Abstract

Zur Verminderung von Spurenstoffeinträgen in Oberflächengewässer wurden bereits einige Kläranlagen in Deutschland und der Schweiz um eine weitergehende Reinigungsstufe (Ozon oder Aktivkohle) erweitert. Zur Erzielung einer gleichbleibenden Spurenstoffelimination und einer gleichzeitigen Vermeidung von Fehldosierungen (Kosten, Rohstoffeinsatz) werden verlässliche Messverfahren und robuste MSR-Konzepte (Mess-, Regel- und Steuerung) benötigt. Im Rahmen des Projekts „MeReZon" (Schnelle und zuverlässige Messtechnik und Steuer-/Regelkonzepte für eine weitergehende Abwasserreinigung) wurde an einer Pilot-Ozonanlage zur Behandlung von gereinigtem Abwasser untersucht, unter welchen Randbedingungen eine verlässliche Onlinemessung möglich ist. Dabei wurde u.a. die Leistungsfähigkeit eines neu entwickelten Ultraschallreinigungsmoduls zur Vermeidung einer Messwertdrift durch Fouling untersucht und mit den Sonden bzw. Reinigungsmodulen anderer Hersteller in verschiedenen Konfigurationen verglichen. Dabei wurden deutliche Unterschiede festgestellt. Darauf aufbauend wurde das bestehende MSR-Konzept der Ozonanlage optimiert und ein alternierender Messbetrieb, d.h. abwechselnde Beschickung einer Messsonde mit Zu- bzw. Ablauf der Ozonung, implementiert. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem optimierten MSR-Konzept eine stabile Abnahme des SAK254 (SAK254) erzielt werden kann, welche mit der Spurenstoffelimination korreliert. Die erfolgreiche Umsetzung des alternierenden Messbetriebs ermöglicht die Ermittlung der SAK254 Abnahme mit nur einer Messsonde, was prinzipiell Vorteile bei einer Regelung der Ozondosis auf ein stabiles SAK254 mit sich bringt. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Onlinemessung der Fluoreszenz eine praktikable Alternative zum SAK254 darstellt, da diese ebenfalls eine Änderung des Ozonbedarfs integral erfassen kann und mit der Spurenstoffelimination korreliert. Die gewonnenen Ergebnisse bieten Messgeräteherstellern wertvolle Anhaltspunkte wie sie ihre Onlinesonden und Reinigungsmodule weiter optimieren können. Das entwickelte MSR-Konzept bzw. der alternierende Messbetrieb kann von Betreibern von Ozonanlagen auf kommunalen Kläranlagen zur Optimierung bestehender oder zukünftiger Anlagen genutzt werden.

Abstract

In den letzten Jahren wurde eine steigende Anzahl organischer Spurenstoffe wie beispielsweise Medikamente, Industriechemikalien, usw. im Wasserkreislauf detektiert. Kommunale Kläranlagen stellen dabei einen wichtigen Eintragspfad solcher Stoffe in die Oberflächengewässer dar, weswegen dort ein vermehrter Ausbau der sogenannten 4. Reinigungsstufe zur Elimination der Spurenstoffe durch den Einsatz von Aktivkohle und/oder Ozon stattfindet. Für den praktischen Betrieb einer Ozonanlage sind dabei Aspekte wie Überwachung der Spurenstoffelimination sowie eine bedarfsgerechte Anpassung der Ozondosis an eine variierende Wasserqualität von großer Bedeutung. Praxiserfahrungen der letzten Jahre haben dabei gezeigt, dass der Einsatz von UV-Sonden zur Bestimmung des SAK254 bzw. dessen relative Abnahme durch die Ozonung (delta SAK254) sowohl zur Betriebsüberwachung als auch zur Regulierung der Ozondosis geeignet ist [1], weswegen die Ermittlung des delta SAK254 ergänzend zu einer periodischen Überprüfung der Spurenstoffelimination seitens des Verbands der Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute (VSA) empfohlen wird [2]. Als mögliche Alternative zur Verwendung des SAK254 wird der Einsatz von Fluoreszenzsonden diskutiert, da die Abnahme der Fluoreszenz durch die Ozonung ebenfalls eine Korrelation mit der Elimination von Spurenstoffen aufweist [3]. Derzeit werden Fluoreszenzmessungen beispielsweise zur Detektion von Algenblüten in Seen oder zur Überprüfung von Öl im Wasser eingesetzt, wohingegen nur wenige Erfahrungen zum Einsatz bei Ozonanlagen auf Kläranlagen vorliegen. Im Rahmen dieses Beitrags werden Praxiserfahrungen einer Fluoreszenz-Onlinemessung im Einsatz auf einer Ozonanlage zur Spurenstoffelimination auf Kläranlagen vorgestellt und Vor- bzw. Nachteile gegenüber einer SAK254-Onlinemessung hinsichtlich der Sensitivität, bezüglich Änderungen der Wassermatrix, Einfluss von Fouling sowie Wartungsaufwand herausgearbeitet.

