Pilotprojekt Regensdorf

Auf der Abwasserreinigungsanlage (ARA) Regensdorf wurde im Rahmen des Projekts „Strategie Micropoll“ des Bundesamts für Umwelt (BAFU) unter der Leitung der Eawag während 16 Monaten die Eignung der Ozonung als zusätzliche Reinigungsstufe für die Entfernung von Mikroverunreinigungen getestet. Dabei konnte ein breites Spektrum problematischer organischer Spurenstoffe entfernt werden. Gleichzeitig wurden verschiedene unerwünschte ökotoxikologische Wirkungen eliminiert. Der Versuchsbetrieb zeigte, dass eine Ozonungsstufe auf einer kommunalen ARA technisch machbar und wirtschaftlich vertretbar ist.

Sauerstofftank, Ozongenerator und Filtergebäude ARA Regensdorf

ARA Regensdorf

Die ARA Regensdorf reinigt zur Zeit das Abwasser von rund 15'000 Einwohnern und etwa 10'000 Einwohnerwerten aus der Industrie in einem zeitgemässen vierstufigen Verfahren mit Vorklärung, Belebtschlammverfahren zur Nitrifikation und Denitrifikation mit Simultanfällung und abschliessender Sandfiltration. Die Anlage hält die heute geforderten gesetzlichen Einleitbedingungen vollständig ein. Das gereinigte Abwasser wird in den Furtbach eingeleitet und verdoppelt dessen Wassermenge nahezu. Während des Pilotversuches wurde Ozon vor Ort aus flüssigem Sauerstoff erzeugt und in einem für den Versuch umgebauten Flockungsreaktor vor der Sandfiltration mit dem nachgeklärten Abwasser vermischt, wo es mit dessen Inhaltsstoffen reagierte.

Vereinfachtes Fliessschema der Ozonung auf der ARA Regensdorf. Das Ozon wurde aus flüssigem Sauerstoff erzeugt und in den bestehenden, umgebauten Flockungsreaktor vor der Sandfiltration eingetragen. Die roten Punkte bezeichnen die Probenahmestellen.

Analytik

Um die Effizienz der Ozonung zu beurteilen, wurden Proben der verschiedenen Verfahrensstufen der ARA untersucht (siehe Abbildung oben). Mittels chemischer Spurenanalytik wurden an der Abteilung Umweltchemie über 50 organische Mikroverunreinigungen gemessen (z.B. hormonaktive Stoffe, Biozide, Arzneimittel), die in der ARA nicht oder nur ungenügend abgebaut werden. Für einige dieser Stoffe wurden bereits nachteilige Einwirkungen in den schweizerischen Gewässern nachgewiesen. Die Ozonung resultierte in einer deutlichen Abnahme der im Ablauf der ARA messbaren Stoffe, sowie in einer starken Reduktion ihrer Gesamtkonzentration. Die Effizienz der Ozonung ist aber dosis- und substanzabhängig, also nicht für alle Stoffe gleich wirksam. So werden beispielsweise Antibiotika in der Regel schon bei tiefen Ozondosen komplett, Röntgenkontrastmittel hingegen auch bei hohen Dosen nur in geringem Mass eliminiert (siehe Abbildung). Die Resultate der Spurenanalytik wurden durch verschiedene ökotoxikologische Untersuchungen (u.a. der Abteilung Umwelttoxikologie) bestätigt. So wurden die Effekte der östrogenen Stoffe wie auch von Herbiziden vollständig eliminiert.

Einfluss der Ozondosis auf die Elimination ausgewählter persistenter Spurenstoffe in der Ozonungsstufe. Die Stoffe oben werden schon bei sehr tiefen Ozondosen komplett eliminiert, während unten die gegenüber Ozon persistenteren Stoffe aufgeführt sind.

Nebenprodukte

Weder mit analytisch-chemischen Untersuchungen noch mit ökotoxikologischen Untersuchungen konnten im Ablauf der ARA stabile problematische Reaktionsprodukte nachgewiesen werden. Einige Versuche gaben Hinweise auf labile Reaktionsprodukte nach dem Ozonungsreaktor, die jedoch im Sandfilter wieder eliminiert wurden. Daher empfiehlt sich die Anwendung der Ozonung nur in Kombination mit einer nachfolgenden biologisch aktiven Stufe.

Zusätzlich führte die Ozonung zu einer deutlichen Abnahme der Keimzahlen und dabei insbesondere der pathogenen Keime mit E.coli - Ablaufkonzentrationen deutlich unter dem Grenzwert der EU-Badewasserrichtlinie.

Betrieb

Der Betrieb der Ozonungsstufe verlief praktisch störungsfrei. Die Anlage konnte vom ARA-Betriebspersonal erfolgreich betrieben werden. Die eingesetzte Verfahrenstechnik, die Komponenten sowie das Sicherheitskonzept bewährten sich. Optimierungsbedarf besteht jedoch bei den eingesetzten Messgeräten und der Anlagensteuerung.

Der Energieverbrauch der ARA erhöhte sich durch die Ozonung um rund 15%, was in etwa dem Verbrauch der bestehenden Sandfiltration entspricht. Die Ozonung liess sich einfach in die bestehende ARA integrieren, für Betrieb und Amortisation muss mit Mehrkosten von etwa 10% gerechnet werden (ohne Sandfiltration).

Fazit

Mit dem Pilotversuch wurde gezeigt, dass die Anwendung der Ozonung zu einer deutlichen Reduktion der Belastung der Gewässer mit problematischen organischen Spurenstoffen aus dem Abwasser führt. Mit dieser Technologie kann in Zukunft eine verbesserte Wasserqualität gewährleistet werden, insbesondere in Fliessgewässern mit einem hohen Anteil an gereinigtem Abwasser. Nach heutigem Wissen werden bei einer mit der Anlage in Regensdorf vergleichbaren ARA durch die Ozonung keine signifikanten Mengen problematischer Reaktionsprodukte produziert und in die Gewässer eingetragen, wenn nach der Ozonung ein Filter mit biologischer Aktivität eingerichtet wird.

Publikationen

Schlussbericht Pilotversuch Regensdorf

Medienmitteilung BAFU

Hollender, J., Zimmermann, S.G., Koepke, S., Krauss, M., McArdell, C.S., Ort, C., Singer, H., von Gunten, U., Siegrist, H. (2009). Elimination of organic micropollutants in a municipal wastewater treatment plant upgraded with a full-scale post-ozonation followed by sand filtration. Environmental Science and Technology, accepted.

Escher, B. I., Bramaz, N., Ort, C. (2009). Monitoring the treatment efficiency of a full scale ozonation on a sewage treatment plant with a mode-of-action based test battery. Journal of Environmental Monitoring, accepted.