Betriebliche Aspekte zu GAK

Reinigungsleitung

GAK-Filtration

Bei der GAK-Filtration zeigen Pilotversuche sowie erste grosstechnische Anwendungen, dass das Verfahren zur Elimination von Mikroverunreinigungen aus dem kommunalen Abwasser geeignet ist und einen Reinigungseffekt von 80% zuverlässig einhält. Für einen effizienten Betrieb der GAK-Filtration sind hauptsächlich zwei Aspekte zu berücksichtigen: Ausreichende Leerbettkontaktzeit im Bereich von 20 bis 30 Minuten bei tiefem DOC und möglichst geringe DOC-Konzentration im zufliessenden, biologisch gereinigten Abwasser. Allerdings ist aufgrund der Datenlagen die Abschätzung der Wirtschaftlichkeit noch unsicher. Diese hängt insbesondere davon ab, wie häufig die GAK reaktiviert werden muss. Bei Regenwetter sinkt die Reinigungsleistung tendenziell ab, weil die Kontaktzeit mit der GAK sowie die Stoffkonzentrationen in der Wasserphase abnehmen. Hier sind noch praxiserprobte Konzepte und Betriebsweisen erforderlich.

GAK im Schwebebett

Bei der GAK im Schwebebett zeigen Pilotversuche sowie erste grosstechnische Anwendungen, dass das Verfahren zur Elimination von Mikroverunreinigungen aus dem kommunalen Abwasser geeignet ist und einen Reinigungseffekt von 80% zuverlässig einhält. Auch bei Regenwettersituationen kann der geforderte Reinigungseffekt eingehalten werden. Erste Erfahrungen zeigen, dass die dazu erforderliche Aktivkohle-Dosis in einem ähnlichen Bereich liegt wie bei der GAK-Filtration. Jedoch erlaubt das Schwebebettsystem – im Gegensatz zur GAK-Filtration – eine periodisch erhöhte Aktivkohle-Zugabe während Frachtspitzen oder bei längeren Regenwettersituationen. Auf diese Weise kann einem Einbruch der Eliminationsleistung entgegengewirkt werden.

Betrieb und Überwachung

GAK-Filtration

Bei parallel betriebenen GAK-Filtern ist darauf zu achten, dass die einzelnen Filterzellen gestaffelt in Betrieb genommen werden. Dadurch ist es möglich, die GAK gestaffelt zu erneuern. Auf diese Weise kann die Standzeit der einzelnen GAK-Filter verlängert werden. Denn der Gesamtablauf setzt sich aus den Abläufen der einzelnen GAK-Filterzellen zusammen: die Einleitbedingung im gesamten Ablauf kann daher eingehalten werden, auch wenn die älteste Zelle nicht mehr die geforderten 80% eliminiert. Bei dieser Betriebsweise muss beim Zu- und Abschalten von Filterzellen darauf geachtet werden, dass alle Zellen im Langzeitdurchschnitt ähnlich beschickt und somit gleichmässig beladen werden. Die SAK-Messung stellt ein vielversprechendes Signal für eine online Überwachung dar. Noch unklar ist, ob damit auch der Zeitpunkt zum Erneuern der GAK besser erkannt werden kann als anhand der periodischen Messung der Leitsubstanzen.

GAK im Schwebebett

Bei der GAK im Schwebebett hat sich eine online Überwachung der Reinigungsleistung mit der SAK-Messung bewährt. Auf diese Weise konnten kurzzeitige Ereignisse wie die periodische Zugabe von Frischkohle oder ein veränderter Durchfluss bei Regenwetter zuverlässig erfasst werden. Zudem ist eine Überwachung der GUS-Konzentrationen im Zu- und Ablauf des GAK-Filters notwendig. Denn eine erhöhte Feststoffbelastung des Filters kann das GAK-Bett überladen und zu GAK-Verlusten im Ablauf führen. Im grosstechnischen Betrieb ermöglicht eine Niveaumesssonde eine automatisierte Überwachung der GAK-Betthöhe sowie eine Alarmauslösung, wenn das Aktivkohlebett eine kritische Höhe überschreitet.