Abstract

In the recent years, an increasing number of organic micropollutants (OMPs) such as pharmaceuticals, industrial chemicals etc. have been detected within the water cycle. Conventional municipal wastewater treatment plants (WWTPs) are an important entry path of OMPs into the surface waters, as they can only partly eliminate OMPs. Thus, advanced wastewater treatment options such as activated carbon and/or ozonation can be used to reduce the amount of OMPs entering the receiving waters. Especially for the operation of an ozonation plant, aspects such as monitoring of the OMP elimination as well as an adaption of the ozone dose to a varying water quality are of great importance. Practical experiences in the last years have shown that the reduction of UVA254 (delta UVA254) by the ozonation can be used for the regulation of the ozone dose [1] and to monitor the ozonation process as it is recommended by the Swiss Water Association (VSA) in addition to a periodic measurement of the OMP elimination [2]. As an alternative to UVA254, usage of fluorescence online sensors have been also in discussion as its decrease due to the ozonation process also shows a good correlation with the OMP elimination [3]. Currently, fluorescence online measurements are used for detecting algae blooms in lakes or oil in water. However, practical experiences of the operation of fluorescence online sensors at ozonation plants used for OMP elimination are limited. Within this presentation results of the operation of a fluorescence online measurement at an ozonation pilot plant will be shown and compared to the operation of a UVA254 online measurement regarding sensitivity, impact of the water matrix, fouling effects as well as maintenance efforts.

Stapf, M. , schuetz , Miehe, U. (2019): Untersuchung des Foulingverhaltens von UV-Onlinesonden im Betrieb einer Ozonung auf Kläranlagen.

In: 11. Fachtagung Mess- und Regelungstechnik in abwassertechnischen Anlagen. Bad Soden, Germany. 6-27 June 2019

Mauch, J. (2018): Qualitätssicherung von UV-Onlinedaten bei der Ozonierung kommunalen Abwassers - Identifizierung von Fouling mittels Onlinedatenanalyse zur Optimierung der Betriebsführung.

Bachelor Thesis. Fakultät III – Prozesswissenschaften, Institut für Technischen Umweltschutz, FG Umweltverfahrenstechnik. Technische Universität Berlin

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit liegt in einer optimierten Betriebsführung der Ozonierung kommunalen Abwassers durch Identifizierung von organischen und mineralischen Ablagerungen auf Sensoroberflächen (Fouling). Als Grundlage dienen die über einen Zeitraum von sieben Monaten aufgenommenen Onlinedaten zweier (unterschiedlicher) photometrischer Sondentypen zur Einzelwellenlängenmessung des SAK254 (s::can – i::scan) und zur spektralen Messung im UV- und UV/VIS-Bereich (TriOS – OPUS, WTW – CarboVis 705 IQ). a über die Dauer des Untersuchungszeitraums sowohl eine Problemanalyse des Praktischen Betriebs als auch eine zusätzliche Versuchsreihe zur Überprüfung der spektralen Foulingauswirkungen durchgeführt. Dabei zeigten sich die für die jeweiligen Sondentypen unterschiedlich stark ausgeprägte Effekte. Die spezifische Beschaffenheit und Funktionsweise von Reinigungsmodul und Trübungskompensation wirkt in hohem Maß auf die Entwicklung und Auswirkung des Foulings ein und beeinflusst die Werte entsprechend stark. Während des Betriebs einer SAK254-Sonde ist die Identifizierung von Fouling durch einen Abgleich des tatsächlichen Ozoneintrags mit der erwarteten SAK254-Reduktion (und umgekehrt) möglich (E-delta SAK-Diagramm). Die Versuche der spektralen Untersuchung zeigten im niedrigeren Wellenlängenbereich um 254 nm ein stärkerer Zuwachs, als bei höheren Wellenlängen um 360 nm nm zu verzeichnen war. Dieser Umstand führt zu einer unzureichenden Trübungskompensation sowie einem Anstieg des gemessenen SAK254. Zur Lösung dieser Problematik wurde ein sondeninterner Abgleich der Spektren durchgeführt, um so die Trübungskompensation mittels Integration eines Korrekturfaktors zu optimieren. Zur Identifizierung von Fouling anhand eines E-delta SAK-Diagramms oder zur Optimierung der Trübungskompensation per Korrekturfaktor, sind jedoch weitere Versuche notwendig.

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