ABWASSERWERK ROSENBERGSAU - VSA Micropoll · BERICHT ZUR PILOTIERUNG 190‘422.13 30.09.2015 ABWASSERWERK ROSENBERGSAU Strategie Zukunft - Behandlungsstufe für Mikroverunreinigun-gen

BERICHT ZUR PILOTIERUNG

190‘422.13

30.09.2015

ABWASSERWERK ROSENBERGSAU

Strategie Zukunft - Behandlungsstufe für Mikroverunreinigun-

gen

Pilotierung Ozonung

Pilotierung Behandlungsstufe Mikroverunreinigungen / 30.09.2015 Seite 2 Abwasserwerk Rosenbergsau – ARA Rosenbergsau (SG) © Pöyry Schweiz AG

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Entwurf 00 14.09.2015 LKK

Abgabe 01 30.09.2015 Rückmeldungen Maurizio Schirinzi LKK

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INHALTSVERZEICHNIS

1. EINLEITUNG ....................................................................................................................... 4

2. METHODIK ......................................................................................................................... 4

2.1 Aufbau Pilotanlage .............................................................................................................. 4

2.2 Messkonzept ....................................................................................................................... 4

3. ERGEBNISSE ..................................................................................................................... 6

3.1 Zulaufcharakteristik ............................................................................................................. 6

3.2 Biologische Reinigungsstufe ................................................................................................ 6

3.3 Eliminationsleistung Mikroverunreinigungen ........................................................................ 8

3.4 Ozonprofile ........................................................................................................................ 12

3.4.1 Modellierung Ozonprofile ................................................................................................... 12

3.4.2 Einfluss Ozondosierung ..................................................................................................... 12

3.4.3 Einfluss Kontaktzeit ........................................................................................................... 12

3.4.4 Einfluss Gaskonzentration ................................................................................................. 14

4. DISKUSSION .................................................................................................................... 14

4.1 Ozondosierung .................................................................................................................. 14

4.2 Kontaktzeit und Reaktorgrösse .......................................................................................... 15

4.3 Sicherheit .......................................................................................................................... 17

4.4 Elimination in der biologischen Reinigungsstufe ................................................................ 17

4.5 Steuerung, Regelung, Überwachung ................................................................................. 18

4.6 Einfluss von Regenwetter .................................................................................................. 18

5. SCHLUSSFOLGERUNGEN .............................................................................................. 20

6. ANHANG ........................................................................................................................... 21

7. GLOSSAR ......................................................................................................................... 27


1. EINLEITUNG

Mit den Pilotversuchen werden wichtige Erkenntnisse für die Eignung der Ozonung für das Abwas-

serwerk Rosenbergsau gewonnen. Mit Hilfe der erarbeiteten Dimensionierungsparameter kann die

spätere Realisierung der grosstechnischen Anlage mit hoher Planungssicherheit bezüglich Investiti-

onskosten (Grösse des Reaktors) und Betriebskosten (Ozon- und Energieverbrauch) erfolgen.

Das Ziel der Pilotierungsversuche ist die Bestimmung der optimalen Auslegungsparameter für die

Behandlungsstufe für Mikroverunreinigungen mittels Ozonung. Konkret sollen folgende Fragestellun-

gen beantwortet werden:

Was ist die optimale Kontaktzeit zur optimalen Ausnutzung des eingetragenen Ozons und

Vermeidung von gelöstem Restozon im Ablauf Ozonung?

Was ist die optimale Dosiermenge des Ozons, um die erforderliche Eliminationsleistung für die

EMV zu erreichen?

2. METHODIK

2.1 Aufbau Pilotanlage

Die Pilotversuche wurden über einen Zeitraum von 11 Wochen von Ende März 2015 bis Anfang Juni

2015 durchgeführt. Die Pilotierung konnte in einem sehr ehrgeizigen Zeitrahmen durchgeführt wer-

den, die Gesamtprojektdauer von Beginn Planung bis Vorliegen der Ergebnisse lag bei 8 Monaten.

Die Pilotanlage besteht aus einem Sauerstoffgenerator, einem Ozongenerator, zwei knapp sechs

Meter hohen Säulenreaktoren und diversen Messinstrumenten mit Datenlogger (Abbildung 2-1). Die

verwendeten Betriebszustände der Pilotanlage sind in Tabelle 2-2 zusammengestellt. Eine detaillier-

te Zusammenstellung aller Versuche ist in Tabelle 6-1 gegeben.

2.2 Messkonzept

Neben den 12 Indikatorsubstanzen gemäss Entwurf Gewässerschutzverordnung vom 22.12.2014

werden auch alle relevanten Schmutzparameter analysiert, um den Einfluss weiterer Parameter wie

schwankende Schmutzstoffkonzentrationen oder Regenereignisse auf die Eliminationsleistung zu

evaluieren. Folgende Probenahmen und Messungen werden durchgeführt:

Probenahme mittels automatischem Probenahmegerät im Rohabwasser, Ablauf Nachklärung

und Ablauf Ozonung (48h - Sammelproben, zuflussproportional; effektive Versuchsdauer jeweils

4 Tage von Vormittag Tag 1 bis Morgen Tag 4, Probenahme an Tagen 2 und 3)

Analyse von 12 Indikatorsubstanzen gemäss Entwurf Gewässerschutzverordnung vom

22.12.2014 (Analyse durch externes Labor; Probenaufbereitung mit Filtration 0.45 µm und Zuga-

be von Natriumthiosulfat)

Absorbanzmessungen zur Bestimmung der Veränderung der Absorbanzen durch die Ozonung

(Delta UV Messungen bei Wellenlänge 254 nm)

Analyse der Standardschmutzstoffparameter (CSB, TOC, DOC, NO2-N, GuS, pH, T; Aufberei-

tung und Analyse durch AWR)

Online Messungen mit Datenlogger (siehe Tabelle 2-3)

Manuelle Analyse der Ozonprofile an Stutzen der Reaktoren (polarografische Messzelle)


Abbildung 2-1: Schema der Pilotanlage mit Indikation der installierten Messgeräte

Tabelle 2-1: Liste der wichtigsten installierten Anlagen

Tabelle 2-2: Übersicht über wichtige Versuchsparameter und den verwendeten Wertebereich

Parameter Einheit Wertebereich

von bis

V Reaktor (Summe Reaktor 1 + 2) m3 0.29 0.29

Q Abwasser m3/h 0.65 1.30

Kontaktzeit total min 13.4 26.8

Kontaktzeit Nachreaktion min 6.7 13.4

O3 Dosis g/m3 2.0 5.9

O3 Produktion g/h 2.1 7.6

Q O3 l/h 17 60

O3 Konzentration g/Nm3 63 148

% 4.4 10.2

Zulauf ab

Nachklärung

O3

600 g O2/h

Restozon-

vernichter

Ablauf

O2

60 g O3/h

0.4–1.3 m3/h

Reaktor 1

(Ozoneintrag)0.15 m3

Reaktor 2

(Nachreaktion)0.15 m3

O3

F

T

pH SAK SAK

F

O3

P

Anlageteil Funktion

O2 Generator Anreicherung von Sauerstoff aus Umgebungsluft

O3 Generator Herstellung von O3 mittels elektrischer Entladung von Sauerstoff

Kältemaschine Kühlung des Ozongenerators

Beschickungspumpe Regulierung eines definierten Abwasser-Volumenstroms in die Reakti-onsbehälter

2 Reaktoren Kontaktort des Wassers mit Ozon

Restozonvernichter Entfernung von Restozon aus Abgasstrom


Tabelle 2-3: Übersicht über die installierten Messgeräte in der Pilotanlage

Messung Ort Datenlogger Messgrösse Einheit

Hauptströme (relevant für Versuchsauswertung)

Volumenstrom ab Ozongenerator x F m3/h

Volumenstrom Zuflussleitung Reaktor x F m3/h

Temperatur Zuflussleitung Reaktor x T °C

pH Zuflussleitung Reaktor x pH pH

Redoxpotenzial Zuflussleitung Reaktor x Redox mV

O3 Konzentration ab Ozongenerator x C g O3/Nm3 Gas

O3 Konzentration Off-Gas ab Reaktor x C g O3/Nm3 Gas

O3 Konzentration Polarografische Messzelle

C mg O3/l

Absorbanz Zu Ozonreaktor x SAK 1/m

Absorbanz Ab Ozonreaktor x SAK 1/m

Nebenströme

Druck O3 Generator

P bar

Volumenstrom O3 Generator

F m3/h

Konzentration Gaswarngeräte (O3 & O2) C ppm

3. ERGEBNISSE

Die Ergebnisse sind gegliedert nach Zulaufcharakteristik, Beobachtungen in der biologischen Reini-

gungsstufe, Eliminationsleistungen der Mikroverunreinigungen, den Messkampagnen zur Bestim-

mung der Ozonprofile in den Reaktoren und der Modellierung der Ozonprofile.

