Effektiv eliminering av spårämnen med modulär ozonanläggning

Positiva resultat av praktisk tillämpning i reningsverk

Effektiv eliminering av spårämnen med modulär ozonanläggning

På grund av det nya EU-direktivet rörande kommunala avlopp kommer många reningsverk behöva lägga till ett extra reningssteg för eliminering av spårämnen. Enligt den senaste tekniken och praktiska erfarenheter ger ozonering med efterföljande filtreringssteg ett av de effektivaste fjärde behandlingsstegen för att kunna leva upp till de nya riktlinjerna. Med den här modulära systemlösningen kan man reagera flexibelt på kraftigt fluktuerande avloppsmängder och sammansättningar. Därmed når reningsverken samma eller bättre reningsresultat med mindre arbetsinsats och till reducerade driftskostnader jämfört med konventionella ozonanläggningar.

Nytt direktiv rörande kommunala avlopp

Sannolikt träder omarbetningen av riktlinjen i kraft för alla EU-medlemsländer under hösten 2024. I det tillägg som föreligger avhandlas de åtgärder som därmed krävs av reningsverkens driftsorganisationer i Tyskland med avseende på den fjärde behandlingen av avloppsvatten. Artikel 8 i det nya direktivet definierar kraven för eliminering av spårämnen fram till år 2045 för reningsverk i storleksklass 5 (mer än 150 000 invånare, ungefär 240 reningsverk i Tyskland) samt för reningsverk i mindre orter, som leder till känsliga vattendrag.

Spårämnen i avloppsvattnet

Till de antropogena spårämnena, även kallade mikroföroreningar eller mikrospårämnen, hör läke-, växtskydds- och rengöringsmedel, kosmetiska produkter samt industrikemikalier. I de flesta reningsverk sker nedbrytning och tillbakahållning av dessa spårämnen för närvarande ännu inte alls eller endast delvis. Även om den human- och ekotoxikologiska effekten av enstaka ämnen redan har undersökts i studier finns det ännu inte mycket kunskap om vilken påverkan denna ”cocktail” av olika ämnen i vattnet kan ha. Det nya direktivet har nu fastställt 12 ämnen för referens. I enlighet därmed måste minst sex av de nämnda ämnena minskas med minst 80 % vid behandling av avloppsvatten. Som exempel kan smärtlindringsmedlet Diklofenak och korrosionsskyddsmedlet Benzotriazol nämnas här.

Metoder för eliminering av spårämnen

Adsorption till aktivt kol och ozonering i kombination med ett efterföljande filtreringssteg används sedan flera år tillbaka i Tyskland. Andra, mestadels oxidativa metoder, är föremål för forskningsprojekt, men är, sett utifrån ekonomiska aspekter, för närvarande inte lämpliga för användning i reningsverk.

Ozonering i kombination med granulerat aktivt kol (GAK) ger flera fördelar: Även vid fluktuerande sammansättning av föroreningarna når man en stabil och hög grad av eliminering på över 80 %. Innan behandlingen med aktivt kol avlägsnas oxiderbara och delvis adsorberbara ämnen. Det leder till bättre nedbrytning av spårämnen och tydligt längre tid för användning av det aktiva kolet.

Utmaningar vid val av anläggning

Vilken lösning som är mest kostnadseffektiv beror framför allt på sammansättningen av avloppsvattnet och den koncentration av spårämnen som finns i det. Kraftiga variationer i vattensammansättningen och flödesmängden orsakar stora avvikelser i den ozonkapacitet som krävs.

Varje ozongenerator har en optimal driftspunkt där driftskostnaderna är minimala. Denna optimala driftspunkt beror på ozonkapaciteten och -koncentrationen samt de lokala kostnaderna för el, syre och kylvatten. Den optimala verkningsgraden i nominell drift bör ligga på mindre än 8 kWh/kg ozon. En dynamisk modulering av syre- och elförbrukningen beroende på de lokala kostnaderna bidrar därmed märkbart till minimering av de totala driftskostnaderna.

