Spurenstoffelimination

Wir freuen uns sehr, dass wir am 31.03.14 den Auftrag zur Ertüchtigung der Zentralkläranlage Rietberg erhielten. Rietberg ist eine Stadt an der oberen Ems im Nordosten Nordrhein-Westfalens und gehört zum ostwestfälischen Kreis Gütersloh im Regierungsbezirk Detmold. Die rund 30.000 Einwohner zählende Stadt liegt circa 25 Kilometer südwestlich von Bielefeld. Die Zentralkläranlage Rietberg ist als einstufige, 2-straßige, simultane Belebung mit nachgeschalteter DynaSand-Filtrationsanlage sowie anaerober Schlammbehandlung ausgebaut. Der Kläranlagenablauf wird über Schönungsteiche in die Ems geführt.

Die Stadt Rietberg beabsichtigte eine Ertüchtigung der städtischen Kläranlage zur Mikroschadstoffelimination. In einer Machbarkeitsstudie (Ingenieurgesellschaft Dr. Knollmann mbH) wurden verschiedene Varianten zum Einsatz von PAK, GAG und Ozon betrachtet. Die Vorzugsvariante (GAK in DynaSand-Anlage) war bezüglich des Betriebsverhaltens und der Reinigungsleistung halbtechnisch zu testen. Die Reduktion von 16 ausgewählten Mikroschadstoffen sowie die Auswirkungen auf Überwachungswerte (N, P, CSB) wurden über den Versuchszeitraum von rd. 6 Monaten erfasst. Aktivkohle vom Typ AquaSorp 2000 (Steinkohle, Jacobi Carbons) zeigte hinsichtlich Adsorptionskapazität und Kornstabilität die beste Eignung. Am 31.03.14 wurde uns nunmehr mitgetielt, dass die Nordic Water GmbH den Auftrag zur Umrüstung erhielt. 12 DynaSand-Filter werden jetzt ertüchtigt, zum DynaSand Carbon umgerüstet und alsbald mit Aktivkohle zu o.g. Zweck in Betrieb genommen. Lieferumfang Los 1: Umrüstung Filtration:

• Erneuerung von 12 Filtereinbauteile der kontinuierlichen dynamischen Filtration

• Erneuerung der Mammutpumpen zur Filterrückspülung

• 75 m² Abdeckung der Filterbecken mit GFK-Elementen und Edelstahlblechen

• Erneuerung der Luftregelung mit Adsorptionstrockner, Druckluftsteueranlage, Armaturen und Leitungen

• Anpassung der SPS-Steuerung der Filtration

• Funktionsprüfung, Inbetriebnahme und Dokumentation

Das Projekt wird / ist vom Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert. Ein weiterer Meilenstein in der Erfahrung der Firma Nordic Water mit dem Thema Spurenstoffelimination bzw. Nutzung der DynaSand-Filtration zur GAK-Adsorption. Wir bedanken uns für den Auftrag bei der Stadt Rietberg und bei allen Beteiligten in der Projektphase für die gute Zusammenarbeit! Wir werden Sie über den weiteren Projektverlauf / Fortschritte und Ergebnisse auf dem Laufenden halten. Wenn Sie vorab Fragen haben, zögern Sie bitte nicht uns anzusprechen!

Neues aus Rietberg: Rietberger Kläranlage ist fit für die Zukunft

Gleich hinter das Belebungsbecken (im Hintergrund) ist der neue Aktivkohlefilter geschaltet. Mehrere dieser Pumpen sind regulär mit Platten abgedeckt, um Einträge von außen zu verhindern. Der direkte Vergleich macht deutlich: Das Filtrat, das den Aktivkohlefilter durchlaufen hat (Ablauf Filter), ist erkennbar klarer als die Wasserprobe, die dem Filter zugeführt wird. Fotos: Stadt Rietberg