3.1 Zulaufcharakteristik

Die Zulaufcharakteristik zur Ozonungsanlage (Ablauf Nachklärung) lag während des Versuchszeit-

raumes in repräsentativen Bereichen für das Abwasserwerk Rosenbergsau (Abbildung 3-1 bis Abbil-

dung 3-2, Tabelle 3-1). Die Reinigungsleistung für alle Schmutzstoffparameter lag in einem sehr gu-

ten Bereich. Der Versuchszeitraum war geprägt von relativ häufigen und teilweise grossen Regener-

eignissen.

Die untersuchten 12 Indikatorsubstanzen wurden in relativ engen Konzentrationsbereichen detektiert

und lagen in ähnlichen Grössenordnungen wie bei den Messkampagnen, die vom AfU St. Gallen in

den Jahren 2009 bis 2012 durchgeführt wurden (Tabelle 3-2). Bei einigen Stoffen (insbesondere

Carbamazepin und Venlaflaxin) kam es zu einer Erhöhung der Konzentration im Ablauf Nachklärung

(vergleiche Kapitel 3.3 Eliminationsleistung Mikroverunreinigungen Seite 8 und Kapitel 4.4 Eliminati-

on in der biologischen Reinigungsstufe auf Seite 17).

3.2 Biologische Reinigungsstufe

Die biologische Reinigungsstufe wies im Versuchszeitraum einen stabilen Betriebszustand auf, wo-

bei das Schlammalter bei 8-9 Tagen lag. Die hydraulische Aufenthaltszeit in den Belebungsbecken


(2‘500 m3 anoxisches Volumen, 7‘000 m

3 aerobes Volumen) beträgt bei Trockenwetter ca. 15 h

(QTW,d = 15‘000 m3/d), bei Regenwetter (Qmax = 750 l/s) minimal 3.5 h.

Abbildung 3-1: Zulaufmenge zur ARA (Zulaufmessung im Zulaufkanal zur Vorklärung) von Anfang März bis An-fang Juni 2015 (Tageswerte in m

3/d)

Abbildung 3-2: DOC Frachten im Ablauf Nachklärung (Zulauf Ozonung) von Anfang März bis Anfang Juni 2015 (24 h Mittelwerte, zuflussproportional); Doppelpunkte zeigen Messungen, die in 48 h Sammelproben während der Versuche durchgeführt wurden.

Abbildung 3-3: DOC Konzentrationen im Ablauf Nachklärung (Zulauf Ozonung) von Anfang März bis Anfang Ju-ni 2015 (24 h Mittelwerte, zuflussproportional); Doppelpunkte zeigen Messungen, die in 48 h Sammelproben während der Versuche durchgeführt wurden.

0

10'000

20'000

30'000

40'000

50'000

60'000

Zu

lau

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100

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DO

C A

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B

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Ablauf NKB

0

2

4

6

8

10

DO

C A

bla

uf

NK

B

in m

g/l

Ablauf NKB


Tabelle 3-1: Zulaufcharakteristik Ozonung (Ablauf Nachklärung) Schmutzstoffparameter im Zeitraum von Ende März bis Anfang Juni 2015 (13 Wochen)

Parameter Kürzel Einheit Mittelwert Stdabw

Zulauf Q m3/d 26'193 12'519

Chemischer Sauerstoffbedarf CSBtot mg/l 25 6.0

Chemischer Sauerstoffbedarf gelöst CSBgel mg/l 19 5.9

Gelöster organischer Kohlenstoff DOC mg/l 6.1 1.0

Totaler organischer Kohlenstoff TOC mg/l 7.6 1.2

Gesamte ungelöste Stoffe GUS mg/l 5.2 2.0

Ammoniumstickstoff NH4-N mg/l 0.09 0.13

Nitratstickstoff NO3-N mg/l 4.9 1.8

Nitritstickstoff NO2-N mg/l 0.169 0.375

Phosphor gesamt Ptot mg/l 0.15 0.08

Phosphat PO4-P mg/l 0.010 0.007

pH-Wert pH - 6.8 0.3

Temperatur T °C 14.5 2.3

Tabelle 3-2: Konzentrationen Indikatorsubstanzen im Zulauf Ozonung (Ablauf Nachklärung) im Zeitraum von Ende März bis Anfang Juni 2015 mit Vergleich mit den Messungen des AfU; Einteilung Typ / Kriterium gemäss GSchV vom 22.12.2014. Carbamazepin, Diclofenac, Benzotriazol, Mecoprop sind Stoffe der 5er Liste des BAFU (5. Stoff: Sulfamethoxazol).

Mikroverunreinigungen Typ / Kriterium AfU 09/12 Mittelwert Stdabw

µg/l µg/l µg/l

Amisulprid

sehr gut elimi-nierbar, mindes-tens 4 wählen

- 0.19 0.06

Carbamazepin 0.4 0.20 0.07

Citalopram - 0.083 0.028

Clarithromycin < 0.05 0.29 0.15

Diclofenac 0.92 1.1 0.4

Hydrochlorothiazid - 0.37 0.17

Metoprolol 0.08 0.06 0.03

Venlafaxin - 0.15 0.05

Benzotriazol gut eliminierbar, mindestens 2 wählen

10 7 5.9

Candesartan - 0.23 0.07

Irbesartan - 0.30 0.12

Mecoprop 0.34 0.20 0.14

3.3 Eliminationsleistung Mikroverunreinigungen

Die ermittelten Eliminationsleistungen nahmen bei höheren Ozondosierungen wie zu erwarten zu

(Abbildung 3-4). Die Gesamteliminationsleistung (Rohabwasser bis Ablauf Ozonung) unterschied

sich meist nur geringfügig von der Eliminationsleistung für die Ozonung allein (Zulauf Ozonung bis

Ablauf Ozonung). Tendenziell lagen die Eliminationsleistungen bei Versuchen mit Regenwetterein-

fluss tiefer als bei Versuchen bei Trockenwetter.

Die Eliminationsleistung zeigt eine gute Korrelation mit der Differenz der UV Absorbanz im Zu- und

Ablauf der Ozonung (Delta UV; Abbildung 3-5). Lediglich bei zwei Versuchen weichen die Messwerte


ab (Versuch 4 mit Delta UV = 30 %, EMV = 96 % und Versuch 5 mit Delta UV = -2 %, EMV = 92 %;

letzterer nicht dargestellt). Die Auswertung der Eliminationsleistungen erfolgte derart, dass falls die

Konzentration der Indikatorsubstanz unterhalb der Bestimmungsgrenze lag, der Wert auf den halben

Wert der Bestimmungsgrenze gesetzt wurde.

Korrelationen für die Einzelsubstanzen sind in Abbildung 6-1 und Abbildung 6-2 zu finden, eine de-

taillierte Zusammenstellung aller gemessenen Konzentrationen ist in Tabelle 6-2 und Tabelle 6-3 ge-

geben.

