Großtechnische Umsetzung einer Ozonung zur ...€¦ · 28.11.2017 43. Berliner Wasserwerkstatt | Ira Brückner 1 Großtechnische Umsetzung einer Ozonung zur Vollstrombehandlung auf

28.11.2017 43. Berliner Wasserwerkstatt | Ira Brückner 1

Großtechnische Umsetzung einer Ozonung zur Vollstrombehandlung

auf der Kläranlage Aachen-Soers

Projekt

43. Berliner WasserwerkstattKolloquium des Kompetenzzentrums Wasser Berlin

Ira Brückner, M. Sc. Wasserverbandes Eifel-Rur

t


IInhalt

• Einführung und Projektvorstellung• Das Forschungsvorhaben• Das Bauvorhaben

• Planung und Bemessung• Baufortschritt und Fotodokumentation


Einführung und Projektvorstellung


AachenDüren

Heinsberg

Monschau

EZG der Rurmit allen Zuflüssen

2.100 km²

1,1 Mio. Einwohner

1.900 km Fließgewässer

44 Kläranlagen

Verbands-gebiet des

WVER

NL

B

~ 800Sonder-bauwerke:

• 400 RÜB• 200 PW• 80 RRB• 25 RKB• 28 RBF• …

6 Talsperren

Stauvolumeninsgesamt~295 Mio.m³

53 Hochwasser-rückhalte-becken

DDer WVER als einer von elf WWasserwirtschaftsverbänden in NRW


KKläranlage Aachen-Soers

458.300 E458.300 E~25.000.000 m³/a~3.000 l/s

Mittlerer KAKA-AA-Ablauf = 750 l/sMittlerer KKAA blaufAbAMNQ Wurm (Vorfluter)

= 750 l/s= 219 l/s


AAllgemeiner Aufbau des Projekts DemO3AC

• Bauvorhaben• 70 % Förderung durch NRW.Bank

• Forschungsvorhaben• 80 % Förderung durch MULNV• RWTH Aachen University ist Partner

mit 4 Instituten

Bau der Ozonung nur in Kombination mit Begleitforschung


PProjektziele

1. Evaluierung der Auswirkungen, die eine Abwasserozonung auf den Vorfluter hat

• vorher/nachher-Vergleich (Phase 1/Phase 2)

2. Verfahrenstechnische Optimierung der Ozonung• Grundlagenermittlung mittels Pilotanlage (Phase 1)• Großtechnische Untersuchungen an Demonstrationsanlage (Phase 2)


VorherKläranlage(n)

und Vorfluter im regulären Zustand/

Status Quo

NachherKläranlage mit

Ozonung, Auswirkung auf

Vorfluter

AbwasserparameterSpurenstoffeKeimzahl & AB-ResistenzenAkute & chronische ToxizitätMechanismus-spez. ToxizitätÖkotoxizität im FreilandMakrozoobenthos etc. im Freiland

KA O3 W/H

Toolbox2015-2017

KA = Kläranlage, Soers/EilendorfO3 = Ozonung, Pilot-/großt. AnlageW/H = Wurm/Haarbach, Vorfluter

Uni- und multivariate statistische Auswertung

X X XX X XX X XX X XX X X

XX

2018-2019

EExperimentelles Design


Das Forschungsvorhaben


PProbenahme für Screenings

15.09.2015AbwasserparameterSpurenstoffeKeimzahl & AB-ResistenzenAkute & chronische ToxizitätMechanismus-spez. ToxizitätÖkotoxizität im FreilandMakrozoobenthos etc. im Freiland

KA O3 W/H

Toolbox

X X XX X XX X XX X XX X X

XX


PPilotanlage


FForschungsergebnisse Ozonung –Zehrungsversuche im Labor

0

1

2

3

4

5

6

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Ozo

ndos

is [m

g/l]

Zeit [s]

Ozonzehrungsprofil für Proben entnommen aus dem Zulauf zur Versuchsanlage/ANK

0,64

0,46

0,83

0,76

0,55

1,08

0,48

0,85

0,74

10.11.15: TW QZu,KA=58.260 m³/d DOC=6,31 mg/l06.11.15: RW QZu,KA=73.993 m³/d DOC=6,29 mg/l22.09.15: RW QZu,KA=155.591 m³/d DOC=5,87 mg/l17.09.15: RW QZu,KA=80.342 m³/d DOC=4,24 mg/l

zspez


0

20

40

60

80

100

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Elim

inat

ion

[%]

spezifische Ozondosis [gO3/gDOC]

