Department Environmental Chemistry

Granular activated carbon (GAC) filtration to abate micropollutants

GAC filters at WWTP Eawag

Treatment with powdered activated carbon (PAC) and ozonation are established methods for advanced wastewater treatment plants to comply with the new Swiss water protection act to remove micropollutants. Later, granular activated carbon (GAC) filtration was tested and found to be economically competitive under certain conditions. A minimal empty bed contact time (EBCT) of 20 minutes is crucial to achieve a good performance. Moreover, DOC, industrial contribution to wastewater, and rain events have a great impact on the performance and lifetime of GAC filters. Pre-treatment with low ozone doses allows to at least double the life-time of a GAC filter, and also a PAC pre-treatment was successfully tested. To understand better the dynamics of micropollutant concentration and abatement in GAC filters during rain events, we performed online-LC-HRMS (high-resolution mass spectrometry) measurements of micropollutants with the MS2field instrument, which allows measurements at high temporal resolution. 

We are accompanying and supporting the implementation of the full-scale GAC filtration at WWTP Glarnerland (commissioned mid 2023), where additionally a pre-treatment with dosing PAC into the biological treatment is used (AK24Water project). In another project, we aim to better understand the biodegradation processes which complement the sorptive processes in micropolluntant removal during GAC filtration (Ambizione project of Sema Karakurt-Fischer). 

Publications

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GAK-Filter für die Spurenstoffentfernung. Erfahrungen und Betriebsergebnisse der Pilotstudien ARA Furt/Bülach und Glarnerland

Auf den Kläranlagen Furt/Bülach und Glarnerland des Abwasserverbandes Glarnerland (AVG, Bilten) wurden zwischen 2014 und 2019 umfangreiche Untersuchungen zur Elimination von Mikroverunreinigungen mittels granulierter Aktivkohle (GAK) durchgeführt. Ziel war es, unter Schweizer Praxisbedingungen die Machbarkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu evaluieren. Fazit beider Forschungsprojekte ist, dass sich die GAK-Filtration zur Spurenstoffelimination gemäss Schweizer Gesetzgebung eignet. Das Verfahren ist technisch und wirtschaftlich realisierbar und hat sich als praxistauglich erwiesen.
Böhler, M. A.; Joss, A.; McArdell, C. S. (2022) GAK-Filter für die Spurenstoffentfernung. Erfahrungen und Betriebsergebnisse der Pilotstudien ARA Furt/Bülach und Glarnerland, Aqua & Gas, 102(1), 48-54, Institutional Repository

Pilotversuche zur erweiterten Abwasser-behandlung mit granulierter Aktivkohle (GAK) und kombiniert mit Teilozonung (O3/GAK) auf der ARA Glarnerland (AVG). Ergänzende Untersuchungen zur PAK-Dosierung in die biologische Stufe mit S::Select®-Verfahren in Kom

Auf der Kläranlage Glarnerland wurde im Rahmen des Forschungsprojektes «Pilotversuche zur erweiterten Abwasserbehandlung mit granulierter Aktivkohle (GAK) und kombiniert mit Teilozonung (O3/GAK)» die Machbarkeit und Effizienz der genannten Verfahrenstechniken zur Spurenstoffelimination untersucht. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen wurde zudem auch die Option der Dosierung von Pulveraktivkohle (PAK) in die biologische Stufe, welche mit dem S::Select®-Verfahren betrieben wird, als Vorstufe zur GAK erprobt.

Ziel der Pilotierung war die Erarbeitung von Entscheidungsgrundlagen zur Auswahl eines optimalen Verfahrens oder einer Verfahrenskombination für die angestrebte Realisierung der Spurenstoffelimination beim Abwasserverband Glarnerland. Zudem sollten Langzeiterfahrungen zum Betrieb von GAK-Filtrationen bezüglich Effizienz, Betrieb und vor allem Standzeiten (erreichte Bettvolumina) von verschiedenen GAK-Typen bei unterschiedlichen Kontaktzeiten bei einem Abwasser mit hohem gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) gesammelt werden.

Die Pilotanlage Vorozonung/GAK-Filtration ging Ende Januar 2017 auf der ARA Glarnerland in Betrieb und wurde im August 2019 ausser Betrieb gesetzt. Es wurden vier verschiedene GAK-Produkte untersucht (CSC «HC HK 1000», CarboTech «Pool W1-3», Jacobi «Aquasorb 5010», CabotNorit «GAC 1020 EN»). Parallel wurden alle GAK-Kolonnen (ausser Jacobi «Aquasorb 5010») während der gesamten Betriebsdauer mit einer Vorozonung bei einer spezifischen Ozondosis von rund 0.2 gO3/gDOC betrieben. [...]
McArdell, C. S.; Böhler, M.; Hernandez, A.; Oltramare, C.; Büeler, A.; Siegrist, H. (2020) Pilotversuche zur erweiterten Abwasser-behandlung mit granulierter Aktivkohle (GAK) und kombiniert mit Teilozonung (O3/GAK) auf der ARA Glarnerland (AVG). Ergänzende Untersuchungen zur PAK-Dosierung in die biologische Stufe mit S::Select®-Verfahren in Kom, 146 p, Institutional Repository
Böhler, M.; Hernandez, A.; McArdell, C. S.; Siegrist, H.; Joss, A.; Baggenstos, M. (2020) Elimination von Spurenstoffen durch granulierte Aktivkohle-Filtration (GAK). Grosstechnische Untersuchungen auf der ARA Furt, Bülach. Schlussbericht, 135 p, Institutional Repository
Böhler, M.; Joss, A.; McArdell, C.; Meier, A. (2020) Hinweise zur Planung und Auslegung von diskontinuierlich gespülten GAK-Filtern zur Elimination organischer Spurenstoffe aus kommunalem Abwasser. Konsenspapier zum Ergebnis des Workshops vom 9.12.2019 an der Eawag, 5 p, Institutional Repository