Abbildung 3-4: Korrelation der Elimination der Indikatorsubstanzen (Mittelwert der Eliminationsleistungen der 12 Indikatorsubstanzen) mit der spezifischen Ozondosierung: links: für die Gesamtanlage (Rohabwasser bis Ablauf Ozonung) und für die Ozonung allein (Zulauf Ozonung bis Ablauf Ozonung); rechts: für die Ozonung allein mit Indikation der Kontaktzeit jedes Versuchs und ob Regenwetter vorlag (mittlere Zuflussmenge der beiden Ver-suchstage über 30‘000 m

3/d); Falls die Konzentration der Indikatorsubstanz unterhalb der Bestimmungsgrenze

lag, wurde der Wert auf den halben Wert der Bestimmungsgrenze gesetzt.

Abbildung 3-5: Korrelation der Elimination der Indikatorsubstanzen (Mittelwert der Eliminationsleistungen der 12 Indikatorsubstanzen) mit Reduktion der UV Absorbanz bei 254 nm für die Ozonung allein (Zulauf Ozonung bis Ablauf Ozonung)

0

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60

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100

0 20 40 60

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on

in

%

Delta UV Absorbanz %

Kontaktzeit 13.4min

Kontaktzeit 26.8min

0

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0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Elim

inati

on

in

%

Dosierung g O3/g DOC

Gesamt

Ozonung

0

20

40

60

80

100

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Elim

inati

on

in

%

Dosierung g O3/g DOC

Kontaktzeit 13.4 min

Kontaktzeit 26.8 min

Regenwetter


Bei Ozondosierungen ab ca. 0.5 g O3/g DOC wurden Eliminationsleistungen von 80 % und darüber

erreicht (für den Mittelwert der Eliminationsleistungen der 12 Indikatorsubstanzen). Allerdings gibt es

einen Versuch (Versuch 9, bei 0.66 g O3/g DOC), bei dem die Elimination unter 80 % liegt. Ab einer

Ozondosierung von ca. 0.7 g O3/g DOC lagen die Eliminationsleistungen zumeist über 90 %.

Der Einfluss der Auswahl der Indikatorsubstanzen für zukünftige routinemässige Beprobungen auf

die Eliminationsleistungen ist in Abbildung 3-6 dargestellt. Für die Auswahl von 6 Indikatorsubstan-

zen aus der Liste der 12 Substanzen ergeben sich 420 mögliche Kombinationen (4 aus 8 sehr gut

eliminierbaren Stoffe, 2 aus 4 gut eliminierbaren Stoffe). Insbesondere bei tieferen Ozondosierungen

unter 0.5 g O3/g DOC ergeben sich grosse Bandbreiten der ermittelten Eliminationsleistung, je

nachdem welche Indikatorsubstanzen gewählt werden. Die Bandbreiten ergeben sich insbesondere

infolge des Einflusses der lediglich gut abbaubaren Substanzen, für die die Eliminationsleistungen

bei reduzierter Ozondosierung am stärksten abnehmen. Weiterhin zeigt sich ein Einfluss von Re-

genwetter auf die Eliminationsleistungen.

In Abbildung 3-7 ist die Verteilung der Eliminationsleistungen für alle untersuchten Mikroverunreini-

gungen dargestellt, für die Gesamtelimination, die Elimination in der biologischen Reinigungsstufe

und in der Ozonungsanlage. Die mittlere Eliminationsleistung der 8 sehr gut eliminierbaren Substan-

zen liegt dabei deutlich über 80 %, während diejenige der lediglich gut eliminierbaren Substanzen

unter 80 % liegt. Die Elimination in der biologischen Stufe schwankt je nach Substanz in sehr gros-

sen Bereichen zwischen +100 % und knapp -200 %. Insbesondere Carbamazepin und Venlaflaxin

lagen bei den meisten Versuchen im Ablauf der Nachklärung in höheren Konzentrationen vor als im

Rohabwasser. Die mittleren Eliminationen in der biologischen Reinigungsstufe liegen im Bereich von

0 bis 40 %. Der Beitrag zur der biologischen Reinigungsstufe Gesamteliminationsleistung ist relativ

gering.

Abbildung 3-6: Boxplots der Verteilung der Eliminationsleistungen (Rohabwasser – Ablauf Ozonung) für alle möglichen Kombinationen der Auswahl von 6 aus 12 Indikatorsubstanzen (4 aus 8 sehr gut eliminierbaren Stof-fen und 2 aus 4 gut eliminierbaren Stoffen; insgesamt 420 Kombinationen) je Versuch sortiert nach spezifischer Ozondosierung; Dargestellt sind Minimal- und Maximalwerte (Antennen unten und oben), 25 %- und 75 % Quantil (untere und obere Kanten der Boxen) und der Median (schwarzer Querbalken). Mit RW sind Versuche markiert, bei denen Regenwetter vorlag (mittlere Zuflussmenge der beiden Versuchstage über 30‘000 m

3/d). Die

orangen Kreise repräsentieren die Eliminationsleistung bei Auswertung der 5er Liste (ohne Sulfamethoxazol)

0

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0.30 0.37 0.42 0.49 0.61 0.66 0.67 0.71 0.74 0.76 0.94 0.95 1.01

Elim

inati

on

in

%

Dosierung in g O3/g DOC

RW RW RW RW


Abbildung 3-7: Boxplots der Eliminationsleistungen für alle 12 untersuchten Mikroverunreinigungen bei allen 13 Versuchen; Oben: Gesamtelimination; Mitte: Elimination in der Ozonungsanlage; Unten: Elimination in der bio-logischen Reinigungsstufe; Dargestellt sind Minimal- und Maximalwerte (Antennen unten und oben), 25 %- und 75 % Quantil (untere und obere Kanten der Boxen) und der Median (schwarzer Querbalken).

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100E

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-160

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-40

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40

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120

Elim

inati

on

in

%

Gesamt

Ozonung

Biologie


3.4 Ozonprofile

Ergebnisse der gemessenen und simulierten Ozonprofile sind in Abbildung 3-8 bis Abbildung 4-2

dargestellt. In Reaktor 1 (Ozoneintragsraum) ist Ozon bei Dosierungen bis 1.0 g O3/g DOC nur in der

unteren Hälfte des Reaktors nachweisbar. Es zeigt sich ein starker Konzentrationsgardient infolge

des Ozongaseintrags im Gegenstrom und der hohen Anfangszehrung des Ozons. In Reaktor 2

(Nachreaktionsraum) ist der Ozonabbau bzw. –zerfall deutlich langsamer.

Bei einer Ozondosis von unter 0.6 g O3/g DOC ist kein Ozon am Auslauf des Nachreaktionsraums

messbar (Nachweisgrenze: 0.01 mg/l). Die Ozonfahne zieht bis etwa zur Hälfte des Nachreaktions-

raums. Durch Verdopplung der Kontaktzeit (von 6.7 min auf 13.4 min) ist kaum noch Ozon im Nach-

reaktionsraum nachweisbar. Ebenfalls zeigt sich eine Verkürzung der Ozonfahne bei Verdopplung

der Ozonkonzentration im Gaseintragsstrom (von 5.1 % auf 10.2 %). Bei einer Ozondosis von über

0.6 g O3/g DOC zeigt sich je nach Parametern bereits ein Durchbruch der Ozonfahne bis zum Aus-

lauf des Nachreaktionsraums (bei Kontaktzeit 6.7 min).

3.4.1 Modellierung Ozonprofile

Mit der Modellierung der Ozonprofile werden folgende Ziele verfolgt:

Prozesse und Einflussgrössen verstehen: Dosierung, Kontaktzeit, Hydraulik, Reaktorkonfigurati-

on (z.B. 1 oder 2 Dosierstellen), Temperatur

Beantwortung von Fragen zur Auslegung: Reaktorkonfiguration und Grösse, Einfluss der Hyd-

raulik

Das Modell kann die gemessenen Ozonprofile sowohl im Ozoneintrags- als auch im Nachreaktions-

raum über einen weiten Inputparameterbereich mit guter Genauigkeit wiedergeben (mit einem Para-

metersatz). Dies beinhaltet auch die Einflüsse unterschiedlicher Ozondosierungen, DOC-

Konzentrationen und Kontaktzeiten. Die Parameter sind so gewählt, dass das Modell die Ozonkon-

zentrationen im Wasser eher überschätzt.