Candesartan

n = 18

0

20

40

60

80

100

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Elim

inat

ion

[%]


Benzotriazol

n = 18

020406080

100

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Elim

inat

ion

[%]


Metoprolol

n = 18

020406080

100

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Elim

inat

ion

[%]


Diclofenac

n = 18

FForschungsergebnisse Ozonung –Spurenstoffelimination Pilotanlage

Klae

ret a

l., 2

017


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Zulauf Ablauf Zulauf Ablauf Zulauf Ablauf

Ampicillin Gentamycin SMX/TRI

Antib

iotik

ares

isten

te E

.col

i[%

]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Zulauf Ablauf Zulauf Ablauf Zulauf Ablauf

Ampicillin Gentamycin SMX/TRI

Antib

iotik

ares

isten

te E

.col

i[%

]

n = 5

Ozondosis: 4 mg/l Ozondosis: 6 mg/l

n = 5

FForschungsergebnisse Ozonung –Antibiotikaresistente Bakterien

Klae

ret a

l., 2

017


Testsystem Endpunkt Beobachtung an der Pilotanlage

Lemna minor Frondfläche/Frondzahl ↓ Reduktion durch Ozonung

Ames-Fluktuations-

assayMutagenität ↓↓ Eliminierung durch Ozonung

L-YES Assay Estrogenität ↓↓ Eliminierung durch Ozonung

ERα CALUX® Assay Estrogenität ↓ Reduktion durch Ozonung, keine

vollständige Eliminierung

H295R Assay Effekte auf die Steroidgenese ↓ Reduktion durch Ozonung, keine vollständige Eliminierung

Mikrokerntest Gentoxizität ↓Vor Ozonung bereits unterhalb des

Grenzwertes, weitere Reduktion durch Ozonung

Keine Effekte:Akute/Chronische Leuchtbakterien, Algen, Daphnien, Fischembryo-Toxizitätstest (FET), MTT-Assay

FForschungsergebnisse Ozonung –Öko- und zelltoxikologische Tests

Klae

ret a

l., 2

017


Das BauvorhabenPlanung und Bemessung


VVerfahrenswahl

• Pulveraktivkohlezugabe nach biologischer ReinigungFlächen für Adsorptions- und Sedimentationsstufe nicht vorhanden

• simultane Pulveraktivkohlezugabe ins Belebungsbeckenleistungsschwache Nachklärung, strenge Anforderungen an NH4-N von 1 mg/l

• Pulveraktivkohlezugabe im den Filterüberstaubereits hohe Feststoffbelastung

• GAK-Filtrationkurze Standzeiten der GAK

• OzonungFlächenbedarf machbar, Nachbehandlungsverfahren vorhanden, sauberes und gleichbleibendes Verfahren, Keimverringerung


Nutzung bestehender Anlagenteile als Reaktionsbecken

In Nachnitrifikation

nachNachklärung

nachFiltration

NeubauBiol. Nach-behandlung

Neubau Ozonreaktor

Rezirkulation(Nachnitri. & Filtration)

Nachbehandlung:Nachnitrifikation & Filtration

Verfahrensintegration der Ozonungsstufe

IIntegration in den Verfahrensweg


KKonzeption der Ozonung

NK 1

NK 3

NK 2

NK 4

LINPOR

LINPOR

FließwegBypass

ZPWOzonreaktor

FiltrationNachklärbecken Nachnitrifikation


0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00

Abflu

ss [m

3 /2h

]

DOC

[mg/

l]; S

KK25

4[1

/m]

SAK 254_TW SAK 254_MW DOC_TW DOC_MW Q_TW Q_MW

DDynamik des DOC im Ablauf Nachklärung


BBemessungsparameter

Hydraulik und BemessungswassermengenQT,h,max = 1.200 l/s Qmax = 2.988 l/s = Vollstrom

Spezifische Ozondosis (mit DOC: ~7 mg/l)zspez. = 0,7 gO3

/gDOC für QT,h,maxzspez. = 0,5 gO3

/gDOC für Qmax

entspricht 3 mg/l < DO3 < 5 mg/l

Berücksichtigung möglicher limitierender FaktorenBG < NO2-N < 0,35 mg/l) (3,4 gO3

