Ozonation is known as a suitable technical process to eliminate trace organic compounds (TrOC) in secondary effluent. To decide if ozonation is a suitable option as an upgrade of a specific wastewater treatment plant (WWTP), ozonation experiments in laboratory-scale can help to avoid the operation of expensive and labour intensive pilot plants. Such laboratory experiments should be conducted at similar conditions and by the same methods in order to achieve a better comparability of the results. In this study, potential impacts of sample dilution due to the addition of an ozone stock solution, water temperature, and concentration of suspended solids (TSS) on TrOC elimination and UVA254 reduction (delta UVA254) were investigated. The results show that a change in water temperature within a range of 10 to 30°C and sample dilution of less than 20% due to the addition of ozone stock solution at batch ozonation, respectively, does neither have a significant impact on achieved TrOC elimination nor or delta UVA254. Suspended solids affected the TrOC elimination and delta UVA254 at TSS concentrations of more than 30 mg/L, whereas at low TSS concentrations (< 4 mg/L), the impact of TSS was found to be neglectable.

Organische Spurenstoffe, wie Pharmazeutikrückstände, werden durch die konventionellen Reinigungsschritte der kommunalen Kläranlagen nur unzureichend entfernt und können in die aquatische Umwelt sowie ins Trinkwasser gelangen. Ozon stellt eine Möglichkeit zur Elimination dieser Spurenstoffen aus Kläranlagenabläufen dar. Dabei werden Wasserinhaltsstoffe direkt durch Ozon und indirekt über °OH-Radikale oxidiert und transformiert. Für die Ausstattung einer Kläranlage mit einer Ozonanlage erfolgt oft eine aufwändige und langwierige Pilotierung. Daher ist eine Testmethode im Labormaßstab von Nöten, anhand derer Auslegungsparameter für die Dimensionierung einer Ozonanlage abgelesen werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein einheitliches Testverfahren entwickelt und der Einfluss der Probenlagerung, der Wassertemperatur bei Versuchsdurchführung, der Wassermatrix und des Gehalts an DOC, Nitrit und abfiltrierbaren Stoffen untersucht. Des Weiteren wurden Methoden zur Vorhersage der Spurenstoffelimination mit Ozon überprüft und bewertet. Die Testmethode eines Semi-Batch-Verfahrens, bei der eine Wasserprobe mit einem Sauerstoff/ Ozon-Gemisch begast wird, wurde mit einem Batch-Verfahren, bei dem eine hochkonzentrierte Ozonlösung der Probe zugegeben wird, verglichen. Batchversuche können mit konstanten oder variablen Verdünnung durchgeführt werden. Dabei wird zu einer gleichbleibenden Menge an Probenlösung eine variierende Menge an Ozonstarkwasser gegeben und diese Lösung bei der konstanten Verdünnung auf einen festgelegten Wert mit voll entsalztem Wasser aufgefüllt, während bei der variablen Verdünnung keine Zugabe von voll entsalztem Wasser erfolgt, so dass variierende Gesamtvolumina entstehen. Zur Bewertung der Ozonung wurde der spektrale Absorptionskoeffizient bei 254nm benutzt, da er den Gehalt an Organik in einer Wasserprobe wiederspiegelt. Es wurde festgestellt, dass beide Versuchs- und Verdünnungsmethoden übereinstimmende Ergebnisse der SAK254-Reduktion und Spurenstoffelimination liefern, das Batchverfahren jedoch einen erheblich geringeren Proben- und Zeitaufwand benötigt. Durch eine zweiwöchige Probenlagerung bei 7 °C konnte ein Anstieg des pH-Wertes beobachtet werden, der jedoch nur eine geringe Erhöhung der Elimination mancher Spurenstoffe, wie Benzotriazol, bewirkte. Des Weiteren führte eine Variation der Wassertemperatur bei der Ozonung von 10 - 30 °C bei Batch-Versuchen zu keiner signifikanten Veränderung der SAK254-Reduktion und Spurenstoffelimination. Zwei Kläranlagenabläufe und Trinkwasser mit unterschiedlichen DOC- und Nitritkonzentrationen wurden verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass die Korrektur des Ozoneintrags um die Ozonzehrung durch Nitrit und der Bezug auf den DOC ein gutes Instrument darstellt, um unterschiedliche Wassermatrizen vergleichbar zu machen. Während die Kläranlagenabläufe ähnliche Ergebnisse der Spurenstoffelimination liefern, wurde im Trinkwasser eine erhöhte Entfernung von Acesulfam, Benzotriazol, Candesartan, Gabapentin und Valsartansäure gemessen. Dies lässt sich durch die verschiedene Zusammensetzung des organischen Materials und der Menge an als Radikalfängern agierenden Stoffen im Kläranlagenablauf erklären. Zwischen der Spurenstoffelimination in filtriertem (0,45 µm, Cellulosenitrit) und unfiltrietem (AFS = 4 mg/L) Kläranlagenablauf wurde kein Unterschied festgestellt, während eine Zudosierung von suspendierten Stoffen (30 -75 mg/L) eine Verminderung der SAK254-Reduktion sowie der Spurenstoffelimination um bis zu 20% zur Folge hatte. Dies wird durch die Abreaktion des Ozons und der °OH-Radikale an den Partikeln erklärt. Zur Vorhersage der Spurenstoffelimination konnten Diclofenac, Benzotriazol, Valsartan und Iomperol als Indikatorsubstanzen im Kläranlagenablauf identifiziert werden, über die die Elimination weiterer Spurenstoffe genügend genau abgeschätzt werden kann. Darüber hinaus konnte ein linearer Zusammenhang zwischen delta SAK54 und der Elimination jedes Spurenstoffes aufgestellt werden, mit dem die zu erwartende Entfernung bei einem bestimmten Ozoneintrag berechnet werden kann.