Fragen zur Aktivkohle

Fragen zu Aktivkohle-Verfahren

Diese Frage lässt sich leider nicht einfach beantworten. Neben der reinen Adsorptionskapazität spielen auch andere Faktoren eine Rolle, wie beispielsweise Dichte, Absetzbarkeit, Korngrössenverteilung, Härte (Abrasion), Preis. Die Aktivkohlehersteller und -lieferanten verfügen in der Regel über ein grosses Know-how über die Adsorptionskapazitäten ihrer Kohlen. Eine umweltschonende Herstellung, nach Möglichkeit aus nachwachsenden Rohstoffen, ist anzustreben.

PAK an sich ist kein Gefahrenstoff. Die Inhalation von PAK-Staub kann jedoch Atmebechwerden verursachen. Bei Haut- oder Augenkontakt kann PAK auch leichte Reizungen hervorrufen. Übrigens kann PAK bei Aufwirbelung in der Luft Staubexplosionen auslösen, wenn eine Zündquelle vorhanden ist. Sicherheitsaspekte zum Umgang mit Pulveraktivkohle wurden in einem Faktenblatt publiziert.

Die Dosiermengen von Aktivkohle sind relativ gering, in den bisherigen Versuchen zeigte sich, dass mit 10-20 mg Aktivkohle pro Liter Abwasser eine ausreichende Elimination erzielt werden kann (>80%). Im Ablauf von ARA werden meist 3-15 mg abfiltrierbare Stoffe pro Liter gemessen. Es ist klar, dass nach einer PAK-Stufe ein Filter erforderlich ist, um die Feinfraktion der Kohle abzutrennen. In einem Projekt der Plattform wurde der PAK-Schlupf bei verschiedenen Verfahren gemessen und in einem Bericht zur Verfügung gestellt.

Bisher ist die Regeneration von Pulveraktivkohle nicht wirtschaftlich. Zur Zeit ist geplant, dass die Aktivkohle mit dem Primär- und Belebtschlamm in der bestehenden Schlammbehandlung behandelt wird. Darüber liegen aber noch keine detaillierten Informationen vor.

Im Ulmerverfahren können PAK, Fäll- und Flockungshilfsmittel (FM und FHM) in dieser Reihenfolge in den Kontaktreaktor dosiert werden. Auf der ARA Bachwis in Herisau wurde eine Drei-Punkt-Dosierung für das FM untersucht (Biologie, Zulauf Kontaktreaktor und direkt vor den Filter), welche sich als effizienter erwies. Das FHM wird am Ende des Kontaktreaktors eingemischt.

Im Verfahren PAK-Dosierung vor den Raumfilter wird das FM mit der PAK in den Kontaktreaktor dosiert. In diesem Fall wird kein FHM dosiert.

Bei der Dosierung von PAK in die Biologie bedarf es zur Abtrennung der PAK keine gesonderte Zugabe von Fäll- und Flockungshilfsmittel.

Auf der ARA Bülach-Furt (GAK-Filtration) werden die Versuche mit frischer GAK durchgeführt (s. Zwischenbericht). In Penthaz (GAK im Wirbelbett) wurde die 1. Phase des Pilotversuchs mit frischer GAK und die 2. Phase mit reaktivierter GAK durchgeführt (s. Zwischenbericht). Auf der ARA Glarnerland werden drei verschiedene GAK getestet, davon auch ein Reaktivat (s. Newsletter Nr. 10). Nach jeder Reaktivierung werden nur etwa 10 bis 20% frische GAK benötigt zur Wiederherstellung der Adsorptionskapazität. Auf diese Weise können die CO2-Emissionen im Vergleich zur Pulveraktivkohle deutlich gesenkt werden. Aktuell gibt es noch keine Möglichkeit, die GAK in der Schweiz zu reaktivieren. Die Aktivkohle kann aber in Brennofen in Norditalien reaktiviert werden.

Fragen zum Aktivkohle-Schlupf

Einen Grenzwert für den AK-Schlupf gibt es nicht. Es ist aber ein weitgehender Rückhalt der eingesetzten Aktivkohle sicherzustellen, um den Vorfluter zu schützen (Art. 63 GSchG, sachgemässer Gewässerschutz). Im Rahmen einer breit angelegten Messkampagne wurden verschiedene Abläufe von Kläranlagen mit einer Aktivkohlestufe auf AK-Schlupf untersucht. Die Resultate haben gezeigt, dass bei den meisten Technologien die AK-Konzentrationen im Ablauf im Bereich der Nachweisgrenze (0.1 mg/L) liegen und ein AK-Rückhalt von über 95% technisch machbar ist. Der Bericht sowie ein Faktenblatt sind verfügbar.

Im Projekt „Aktivkohle-Schlupf aus Reinigungsstufen zur Elimination von Mikroverunreinigungen“ wurden zwei Methoden verglichen: die thermogravimetrische Analyse (TGA) sowie die Gradienten-TOC-Methode. Beide Methoden bestimmen den Aktivkohle-Anteil relativ zu den gesamten Feststoffen. Die Nachweisgrenze liegt bei 0.1 mgPAK/L. Es hat sich gezeigt, dass die Methoden vergleichbar und für diese Anwendung geeignet sind. Daher wird empfohlen, periodisch den AK-Anteil im ARA-Ablauf mit einer der beiden Methoden durchzuführen. Der Bericht sowie ein Faktenblatt sind verfügbar. Die aktuellen Daten zeigen keine klare Korrelation zwischen der Aktivkohle-Konzentration im ARA-Ablauf mit gängigen Summenparametern wie GUS oder Trübung. Bei tiefen Werten kann aber grundsätzlich davon ausgegangen werden, dass auch der AK-Schlupf gering ist.