/gNO2-N)AFS: ~5 mg/l


RReaktorvolumen

gewählte Aufenthaltszeiten aus den Versuchsergebnissen:QT,h,max: ≥ 20 Minuten Qmax: ≥ 10 Minutengewähltes Reaktorvolumen: VO3 = 2.160 m3

zweistraßige Ausführung mit je 1.080 m3

Kontrolle der Aufenthaltszeit für:QT,h,max = 30 Minuten Qmax = 12 Minuten


Luft

industrielle O2-ErzeugungO2-Gehalt: ≈ 99 %

Ozonerzeugung aus

Luftsauerstoff

Ozon (O3)Geringer

Ozongehalt

ErzeugungVor Ort

externe-Erzeugung

Ozon (O3)maximaler Ozongehalt im

Produktgas

Ozonerzeugung aus Reinsauerstoff

Druckwechsel-adsorption

O2-Gehalt: 90–95 %

Luftaufbereitung O2-Gehalt: 21 %

496.000€/a netto

586.000€/a netto

1.096.000€/a netto

VVarianten der Ozonproduktion


Pumpe-Injektor-System- Reaktionsbecken - Injektorpumpe- statischer Mischer

Diffusorsystem- Reaktionsbecken- Diffusor am Boden

Ozoneintrag

OOzoneintragssystem

Begünstigt Bromatbildung

Bromidkonz.:0,1–0,3 mg/l

Eintragstiefe von mind. 5 m machbar

Lokal hohe Ozonkonz. werden vermieden


OOzonproduktion und -eintrag

3 Generatoren mit je 10,8 kgO3/h = 32,4 kgO3

/h Gasvolumenströme:226,5 Nm3/h (LOX)218,9 Nm3/h (O3/O2) mit 148 gO3/Nm3

Ozoneintrag über 112 Diffusoren2 Straßen mit je 2 Eintragssträngen,28 Diffusoren je Eintragsstrang


RRegelung des Ozoneintrags

volumenproportional: QAbsorbanzabnahme: Δ Absorbanz [%] (SAK254) frachtproportional: DOCeq

überlagert mit: O3 im OffgasO3 im Ablauf der Ozonung


SStrömungssimulation

Variante 1



Variante 2



Variante 3


Strömungssimulation

28 11 2017 43 Berliner Wasserwerkstatt | Ira BrücknerW

Variante 3Variante 2m/s


BBaukosten Ozonung und Betriebsmittelbedarf

Kostenberechnung*• Bautechnik: 5,6 Mio. €• Maschinentechnik: 3,2 Mio. €• EMSR-Technik: 1,0 Mio. €• Summe: 9,8 Mio. €

Betriebsmittel• O3 ≈ 74.800 kgO

3/a

• O2 ≈ 748.000 kgO2/a

• Energiebedarf ≈ 960.300 kWh/aOzonproduktion: ≈ 822.800 kWh/a (74.800 kgO

3/a · 11 kWh/kgO

3)

Verlusthöhe Reaktor: ≈ 137.500 kWh/a (1 m · 5,5 Wh/(m3·m) x 25 Mio. m3/a)

*brutto, exkl. Ingenieurhonorar und Optimierung der Nachklärbecken


JJahreskosten Ozonung

Jahreskosten ohne Förderung• investiver Anteil

(3%p.a., BT 30 a, MT 15 a) 632.000 €/a• Sauerstoffbezug: 115.000 €/a• Energie Ozonanlage: 175.000 €/a• Energie Schneckenhebewerk 116.000 €/a• Wartung/Instandhaltung 156.000 €/a• Personal 21.000 €/a• Summe 1.215.000 €/a

spezifische Jahreskosten ohne Förderung • JSM (≈ 20 Mio. m³/a ) 0,06 €/m³• JAM (≈ 25 Mio. m³/a) 0,05 €/m³ • EW (458.300 E) 2,65 €/EW/a


GGroßtechnische Ozonungsanlage


Das Bauvorhaben Baufortschritt und Fotodokumentation


OOzonungsanlage Aachen-Soers Baufortschritt

Baufeld: 24.01.2017


Aushub: 22.03.2017



Betonnage Bodenplatte: 27.04.2017




17.05.2017



29.05.201717



29.05.2017


19.07.2017



29.09.2017



23.10.2017, Richtfest




15.11.2017



22.11.2017


OOzonungsanlage Aachen-Soers Innenleben

28 11 2017 43 B li W k t

15.11.2017



22.11.2017



23.10.2017



23.10.2017


Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit!

Kontakt:

Ira Brückner, M. Sc.Wasserverbandes Eifel-Rur

Eisenbahnstraße 552353 Düren

Tel.: + 49 2420 494 3109Mobil: + 49 152 567 08 392

Mail: [email protected]

www.wver.de demo3ac.wver.de

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