Birthe Stricker

Abstract

Mikroschadstoffe liegen in geringen Konzentrationen in Gewässern vor. Durch eine unzureichende Elimination in kommunalen, mechanisch-biologischen Klärwerken stellen diese einen Haupteintragspfad dar. Neben der Etablierung einer Mikroschadstoffelimination, z.B. als vierte Reinigungsstufe, ist die Steigerung der Kläranlagenenergieeffizienz eine aktuelle Fragestellung der Siedlungswasserwirtschaft. Das alternative Kläranlagenkonzept MicroStop behandelt beide Fragestellungen. Neben einer allumfassenden Reduktion von Partikeln, Nährstoffen und multiresistenten Keimen werden Mikroschadstoffe durch eine Kombination aus biologischem Abbau in Festbettreaktoren mit physikalischem Rückhalt durch eine Nanofiltration eliminiert. Dem Kombinationsprozess ist eine verbesserte Kohlenstoffextraktion in der Vorklärung durch Fällung/Flockung vorgeschaltet. Für die Machbarkeitsbewertung des Konzepts wurden Versuche zur verbesserten Kohlenstoffextraktion durchgeführt und der biologische Abbau von Mikroschadstoffen unter Nitrifikation und Denitrifikation in den Festbettreaktoren untersucht. Mit der Fällungs-/Flockungschemikalie Sachtofloc 46.12 mit einer Dosierung von 0,2 mmol Al/l Abwasser konnte eine weitere Reduktion des gesamt organischen Kohlenstoffs (TOCN) im Ablauf der Vorklärung von 49 % (Klärwerk A) und 30 % (Klärwerk B) im 1-Liter-Jartest erzielt werden. Die Reduktion wurde durch den Anteil an gelöstem organischen Kohlenstoff (DOCN) der Abwässer limitiert, die bei 52 % (Klärwerk A) und 68 % (Klärwerk B) lagen. Eine Kombination des MicroStop Konzepts mit weiteren Verfahren der verbesserten Kohlenstoffextraktion, wie POWERSTEP, ist basierend auf den Gesamtergebnissen möglich. In den biologischen Festbettreaktoren konnte eine Nitrifikation mit > 99 % Reduktion und Denitrifikation mit 94 – 99 % etabliert werden. In einer Versuchsphase kam es zu einer Nitrit-Akkumulation, die durch Anpassung der Essigsäuredosierung unterbunden wurde. Über drei Versuchsphasen (rein aerober Betrieb sowie Nitrifikation/Denitrifikation ohne/mit Flockungsüberstand) wurde ein weiteres Potential für den biologischen Abbau einiger getesteter Schadstoffe gezeigt. Für Gabapentin (> 93 bis > 98 %), Iomeprol (> 69 bis > 96 %) und Metoprolol (> 62 bis > 76 %) konnten in allen Versuchsphasen sehr gute Eliminationsgrade unter aeroben Bedingungen (mit/ohne Nitrifikation) bis unter die Bestimmungsgrenze erzielt werden. Diclofenac wurde mit 47 bis 67 % besser als aus Literatur bekannt reduziert, jedoch nie bis unter eine Schwellenkonzentration von 1,8 – 2,6 µg/l. Eine längere Verweilzeit zeigte einen positiven Einfluss. Sulfamethoxazol zeigte schwankende Ergebnisse mit Eliminationsgraden zwischen – 42 bis 87 %. Eine Reduktion erfolgte nur unter Denitrifikation und wurde unter erhöhter Essigsäuredosierung während längerer Verweilzeit stabiler. Unter aeroben Bedingungen kam es zu einer Schadstoffzunahme. Dafür wird eine Rücktransformation vom Hauptmetaboliten N4 –acetylsulfamethoxazol als Ursache angenommen. Carbamazepin und dessen Metabolit Carbamazepin 10,11-epoxid zeigten persistentes Verhalten. Der Süßstoff Cyclamat wurde nur in einer Versuchsphase nachgewiesen und mit 97 % sehr gut eliminiert.