Nach der Dosierung von PAK muss diese möglichst vollständig vom gereinigten Abwasser abgetrennt werden. Dafür wurden verschiedene Verfahren erprobt: Flockungsfiltration, Membranfiltration, oder Sedimentation gefolgt von Sand- oder Tuchfiltration. Mit einer abschliessenden Filtrationsstufe kann sichergestellt werden, dass die GUS im Ablauf zuverlässig unter 5 mg/l liegen. Es ist aber vielfach nicht klar, wie diese GUS quantitativ zusammengesetzt sind, resp. wie gross der Anteil der PAK ist (andere Bestandteile sind im Wesentlichen Belebtschlamm- und Fällmittelflocken).

Anhand neuer Analysemethoden (beispielsweise Thermogravimetrie) kann der Anteil PAK an den GUS bestimmt werden. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass mit den oben genannten Abtrennverfahren über 99% der dosierten PAK zurückgehalten werden kann (vgl. Bericht, Artikel A&G). Diese Interpretationshilfe liefert eine aktuelle Beurteilung des Aktivkohle-Rückhalts und kann dabei unterstützen, die Anzahl Aktivkohle-Bestimmungen zu ermitteln.

Das Risiko einer Rücklösung der Spurenstoffe von der PAK in die Gewässer wird gegenwärtig als sehr gering eingeschätzt (vgl. auch Untersuchungen des Kompetenzzentrums Spurenstoffe Baden-Württemberg, Meckes et al., 2014). Aus dem langjährigen Betrieb zahlreicher PAK-Anlagen in Deutschland sind keine negativen Folgen des PAK-Verlustes auf die Gewässer bekannt. Dennoch ist gesetzlich vorgegeben (Art. 63 GSchG „sachgemässer Gewässerschutz“), dass der Eintrag von PAK in die Gewässer minimiert werden muss.

Nein, ein effizienter PAK-Rückhalt kann auch mit anderen Verfahren als Membranen sichergestellt werden. Wichtig ist, dass gewährleistet sein muss, dass die PAK möglichst vollständig zurückgehalten wird.

Dazu gibt es keine Untersuchungen. Die Rücklösung von MV im Gewässer ist nicht im grossen Stil zu erwarten. In Laborexperimenten, wo versucht wurde die Mikroverunreinigungen wieder von der PAK zu lösen, hat sich gezeigt, dass dies kaum möglich war.

Nein, die Messung der Spurenstoffe erfolgt – sowohl im Zufluss als auch im Abfluss – in der gelösten Phase.

Fragen zur Aktivkohle-Qualität

Es gibt verschiedene Parameter, die zur Beurteilung der Aktivkohle-Qualität herangezogen werden können. Die konkreten Anforderungen sollten vorgängig definiert und mit dem Lieferanten vertraglich geregelt werden.

Eine zentrale Grösse ist die effektiv erzielte Reinigungsleistung im Vergleich zur Muster-Kohle, anhand welcher das Kohle-Produkt ausgewählt wurde. Die Reinigungsleistung wird üblicherweise mittels Schüttelversuchen im Labor bestimmt (eine Anleitung zur Durchführung ist hier gegeben). Solche Untersuchungen benötigen ein paar Tage Zeit und können daher erst nach dem Einfüllen der Aktivkohle ins Silo durchgeführt werden.

Zusätzlich empfiehlt sich auch den Wassergehalt zu bestimmen (nach der Norm DIN EN 12902 bei 150 °C), der in der Regel unter 10% liegen sollte. Anhand des Aschegehalts respektive des Glührückstands können zudem Hinweise auf den Anteil Frischkohle und Reaktivate abgeleitet werden, wobei der Aschegehalt einer Frischkohle bei etwa 5-10 % liegt und derjenige eines Reaktivats unter 15 % (Rössler et al., 2019). Für die granulierte Aktivkohle existiert aktuell noch keine allgemeine Vorgehensweise, da Laborversuche wegen der mehrmonatigen Betriebszeit einer GAK-Filtration und der groben Körnung schwieriger sind.

Grundsätzlich sind Informationen über die Nachhaltigkeit sowie soziale/ethische Aspekte limitiert und schwierig zu überprüfen. Eine Möglichkeit zur Berücksichtigung sozialer Aspekte bei einer Ausschreibung ist, die Einhaltung der Kernkonventionen der Internationalen Arbeitsorganisation (IAO) als Teilnahmebedingung zu formulieren.

Mit der Wahl eines Aktivkohle-Produkts aus einem erneuerbaren Rohstoff (z.B. Holz) oder mit einem hohen Anteil an Reaktivaten (d.h. Aktivkohle, die bereits bei anderen Anwendungen eingesetzt und wieder regeneriert wurde) können die Umweltauswirkungen (insbesondere Emissionen von Treibhausgasen und Primärenergieverbrauch) stark reduziert werden. Zur Bewertung der Umwelteinflüsse in Ausschreibungen besteht die Möglichkeit, die Angaben zum Rohstoff und zum Anteil der Reaktivate im entsprechenden Aktivkohleprodukt zu bewerten, solange sie auf einer vergleichbaren Basis beruhen. Nachhaltige Produkte sind nach aktuellem Wissensstand hinsichtlich Reinigungsleistung nicht schlechter als weniger nachhaltige Produkte, dafür aber tendenziell teurer.

Bisher gibt es noch kein Label oder dergleichen für Aktivkohle-Produkte, die auf Kläranlagen eingesetzt werden soll. Ein solches würde jedoch von vielen Akteuren, inkl. Herstellern, begrüsst. In anderen Bereichen sind schon Aktivkohle-Labels oder Zertifikate vorhanden, beispielsweise für Grillkohle oder für Pflanzenkohle, die zum Beispiel als Bodenverbesserer eingesetzt wird.

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