeführt. Die Analysen der biologischen Behandlung zeigten einen durchschnittlichen Abbau von 20 % der Mikroverunreinigungen, mit Raten zwischen 6 und 36%. Die Pilotanlage CarboPlus® hat während beider Versuche Reinigungsraten von 80% oder darüber erreicht. Eine Reinigungsleistung von 80% der Mikrovereinigungen für die gesamte Anlage, wie in der GSchV verordnet, kann somit eingehalten werden.

Während der Hochfahr- und Optimierungsphasen von Versuch Nr. 1 wurden Ausbeuten von weniger als 80% erhalten. Verschiedene Gründe wurden hierfür identifiziert, einschließlich Fehlfunktionen auf der Ebene der vorgeschalteten biologischen Behandlung (Entwicklung von filamentösen Bakterien in der Biologie, partielle Nitrifikation, vermehrte suspendierte Feststoffe, etc.), zu geringe Kohlemengen in

der Säule oder geringere Dosierungen als der Sollwert. Die Anhäufung von Feststoffen (GUS) in der Kolonne zeigte sich ebenfalls als problematisch, und so waren sowohl Wasser – (routinemäßig) als auch Luftwaschungen (im Ausnahmefall) erforderlich.

Die Versuche haben gezeigt, dass eine Dosierung von 15 g/m3, also etwa 2 gAK/gDOC, eine Reinigungsleistung von 80 % garantieren kann, sowohl bei Trocken- als auch Regenwetter, wenn alle Betriebsparameter richtig eingestellt sind. Während der Versuche hat sich herausgestellt, dass der Feuchtigkeitsgehalt der gelagerten Kohle schwankte, er lag im Mittel bei 18 %. Dieser Wert ist nicht vernachlässigbar und wurde zur Berechnung der zuzuführenden Kohlemasse hinzugefügt, um eine effektive Dosierung zu gewährleisten.

Bei der Aufbereitung (Entfernung von Feinstoffen und nicht nassen Körnern) wurden geringe Kohleverluste von ~0,3% für Chemviron- bzw. ~0,6% für Norit-Kohlen beobachtet. Im Ablauf der Anlage wurden thermogravimetrische Analysen durchgeführt, um den Anteil der Kohle in den mit dem Ablauf entweichenden GUS zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigten, dass Kohle durchschnittlich rund 11% der GUS ausmacht, was einer Kohlekonzentration von 0,1 bis 0,5 mg/l entspricht. Angesichts der geringen Konzentrationen von GUS im Ablauf der Kläranlage Penthaz und des relativ geringen Anteils von Aktivkohle an den GUS werden die Aktivkohleverluste als gering eingeschätzt. Für diesen Parameter gibt es jedoch noch keine formale Regelung.

UV-Absorptionsmessungen wurden bei 254 nm durchgeführt. Dabei wurde eine gute Korrelation zwischen der Abnahme der UV254-Absorption (Eingang – Ausgang) und den parallelen Messungen der Mikroverunreinigung (Eingang – Ausgang) festgestellt, und dies trotz der Tatsache, dass das Wasser vor der Sonde nicht gefiltert wurde. Der Einsatz der Online-UV254-Absorbanz-Messung ermöglichte somit die Überwachung der Wirksamkeit der Pilotanlage in Echtzeit.

Beide getesteten Kohlen – Chemviron CycleCarb 305 und Norit GAC 3040 AW – haben eine gute Leistung in Bezug auf die Entfernung von Mikroverunreinigungen, sowie gute hydraulische Eigenschaften gezeigt und sind daher für diesen Prozess geeignet.

Abgesehen von einer unproblematischen Wartung, die erforderlich war, als versehentlich stark mit GUS belastetes Abwasser zufloss, erwies sich der CarboPlus® Pilot als einfach zu bedienen und verursachte nur einen geringen Betriebsaufwand für die Klärwärter.

Aufgrund der überzeugenden Testergebnisse wurde das CarboPlus®-Verfahren zur Behandlung von Mikroverunreinigungen der Kläranlage Penthaz von Triform empfohlen. Nachdem der Kanton (DGE) und der Bund (BAFU) das Bauprojekt genehmigt hatten, wird die Anlage gebaut und soll Ende 2018 in Betrieb gehen.

  • Publikationsjahr:  2018

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