Technologien
Oxidative Verfahren
Bei diesen Verfahren werden die Spurenstoffe chemisch durch die Zugabe eines Oxidationsmittels verändert. Die Spurenstoffe werden oxidiert und verlieren dadurch ihre ursprünglichen Eigenschaften. Ziel dieser Verfahren ist es, die Spurenstoffe möglichst soweit chemisch zu spalten, dass sie keine umweltschädliche Wirkung mehr aufweisen.
Eine vollständige Mineralisierung der Stoffe ist jedoch oft schwierig zu erreichen. Meistens werden die Spurenstoffe lediglich zu unterschiedlichen Transformationsprodukten oxidiert und auch weitere, im Ablauf kommunaler Kläranlagen vorhandene Stoffe können zu sogenannten „Oxidationsnebenprodukten“ oxidiert werden. Um biologisch abbaubare Oxidationsneben- und Transformationsprodukte abzubauen, ist nach derzeitigem Stand der Wissenschaft die Nachbehandlung des oxidativ gereinigten Abwassers in einer biologisch aktiven Stufe erforderlich.
Als oxidative Verfahren sind neben der Ozonung u.a. die erweiterten Oxidationsverfahren, sogenannte „Advanced Oxidation Processes“ (AOP), zu nennen. Die Ozonung ist das bisher einzige, großtechnisch auf kommunalen Kläranlagen zur Spurenstoffelimination eingesetzte, oxidative Verfahren.
Die AOP hingegen sind zwar grundsätzlich in der Lage ein breites Spektrum von Spurenstoffen aus dem Abwasser zu entfernen, weisen jedoch einen deutlich höheren Energieverbrauch und damit auch höhere Kosten auf als die Ozonung. Sie sind daher bisher noch nicht zur Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen im Einsatz.
Weitere Hinweise und Informationen liefert diese Veröffentlichung.
Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das im wässrigen Milieu auf zwei Arten reagiert:
- Selektive, direkte Reaktion mit Wasserinhaltsstoffen, die elektronenreiche Bindungen besitzen (z.B. Aminogruppen, Doppelbindungen und aktivierte aromatische Gruppen).
- Radikalkettenreaktion durch Spaltung des Ozons in Hydroxyl-Radikale, die sehr schnell und unspezifisch mit verschiedenen Wasserinhaltsstoffe reagieren.
Ozon reagiert nicht nur mit den zu eliminierenden Spurenstoffen sondern auch mit anderen Abwasserinhaltsstoffen wie bspw. dem DOC, Feststoffen oder Nitrit. Um den Ozonverbrauch zu minimieren, empfiehlt sich ein Einsatz der Ozonung daher nach der biologischen Reinigungsstufe. Für die technische Umsetzung einer Ozonung in kommunalen Kläranlagen bedarf es folgender Komponenten:
- Ozongenerator: Mit dem Ozongenerator wird das benötigte Ozon aus Sauerstoff oder Trockenluft vor Ort produziert. Die Ozonerzeugung ist energieintensiv und erzeugt so viel Wärme, dass eine Kühlung erforderlich ist.
- Kontaktreaktor: Im Kontaktreaktor wird das Ozon in das Abwasser eingetragen. Hier reagiert das Ozon mit den Spuren- und anderen Abwasserinhaltsstoffen. Um eine hohe Eliminationsleistung und effiziente Nutzung des Ozons zu erzielen, muss die Verweilzeit im Reaktor ausreichend lang sein. Dies kann bspw. durch eine Kaskadierung des Reaktors erzielt werden. Der Reaktor muss gasdicht verschlossen sein, so dass keine Gefährdung des Betriebspersonals durch austretendes Ozon besteht.
- Abluftbehandlung: Diese Komponente dient der Vernichtung des Restozons in der Abluft des Reaktors.
- Nachbehandlung: Zur Entfernung der entstehenden Oxidationsnebenprodukte empfiehlt sich die Nachschaltung eines biologisch aktiven Verfahrens (z.B. Sandfilter, Schönungsteich…) oder eines Aktivkohlefilters.
- MSR-Techniken zur Prozessregelung.
Abbildung 1 zeigt die Einbindung einer Ozonanlage in den Prozess der kommunalen Abwasserbehandlung.
Eine Vielzahl von Versuchen hat gezeigt, dass durch die Ozonung ein breites Spektrum von Spurenstoffen aus dem Abwasser entfernt werden kann. Die Eliminationsrate ist von dem betrachteten Stoff und der dosierten Ozonmenge abhängig.
Advanced oxidation processes (AOP) beruhen auf der Oxidation der Abwasserinhaltsstoffe durch Hydroxyl-Radikale (∙OH). Die Radikale sind hoch reaktiv. Sie reagieren sehr schnell und unselektiv mit allen organischen Verbindungen. Zum Einsatz in der Abwasserreinigung müssen sie vor Ort hergestellt werden. Folgende Verfahrenskombinationen können für die Radikalbildung eingesetzt werden:
- Ozonung in Kombination mit Ultraschall
- Ozonung und Zugabe von Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 )
- Ozonung und Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (UV)
- Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (UV) und Zugabe von Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 )
- Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (UV) und Zugabe von Titan(IV)-oxid (TiO 2 )
- Fenton’s Reagenz (Fe2+und H 2
Bisher werden noch keine AOP-Verfahren im großtechnischen Maßstab zur Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen eingesetzt.