Fragen zu Ozon
Fragen zur Ozonung
In der Schweiz gilt gemäss Art.6 GSchG der Grundsatz des Verschmutzungsverbots. Es ist somit untersagt, Stoffe in ein Gewässer einzubringen, die Wasser verunreinigen können. Dies gilt unabhängig von möglichen Grenzwerten aus dem Lebensmittelrecht (z.B. Verordnung des EDI über Trinkwasser sowie Wasser in öffentlich zugänglichen Bädern und Duschanlagen, TBDV). Für Bromat gilt beispielsweise der Trinkwassergrenzwert von 10 µg/L, da Bromat eine potentiell kanzerogene Wirkung hat. Bromat wird in der Ozonung aus Bromid gebildet, und ist in der Umwelt unter aeroben Bedingungen nicht mehr abbaubar. Wieviel Bromat in einer Ozonung gebildet wird, hängt hauptsächlich von zwei Faktoren ab: von der Bromidkonzentration und Ozondosis. Es wird durch die Oxidation mit Ozon zwar immer etwas Bromat gebildet – wenn Bromid im Abwasser enthalten ist – jedoch ist die Bromat-Bildung bei „üblichen“ Ozondosen in der kommunalen Abwasserreinigung (0.6 – 0.8 g Ozon / g DOC), erst bei Bromidkonzentrationen von grösser als 100 µg/L erheblich. Es ist bekannt, dass die Zulaufkonzentrationen bei hauptsächlich kommunalem Abwasser in der Regel deutlich unterhalb von 100 µg/L Bromid liegen. Erst bei speziellen Einleitern, wie Kehrichtverbrennungsanalgen mit nasser Rauchgaswäsche, chemischer Industrie, Deponien, Sondermüllverbrennungsanlagen, etc., kann die Bromid-Konzentration deutlich höher sein.
Es muss im Rahmen einer sachgemässen und zweckmässigen Planung im Sinne des Art. 63 GSchG daher unbedingt darauf geachtet werden, dass nur ARA mit einer Ozonung erweitert werden, bei welcher die Bromatbildung minimal ist. Beispielsweise hat sich eine gezielte Minimierung der Bromideinleitung im Einzugsgebiet – durch Massnahmen an der Quelle – als sehr effektive Massnahme gezeigt, um die unerwünschte Bromat-Bildung zu reduzieren. Es soll hier aber auch erwähnt werden, dass in unklaren Fällen die Behandlung mit Aktivkohle in Betracht gezogen werden sollte. Wo Massnahmen an der Quelle oder die Behandlung mit Aktivkohle nicht möglich sind, stellt auch die Kombination von Ozon mit Aktivkohle, wo die Ozonung bei deutlich tieferen (und bezüglich der Bromat-Bildung unproblematischen) Ozondosen betreiben wird, eine weitere Alternative dar.
Eine Ozonung kann ganz klar bei den meisten ARAs in der Schweiz mit gutem Gewissen gebaut werden. Dies sind ARAs mit grösstenteils kommunal geprägtem Einzugsgebiet. Die Behandlung mit Ozon hat hier viele positive Effekte auf die Qualität des gereinigten Abwassers (Reduktion Spurenstoffe und ökotoxikologischer Effekte, Hygienisierung, Entfärbung). Auch bei ARAs mit einem gewissen Anteil an industriellen Einleitern kann der Bau einer Ozonung möglich sein. Grundsätzlich gilt aber, dass jeweils im Einzelfall die Randbedingungen sorgfältig abgeklärt werden müssen. Dazu sollte vorgängig im Rahmen des Vorprojekts die VSA-Empfehlung „Abklärungen Verfahrenseignung Ozonung“ angewendet werden. Darin wird u.a. die Bildung bekannter problematischer Umwandlungsprodukte wie Bromat und Nitrosamine angeschaut. Zusätzlich werden ökotoxikologischen Abklärungen empfohlen. Diese erfassen im Gegensatz zu einzelnen chemischen Messungen die Summenwirkungen möglicher unbekannter problematischer Umwandlungsprodukte. Wichtig ist es auch, die weitere Entwicklung des Einzugsgebiets im Blick zu behalten. Sollen bestimmte Industrien angesiedelt werden, ist dies zu berücksichtigen. Schlussendlich ist somit eine Gesamtbeurteilung des Abwassers zur Behandelbarkeit mit Ozon möglich. In unklaren Fällen werden Alternativen zur Ozonung empfohlen.
Die VSA-Empfehlung „Abklärungen Verfahrenseignung Ozonung“ enthält den Hinweis, dass zukünftige Änderungen der biologischen Abwasserreinigung bereits in die Vorabklärungen einfliessen sollen. Die folgenden Überlegungen deuten auf eine eingeschränkte Aussagekraft der Abklärungen mit nicht-nitrifiziertem Abwasser hin.
- Unter Experten ist noch nicht geklärt, wie stark Ammonium und Nitrit die Ozonchemie (Ozon- und OH-Radikal-Stabilität) beeinflussen. Die Bromatbildung wird unterschätzt, da Ammonium während der Reaktion von Bromid zu Bromat mit einem Zwischenprodukt reagiert und dadurch weniger Bromat entsteht.
- Bei nicht-nitrifiziertem Abwasser ist die Aussagekraft der Biotests (z.B. Fischeitest, Daphnien) wegen der erhöhten Ammoniumkonzentration eingeschränkt. Wenn Ammonium und somit je nach pH-Wert Ammoniak vorhanden ist, erhöht dies die Toxizität und überdeckt allfällige andere Effekte.
