126
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
326
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!
626
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
1226
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!