Grenzen des Modells: Es bleibt zu berücksichtigen, dass die Parameter spezifisch für das Abwas-

serwerk Rosenbergsau sind und nicht ohne weiteres übertragen werden können. Darüber hinaus

kann mit dem Modell keine Vorhersage der Eliminationsleistung der Mikroverunreinigungen gemacht

werden.

3.4.2 Einfluss Ozondosierung

Selbst bei hohen Dosierungen von 2.44 g O3/g DOC (wie sie im Betrieb nicht vorkommen) kommt es

noch nicht zu einem Durchbruch von Ozongas im Ozoneintragsraum (Reaktor 1). Im Nachreaktions-

raum (Reaktor 2) treten dagegen hohe Ozonkonzentrationen bis zum Ablaufbereich (Kompartiment

1) auf (1.7 – 6.4 g O3/m3, Abbildung 3-8). Die Konzentrationen sind dabei sehr stark abhängig von

der Ozondosierung: Bei Halbierung der Ozondosierung reduziert sich die Ablaufkonzentration im

Nachreaktionsraum bereits um Faktor 10 (0.16 g O3/m3), bei einer weiteren Halbierung der Dosie-

rung liegt sie deutlich unter der Nachweisgrenze und reduziert sich nochmals um ca. Faktor 104 (si-

mulierte Konzentration 1 · 10-5

g O3/m3).

3.4.3 Einfluss Kontaktzeit

Bei einer Dosierungen von 1.22 gO3/g DOC kommt es bei einer kurzen Aufenthaltszeit von 6.7 min

im Nachreaktionsraum (Reaktor 2) zu einem deutlichen Austrag von gelöstem Ozon (0.57 g O3/m3,


Stuten 1, Abbildung 3-9). Mit grösserer Aufenthaltszeit reduziert sich dieser, allerdings ist die Ab-

nahme relativ gering: Bei einer Verdopplung der Aufenthaltszeit (13.4 min) liegt die Konzentration

noch bei 0.16 g O3/m3, bei gut 20 min Aufenthaltszeit im Nachreaktionsraum liegt sie noch bei

0.07 g O3/m3 und damit in einem zu hohen Bereich.

Abbildung 3-8: Einfluss Ozondosierung: Gemessene (Balken) und simulierte (Strichpunkte) Ozonprofile: Kon-taktzeit je Reaktor bei allen drei Versuchen 13.4 min; Links:, Ozondosierung 2.44 g O3/g DOC, Ozongaskon-zentration 8.7 % (Simulierte Konzentrationen in Kompartimenten 9 in Reaktor 1 7.4 g O3/m

3, in Reaktor 2

6.4 g O3/m3); Mitte: Ozondosierung 1.22 gO3/g DOC, Ozongaskonzentration 8.7 % (Simulierte Konzentration in

Kompartiment 9 in Reaktor 1 2.2 g O3/m3); Rechts: Ozondosierung 0.57 g O3/g DOC, Ozongaskonzentration

5.1 %

Abbildung 3-9: Einfluss Kontaktzeit: Gemessene (Balken) und simulierte (Strichpunkte) Ozonprofile: Dosierung bei allen drei Versuchen 1.22 g O3/g DOC; Links:, Kontaktzeit je Reaktor 6.7 min, Ozongaskonzentration 8.7 %; Mitte: Kontaktzeit je Reaktor 13.4 min, Ozongaskonzentration 8.7 %; Rechts: Kontaktzeit je Reaktor 21.7 min, Ozongaskonzentration 6.7 %

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Reaktor 1 g O3/ m

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Reaktor 1 g O3/ m

3

0.0 2.0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Reaktor 2 g O3/ m

3

6.7

min

13

.4 m

in

21

.7 m

in

2.4

4 g

O3/g

DO

C

1.2

2 g

O3/g

DO

C

0.5

7 g

O3/g

DO

C


3.4.4 Einfluss Gaskonzentration

Auch die Konzentration im Eingangsozongasstrom wirkt sich auf das Ozonprofil im Reaktor aus. Bei

erhöhten Gaskonzentrationen ergeben die Messungen reduzierte Konzentrationen in den untersten

Kompartimenten (9), während die Simulationen dort erhöhte Konzentrationen ergeben, mit einer

ausgeprägteren Konzentrationsgradienten entlang der Reaktoren (Abbildung 4-1, Abbildung 4-2). Die

Diskrepanz zwischen Messungen und Simulationen könnte sich auf die nicht optimale Einmischung

des Ozongasstroms zurückführen lassen, infolge des einzelnen, mittig angeordneten Diffusors.

4. DISKUSSION

4.1 Ozondosierung

Bereits bei Ozondosierungen ab ca. 0.5 g O3/g DOC wurden Eliminationsleistungen von 80 % und

darüber erreicht (für den Mittelwert der Eliminationsleistungen der 12 Indikatorsubstanzen). Es lagen

bei einigen Versuchen hohe Zuflussmengen infolge Regenereignissen vor. Die besonders deutlich

reduzierte Elimination bei Versuch 9 kann damit erklärt werden, dass sich zum einen erhöhte Kon-

zentrationen einiger Mikroverunreinigungen im Ablauf Nachklärung ergeben (mittlere (negative) Eli-

minationsleistung in der biologischen Reinigungsstufe bei diesem Versuch lag bei -69 %). Die mittle-

re Eliminationsleistung in der Ozonung lag bei 79 %. Zum anderen wurde mehrfach bei Regenereig-

nissen der Abtrieb von Feststoffen aus der Nachklärung beobachtet, die in Form von grösseren

Feststoffaggregaten in den Ozonreaktoren verblieben.

Infolge Oxidation kann zusätzliches organisches Material in Lösung kommen, das zu einer erhöhten

Ozonzehrung führt. Im Ablauf der Ozonung wurden regelmässig erhöhte DOC und TOC Konzentrati-

onen gemessen (Tabelle 4-4). Es ist davon auszugehen, dass der Einfluss von Feststoffen in einer

grosstechnischen Anlage deutlich geringer ist auf Grund deutlich anderem Volumen / Oberflächen-

verhältnis. Sicherlich sollte aber diesem Sachverhalt bei der Planung Rechnung getragen werden.

Abbildung 4-1: Einfluss Gaskonzentration: Gemessene (Balken) und simulierte (Strichpunkte) Ozonprofile: Do-sierung bei allen drei Versuchen 0.57 gO3/g DOC; Links:, Kontaktzeit je Reaktor 6.7 min, Ozongaskonzentration 5.1 %; Rechts: Kontaktzeit je Reaktor 6.7 min, Ozongaskonzentration 10.2 %

0.0 1.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Reaktor 1 g O3/ m

3

0.0 0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Reaktor 2 g O3/ m

3

0.0 1.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Reaktor 1 g O3/ m

3

0.0 0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Reaktor 2 g O3/ m

3

5.1

%

10

.2 %


Abbildung 4-2: Einfluss Gaskonzentration: Gemessene (Balken) und simulierte (Strichpunkte) Ozonprofile: Kon-taktzeit je Reaktor bei beiden Versuchen 6.7 min; Links: Ozondosierung 0.65 gO3/g DOC, Ozongaskonzentrati-on 4.1 %; Rechts: Ozondosierung 0.61 gO3/g DOC, Ozongaskonzentration 9.7 %

Die Auswertung der Daten des Ablaufs Nachklärung zeigt weiterhin einen erhöhten DOC Frachtaus-

stoss bei Regenwetter, der die Eliminationsleistung beeinflusst (vergleiche Kapitel 4.6 Einfluss von

Regenwetter Seite 18).

Bei Berücksichtigung der Schwankungsbereiche für DOC Konzentration im Ablauf Nachklärung und

die erforderliche spezifische Ozondosierung ergeben sich Ozondosierungen zwischen 2.2 mg O3/l

bis 5.7 mg O3/l (Faktor 2.6, Tabelle 4-1). Je nach Zuflussmenge (Tagesgang bei Trockenwetter mit

Abdeckung des Nachtminimums, Regenwettermaximum) liegt der Bereich des erforderlichen Ozon-

eintrags bei konstanter Dosierung (mg O3/l) bei Faktor 3 bis 4. Dies ist bei der Auslegung der Ozon-

generatoren und des Ozoneintragssystems zu berücksichtigen.

