Essais-Pilotes – Traitement des micropolluants par charbon actif en micrograins

TRIFORM, 2017

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

Zusammenfassung

Die ARA Penthaz des interkommunalen Zusammenschlusses zur Abwasserreinigung (AssociationIntercommunale pour l’Epuration des Eaux usées, AIEE) von Cossonay-Penthalaz-Penthaz-Daillens- Bettens gehört zu den 16 ARA des Kantons Waadt, die gemäss der provisorischen Planung der Generaldirektion für Umwelt (DGE) im Hinblick auf die jüngste Revision des Bundesgesetzes über den Schutz der Gewässer (Gewässerschutzgesetz, GSchG) und der entsprechenden Gewässerschutzverordnung (GSchV), 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 – zu diesem Zeitpunkt war noch keine Vorschrift für die Elimination von Mikroverunreinigungen bekannt. Aufgrund der Anforderungen für eine Finanzierung der MV-Stufe durch den Bund hat die Triform AG eine Machbarkeitsstudie durchgeführt und anschliessend die Organisation, den Ablauf und die Nachberei- tung von Pilotversuchen mit dem Verfahren CarboPlus® vorgeschlagen. Dieses Verfahren wurde vom Unternehmen SAUR (Frankreich) und seiner Tochtergesellschaft Stereau entwickelt und patentiert. Es handelt sich um einen aufwärts durchströmten Reaktor mit einem mikrogranulierten Aktivkohlewirbelbett (μGAK mit einer Körnung von 200 bis 900 μm). Das Verfahren hat eine Reihe technisch und wirtschaftlich interessanter Eigenschaften. Unter anderem ist keine zusätzliche Filtrationsstufe nötig (die Abtrennung der Kohle erfolgt im Reaktor durch Gravitation), die beladenen Kohle kann reaktiviert werden, die Handhabung und Wartung ist verhältnismässig einfach und es braucht keine ATEX-Zone (insbesondere für die Lagerung der μGAK).

Die Pilotversuche laufen seit Februar 2016 und sollen die Dimensionierung und die erwartete Leistung der Anlage überprüfen. Unter der Leitung der Triform AG wurde eine multidisziplinäre Arbeitsgruppe mit Vertretern des AIEE, von SAUR/Stereau, der EAWAG, der VSA-Plattform „Verfahrenstechnik Mikroverunreinigungen“, der EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne), der DGE und des Bundesamts für Umwelt (BAFU) eingerichtet, um auf die Expertise der Mitglieder hinsichtlich der Ana- lyse und Elimination 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. Der Reaktor hat einen Durchmesser von 0,35 m und eine Höhe von 4,12 m. Nach einer kontinuierlichen Einfahrphase wurde die Masse des Aktivkohlebetts im Reaktor bei rund 60 kg konstant gehalten. Dies entspricht einer Aktivkohlekonzentration von etwa 380 g/L im abgesetzten Aktivkohlebett. Die frische Aktivkohle wurde täglich mit einer Dosierung von 15 g/m3 in den Reaktor dosiert, während die Entnahme der beladenen Aktivkohle ein bis zwei Mal pro Woche erfolgte. In der ersten Versuchsphase wurde der Durchfluss bei 1,5 m3/h konstant gehalten, was einer Fliessgeschwindigkeit von rund 15 m/h entsprach.

Der Reinigungseffekt der Pilotanlage hinsichtlich der Elimination von Mikroverunreinigungen wurde anhand der zwölf Leitsubstanzen aus der Verordnung des UVEK berechnet und zeigte eine gute Leis- tungsfähigkeit des Verfahrens. Nach der Einfahr- und Stabilisierungsphase betrug der tatsächliche Reinigungseffekt zwischen 85% und 90% bei einer Aktivkohledosierung von 15 g/m3. In der biologis- chen Reinigung zeigte sich einen durchschnittlichen Reinigungseffekt von 25%. Daraus lässt sich für die gesamte Kläranlage (ARA und Pilotanlage) bei stabilen Betriebsbedingungen einen Rei- nigungseffekt zwischen 86% und 93% berechnen. Während der Einfahrphase betrug der Rei- nigungseffekt weniger als 80%. Der Grund dafür war die zu Beginn geringe Menge an Aktivkohle im Reaktor. Ausserdem hat in diesem Zeitraum offenbar ein Zusammenwirken störender Elemente (Entwicklung fadenförmiger Bakterien in der Biologie, Teil-Nitrifikation, zahlreiche Schwebstoffe usw.) den Betrieb der Pilotanlage beeinflusst.

Bei den Pilotversuchen wurde zwischen der dosierten Aktivkohle, die zwischen 12% und 21% Feuchtigkeit (durchschnittlich 17%) enthielt, und der „trockenen“ Aktivkohle, die zur Berechnung derDosierung verwendet wurde, unterschieden. Insgesamt wurden 130 kg frische Aktivkohle eingesetzt, um bei einer Dosierung von 15 g/m3 „trockener“ Aktivkohle rund 7125 m3 Abwasser in 200 Tagen zu behandeln. Dabei wurden geringe Aktivkohleverluste bei der Vorbereitung der Kohle (Elimination von Feinpartikeln und schlecht benetzbaren Körner) in der Höhe von 0,3% sowie im Ablauf des Reaktors in der Höhe von 0,25% (vergleichbarer Verlust wie im Ablauf der Filtration einer PAK-Stufe) beobach- tet. Im selben Zeitraum wurden rund 95 kg (Feuchtigkeitsgehalt rund 30 bis 35%) beladene Kohle extrahiert, die ein Volumen von rund 140 Litern ausmachte.

Während den Versuchen wurden auch UV-Absorbanz-Messungen bei 254 nm im Zu- und Ablauf des Reaktors durchgeführt. Dabei wurde eine positive Korrelation zwischen der Abnahme der UV- Absorbanz und der Elimination von Mikroverunreinigungen festgestellt. Eine Ausnahme bildeten Pro- ben, die deutlich mit Schwebstoffen belastet waren. Der Einsatz der Online-UV-Absorbanz-Messung ermöglichte die Überwachung der Wirksamkeit der Pilotanlage in Echtzeit.

Mit Ausnahme einer ausserordentlichen Wartung, die leider aufgrund eines deutlich mit Schwebstoffen belasteten Zulaufs erforderlich war, war die Pilotanlage CarboPlus® einfach zu betreiben und stellte keine zusätzliche Arbeitsbelastung für das Betriebspersonal der ARA dar.

Unter Berücksichtigung der ausgesprochen guten Ergebnisse in der ersten Versuchsphase kann das Verfahren CarboPlus® für die Elimination von Mikroverunreinigungen auf der ARA in Penthaz empfohlen werden. Derzeit läuft eine Phase der Optimierung. Dabei werden insbesondere der Ein- fluss variabler Durchflüsse und von Regenphasen auf Grundlage der Online-UV-Absorbanz-Messung und der Analysen der Mikroverunreinigungen bewertet. Ausserdem ist vor dem Ende der Versuchsreihe im Sommer 2017 eine zweite Versuchsphase mit mikrogranulierter Aktivkohle eines ande- ren Herstellers vorgesehen.

  • Anno di pubblicazione:  2017

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