Neue Technik filtert nun auch Medikamentenrückstände
Rietberg. Die zentrale Kläranlage in Rietberg reinigt das Abwasser jetzt noch gründlicher. Dank der Umrüstung auf eine neue Art der Filtration können jetzt auch Rückstände von Medikamenten oder bestimmten Haushaltschemikalien aus dem Abwasser herausgefiltert werden, bevor dieses gereinigt in die Ems geleitet wird. „Wir sind froh, dass unsere Kläranlage nun auf dem neuesten Stand der Technik ist“, freut sich Betriebsleiter Dieter Nowak. Zumal die Umrüstung die Stadt Rietberg kaum finanziell belastet. Die sogenannte „Ertüchtigung“ der städtischen Kläranlage zur Beseitigung von Mikroschadstoffen wird zu 70 Prozent vom Land Nordrhein-Westfalen gefördert, erklärt Diplom-Ingenieur Norbert Montag vom städtischen Abwasserbetrieb. Zumal Erfahrungen mit Umrüstungen ähnlicher Anlagen bisher kaum vorliegen. Nach der mechanischen und der biologischen Reinigung sowie der Schlammbehandlung hat Rietbergs Zentral-Kläranlage mit der Mikroschadstoff-Filtration nun eine vierte Stufe. Bisher ist der Abbau von Pharmazeutika und Körperpflegemitteln gesetzlich noch nicht gefordert, „aber irgendwann wird es Vorschrift werden, auch diese strengeren pharmazeutischen Werte einzuhalten“, ist Hubertus Schmidt überzeugt, der Leiter der Abteilung Tiefbau und Stadtentwässerung. „Wir reden hier über Daten, die früher gar nicht messbar waren“, geht Matthias Setter, Fachbereichsleiter bauen, ins Detail. Doch mithilfe der fortschreitenden Mess- und Analysetechnik kann man inzwischen auch diesen winzigen Spurenstoffen zu Leibe rücken, die überall im Abwasser vorkommen, wie man inzwischen festgestellt hat. Großartige Neubauten waren an der Kläranlage gar nicht nötig. Auf dem Betriebsgelände an der Rottwiese ist lediglich die vorhandene Dyna-Sand-Filtration umgerüstet worden. Wenn jetzt nicht die Ertüchtigung gekommen wäre, hätte ohnehin ein Umbau angestanden, um die Anlage mit Filtersand weiterbetreiben zu können. Das hätte rund 100.000 Euro gekostet. Jetzt sind lediglich der Filtersand aus den zwei Filterbecken entfernt und die Einbauteile umgebaut worden. Stattdessen wurden 250 Kubikmeter Aktivkohle eingefüllt. Basierend auf Steinkohle ergibt dieses Filtermaterial die besten Werte. Das haben Versuche – ebenfalls in der Rietberger Kläranlage – mit mehreren Filtermaterialien schon im Vorfeld ergeben. Insgesamt sechs verfahrenstechnische Varianten für eine Spurenstoff-Elimination sind auf der Kläranlage Rietberg hinsichtlich technischer Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit untersucht worden.

Auch diese Machbarkeitsstudie ist vom NRW-Umweltministerium gefördert worden. Die gesamte Maßnahme kostet etwa 785.000 Euro. 70 Prozent davon trägt das Land NRW, so dass nur Kosten von rund 235.500 Euro für den Abwasserbetrieb der Stadt Rietberg verbleiben. Die können durch eine Reduzierung der Abwasserabgaben teilweise wieder ausgeglichen werden. In diesen Tagen wird die auf granulierte Aktivkohle umgerüstete Filtration in Betrieb genommen.

Matthias Setter geht fest davon aus, dass der chemische Sauerstoffbedarf unter eine gewisse Grenze fällt: Wenn diese Werte eingehalten werden, fallen für die Stadt Rietberg künftig die Abwasserabgaben an das Land weg: Eine weitere Ersparnis von jährlich 30.000 Euro.

