Aqua Urbanica 2019 26 9./10. September, Rigi Kaltbad...1 26 Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ Aqua...

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Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Aqua Urbanica 20199./10. September, Rigi Kaltbad

Mehrstufige RBF-Technologie zur Phosphor-, Schwermetall-und Spurenstoffadsorption von MWÜ/RWÜ

Wernfried SchierUlla Telgmann

Jörg Felmeden

Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)Leiter: V.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Felmeden

226

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Einführung zur Phosphorelimination im Bundesland Hessen

Phosphor-Elimination auf RBFA (MWÜ/RWÜ) Melioration Separate Stufe

Großtechnisches Demonstrationsprojekt: RBF Korbach Mehrstufiger Prozess Ergebnisse

Phosphorreduktion und Resumé

Schwermetallreduktion Spurenstoffreduktion

Gliederung

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Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

gemäß Bewirtschaftungsplan zur Umsetzung der WRRL in Hessen besteht erheblicher Bedarf zur Reduzierung der Belastung der Gewässer mit Phosphor.

Der „gute Zustand“ der Gewässer ist in Hessen bislang fast flächen-deckend verfehlt, insbesondere wegen zu hoher Phosphoreinträge (Orientierungswert für einen guten Zustand: 0,07 mg o-PO4-P/l).

Anteil P-Einträge aus MW-Entlastungen: 14 %

Einführung zur Phosphorelimination in Hessen, Stand 2012

426

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

RBF Korbach 2014

RBF-Ü

berlauf

MW-Zulauf

komm.KA

MW-Abschlag

RBF (800 m²)RÜB

MWÜ

Vorflut Standardparameter TS hoher WG CSB hoher WG NH4-N hoher WG PGES niedriger WG oPO4-P niedriger WG

526

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

RBF allgemein

Bepflanzung

Entlüftung

RBF Oberfläche

Filterkörper(Sand 0/2 mm, Höhe: 1 m)

Drainschicht Abdichtung Drainageleitung

Ablaufschacht

Retentionsraum

DWA-A 178 (2019)

Weitergehende Phosphor-Elimination erfordert die Melioration des

Filterkörpers mit eisenhydroxidhaltigen Substraten!

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Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

MeliorationsprozessRBF allgemein

Bepflanzung

Entlüftung

RBF Oberfläche

Filterkörper(Sand 0/2 mm, Höhe: 1 m)+ 10 M.-% Sorptionsmaterial

Drainschicht Abdichtung Drainageleitung

Ablaufschacht

Retentionsraum

Weitergehende Phosphor-Elimination erfordert die Melioration des

Filterkörpers mit eisenhydroxidhaltigen Substraten!

726

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Meliorationsprozess

Erreichbarer Wirkungsgrad der Phosphorelimination bei einer Melioration von 10 M.-%:80% für eine Betriebszeit von 2 Jahren (HMUKLV, 2011) auch ein meliorierter RBF ist limitiert bzgl. Leistungsfähigkeit und Zeit

RBF allgemein

826

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Material- und Einbauaufwand Phosphorelimination ist weiterhin limitiert

bzgl. Leistungsfähigkeit und Zeit dies kann problematisch werden, wenn ein meliorierter RBF seine Leistungsfähigkeit verliert wenn eine Neubewertung eines in Betrieb befindlichen, nicht-meliorierten

RBF zukünftig eine Phosphorelimination fordert Betriebsunterbrechung für mind. mehrere Monate

Alternative:Eine dem RBF nachgeschaltete, separate Sorptionsstufe,die ausschließlich mit einem eisenhydroxidhaltigen Substrat befüllt ist

Nachteile einer Melioration

926

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Betriebliche Aspekte Materialverbrauch (nur Sorptionsstufe) keine Ausserbetriebnahme des RBF Sorptionsstufe kann kleiner dimensioniert werden

erhöhte Leistungsfähigkeit (zu untersuchen) Phosphoradsorption erfolgt in einem konzentrierten, homogenen Substrat Phosphoradsorption erfolgt nach der MW-Reinigung im RBF,

konkurrierende/störende Prozesse sind deutlich reduziert

Phosphorrecycling wird prinzipiell möglich

Vorteile einer Melioration

1026

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

RBF Korbach 2014 (nicht melioriert)

