Weidlich, S. (2017): Untersuchungen der Leistungsfähigkeit von bepflanzten Vertikalbodenfiltern zur Elimination von Spurenstoffen nach der Ozonung im Vergleich zu Sandfiltern.

Master Thesis. Fakultät Umweltwissenschaften Fachrichtung Hydrowissenschaften, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft, Professur für Siedlungswasserwirtschaft. Technische Universität Dresden

Abstract

In dieser Arbeit wird die Eignung von zwei Vertikalbodenfiltern, die an einer Ozonung (O3) zur weitergehenden Spurenstoffelimination im Kläranlagenablauf nachgeschaltet werden, untersucht. Die Bodenfilter unterscheiden sich primär in den verwendeten Filtermaterialien: Sand, als konventionelles Füllmaterial (BF1), und BioChar als alternatives Substrat (BF2). Letzteres setzt sich aus Lava- und Pflanzenkohle zusammen und soll auf Grund der zusätzlichen adsorptiven Reinigungsleistung für eine weitergehende Spurenstoffelimination sorgen. Die Pilotanlage wurde während des Versuchszeitraums wöchentlich an vier Messstellen (Zu- und Ablauf der Ozonanlage, Abläufe beider Bodenfilter) beprobt und hinsichtlich Wasserqualitätsparameter und Spurenstoffe untersucht. Die ausgewählten Spurenstoffe stammen aus den Bereichen Pharmazie, Landwirtschaft und Industrie. Allgemein sorgten die Bodenfilter für eine Verbesserung der Wasserqualität, welche sich unter anderem durch eine Reduktion des CSB und des DOC äußerte. Der CSB verringerte sich von 28,8 mg/L (Ablauf Ozonung) auf 18,4 mg/L (BF1) bzw. 17,4 mg/L (BF2), der Nitratgehalt von 12,1 mg/L auf 10,1 mg/L (BF1) bzw. 8,5 mg/L (BF2). Ebenfalls sorgten beide BF für eine Verminderung des Gesamtphosphors, welcher von 0,44 mg/L auf 0,11 mg/L (BF1) bzw. 0,27 mg/L (BF2) reduziert wurde. Der gelöste Phosphoranteil und das Orhophosphat reduzierten sich ebenfalls im BF1 (Pgel um 0,06 mg/L und oPO4 um 0,03 mg/L), wohingegen diese Fraktionen im BF2 um 0,10 mg/L (Pgel)und0,13mg/L (oPO4) anstiegen. Bei den Spurenstoffen zeigte die Ozonanlage hohe Wirkungsgrade (> 95%) bei einigen Substanzen, wie zum Beispiel für Diclofenac und Carbamazepin. Im BF1 lassen sich keine zusätzliche Elimination der Spurenstoffe feststellen. Wohingegen im BF2 eine weitergehende Elimination auf Grund der adsorptiven Wirkung bei vier Substanzen (Candesartan (CAN), Benzotriazol (BTA), Metoprolol (MTP), Oxipurinol (OXP)) zu beobachten war. Während des Versuchszeitraums sind sehr hohe Eliminationsleistungen (> 95%) in der Verfahrenskombination O3 + BF2 bei den Spurenstoffe MTP und BTA zu verzeichnen. Dabei waren die Unterschiede bei BTA deutlich ausgeprägter: der Wirkungsgrad stieg von 74,5 (O3 + BF1) auf 90,5% (O3 + BF2). Der größte Unterschied innerhalb der BF bestand bei OXP. Dort erhöhten sich die Wirkungsgrade von 43,1% auf 88,7%. Gegen Ende des Versuchszeitraumes deutete sich eine Abnahme der Eliminationsleistungen von CAN und OXP an, welches auf eine Erschöpfung des Sorptionspotentials schließen lässt. Ähnliche Tendenzen zeigen sich bei Raumfiltern, welche mit Aktivkohle gefüllt sind. Daher ist davon auszugehen, dass sich die Leistungsfähigkeiten des BF2 mit steigender Betriebsdauer denen des BF1 angleichen. Insgesamt eignen sich Vertikalbodenfilter für die Aufbereitung von ozoniertem Abwasser. Im Vergleich zu konventionellen Raumfiltern weisen sie einen geringeren Wartungsaufwand auf, besitzen aber einen deutlich höheren Platzbedarf (Faktor 1700). Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen darauf schließen, dass die weitergehende Spurenstoffelimination der Bodenfilter vergleichbar mit ähnlich gefüllten Raumfiltern ist.

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