Betriebliche Aspekte zu PAK

Reinigungsleistung

Mit PAK lässt sich eine grosse Bandbreite an Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser entfernen, und ein Reinigungseffekt von 80% einhalten. Die wichtigsten Grössen, welche die Reinigungsleistung beeinflussen, sind die Aktivkohle-Dosis (je höher die Dosis, desto höher die Elimination), die Abwassermatrix (je geringer der DOC, desto geringer die notwendige PAK-Dosiermenge), sowie das eingesetzte Aktivkohleprodukt. Nicht alle PAK-Produkte sind für alle Abwässer gleich gut geeignet. Weitere Informationen zur Auswahl von Aktivkohlen sind hier verfügbar. Die Erfahrungen zeigen, dass bei nachgeschalteten PAK-Verfahren der PAK-Verbrauch im Bereich von 2 mg PAK/mg DOC liegt. Wird die PAK direkt in die biologische Reinigungsstufe dosiert, liegt der PAK-Verbrauch tendenziell höher, bei rund 3 mg PAK/mg DOC, weil die Mehrstufigkeit fehlt. Bei Membranbiologie-Systemen konnte ein PAK-Verbrauch von etwa 2 mg PAK/mg DOC gemessen werden.

Betrieb und Überwachung

Die Reinigungsleistung wird periodisch anhand von 12 Leitsubstanzen überprüft (Reinigungseffekt). Für den täglichen Betrieb ist eine häufige Probenahme und Analytik zu teuer und zu aufwändig. Daher stehen für die Überwachung Hilfsgrössen zur Verfügung (vgl. Konzept zur Überwachung der Reinigungsleistung). Neben der Aufzeichnung des Verbrauchs von Betriebsmitteln (PAK) und des DOC eignet sich vor allem die (online-)Messung des SAK (spektraler Absorptionskoeffizient) bei 254nm. Die Messgeräte sind kommerziell verfügbar und werden laufend auf den Einsatz in Abwasser zur Überwachung der Spurenstoff-Elimination angepasst. Die Abnahme des SAK korreliert sowohl bei der Ozonung als auch bei den Aktivkohle-Verfahren mit der Elimination verschiedener Spurenstoffe. Für die Überwachung der Reinigungsleistung wird daher empfohlen, ergänzend zur periodischen Messung der Spurenstoffe, auch den SAK bei 254nm im Zu- und Ablauf der Spurenstoffeliminationsstufe zu messen. Die SAK-Messung kann sowohl online als auch mit Sammelproben im Labor erfolgen (Erfahrungen mit der SAK Messung). Insgesamt kann mit einer Kombination von Spurenanalytik und online-Signalen mit verhältnismässigem Aufwand sichergestellt werden, dass die Anlagen die Anforderungen bezüglich Reinigungsleistung zuverlässig einhalten.

Durch die Messung der Trübung im Ablauf (d.h. nach der Polishing-Stufe) kann ein möglicher PAK-Verlust über den Ablauf frühzeitig erkannt werden. Dieser Ansatz ist für die Betriebsüberwachung nicht geeignet, kann aber sicherheitstechnisch interessant sein, um beispielsweise eine Notabschaltung der PAK-Dosierung einzuleiten. Um den quantitativen Zusammenhang zwischen der Trübung und dem PAK-Verlust erfassen zu können, sind periodische Vergleichsmessungen mit dem thermogravimetrischen Verfahren zu empfehlen.

Durch die Aufzeichnung von konventionellen Betriebskenngrössen, wie beispielsweise behandelte Abwassermenge und PAK-Verbrauch, kann sehr grob auf den Betrieb der Spurenstoffeliminationsstufe geschlossen werden. Eine Beurteilung alleine auf Grund der Betriebsparameter ist jedoch zu wenig genau. Eine Kombination mit einer anderen Methode ist daher notwendig. Zudem ist der Feststoff-Anteil im Ablauf der ARA bei verschiedenen Betriebszuständen sowohl mit GUS-und Trübungsmessungen als auch mit direkten Aktivkohle-Schlupf-Messungen zu überwachen.

Ressourcenverbrauch und Umweltauswirkungen

Bei der PAK-Anwendung werden hauptsächlich die folgenden Ressourcen benötigt:

Der Verbrauch an Pulveraktivkohle hängt vom gewählten Verfahren, von der Abwasserzusammensetzung bzw. der Abwassermatrix (Feststoffe, DOC) und dem eingesetzten PAK-Produkt ab. Eng mit dem PAK-Verbrauch ist der Primärenergieverbrauch und der CO2-Fussabdruck verbunden, weil die PAK-Herstellung sehr energieintensiv ist. Das Ausgangsprodukt der Kohle (nachwachsender Rohstoff oder nicht) sowie der Anteil an Reaktivaten spielen dabei eine grosse Rolle.

Ob und wie viel Fäll- und/oder Flockungshilfsmittel benötigt werden, hängt vom gewählten Verfahren ab.

Auch der Stromverbrauch hängt sehr stark vom gewählten Verfahren ab, wobei das Abtrennverfahren den wohl grössten Einfluss hat.

Der Platzbedarf hängt vom Verfahren ab, wobei Abtrennverfahren mit einer Vorabtrennung (z.B. Sedimentation) am meisten Platz brauchen. Die eigentliche Filtration hat aber auch einen gewissen Einfluss auf den Platzbedarf: z.B. benötigt eine Sandfiltration mehr Fläche und Bausubstanz als eine Tuchfiltration.

Klimafreundlich Gewässer schützen

Bei PAK-Verfahren hat die Herstellung der Aktivkohle die grössten Umweltauswirkungen. Mit der Wahl einer Aktivkohle aus erneuerbaren Rohstoffen oder mit hohem Reaktivat-Anteil kann die Umweltauswirkung der Reinigungsstufe stark beeinflusst werden. Eine optimierte Dosiermenge hat ebenfalls einen grossen Einfluss. Dies erreichen Kläranlagen-Betreiber beispielsweise, wenn sie ein Aktivkohle-Produkt mit hoher Reinigungsleistung für ihr Abwasser einsetzen sowie bedarfsgerecht dosieren. Die Verringerung des Materialaufwands für die Infrastruktur hat eine untergeordnete Bedeutung.

Modellierter CO2-Fussabdruck für PAK-Anlagen 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

Aufgrund der grossen Vielfalt an verschiedenen Verfahren und jeweils ganz unterschiedlichen Anforderungen an die Bauwerke (Grösse, Gestaltung, Ausrüstung) und verfahrenstechnischen Komponenten ist es kaum möglich, die spezifischen Kosten für PAK-Verfahren zu verallgemeinern. Die einzigen identischen Komponenten sind die Ausrüstung für die Lagerung und Dosierung der Aktivkohle.

Die Betriebskosten einer PAK-Stufe werden dominiert durch den Verbrauch an Aktivkohle. Weitere Kostenpositionen sind die Entsorgung der beladenen Aktivkohle (Anteil des Klärschlamms), die Kosten für Elektrizität, Fäll- und Flockungshilfsmittel sowie die Personalkosten. Ein optimierter Betriebsmittel- und Stromverbrauch schlägt sich nicht nur positiv in den Betriebskosten nieder, sondern führt auch zu weniger Umweltauswirkungen.