RBF-Ü

berlauf

MW-Zulauf

MW-Abschlag

RBF (800 m²)RÜB

MWÜ

Vorflut

komm.KA

1126

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

RBF Korbach 2014 (nicht melioriert)

RBF-Ü

berlauf

MW-Zulauf

MW-Abschlag

RBF (800 m²)RÜB

MWÜ

Vorflut

(Reaktorober-fläche je 3 m²)

Vorflut

Überlauf

eingehaustÜ

berlauf

Vorlage

Sorp(Eisen-hydroxid)

Sorp(Eisen-hydroxid)

komm.KA

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Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

RBF Korbach 2016

RBF-Ü

berlauf

MW-Zulauf

MW-Abschlag

RBF (800 m²)RÜB

MWÜ

Vorflut

(Reaktorober-fläche je 3 m²)

Vorflut

Überlauf

eingehaustÜ

berlauf

Vorlage

Sorp(Eisen-hydroxid)

komm.KA

1326

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

SorptionsstufeRBF Korbach 2015

1426

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Unterschreitungshäufigkeit der P-FraktionenRBF Korbach 2015 - 2017

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Sum

men

häuf

igke

it

[mg/L]

Ablauf RBF, gesP

Ablauf RBF, oPO4-P

Ablauf S1, gesP

Ablauf S1, oPO4-P

1526

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,02,22,42,6

0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,02,22,42,6

2015 2016 2017 2015 2016 2017 2015 2016 2017

RBF zu RBF ab / S1 zu S1 ab

oPO

4-P-

Konz

entr

atio

n [

mg/

L]0,25min/max0,75median

jährliche Statistik der oPO4-P-KonzentrationRBF Korbach 2015 - 2017

1626

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

oPO4-P-Konzentration im gesamten UntersuchungsverlaufRBF Korbach 2015 - 2017

0

1

2

3

4

5

6

7

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

05.0

7.20

1506

.07.

2015

06.0

7.20

1506

.07.

2015

09.0

7.20

1509

.07.

2015

19.0

7.20

1519

.07.

2015

20.0

7.20

1520

.07.

2015

20.0

7.20

1516

.08.

2015

16.0

8.20

1517

.08.

2015

17.0

8.20

1517

.08.

2015

17.0

8.20

1518

.08.

2015

04.0

2.20

1609

.02.

2016

10.0

2.20

1610

.02.

2016

10.0

2.20

1610

.02.

2016

11.0

2.20

1611

.02.

2016

12.0

2.20

1601

.04.

2016

01.0

4.20

1601

.04.

2016

02.0

4.20

1628

.05.

2016

29.0

5.20

1601

.06.

2016

02.0

6.20

1602

.06.

2016

03.0

6.20

1603

.06.

2016

03.0

6.20

1604

.06.

2016

22.0

2.20

1723

.02.

2017

23.0

2.20

1723

.02.

2017

24.0

2.20

1724

.02.

2017

24.0

2.20

1724

.02.

2017

25.0

2.20

1725

.02.

2017

25.0

2.20

1726

.02.

2017

26.0

2.20

1709

.03.

2017

09.0

3.20

1710

.03.

2017

10.0

3.20

1710

.03.

2017

19.0

3.20

1719

.03.

2017

19.0

3.20

1720

.03.

2017

20.0

3.20

1720

.03.

2017

21.0

3.20

1721

.03.

2017

21.0

3.20

1718

.04.

2017

02.0

5.20

1703

.05.

2017

03.0

5.20

1703

.05.

2017

03.0

5.20

1704

.05.

2017

04.0

5.20

1713

.05.

2017

14.0

5.20

1714

.05.

2017

14.0

5.20

1714

.05.

2017

19.0

5.20

1719

.05.

2017

20.0

5.20

1720

.05.

2017

20.0

5.20

1720

.05.

2017

21.0

5.20

1721

.05.

2017

21.0

5.20

17

Besc

hicku

ng d

er S

orpt

ionss

tufe

1

[L/s]

oPO

4-P

[m

g/L]

Ablauf RBFAblauf Sorption 1Beschickungswassermenge

1726

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Sorption 1: Leistungsfähigkeit der oPO4-P – Frachtreduktion

optimale Betriebsparameter sind noch zu untersuchen/ermitteln!