Daher wird empfohlen, die Abklärungen mit im Labor nitrifiziertem Abwasser durchzuführen.
Bei einer Ozonung muss eine Reihe von Sicherheitsanforderungen berücksichtigt werden. Ozon selbst ist ein Reizgas mit relativ tiefer Wirkschwelle, d.h. ein Austreten von Ozon in die Umgebungsluft muss verhindert werden (Abdichtung von Reaktor und Abläufen, Abführen der Abluft über einen Restozonvernichter). Um die Atmosphäre zu überwachen, werden Ozonsensoren eingesetzt. Zudem müssen die eingesetzten Materialien und Leitungen ozonbeständig sein. Sicherheitsaspekte zum Umgang mit Ozon wurden in einem Faktenblatt publiziert.
Daneben muss berücksichtigt werden, dass Ozon oft aus Reinsauerstoff erzeugt wird. Für Sauerstoff gibt es ebenfalls Sicherheitsbestimmungen, vorwiegend wegen Explosions-/Entzündungsgefahr. Sicherheitsaspekte zum Umgang mit Sauerstoff wurden in einem Faktenblatt publiziert.
Der VSA empfiehlt in seinem Merkblatt «Entsorgung von Abwasser aus mobilen Chemietoiletten», dass ARA das Abwasser von mobilen Chemietoiletten mit mindestens der 200-fachen Abwassermenge im Zulauf vermischt. Die Ausbaugrösse der ARA sollte mindestens 10’000 Einwohnerwerte betragen. Bei ARA mit Ozonung muss das Abwasser so dosiert abgeleitet werden, dass es zu keiner unerwünschten Bildung von Bromat kommt. Bromat entsteht in der Ozonungsstufe durch Oxidation von Bromid, welches als Desinfektionsmittel in gewissen Sanitärzusätzen enthalten ist (z.B. Bronopol). Die Bromid-Konzentration soll sich durch die Zugabe vom Abwasser um höchstens 70 μg/L erhöhen. Die Berechnung und abgeleitete Dosierung sind im Merkblatt näher beschrieben. Dieses kann unter folgendem Link abgerufen werden: https://vsa.ch/Mediathek/vsa-merkblatt-chemietoiletten/
Fragen zur Nachbehandlung
Ja, eine biologische Nachbehandlung ist bei einer Ozonung zwingend. Durch die Behandlung mit Ozon können labile, toxische Reaktionsprodukte entstehen. Die Hauptaufgabe der biologische aktiven Nachbehandlung ist die Elimination dieser Stoffe sowie deren toxischer Effekte.
Das Ziel der biologischen Nachbehandlung ist der Abbau von reaktiven Zwischenprodukten. Dazu eignet sich die Sandfitration. Diese wurde in den bisherigen Versuchen und grosstechnischen Umsetzungen in der Schweiz eingesetzt. In Deutschland wird eine Anlage mit einem Schönungsteich betrieben (Bad Sassendorf). Ein Wirbelbettsystem, wie es auf der Kläranlage Duisburg Vierlinden (D) installiert ist, ist grundsätzlich möglich, dazu sind aber noch weitere Untersuchungen zu empfehlen. Auch ein Filter mit granulierter Aktivkohle (GAK) können als Nachbehandlungsstufe eingesetzt werden. Da durch die GAK zusätzlich auch MV eliminiert werden, kann die Ozonung entsprechend reduziert werden (s. Artikel). Der Einsatz von Filtern als Nachbehandlungsverfahren wird im Bericht „Verfahrensüberblick zur biologischen Nachbehandlung bei der Ozonung» beschrieben. Kriterien zur Auswahl der Nachbehandlungsstufe und Erfahrungen mit verschiedenen Verfahren werden auch dargestellt.
Eine wichtige Dimensionierungsgrösse beim Sandfilter ist die maximale Filtergeschwindigkeit (bei Qmax), die üblicherweise bei 15 m/h liegt. Dabei muss berücksichtigt werden, dass eine Filterzelle zur Spülung jeweils ausser Betrieb genommen wird, und das anfallende Rückspülwasser den Filter zusätzlich belastet. Dies ergibt je nach Anzahl Filterzellen und Rückbelastung eine maximale Filtergeschwindigkeit von etwa 12.5 m/h bezogen auf die gesamte Filterfläche. Die Kontaktzeit liegt bei Qmax bei rund 5 Minuten (rund 15 Minuten bei QTW) (s. auch Bericht „Verfahrensüberblick zur biologischen Nachbehandlung bei der Ozonung“). Weitere Informationen zur Dimensionierung und Auslegung von Filteranlagen sind in der Fachliteratur verfügbar.
Als mögliche Nachbehandlungsverfahren ist ein Wirbelbettsystem grundsätzlich denkbar. Es sind aber noch weitere Untersuchungen zu empfehlen. (Siehe auch Artikel „Elimination von Mikroverunreinigungen auf ARA: Aktueller Stand der Verfahren und künftige Entwicklungen“).
Die Nachbehandlung hat die Aufgabe die labilen, toxische Reaktionsprodukte aus der Ozonung zu eliminieren (falls sie entstehen). Diesbezüglich ist aber keine periodische Überwachung vorgeschrieben. Der Bericht „Verfahrensüberblick zur biologischen Nachbehandlung bei der Ozonung“ dient dazu, die Verfahren zu beurteilen, ob sie als Nachbehandlung geeignet sind oder nicht.