Unscheinbar wirkt das neue Gebäude im Hinterhof des Marienhospitals an der Virchowstraße. Dabei steckt jede Menge dahinter, oder besser: darin. In rund 20 Monaten Bauzeit hat die Emschergenossenschaft in intereuropäischer Zusammenarbeit eine neue Kläranlage errichtet, die die Abwässer des Krankenhauses von Spurenstoffen aus Medikamenten reinigen soll. PILLS (Pharmaceutical Input and Elimination from Local Sources) heißt das Projekt passenderweise. Ein Verbotsschild mit Medikamenten-Pillen und einem Wasserlauf ist das Logo, das auch an der Außenfassade des Gebäudes einen Platz gefunden hat. Jetzt wurde die Anlage offiziell in Betrieb genommen. „Das ist ein technischer Sprung für Gelsenkirchen und das Krankenhaus. Wir erhoffen uns immens wichtige Erkenntnisse von dieser Anlage“, erklärt Dr. Jochen Stemplewski, Vorstandsvorsitzender der Emschergenossenschaft.

In Zusammenarbeit mit fünf weiteren europäischen Partnern wurde die Anlage entwickelt. Elf Millionen Euro Finanzvolumen stecken in dem Projekt, das zur Hälfte von der EU finanziert worden ist. Allein 2,5 Mio. Euro kostete die Maßnahme am Marienhospital.

DynaSand Sandfilter als Teil des Projekts Pills
Eine Investition für nachhaltige Wasserwirtschaft: „Wir wollen hier testen, ob es sinnvoler ist, die Spurenstoffe dezentral zu filtern, oder zentrale Kläranlagen nachzurüsten“, so Stemplewski. 200m³ Wasser kann die Anlage am Tag reinigen. „Die produzieren wir aber nicht ganz. Etwas Luft haben wir noch“, erklärt Frank Netz, Leiter der Technik des Marienhospitals. Trotzdem produzieren die 75000 Patienten des Krankenhauses im Jahr so viel Schmutzwasser, dass es sich lohnt, das Pilotprojekt an der Virchowstraße stattfinden zu lassen.

Die Pills-Anlage arbeitet in mehreren Stufen: Einer Membranfiltration folgt eine Behandlung mit Ozon, das die Spurenstoffe gezielt aufbrechen soll. Eine Aktivkohle-Filtration bildet den Abschluss der Reinigung. Das geklärte Wasser wird in den Schwarzbach eingeleitet, die verdichteten Abfälle gesammelt und abtransportiert. (Teilweise aus dem Artikel „Kläranlage im Gelsenkirchener Marienhospital fertiggestellt“ entnommen| WAZ.de – Lesen

Die bei dem europäischen Kooperationsprojekt federführende EMSCHERGENOSSENSCHAFT hat die Kläranlage in 20 Monaten direkt auf dem Gelände des Marienhospitals in Gelsenkirchen gebaut, also unmittelbar an einem sogenannten „hot spot“, wo vermehrt Spurenstoffe ins Abwasser eingeleitet werden. Der Betrieb der Kläranlage, die neben einer mechanischen und biologischen Klärung über weitergehende Reinigungsstufen wie Membranfiltration, Ozonung und Aktivkohlefiltration verfügt, soll Erkenntnisse über die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit einer solchen Vorbehandlungsanlage liefern. Über Spurenstoffe im Abwasser wird in der Öffentlichkeit viel diskutiert – besonders, seit die Analytik seit wenigen Jahren auch geringe Konzentrationen nachweisen kann. Über ihre Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen weiß man auch heute noch nicht genug. Fakt ist jedoch: Dort, wo diese Stoffe in hohen Dosen auftreten, sollte eine Zuleitung ins Abwasser vermieden werden. Zu solchen „hot spots“ können zum Beispiel Krankenhäuser gehören, deren Abwässer einen hohen Anteil von Arzneimittelrückständen und Röntgenkontrastmitteln enthalten. Mit dem PILLS-Projekt wird erstmalig eine dezentrale Behandlungsanlage an einem Krankenhaus zur gezielten Spurenstoffelimination großtechnisch umsetzt. Die rund 200 Kubikmeter Abwässer, die pro Tag im Marienhospital mit seinen rund 560 Planbetten, rund 75.000 Patienten pro Jahr und 1200 Mitarbeitern anfallen, werden aktuell in die städtische Kanalisation eingeleitet. Diese mündet in unmittelbarer Nähe des Krankenhauses in den Schwarzbach, der derzeit noch als offener Schmutzwasserlauf betrieben wird. Im Zuge des Umbaus des Emscher-Systems wird auch dieser Bach entflochten und als dann abwasserfreies Gewässer ökologisch verbessert. Die PILLS-Kläranlage arbeitet in mehreren Stufen, bis das Wasser gereinigt wieder austreten kann. In der ersten Phase kommt eine biologische Membranfiltration zur Verwendung, bei der das Abwasser von organischen Stoffen befreit wird. Das nun fast schon klare Wasser wird in der zweiten Stufe mit Ozon behandelt. Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das bestehende Spurenstoffe gezielt „aufbricht“. Um sicherzustellen, dass keine Medikamentenrückstände im Abwasser verbleiben, erfolgt in der dritten Phase der Klärung eine so genannte Aktivkohlefiltration. Aktivkohle in Pulverform wirkt als effizienter Absorbierstoff, an dem auch die letzten Arzneimittelreste haften bleiben. Mit einem DynaSand Filter werden die Kohlepartikel und damit auch die Spurenstoffe in der PILLS-Kläranlage zurückgehalten, während das nun saubere Wasser erst in den Schwarzbach und dann später in die Emscher fließen kann. Die PILLS-Kläranlage ist auf einem rund 250 Quadratmeter großen Grundstück errichtet worden, das vom Gelsenkirchener Marienhospital zur Verfügung gestellt wurde. Die Projektkosten betragen rund zwei Millionen Euro.

