Abteilung Verfahrenstechnik

Ozonung ARA Neugut, Dübendorf
Überwachung und Regelung der Ozonung zur Spurenstoffelimination mittels UV Absorbanzmessung

Abbildung: Halbtechnische Pilot-Ozonungsanlage mit Ozongenerator, Kolonnenreaktor (hier mit Indigoblau eingefärbtem Wasser) und Messeinrichtungen. Im linken Bild das eingesetzte Photometer der Firma Sigrist Photometer GmbH, es misst die Absorbanz im Zu- und Ablauf des Ozonungsreaktors.

 Im Rahmen des Technologieförderungsprojektes „Ozonung ARA Neugut, Dübendorf - Grosstechnische Optimierung der Ozondosierung“ wird die Absorbanzabnahme als eine einfache Methode zur Überwachung der Reinigungsleistung, sowie ein Ansatz zur Regelung der Ozondosierung zur Spurenstoffelimination untersucht. Um das Potential dieser Methode abzuschätzen, wurden spezifische Labor- und Pilotversuche an der Eawag durchgeführt. Die Untersuchungen geschehen vor dem Hintergrund und dem Ziel mittels Ozonung eine kosten- und energiegünstige Spurenstoffelimination auf kommunalem Kläranlagen zu realisieren.

Die Laboranalytik von Mikroverunreinigungen nimmt viel Zeit in Anspruch und ist kostenintensiv, so dass auf dieser Basis keine zeitnahe Regelung der Ozondosierung in Frage kommt. Vielmehr kann die Spurenstoffanalytik zur gesetzlichen Überwachung (einzelne Proben übers Jahr verteilt) eingesetzt werden. Eine Methode, die Aufschluss gibt über die aktuelle Effizienz und Reinigungsleistung der Ozonung, aber auch eine Möglichkeit zur Regelung der Dosierung bietet, muss daher online und möglichst zeitnah erfolgen. Nach Versuchen an der Eawag kann die Absorbanzabnahme des Abwassers nach einer Ozonung als potentielle Methode zur Quantifizierung der Spurenstoffelimination in Betracht gezogen werden. In den Versuchen konnte klar aufgezeigt werden, dass die Absorbanzabnahme mit der Ozondosis und auch mit der Spurenstoffelimination korreliert. Betrachtet man die Korrelation Absorbanzabnahme – Spurenstoffelimination unterschiedlicher Abwässer, so sind diese für einzelne Substanzen, wie z.B. Carbamazepin und Propranolol, sehr ähnlich. Für andere Substanzen, wie z.B. Primidon und Venlafaxin, hingegen sehr unterschiedlich. Daraus lässt sich ableiten, dass ein einheitliches Vorgehen bzw. Anwendung eines Regelalgorithmus zur Ozondosierung für verschiedene Abwässer ähnlich ist, dennoch sollte grundsätzlich eine spezifische Anpassung der Regelstrategie in Abhängigkeit des örtlichen Abwassers erfolgen.

Eine mögliche Regelstrategie lässt sich auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse aus der Korrelation einzelner Spurenstoffeliminationen mit der Absorbanzabnahme herleiten. Dazu muss ein Qualitätsziel definiert werden, welches definierte Indikatorsubstanzen und deren zu erreichende Eliminationsleistung umfasst. Derzeit werden Benzotriazol, Diclofenac, Carbamazepin, Mecoprop und Sulfamethoxazol als mögliche Indikatorsubstanzen diskutiert, welche bezogen auf den Zulauf zur Kläranlage zu 80 % eliminiert werden müssen.

Benzotriazol wird nebst Mecoprop am schlechtesten durch die Ozonung eliminiert. Je nach Elimination in der biologischen Stufe, müsste Benzotriazol daher zwischen 50 und 80 % durch die Ozonung selbst eliminiert werden, um das gewünschte Qualitätsziel von 80% Gesamtelimination bezogen auf den ARA-Zulauf zu erreichen. Dies würde eine Absorbanzabnahme bei einer Wellenlänge von 254 nm von 45 % und bei 366 nm von 70 % erfordern. Hieraus lässt sich eine Regelstrategie (PI-Regelung) ableiten, die in Kombination mit einer Steuerung auf eine Zulaufgrösse (z.B DOC-Fracht) eine optimale Ozondosierung ermöglicht.

Ausblick

Um die Absorbanzabnahme als Regelungsparameter einführen zu können, fehlen weitere Abklärungen und Erfahrungen in Bezug auf die Stabilität der Messung, insbesondere beim grosstechnischen Betrieb. Die Frage lautet, ob Umwelteinflüsse wie Regenereignisse oder saisonale Schwankungen grössere Abweichung der Korrelation Spurenstoffelimination - Absorbanzabnahme generieren können. Nach ersten Versuchen konnte kein Einfluss durch Regenereignisse festgestellt werden. Um diesen Sachverhalt näher zu untersuchen, werden weitere Tests mit der grosstechnischen Ozonungsanlage auf der ARA Neugut ab Januar 2014 durchgeführt. Ausserdem werden auf der ARA Neugut weitere online-Messungen mit der Sigrist-Messzelle vorgenommen, die Praxistauglichkeit des Systems erprobt und optimale Regelstrategien erarbeitet.

Voraussichtlich wird die grosstechnische Ozonungsanlage auf der Kläranlage Neugut Ende 2013 in Betrieb genommen.