RBF Korbach 2015 - 2017

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0

1

2

3

4

5

6

2 4 5 6 13 14 15 16 18 23 24 25 26 27 28 29

Wirk

ungs

grad

S1

oPO

4-P,

S1

(zu)

[g

/m2 ]

oPO

4-P,

elim

inie

rt

[g/m

2 ]m

ittl.

hydr

. Bea

ufsc

hlag

ung

S1

[L/

s]

Überlauf Nr.

1826

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Melioration (HMUKLV, 2011)

10 Massen-%

oPO4-P-Elimination:80%

Betriebszeit:2 Jahre

Vergleich Melioration – separate Sorptionsstufe

separate Sorptionsstufe

0,35 Massen-%

oPO4-P-Elimination:94%

Betriebszeit:4 bis 5 Jahre(auf der Basis eines nach Untersuchungsende analysierten Phosphorgehalts des Adsorbens von 40%)

1926

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Standard (Filtration, Photometrie) TS CSB NH4-N PGES oPO4-P

Analysierte Parameter

Schwermetalle (ICP-OES) Cadmium (Cd) Kupfer (Cu) Nickel (Ni) Blei (Pb) Zink (Zn)

11 Spurenstoffe (HPLC-MS) Amidotrizoesäure, Iohexol,

Iomeprol, Iopromid,Iopamidol (Kontrastmittel)

Benzotriazol(Komplexbildner)

Carbamazepin(Anti-Epileptikum)

Diclofenac, Ibuprofen(Schmerzmittel)

Metoprolol (Beta Blocker) Sulfamethoxazol

(Antibiotikum)

2026

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

RBF Korbach 2016

RBF-Ü

berlauf

MW-Zulauf

MW-Abschlag

RBF (800 m²)RÜB

MWÜ

Vorflut

(Reaktorober-fläche je 3 m²)

Vorflut

Überlauf

eingehaustÜ

berlauf

Vorlage

Sorp(Eisen-hydroxid)

komm.KA

2126

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

(Reaktorober-fläche je 3 m²)

RBF Korbach 2016

RBF-Ü

berlauf

MW-Zulauf

MW-Abschlag

RBF (800 m²)RÜB

MWÜ

Vorflut Vorflut

Überlauf

eingehaustÜ

berlauf

Vorlage

Sorp(Eisen-hydroxid)

Sorp(GAK)

Vorlage

komm.KA

2226

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Statistik der SchwermetallkonzentrationenRBF Korbach 2015 - 2017

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

Cd Cu Ni Pb Zn

Konz

entr

atio

n [µ

g/L]

0,25

min/max

0,75

Median

20.200

0

5

10

15

20

25

30

35

Cd Cu Ni Pb

Konz

entr

atio

n [µ

g/L]

0,25

min/max

0,75

Median

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Cd

Konz

entr

atio

n [µ

g/L]

0,25

min/max

0,75

Median

2326

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Leistungsfähigkeit der SchwermetalleliminationRBF Korbach 2015 - 2017

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%Cd Cu Ni Pb Zn

Wirk

ungs

grad

RBF S1 S2

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%Cd Cu Ni Pb Zn

Wirk

ungs

grad

RBF RBF + S1 RBF + S1 + S2

2426

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Statistik der SpurenstoffkonzentrationenRBF Korbach 2015 - 2017

0

10

20

30

40

50

60

zu abb zu abb zu abb zu abb zu abb

Amido Benzo Ibuprofen Iohexol Iopromid

Konz

entr

atio

n [

µg/L

]

0,25min/max0,75median

120 76 110

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

zu abb zu abb zu abb zu abb zu abb zu abb

Carba Diclo IomeprolIopamidolMetopro Sulfa

Konz

entr

atio

n [

µg/L

]

0,25min/max0,75median

2526

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Leistungsfähigkeit der SpurenstoffeliminationRBF Korbach 2015 - 2017

-10%0%

10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%Am Ben Car Dic Ibu Iohex Iomep Iopa Iopro Meto Sulfa

Wirk

ungs

grad

RBF S1 S2

2626

Mehrstufiger RBF für MWÜ/RWÜ

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!