Sechs Partner aus sechs europäischen Staaten (Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Luxemburg, Niederlande, Schweiz) arbeiten im Rahmen des PILLS-Projekts zusammen. Es hat ein Budget von insgesamt zirka acht Millionen Euro. Die Hälfte davon steuern die Partner bei, die andere Hälfte kommt von der Europäischen Union (EU) und wird im Rahmen des INTERREG IV B-Programms der EU gefördert. Weitere Informationen zu PILLS gibt es auch im Internet auf der Webseite www.pills-project.eu.

Bei der weitergehenden Abwasserreinigung, mit Blick auf die Mikroverunreinigungen (Spurenstoffe), wird unter anderem auf die adsorptive Wirkung von Aktivkohle gesetzt. Favorisiert wird dabei der Einsatz pulverisierter Aktivkohle, welche in einer dafür vorgesehenen Anlagenstufe dem biologisch gereinigten Abwasser direkt zugegeben wird (Kontaktreaktor). Nach dem Adsorptionsvorgang muss die Kohle vom Abwasser abgetrennt werden, i. d. R. durch Zugabe von Fällungs- und Flockungshilfsmitteln und durch anschließende Sedimentation oder Filtration. Derartige Adsorptionsstufen sind mit relativ hohen Kosten verbunden, was deren Realisierung, gerade auf kleinen und mittleren Kläranlagen, behindert. Als verfahrenstechnische Alternative kann statt Pulveraktivkohle auch granulierte Aktivkohle verwendet werden. Diese weist teilweise vergleichbare adsorptive Wirkungen auf und wird in einem Festbett, einer Art Kornkohlefilter, eingesetzt, welches vom biologisch gereinigten Abwasser durchströmt wird. Ist die Kohle beladen, so wird sie gegen neue ausgetauscht und extern regeneriert, so dass bei dieser Technik keine Fällungs- oder Flockungsmittel erforderlich sind. Die Verwendung bereits bestehender DynaSand Filter / Schnellsandfilter, in denen als Filtermaterial nun granulierte Aktivkohle zum Einsatz kommen kann, bietet sich hierbei als effiziente und kostengünstige Möglichkeit an.