Tabelle 4-1: Schwankungsbereich der Ozondosierung (mg O3/l Abwasser ) für spezifische Ozondosierung von 0.5 – 0.7 g O3/g DOC und DOC Konzentrationen im Ablauf Nachklärung von 4.4-8.1 mg DOC/l

Ozondosierung g O3/g DOC

DOC Konzentration Ablauf Nachklärung mg DOC/l

4.4 5 6 7 8.1

mg O3/l mg O3/l mg O3/l mg O3/l mg O3/l

0.5 2.2 2.5 3.0 3.5 4.1

0.6 2.6 3.0 3.6 4.2 4.9

0.7 3.1 3.5 4.2 4.9 5.7

4.2 Kontaktzeit und Reaktorgrösse

Wichtige Einflussgrössen auf die Ozonprofile sind die Ozondosis, die DOC-Konzentration, die Kon-

taktzeit (hydraulische Aufenthaltszeit im Reaktor), sowie die Ozonkonzentration im Gaseintrags-

strom. Daneben spielen auch Temperatur und die Hintergrundmatrix eine Rolle.

Im Ozoneintragsraum geschieht der Ozoneintrag im Gegenstrom. Die Reaktorhöhe von über 6 m er-

laubt eine sehr realitätsnahe Gaseintragstiefe von ca. 5 m und gibt daher die Verhältnisse des Ga-

seintrags in der grosstechnischen Anlage korrekt wieder.

0.0 1.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Reaktor 1 g O3/ m

3

0.0 0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Reaktor 2 g O3/ m

3

0.0 1.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Reaktor 1 g O3/ m

3

0.0 0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Reaktor 2 g O3/ m

3

4.1

%

9.7

%


Im Nachreaktionsraum zerfällt das gelöste Ozon. Die Nachreaktion ist eher gering, da die Elimination

der Mikroverunreinigungen bereits zum grössten Teil im Ozoneintragsraum geschieht. Die erforderli-

che Grösse des Ozoneintragsraums orientiert sich an den Erfordernissen für die Eintragsdiffusoren

wie Beaufschlagung und Belegungsdichte. Eine Abschätzung der erforderliche Grösse des Ozonein-

tragsraums mit üblichen Parametern ist in Tabelle 4-2 gegeben.

Für die Bestimmung der minimalen Kontaktzeit, bei der ein Ozonaustrag im Ablauf Nachreaktion

ausgeschlossen werden kann, ist die Ozonkonzentrationen im Ablauf des Nachreaktionsraums mas-

sgebend. In Abbildung 4-3 sind simulierte Ozonkonzentrationen im Ablauf des Nachreaktionsraums

für verschiedene Kombinationen von DOC-Konzentration und Ozondosierung dargestellt. Die DOC-

Konzentrationen orientieren sich am gemessenen DOC Bereich (4.5 - 8 mg/l), die Ozondosierungen

an den ermittelten erforderlichen Ozondosierungen, mit der die erforderliche Eliminationsleistung er-

reicht wird (0.5 - 0.7 g O3/g DOC).

Dabei ist die ungünstigste Kombination erwartungsgemäss eine hohe Dosierung (0.7 g O3/g DOC)

bei niedrigem Hintergrund DOC (4.5 mg/l). Bei einer kurzen Aufenthaltszeit im Nachreaktionsraum

von 6 min ergibt sich eine Ozonkonzentration von ca. 0.02 g/m3 im Ablauf. Eine Erhöhung der Auf-

enthaltszeit auf 9 min resultiert in einer Reduktion der Konzentration um ca. Faktor 3 auf 0.005 g/m3.

Denselben Effekt hat eine Reduktion der Ozonkonzentration von 0.7 g O3/g DOC auf

0.5 g O3/g DOC. Bei einer langen Aufenthaltszeit von 12 min reduziert sich die Ablaufkonzentration

auf 0.0015 g/m3.

Um bei kurzen Kontaktzeiten einen Austrag von Ozon sicher zu verhindern, kann die Ozondosierung

bei Regenwetter mittels Regelungstechnik auf ca. 0.5 - 0.6 g O3/g DOC reduziert werden. Um auch

bei höheren Ozondosierungen von 0.7 g O3/g DOC einen Ozonaustrag auszuschliessen, kann eine

Kontaktzeit im Nachreaktionsraum von 10 min oder mehr gewählt werden (vergleiche Abbildung 4-3).

Abbildung 4-3: Simulierte Ozonkonzentrationen im Ablauf des Nachreaktionsraums für verschiedene Kombinati-onen von DOC-Konzentration und Ozondosierung

Tabelle 4-2: Kontaktzeiten und erforderliche Volumina für Ozoneintragsraum und Nachreaktionsraum; Verwen-dete Parameter zur Bestimmung des Volumens des Ozoneintragsraums: Gaskonzentration: 10-12 %, Gasvolu-menstrom: 70-90 Nm

3/h, Beaufschlagung Diffusoren: 2-3 Nm

3/h, Belegungsdichte: 15 %

Parameter Kürzel Einheit Ozoneintrag Nachreaktion

Zufluss maximal Qmax l/s 750 750

Kontaktzeit minimal tKontakt,min min 1.5 – 2.5 6 - 8

Volumen V m3 70 - 120 300 - 450

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

6 7 8 9 10 11 12

Ozo

nko

nzen

trati

on

A

bla

uf

Nach

reakti

on

in

g/m

³

Aufenthaltszeit Nachreaktion in min

DOC 4.5 mg/l -0.7 gO3/gDOC

DOC 4.5 mg/l -0.5 gO3/gDOC

DOC 8 mg/l -0.7 gO3/gDOC

DOC 8 mg/l -0.5 gO3/gDOC


4.3 Sicherheit

Ozon ist ein hoch giftiges Gas, sodass entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden

müssen. Der MAK Wert (Maximale Arbeitsplatz Konzentration) liegt für Ozon bei 0.01 ppm (ent-

spricht 0.02 mg/m3). Übliche Alarmwerte liegen bei 0.1 ppm (Tabelle 4-3).

Die angegebene ungünstigste Kombination aus DOC Konzentration und Ozondosierung ergibt bei

einer minimalen Kontaktzeit von 6.5 min eine Ozonkonzentration im Ablauf Nachreaktionsraum von

knapp 0.02 g/m3. Bei idealen Verhältnissen ergibt dies direkt über der Wasseroberfläche eine theore-

tische Sättigungskonzentration von Ozon in der Luft von 0.06 g/m3 (29 ppm). Bei einer langen Auf-

enthaltszeit von 12 min reduziert sich die Ablaufkonzentration auf 0.0015 g/m3 (vergleiche Kapitel 4.2

Kontaktzeit und Reaktorgrösse ab Seite 15). Dies entspricht einer theoretischen Sättigungskonzent-

ration von Ozon in der Luft von 0.005 g/m3 (2.5 ppm).

Tatsächlich stellen sich allerdings deutlich geringere Konzentrationen ein infolge Verdünnung. In ge-

schlossenen Räumen liegt die Ozonkonzentration bereits bei üblichen Luftwechselraten von 2-3

Luftwechseln pro Stunde bereits unter 0.1 ppm, im Aussenbereich liegt der Wert bereits bei sehr ge-

ringen Windgeschwindigkeiten von 0.05 m/s bei unter 0.1 ppm (ca. 0.4 - 0.5 m oberhalb der Wasser-

oberfläche). Ozon ist ein hochreaktives Gas. Bei den Betrachtungen unbeachtet ist der Zerfall in der

Luft. Die Halbwertszeit von Ozon in der Luft liegt bei ca. 20-30 min.

