Die Kombination von Ozon und Flockung als Behandlungsstufe vor einer Membranfiltration (Oxeram)

Die EU-Wasserrahmenrichtlinie (2000) verlangt bis zum Jahre 2015 für alle europäischen Gewässer die Wiederherstellung eines „guten ökologischen Zustands“. In Berlin muss zur Erfüllung dieses Ziels insbesondere der Phosphoreintrag aus Kläranlagen minimiert werden, da Phosphor als limitierender Nährstoff für die Eutrophierung der Gewässer hauptverantwortlich ist. Vor diesem Hintergrund wird die Einführung einer Membranfiltrationsstufe mit vorgeschalteter Phosphatfällung in der Berliner Kläranlage Ruhleben diskutiert (Gnirß 2008). Das Jahresmittel der Phosphorkonzentration im Ablauf der Kläranlage Ruhleben beträgt 0,3 - 0,4 mg P/L. Der Zielwert für die weitergehende Behandlung des Klarlaufes wurde mit 0,05 - 0,1 mg P/L festgelegt. Die Filtration von Klärwerksabläufen mit Niederdruckmembranen bietet in Kombination mit einer Flockungsstufe eine wirkungsvolle Möglichkeit für das Erreichen niedriger Phosphorkonzentrationen und einer zusätzlichen Entfernung von Pathogenen. Das Hauptproblem beim Betrieb von Niederdruckmembranen stellt jedoch nach wie vor der durch Fouling auftretende Verlust der Filtrationsleistung dar. Dieser entsteht durch das Verblocken der Membranporen mit organischem Material sowie Kuchenbildung auf der Membranoberfläche und schlägt sich entweder in der Verringerung des transmembranen Fluxes oder im Anstieg der transmembranen Druckdifferenz mit der Zeit nieder. Als Folge des Foulings müssen die Membranen regelmäßig physikalisch bzw. chemisch gereinigt werden, was zu einer Verringerung ihrer Standzeit führt. Lediglich 10 % der im Klarlauf enthaltenen organischen Substanzen leisten dabei einen Beitrag zum Fouling (Laabs 2004). Diese Substanzen eluieren bei einer Größenausschlusschromatographie im sogenannten Biopolymer-Peak, der sowohl Polysaccharide als auch organische Kolloide und Proteine umfasst. In Studien zum Fouling von Niederdruckmembranen wurden Biopolymere (BP) in Form von Proteinen und Polysacchariden sowie Partikel und Kolloide in der Größenordnung von 10 bis 450 nm als Hauptverursacher des Membranfoulings ermittelt (Zheng 2009, Poele 2006). Im Rahmen des Projekts „Oxeram“ (Technische Universität Berlin, KompetenzZentrum Wasser Berlin, Berliner Wasserbetriebe) wird untersucht, ob durch eine Ozonierung vor der Flockungsstufe das Fouling der nachgeschalteten Membran reduziert und somit die Leistungsfähigkeit der Membranfiltration verbessert werden kann und ob sich aus deKombination dieser Prozesse synergetische Effekte ergeben. Eine Ozonierung kann bei einem Einsatz von geringen Ozondosen (1 - 2 mg/O3/L) in Kombination mit einer Flockung aufgrund des Mikroflockeneffekts zu größeren, stabileren und robusteren Flocken führen. Diese können sich bei einer nachgeschalteten Membranfiltration positiv auf die Filtrationsleistung auswirken. Höhere Ozondosen (10 - 12 mg O3/L) dienen der Oxidation von organischen Wasserinhaltsstoffen und Spurenstoffen. Die hier dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf Versuche, die in AmiconTestzellen im Labormaßstab durchgeführt wurden. Ziel war es zunächst, eine optimale Kombination von Ozoneintrag und Flockungsmittelkonzentration zu ermitteln.

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