Ressourcenverbrauch und Umweltauswirkungen

Bei Verfahren mit GAK werden hauptsächlich die folgenden Ressourcen benötigt:

Der Verbrauch an GAK hängt von der Abwasserzusammensetzung bzw. der Abwassermatrix (Feststoffe, DOC) und dem eingesetzten GAK-Produkt ab. Eng mit dem Aktivkohle-Verbrauch ist der Primärenergieverbrauch und der CO2-Fussabdruck verbunden, weil die GAK-Herstellung sehr energieintensiv ist. Das Ausgangsprodukt der Kohle (nachwachsender Rohstoff oder nicht) sowie der Anteil an Reaktivaten spielen eine grosse Rolle. Da GAK regeneriert wird ist der CO2-Fussabdruck bedeutend besser als bei PAK, wo keine Reaktivierung möglich ist. Der Aktivkohle-Verbrauch dominiert jedoch den Primärenergieverbrauch beziehungsweise den CO2-Fussabdruck des Verfahrens.

Strom wird für die Rückspülaggregate (Gebläse und Pumpen), sowie für die Rezirkulation notwendig. Für die Filterrückspülung beträgt der Stromverbrauch – abhängig von der Anlagengrösse, der Abwasserzulaufqualität, dem Fileraufbau und dem Spülregime –zwischen 0.005 und 0.01 kWh/m3 behandeltes Abwasser. Zusätzlich ist der Strombedarf für ein allfälliges Zwischenpumpwerk zu berücksichtigen: bei typischen Förderhöhen von 3 bis 4 m ergibt sich ein Stromverbrauch von etwa 0.015 bis 0.02 kWh/m3

Der Flächenbedarf für die Filtration kann anhand der minimalen Kontaktzeit, beziehungsweise anhand der maximalen Filtergeschwindigkeit bei einer fixierten Filterbetthöhe abgeschätzt werden. Der Gesamtplatzbedarf – unter Berücksichtigung der Rohrkeller und Hilfseinrichtungen – liegt je nach Anlagengrösse um 25 bis 50% höher als jene der Filterfläche.

Klimafreundlich Gewässer schützen

Bei Aktivkohle-Verfahren hat die Herstellung der Aktivkohle die grössten Umweltauswirkungen. Der grösste Hebel zur Beeinflussung der Umweltauswirkungen liegt daher bei der Wahl eines GAK-Produkts aus erneuerbaren Rohstoffen oder mit hohem Reaktivat-Anteil. Ein optimierter Betrieb der Anlage hilft zudem die Adsorptionskapazität der Aktivkohle möglichst effizient auszunutzen. Es gilt: Je mehr Bettvolumen behandelt werden können, desto besser wird die Energiebilanz. Die Verringerung des Materialaufwands für die Infrastruktur hat eine untergeordnete Bedeutung.

Modellierter CO2-Fussabdruck für GAK-Filtration mit den Annahmen aus aus dem Bericht „Klimafreundlich Gewässer schützen“, sowie verschiedene Massnahmen zur Reduktion des Treibhauseffekts.

Weitere Tipps zur Förderung der Energieeffizienz bei Anlagen zur Elimination von Mikroverunreinigungen sind hier gegeben.

Kosten

Die Kosten sind insbesondere stark abhängig von der Filtergrösse, da eine ausreichende Kontaktzeit notwendig ist für eine effiziente Spurenstoffelimination. Im Einzelfall sind aber auch die lokalen Gegebenheiten (Landreserven, Hydraulik, Baugrund, vorhandene Infrastruktur, etc.) von Bedeutung.

GAK-Filter

Die Betriebskosten eines GAK-Filters werden dominiert durch die Standzeiten der Kohle, die Stromkosten für die Rückspülung und allfällige Hebewerke. Der GAK-Filter ist aber tendenziell teurer als ein Sandfilter (tendenziell grössere Filter, teureres Filtermaterial). Anhand erster Daten ist davon auszugehen, dass die Wirtschaftlichkeit vergleichbar ist mit PAK-Verfahren.

GAK im Schwebebett

Anhand erster Daten ist davon auszugehen, dass die Wirtschaftlichkeit vergleichbar ist mit anderen Verfahren.