Durch die Verwendung eines kontinuierlichen Filtersystems können die Aufgaben der Abwasserfiltration (Suspensa-Abtrennung) und Mikroschadstoffelimination (Adsorption) simultan in einem einzigen Bauwerk ablaufen. Dies ist mit dem in der Kläranlage Emmingen- Liptingen realisierten DynaSand Filtersystem theoretisch möglich. Um diese Alternative zu prüfen, wurde ein Verbundprojekt in Gemeinschaft mit der Gemeinde Emmingen-Liptingen, dem Institut für Siedlungswasserbau der Universität Stuttgart (ISWA) und dem Ingenieurbüro Dr.-Ing. Jedele und Partner GmbH initiiert. Das wesentliche Projektziel der Arbeiten am ISWA ist dabei, im Labor- und halbtechnischen Maßstab abzuklären, welche Randbedingungen die Auswahl der Kornkohle wesentlich bestimmen, damit diese in einem kontinuierlich gespülten DynaSand Filtersystem eingesetzt werden kann. Die labortechnischen Untersuchungen beinhalten zum einen die mögliche Auswahl einer geeigneten Kornkohle auf Basis der Messung ausgewählter Summenparameter, wie z. B. DOC (Dissolved Organic Carbon) oder SAK (spektraler Adsorptionskoeffizient). Diese Parameter sollen u. a. Aussagen darüber zulassen, welche Kohle die maximale Adsorptionsrate und Beladung erwarten lässt. Weitere Punkte sind das Rücklöseverhalten von Spurenstoffen sowie die maximale Beschickungsrate, Anströmgeschwindigkeit und die Abriebfestigkeit. Diese Untersuchungen werden an kleinen, mit granulierter Aktivkohle gefüllten Versuchssäulen durchgeführt. Anschließend werden die durch labortechnische Voruntersuchungen gewonnenen Erkenntnisse auf eine halbtechnische Filteranlage am Lehr- und Forschungsklärwerk (LFKW) übertragen und weitergehende Untersuchungen zur Betriebsweise und Betriebsoptimierung durchgeführt. Für die Umsetzung im großtechnischen Maßstab wird in der Kläranlage Emmingen-Liptingen in einem der drei kontinuierlich gespülten DynaSand Filter / Schnellsandfilter der Sand gegen granulierte Aktivkohle ausgetauscht; anschließend wird er parallel zu den beiden Schnellsandfiltern betrieben. Die Koordination der großtechnischen Umsetzung mit den labor- und halbtechnischen Untersuchungen wird vom ISWA wissenschaftlich begleitet.

Gelingt der Nachweis, dass ein solches System unter wirtschaftlich vernünftigen Bedingungen in der Praxis umsetzbar ist, stünde für kleine und mittlere Kläranlagen eine effiziente und kostengünstige verfahrenstechnische Alternative für die Entnahme von Mikroschadstoffen zur Verfügung. Ein wesentlicher Vorteil hierbei wäre, dass ein Großteil der erforderlichen Anlagentechnik, wie z. B. Filtersysteme, auf vielen Kläranlagen bereits vorhanden sind und diese nur noch umgerüstet oder durch weitere Filterzellen ergänzt werden müssten. Dies könnte die notwendigen Investitionskosten für eine vierte Reinigungsstufe deutlich verringern.

Fördernde Stelle Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg
Ansprechpartner
ISWA / Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Wasserrecycling Stuttgart

Prof. Dr.-Ing. H. Steinmetz; Dipl.-Ing. Peter Maurer; Dipl.-Ing. Martina Barabosz

Projektpartner
Dr.-Ing. Jedele und Partner GmbH (JuP), Stuttgart

Gemeinde Emmingen-Liptingen

Förderzeitraum 01/2012 – 06/2014

In Hinblick auf die Verbesserung der Gewässersituation im Bodensee-Einzugsgebiet und der PSM- (Pflanzenschutzmittel) und Spurenstoff- Problematik wurde eine weitere vierte Reinigungsstufe in Baden-Württemberg errichtet.

Die Pulveraktivkohle-Anlage mit nachgeschalteten Lamella Separator Plattenpaketen / Lamellenklärer und anschließender Filtration wurde auf der Kläranlage Stockacher Aach im September 2011 in Betrieb genommen.