Tabelle 4-3: Grenzwerte für die Ozonkonzentration in der Umgebungsluft und entsprechende maximale Kon-zentrationen im Wasser infolge Ausgasung (Annahme dimensionsloser Henrykoeffizient bei 20°C H = 0.31)

Parameter Luft Luft Wasser

ppm g/Nm3 g/m3

MAK-Wert 0.01 0.00002 0.000006

Alarmierungsgrenze 0.1 0.0002 0.0006

4.4 Elimination in der biologischen Reinigungsstufe

Die beobachteten Eliminationsleistungen für die meisten Substanzen in der biologischen Reini-

gungsstufe im Bereich von 0 % bis 40 % bestätigen Literaturangaben. Die Eliminationsleistungen

von Carbamazepin und Venlaflaxin lagen systematisch im negativen Bereich, d.h. es wurden höhere

Konzentrationen im Ablauf Nachklärung gemessen im Vergleich zum Rohabwasser.

Einträge aus der Faulung sind eher auszuschliessen (Bei Ozonung werden keine Stoffe nach der

Ozonung in die Faulung rückgeführt. Rücklösungen von Mikroverunreinigungen in der Faulung wur-

den auch bei PAK Anlagen bisher nicht beobachtet). Die in der ARA Rosenbergsau in der Faulung

behandelten Cosubstrate stammen aus der Getränkeherstellung, sodass davon auszugehen ist,

dass über die Cosubstrate weder Carbamazepin (ein Antiepileptikum) noch Venlaflaxin (ein Antide-

pressivum) eingetragen werden.

Eine mögliche Erklärung für die Beobachtungen ist, dass ein relevanter Teil der beiden Stoffe absor-

biert in der Abwassermatrix vorliegt. Infolge der Analyse filtrierter Proben würde der absorbierte An-

teil nicht bestimmt. Im Laufe der biologischen Reinigung könnte es zur Desorption kommen infolge

chemisch-biologischer Abbauprozesse. Der Wirkmechanismus ist allerdings unklar. Die Löslichkeit

der Stoffe gibt keinen eindeutigen Hinweis (Carbamazepin ist sehr schwer löslich in Wasser, Venlaf-

laxin allerdings leicht löslich).


4.5 Steuerung, Regelung, Überwachung

Eine einfache und robuste Steuerung des Ozoneintrags kann mit Hilfe der Zulaufmenge erfolgen. Die

optimale Reduktion der Ozondosierung bei maximalen Zuflussmengen müsste vorgängig analysiert

werden.

Das SAK Signal erwies sich insbesondere im Zulauf zur Ozonung als stabil. Es könnte zur DOC-

Fracht geregelten Ozondosierung verwendet werden. Darüber hinaus kann der Einsatz eines auto-

matischen Reinigungssystems die SAK Messung deutlich verbessern. Mit der Differenz des SAK

Signals im Zu- und Ablauf zur Ozonung kann zum einen die Ozondosierung geregelt werden. Zum

anderen kann sie zur Überwachung der Eliminationsleistung eingesetzt werden.

4.6 Einfluss von Regenwetter

Die Auswertung der DOC Konzentrationen in Korrelation mit der Zuflussmenge ergibt, dass die DOC

Konzentrationen bei Zuflussmengen über ca. 20‘000 m3/d auf Werte im Bereich von 5 und 6 mg/l

sinken (bei sehr grossen Wassermengen auf ca. 4.5 mg/l), im Vergleich zu Werten im Bereich von 6

und 8.5 mg/l bei Trockenwetter (Abbildung 4-4). Dagegen zeigt sich ein fast linearer Anstieg der

DOC Fracht mit erhöhten Zuflussmengen, sodass die Fracht auf das bis zu 2.5-fache der Trocken-

wetterfracht ansteigt.

Das SAK Signal im Zulauf zur Ozonung zeigt eine gute Korrelation mit den gemessenen DOC Kon-

zentrationen (Abbildung 4-5). Die Minutenwerte des SAK Signals lassen Rückschlüsse auf den DOC

Tagesgang zu. Schwankungen im Tagesgang liegen danach eher in einem kleinen Bereich von ca. 5

– 10 %. Deutlich grössere Schwankungen ergeben sich infolge Regenereignissen (gut in der ersten

Hälfte der Zeitreihe in Abbildung 4-5 bis etwa 18.05.2015 zu erkennen, im Anschluss wird das Signal

instabiler).

Abbildung 4-4: Korrelation der DOC Konzentrationen und Frachten im Ablauf Nachklärung (Zulauf Ozonung) mit der Tageszuflussmenge (Messung Zulauf Vorklärung) im Zeitraum von Anfang März bis Anfang Juni 2015.

0

2

4

6

8

10

0 20'000 40'000 60'000

DO

C K

on

zen

trati

on

in

mg

/l

Zuflussmenge in m3/d

0

50

100

150

200

250

300

350

0 20'000 40'000 60'000

DO

C F

rach

t in

kg

/d

Zuflussmenge in m3/d


Abbildung 4-5: Verläufe der Zulaufmenge zur ARA (Messung im Zulauf Vorklärung), des SAK Signals sowie der DOC Konzentration im Zeitraum vom 23.04.2015 bis 07.06.2015.

Tabelle 4-4: Vergleich der DOC und TOC Konzentrationen im Ablauf Nachklärung und Ablauf Ozonung im Zeit-raum von Ende März bis Anfang Juni 2015

Parameter Kürzel Ort Einheit Mittel-wert

Stdabw Min Max

Gelöster organischer Kohlenstoff

DOC Ablauf NKB

mg/l 6.1 1.0 4.4 8.1

Gelöster organischer Kohlenstoff

DOC Ablauf Ozonung

mg/l 7.1 1.0 6.1 9.0

Totaler organischer Kohlenstoff

TOC Ablauf NKB

mg/l 7.6 1.2 5.0 10.3

Totaler organischer Kohlenstoff

TOC Ablauf Ozonung

mg/l 7.9 0.9 6.9 9.8

0

20'000

40'000

60'000

Zu

lau

fmen

ge i

n m

3/d

3.0

5.0

7.0

9.0

5

10

15

20

DO

C in

mg

/l

SA

K i

n 1

/m

SAK Minutenwerte SAK Tagesmittelwerte DOC Tagesmittelwerte


5. SCHLUSSFOLGERUNGEN

Im Abwasserwerk Rosenbergsau konnten Mikroverunreinigungen erfolgreich mittels Ozonung elimi-

niert werden. Dank guter Planung und Zusammenarbeit zwischen Planer, ARA Betrieb und Lieferan-

ten konnte Pilotierung in einem sehr ehrgeizigen Zeitrahmen realisiert werden.

Mit den Pilotversuchen konnte die Eignung und Funktion der Ozonung unter realistischen Betriebs-

bedingungen im Abwasserwerk Rosenbergsau verifiziert werden. Die untersuchten Indikatorsubstan-

zen konnten gut bis sehr gut eliminiert werden und es wurden Eliminationsleistungen von über 80 %

erzielt.

Die optimale Ozondosierung liegt im Bereich von 0.5 - 0.7 g O3/g DOC bzw. 2.4 – 5.6 g O3/m3. Es

kann von einer mittleren erforderlichen Dosierung von 0.6 g O3/g DOC bzw. 3.6 g O3/m3 ausgegan-

gen werden. Bei Regenwetter ergibt sich der höchste Ozonverbrauch, da die DOC-Fracht gegenüber

Trockenwetter ansteigt.

Sowohl bei der Effizienz der Elimination als auch der erforderlichen Ozonmenge liegen die Resultate

in Bereichen von anderen halb- und grosstechnischen Anlagen.

Durch Untersuchung der 12 Indikatorsubstanzen gemäss aktuellem Entwurf der GSchV vom

23.12.2014 können praxisbezogene Aussagen zum Einfluss der Auswahl der Indikatorsubstanzen

gemacht werden. Bei optimierten Ozondosierungen unter 0.6 g O3/g DOC hat die Wahl der Indika-

torsubstanzen relevanten Einfluss auf die rechnerisch erreichte Eliminationsleistung.

Die Optimierung der Ozondosierung (möglichst geringer Ozoneinsatz) sollte angestrebt werden, da

nicht nur der Energie- und Ozonverbrauch reduziert, sondern insbesondere die Bildung von potentiell

toxischen Nebenprodukten verringert wird.

