Pilotierung von fortgeschrittenen Oxidationsverfahren (AOP) unter Berücksichtigung des innovativen Photo-Fenton-Prozesses zur weitergehenden Spurenstoffelimination auf der Kläranlage Heiderscheidergrund in Luxemburg
Ausgangssituation
Eine 4. Verfahrensstufe zur gezielten Spurenstoffelimination wird in Luxemburg aufgrund der Belastungssituation in den vielfach leistungsschwachen Gewässern auch für kleinere Anlagen diskutiert. Die KA Heiderscheidergrund mit dem Gewässer der Sauer ist eine solche Anlage. Die Kläranlage verfügt zudem bereits über eine Sandfiltration und eine UV-Behandlung zur Desinfektion des gereinigten Abwassers in den Sommermonaten.
Die Bestrahlungsstärke (Kombination aus Lichtintensität und Aufenthaltszeit) einer Desinfektion reicht allerdings nicht für die Reduzierung der gelösten Spurenstoffe aus. In einer Machbarkeitsstudie wurden daher der Einsatz eines fortgeschrittenen Oxidationsverfahrens (AOP) mit UV-Bestrahlung und Dosierung von H2O2 sowie das sogenannte Photo-Fenton-Verfahren (PF) mit zusätzlicher Dosierung von gelöstem Eisen untersucht. Zum Vergleich wurde auch die Kombination mit einer nachgeschalteten Adsorptionsstufe mit granulierter Aktivkohle (GAK) betrachtet.
Die Studie wurde im Auftrag des Betreibers SIDEN (Le Syndicat Intercommunal de Dépollution des Eaux résiduaires du Nord) mit Förderung des Luxemburger Umweltministeriums, Administration de la gestion de l'eau (AGE) durchgeführt. Projektpartner waren die Universität Luxemburg und die Hydro-Ingenieure GmbH aus Düsseldorf.
Versuchsaufbau im Labormaßstab
Unsere Leistungen
Die einzelnen Verfahren wurden im Labormaßstab an der Universität Luxemburg und im Pilotmaßstab unter realen Prozessbedingungen auf der KA Heiderscheidergrund untersucht. Die praktischen Versuche wurden durch Modellierungsarbeiten für die UV-Bestrahlung und für die GAC-Adsorption ergänzt. Die WiW mbH unterstützte dabei die Auswertung der Versuche und plante und koordinierte die Pilotierung. Außerdem lag der Fokus der Arbeiten auf der Skalierung für eine Umsetzung der Technologie im technischen Maßstab und einer möglichen wirtschaftlichen Übertragung auf andere Kläranlagenstandorte.
Ergebnisse
Die Versuche im Labormaßstab zeigten, dass mit dem Photo-Fenton Prozess auch bei kurzen Bestrahlungszeiten hohe Eliminationswerte erreicht werden können. Allerdings muss aufgrund der Löslichkeit des eingesetzten Eisens ein pH-Wert von 3 durch Dosierung von Säure eingestellt werden. Alternativ dazu müssen bei neutralem pH-Wert Komplexbildner wie EDDS oder Zitronensäure dosiert werden.
In den Versuchen im Pilotmaßstab kam es zu Ablagerungen auf den UV-Lampen, zu Ausfällungen von Eisenschlamm und zu einem erhöhten CSB im Abwasser. Dennoch konnten mit dem Verfahren in Kombination mit einer GAK-Filtration die vorgeschriebenen Mikroverunreinigungen zu mehr als 80 % eliminiert werden.
In einem Scale-up mit Betrachtung der Lebenszykluskosten wurden vier Varianten untersucht:
- Die Umrüstung auf eine reine GAK-Filtration (Variante 0)
- Die Kombination von AOP (UV/H2O2) mit GAK-Filtration (Varianten 1a/1b) mit unterschiedlicher Bestrahlungsstärke/Adsorption)
- Der Einsatz von AOP (UV/H2O2) mit hoher Bestrahlungsstärke als stand-alone-Lösung (Variante 1c)
- Die Umsetzung eines Photo-Fenton Prozesses (Variante 2)
Die Kombination von AOP (UV/H2O2) mit GAK-Filtration (Varianten 1a/1b) Die Umrüstung der vorhandenen Sandfilter für eine GAK-Filtration ist die kostengünstigste Variante. Die Sandfilter liefern jedoch auch sehr gute Voraussetzungen für ein UV-Verfahren, da sie die Durchlässigkeit/Transmission des Abwassers deutlich verbessern. In Verbindung mit angepassten UV-Reaktoren könnte daher auch mit einer niedrigen Bestrahlungsstärke eine ausreichende Elimination von Mikroschadstoffen erzielt werden. Hierzu konnten weitere Ansätze für mögliche Folgeuntersuchungen unter Nutzung der vorhandenen Installationen erarbeitet werden.