Die PAK-Anlage ist mit zwei Rücklaufkohlepumpen und zwei Pumpen für die Rückführung des Überschussschlammes (ÜSS) ausgestattet. Für den verbesserten Absetzvorgang kommt ein Nordic Water Lamellenabscheider zum Einsatz. Auf der Kläranlage in Stockach wird die Pulveraktivkohle (PAK)- Stufe zwischen die Nachklärung und vor der Filteranlage eingegliedert. Die Besonderheit stellt die Aktivkohleabscheidung mittels Lamellenseparation dar.

Die beengten Platzverhältnisse auf der Kläranlage machen diesen Verfahrensweg notwendig. Gleichwohl wird aufgrund der durch die eingebauten Lamellen erreichten Flächenvergrößerung die Flächenbeschickung von qA ≃ 1,0 m/h nicht überschritten.

Organische Mikroverunreinigungen stellen zunehmend ein Problem für die Gewässer dar. Rückstände von Medikamenten, Haushalts- und Industriechemikalien und sogenannten endokrin wirksamen Substanzen gelangen aus zahlreichen täglich benutzten Produkten über das Abwasser in die Gewässer. Mikroverunreinigungen wirken sich schon in sehr tiefen Konzentrationen nachteilig auf aquatische Ökosysteme aus. Heutige Kläranlagen sind nicht auf die Entfernung von Mikroverunreinigungen ausgerichtet. Dies soll sich ändern.

In einem von der Umwelttechnologieförderung des BAFU, der Stadt Wetzikon und des AWEL Zürich unterstützten Forschungsprojekt soll dafür ein Verfahren entwickelt werden, bei der die bestehenden Anlagenteile genutzt werden. Pulveraktivkohle wird dabei in der ARA Wetzikon direkt in das Biologiebecken dosiert. Der anschließende DynaSand Filter stellt sicher, dass keine Pulveraktivkohle in den Vorfluter gelangt. Die Versuche werden in Zusammenarbeit mit HOLINGER AG, Ensola AG und der Firma aQa.engineering durchgeführt.

Projekt «Strategie MicroPoll»

Auf der Abwasserreinigungsanlage (ARA) Regensdorf wurde im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) während 16 Monaten die Eignung der Ozonung als zusätzliche Reinigungsstufe für die Entfernung problematischer Mikroverunreinigungen getestet. Mit dem Pilotversuch konnte gezeigt werden, dass die Ozonung großtechnisch machbar und für die angestrebten Ziele geeignet ist.

Hintergrund und Zielsetzung

Gasförmiges Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das in der Trink- und Badewasseraufbereitung zur Desinfektion und zur Entfernung von Geruchs- und Geschmacksstoffen zum Einsatz kommt. Die Breitbandwirkung der Ozonung bei der Elimination von organischen Spurenstoffen aus dem Abwasser wurde in verschiedenen Labor- und Kleinver-suchen bereits erfolgreich demonstriert. Das Ziel des Pilotversuches auf der ARA Wüeri in Regensdorf war die Untersuchung dieses weitergehenden Verfahrens im Großmaßstab. Dabei wurden folgende Fragen untersucht: – Vermag die Ozonung ein breites Spektrum organischer Spurenstoffe zu eliminieren? – Hat die Entfernung von Spurenstoffen einen positiven Effekt auf ausgewählte Wasserlebewesen? – Werden durch die Ozonung unerwünschte toxische Reaktionsprodukte gebildet?

Schlussfolgerungen aus dem Pilotversuch

ARA Regensdorf – WSP W.Schefer + PartnerDie Ozonung ist als zusätzliche Reinigungsstufe auf kommunalen ARA technisch machbar und wirtschaftlich vertretbar. Da aber gewisse Nebenprodukte entstehen, ist eine nachgeschaltete biologische Stufe, z.B. eine DynaSand Sandfiltration, notwendig. Die Anwendung dieser technischen Maßnahme würde die Belastung von Gewässern mit problematischen organischen Spurenstoffen aus dem Abwasser deutlich reduzieren und auch in Zukunft eine gute Wasserqualität gewährleisten.