Die minimale Kontaktzeit (bei maximalem Zufluss bei Regenwetter, Kontakt- und Nachreaktions-

raum) für einen grosstechnischen Reaktor liegt bei ca. 7 – 10 min. Eine geringe Kontaktzeit bedeutet

dabei ein kleineres erforderliches Volumen des Ozonreaktors, eine grössere Kontaktzeit ein grösse-

res Volumen mit mehr Sicherheit gegenüber einem Ozonaustrag im Ablauf des Ozonreaktors. Eine

Kontaktzeit mit hoher Reserve (gegenüber Ozonaustrag im Ablauf des Reaktors) liegt bei ca. 13 min

(was einem 30 – 86 % grösserem Reaktorvolumen entspricht verglichen mit einer optimierten Reak-

torgrösse).

Mit der Auswertung von Ozonprofilen im Ozonreaktor mittels Messung und Modellierung konnte ge-

zeigt werden, dass selbst bei ungünstigen Kombinationen von kurzer Kontaktzeit, hoher Dosierung

und geringer DOC Konzentration im Abwasser keine Gefahr von Ozonausträgen im Ablauf des

Ozonreaktors zu erwarten ist.

Um sich bei sehr kurzen Kontaktzeiten bzw. hohen Zuflussmengen gegen einen Austrag von Ozon

abzusichern, kann die Ozondosierung bei Regenwetter mittels Regelungstechnik auf ca. 0.5 -

0.6 g O3/g DOC reduziert werden.

Die Aussagen zu Dosierung und Kontaktzeit gelten für optimale hydraulische Verhältnisse im Reak-

tor. Bei der Realisierung eines grosstechnischen Reaktors ist daher eine optimierte hydraulische Ge-

staltung wichtig (z.B. mit Hilfe von CFD Simulationen).


6. ANHANG


Abbildung 6-1: Korrelation der Eliminationsleistung mit der spezifischen Ozondosierung für die Ozonung allein (O3; Zulauf Ozonung bis Ablauf Ozonung ) und für die Gesamt-anlage (gesamt; Rohabwasser bis Ablauf Ozonung); Falls Konzentration der MV unterhalb der Bestimmungsgrenze, wurde der Wert auf den halben Wert der Bestimmungs-grenze gesetzt.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Amisulprid (O3)

Amisulprid (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Carbamazepin (O3)

Carbamazepin (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Citalopram (O3)

Citalopram (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Diclofenac (O3)

Diclofenac (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Clarithromycin (O3)

Clarithromycin (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Benzotriazol (O3)

Benzotriazol (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Candesartan (O3)

Candesartan (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Isbesartan (O3)

Isbesartan (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Mecoprop (O3)

Mecoprop (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Hydrochlorthiazid (O3)

Hydrochlorthiazid (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Metoprolol (O3)

Metoprolol (gesamt)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 0.50 1.00 1.50

EM

V i

n %

g O3/g DOC

Venlafaxin (O3)

Venlafaxin (gesamt)


Abbildung 6-2: Korrelation der Eliminationsleistung mit der Abnahme der Absorbanz (SAK) für die Ozonung allein (O3; Zulauf Ozonung bis Ablauf Ozonung ); Falls Konzentra-tion der MV unterhalb der Bestimmungsgrenze, wurde der Wert auf den halben Wert der Bestimmungsgrenze gesetzt.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Amisulprid (O3)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Carbamazepin (O3)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Citalopram (O3)

0

10

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70

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90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Diclofenac (O3)

0

10

20

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60

70

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100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Clarithromycin (O3)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Benzotriazol (O3)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

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0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Candesartan (O3)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Isbesartan (O3)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Mecoprop (O3)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Hydrochlorthiazid (O3)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Metoprolol (O3)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

EM

V i

n %

Delta SAK in %

Venlafaxin (O3)


Tabelle 6-1: Versuchsparameter aller 13 Versuche; a Zuflussmessung „Q Zufluss“ im Zulauf Vorklärung, „Q Entlastung“ befindet sich nach der Vorklärung

Parameter Einheit Versuch

01 Versuch

02 Versuch

03 Versuch

04 Versuch

05 Versuch

06 Versuch

07 Versuch

08 Versuch

09 Versuch

10 Versuch

11 Versuch

12 Versuch

13

27.03.-30.03.

30.03.-02.04.

07.04.-10.04.

17.04.-20.04.

20.04.-23.04.

08.05.-11.05.

12.05.-15.05.

15.05.-18.05.

18.05.-21.05.

21.05.-24.05.

24.05.-27.05.

29.5.-01.6.

01.06.-04.06.

V Reaktor m3 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29

Q Abwasser m3/h 1.3 1.3 1.3 0.65 1.30 1.3 1.3 0.61 1.30 1.30 0.65 1.30 1.30

Kontaktzeit min 13.4 13.4 13.4 26.8 13.4 13.4 13.4 28.5 13.4 13.4 26.8 13.4 13.4

O3 Dosis g/m3 3.9 5.9 2.0 4.5 4.4 4.6 3.9 5.0 3.2 3.6 3.6 2.1 2.6

O3 Produktion g/h 5.1 7.6 2.5 3.0 5.7 5.9 5.1 3.0 4.2 4.6 2.3 2.7 3.4

Q O3 l/h 40 60 40 25 48 46 40 24 34 36 30 30 40

O3 Konzentration g/Nm3 127 127 63 118 119 129 127 126 124 129 77 90 85

O3 Konzentration % 8.7 8.7 4.4 8.1 8.2 8.9 8.7 8.7 8.6 8.9 5.3 6.2 5.8

O3 Druck bar 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

DOC Ablauf NKB mg/l 8.00 6.15 6.50 4.83 6.52 6.02 6.37 4.90 4.94 5.03 4.82 5.57 6.22

DOC Ablauf Ozonung

mg/l 9.01 6.82 7.81 6.13 8.43 6.53 8.66 6.49 6.16 6.65 6.43 6.93 6.84

O3 Dosis Ablauf NKB

g O3/g DOC

0.49 0.95 0.30 0.94 0.67 0.76 0.61 1.01 0.66 0.71 0.74 0.37 0.42

O3 Dosis Ablauf Ozonung

g O3/g DOC

0.43 0.86 0.25 0.74 0.52 0.70 0.45 0.77 0.53 0.54 0.56 0.30 0.38

Q Zuflussa m3/d 16'751 38'412 19'008 23'334 15'392 21'182 15'817 20'097 45'990 35'110 41'193 25'044 21'513

Q Entlastunga m3/d 0 3'870 0 622 0 281 0 0 5'521 630 5'497 364 0

Entlastungstage d 0 2 0 1 0 1 0 0 2 1 2 1 0

TW/RW - TW RW TW TW TW TW TW TW RW RW RW TW TW


Tabelle 6-2: Gemessene Konzentrationen aller Mikroverunreinigungen der Versuche 1-7; Roh – Rohabwasser, NKB – Ablauf Nachklärung, Ozon – Ablauf Oznung; Bei Ver-suchen 1 bis 3 wurden die Proben im Ablauf Vorklärung genommen an Stelle im Rohabwasser.

MV Einheit BG Versuch 1 Versuch 2 Versuch 3 Versuch 4 Versuch 5 Versuch 6 Versuch 7

VKB NKB Ozon VKB NKB Ozon VKB NKB Ozon Roh NKB Ozon Roh NKB Ozon Roh NKB Ozon Roh NKB Ozon

Benzotriazol µg/l 0.01 10 9 3.9 5.3 4.9 0.27 35 25 17 4.7 3.5 0.38 13 8 1.7 7.5 7.2 1.9 17 13 4.5

Clarithromycin µg/l 0.01 0.74 0.74 <0.05 0.33 0.3 <0.05 0.31 0.24 <0.05 0.54 0.3 <0.01 0.52 0.39 <0.01 0.43 0.29 <0.01 0.51 0.34 <0.01

Amisulprid µg/l 0.01 0.1 0.24 <0.01 0.068 0.12 <0.01 0.084 0.17 0.031 0.16 0.13 <0.01 11 0.22 <0.01 0.32 0.25 <0.01 0.41 0.35 <0.01

Mecoprop µg/l 0.01 0.13 0.12 0.052 0.042 0.046 <0.01 0.097 0.06 0.04 0.27 0.58 0.037 0.29 0.17 0.041 0.11 0.17 0.037 0.21 0.17 0.052

Hydrochlorthiazid µg/l 0.05 0.4 0.51 <0.025 0.29 0.2 <0.025 0.51 0.32 0.22 0.19 0.13 <0.05 0.32 0.36 <0.05 0.67 0.35 <0.025 0.52 0.53 <0.025

Candesartan µg/l 0.01 0.24 0.29 0.11 0.11 0.13 <0.01 0.22 0.24 0.15 0.17 0.15 0.01 0.27 0.32 0.053 0.21 0.24 0.048 0.28 0.33 0.082

Carbamazepin µg/l 0.01 0.25 0.32 <0.01 0.12 0.14 <0.01 0.19 0.24 <0.01 0.08 0.13 <0.01 0.12 0.25 <0.01 0.15 0.22 <0.01 0.26 0.34 <0.01

Citalopram µg/l 0.01 <0.05 0.12 <0.05 <0.05 0.06 <0.05 <0.05 0.088 <0.05 0.068 0.071 <0.01 0.12 0.12 <0.01 0.13 0.095 <0.01 0.17 0.14 <0.01

Diclofenac µg/l 0.01 1.9 1.7 <0.01 0.66 0.73 <0.01 1.3 1.2 <0.01 1.5 0.92 <0.01 1.8 1.7 <0.01 1.8 1.3 <0.01 1.9 1.7 <0.01

Irbesartan µg/l 0.05 0.27 0.3 0.15 0.14 0.16 <0.05 0.24 0.24 0.17 0.39 0.26 <0.05 0.63 0.5 0.12 0.51 0.29 0.086 0.65 0.56 0.16

Metoprolol µg/l 0.01 0.12 0.12 0.021 0.042 0.047 <0.01 0.11 0.11 0.046 0.071 0.046 <0.01 0.1 0.084 <0.01 0.082 0.062 <0.01 0.11 0.073 <0.01

Venlafaxin µg/l 0.01 0.11 0.24 0.029 0.066 0.11 <0.01 0.11 0.18 0.086 0.11 0.1 <0.01 0.16 0.2 <0.01 0.16 0.18 <0.01 0.2 0.25 <0.01

UV Absorpbtion 254 nm

40 12 7.1 22 8 4.1 37 11 8.2 26.5 8.01 5.59 35.8 11.6 11.8 29 10 5.8 37 11 6.8


Tabelle 6-3: Gemessene Konzentrationen aller Mikroverunreinigungen der Versuche 8-13; Roh – Rohabwasser, NKB – Ablauf Nachklärung, Ozon – Ablauf Oznung

MV Einheit BG Versuch 8 Versuch 9 Versuch 10 Versuch 11 Versuch 12 Versuch 13

Roh NKB Ozon Roh NKB Ozon Roh NKB Ozon Roh NKB Ozon Roh NKB Ozon Roh NKB Ozon

Benzotriazol µg/l 0.01 5.6 3,2 0.29 4.2 3.2 1.6 2.5 2 0.55 3.7 3.8 1.9 6 5.5 4 10 6.5 5

Clarithromycin µg/l 0.01 0.33 0.25 <0.01 0.084 0.2 0.021 0.11 0.13 < 0.01 0.11 0.14 0.01 0.3 0.22 0.011 0.29 0.22 0.031

Amisulprid µg/l 0.01 0,33 0,21 <0.01 0.11 0.2 0.013 0.18 0.14 < 0.01 0.1 0.16 < 0.01 0.15 0.17 0.018 0.11 0.14 0.037

Mecoprop µg/l 0.01 0.26 0.34 0.012 0.26 0.25 0.075 0.085 0.1 0.015 0.099 0.071 0.013 0.2 0.19 0.12 0.3 0.33 0.22

Hydrochlorthiazid µg/l 0.05 0.43 0.27 <0.025 0.26 0.19 0.066 0.4 0.2 < 0.01 0.46 0.51 0.021 0.93 0.55 0.087 1.1 0.68 0.16

Candesartan µg/l 0.01 0.23 0.16 <0.01 0.1 0.2 0.053 0.15 0.13 0.023 0.16 0.23 0.067 0.26 0.25 0.15 0.26 0.28 0.19

Carbamazepin µg/l 0.01 0.21 0.19 <0.01 0.055 0.16 <0.01 0.1 0.11 < 0.01 0.072 0.16 < 0.01 0.11 0.16 < 0.01 0.13 0.21 0.012

Citalopram µg/l 0.01 0.15 0.095 <0.01 0.03 0.059 <0.01 0.056 0.054 < 0.01 0.049 0.056 < 0.01 0.081 0.056 0.011 0.086 0.061 0.022

Diclofenac µg/l 0.01 1.7 0.89 <0.01 0.49 0.83 <0.01 0.98 0.64 < 0.01 0.57 0.77 < 0.01 1.4 0.98 0.012 1.3 1 0.045

Irbesartan µg/l 0.05 0.58 0.23 <0.05 0.13 0.23 0.1 0.23 0.14 0.052 0.22 0.29 0.11 0.4 0.32 0.21 0.45 0.42 0.28

Metoprolol µg/l 0.01 0.082 0.051 <0.01 0.035 0.047 0.012 0.19 0.039 < 0.01 0.042 0.043 < 0.01 0.073 0.048 0.025 0.081 0.053 0.035

Venlafaxin µg/l 0.01 0.15 0.14 <0.01 0.056 0.11 0.017 0.076 0.084 < 0.01 0.066 0.099 < 0.01 0.11 0.12 0.038 0.14 0.14 0.066

UV Absorpbtion 254 nm

31 8.4 4.4 17 8.2 5.3 22 9.1 4.9 20 8.1 4.7 25 9.5 6.8 29 10 7.7


7. GLOSSAR

Abkürzung Erklärung

AfU Amt für Umweltschutz

AOX Adsorbierbare organisch gebundene Halogene

ARA Abwasserreinigungsanlage

AWR Abwasserwerk Rosensbergsau

BG Bestimmungsgrenze

BSB5 Biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen

CFD Computational Fluid Dynamics

CSBgel Chemischer Sauerstoffbedarf, gelöst

CSBtot Chemischer Sauerstoffbedarf, total

DOC Dissolved Organic Carbon = gelöster organischer Kohlenstoff

E Einwohner

EG Einwohnergleichwert (von Gewerbe- und Industrieeinleitern)

EMV Elimination von Mikroverunreinigungen

EW Einwohnerwert (= E + EG)

F Fracht

GAK Granulierte Aktivkohle

GSchG Gewässerschutzgesetz

GSchV Gewässerschutzverordnung

GUS Gesamt ungelöste Stoffe

MW Mischwetter (=Trockenwetter + Regenwetter)

Ntot = Ngesamt Stickstoff total

NH4-N Ammoniumstickstoff

NH3-N Ammoniak-Stickstoff

NO2-N Nitrit-Stickstoff

O2 Sauerstoff

O3 Ozon

P Phosphor

PAK Pulveraktivkohle

Q Volumentstrom Wasser, Schlamm oder Gas in [l/s] oder [m3/h] oder [m

3/d]

RW Regenwetter

SA Schlammalter

SAK Spektraler Absorptionskoeffizient

Stdabw Standardabweichung

T Temperatur in [°C]

TKN Totaler Kjeldahl Stickstoff in [mg/l] oder [kg/d]

TS Trockensubstanzgehalt in [g/l] oder [%]

TW Trockenwetter

VKB Vorklärbecken

VSA Verband Schweizerischer Abwasserfachleute

X%-Wert Wert, welcher in X% der Fälle erreicht oder unterschritten wird (Perzentilwert)

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ABWASSERWERK ROSENBERGSAU - VSA Micropoll · BERICHT ZUR PILOTIERUNG 190‘422.13 30.09.2015 ABWASSERWERK ROSENBERGSAU Strategie Zukunft - Behandlungsstufe für Mikroverunreinigun-gen