Jämförelse mellan modulära och konventionella ozonanläggningar

De avgörande parametrarna för dimensioneringen av den ozonmängd som krävs är DOC-värden efter sedimenteringen av 5–15 mg/l med en ozondoseringsgrad på 0,3–0,8 g ozon/g DOC. De typiska kontakttiderna ligger mellan 20 och 30 minuter. Särskild uppmärksamhet bör ges till Bromat-bildningen, som avhandlas längre fram i denna text.

Vid dimensionering av ozonanläggningarna rättar man sig vanligtvis efter det maximala avloppsvattenvolymflödet och den högsta förväntade DOC-halten, för att kunna upprätthålla reduktionseffekten även vid hög belastning. Det är dock endast sällan denna toppbelastning krävs. Undersökningar i flera pilotprojekt av ProMinent GmbH från Heidelberg visar att under mer än 75 % av drifttiden i konventionella anläggningar ligger den ozonkapacitet som krävs på under 50 % av den maximala ozoneffekten. Det är endast under 12 % av den totala drifttiden som den maximala effekten krävs. Samtal med reningsverksoperatörer bekräftar dessa resultat. Eftersom en ozongenerators effektivitet hänger samman med den ozoneffekt som krävs är en sådan anläggning i princip överdimensionerad för resten av driftsåret.

Som jämförelse arbetar ett modulärt system betydligt mer effektivt: I det aktuella pilotprojektet kan upp till 16 autonoma ozongenereringsmoduler aktiveras individuellt beroende på ozonbehovet. Särskilt vid drift med medelhög och låg effekt sänker den modulära anläggningen energiförbrukningen avsevärt.

Tydligt minskade kontakttider

Fram till nu har det varit vanligt med kontakttider på 20 till 30 minuter för en effektiv eliminering av spårämnen vid maximalt flöde. Detta kräver stora kontaktbehållare av betong och stål, som för med sig höga byggkostnader och kräver stor plats. Pilotprojektet i ett reningsverk i Luxemburg med det modulära systemet gav däremot positiva resultat trots betydligt kortare kontakttider. Sammansättningen av avloppsvattnet på grund av olika ursprung (privat och industriellt) är dock en enorm utmaning, eftersom det är kraftigt belastat organiskt och kemiskt med höga koncentrationer av bromider.

Avgörande för elimineringseffekten är kombinationen av effektiv inblandning och en behovsstyrd ozongenerering. Detta möjliggör en tydlig reducering av kontakttiden till endast fem minuter utan någon som helst påverkan på reduktionseffekten.

Positiva resultat med modulärt system

Utvärderingarna av de löpande pilotprojekten ger belägg för effektiviteten i modulära ozonanläggningar som fjärde behandling. System som kombinerar ozonering och aktivt kol når en nedbrytningsgrad av spårämnena på över 80 %. Den ozonanläggning från ProMinent GmbH som användes i det föreliggande praktiska exemplet, i kombination med en effektiv inblandning, möjliggör en tydligt förkortad kontakttid. Det betyder en tydlig besparing av byggkostnaderna, och i slutänden även av CO2-utsläppen.

Beroende på avloppsvattnets sammansättning och kraven på reningseffekt kan det aktuella systemet alltid anpassas flexibelt till fluktuationer tack vare de till- och frånkopplingsbara modulerna. Tack vare den modulära konstruktionen kan befintliga anläggningar helt enkelt byggas på, bytas ut eller kompletteras. Den ytterst kompakta konstruktionen har visat sig ge upp till 70 % platsbesparing. De nämnda fördelarna leder därmed till en betydande minimering av investerings- och driftskostnaderna.

Pilotanläggningen i Luxemburg uppvisar dessutom en särskilt positiv sidoeffekt: Avloppsvattnet som leds in från industriområdet innehåller bromid. Vid behandlingen med ozon kan det potentiellt uppstå skadligt bromat. Resultaten hittills visar dock att bromatbildningen blir försumbar trots den höga koncentrationen av bromid genom den goda regleringen av ozonanläggningen i kombination med virvelblandaren för ozontillförsel och den föreliggande sammansättningen av vattnet.

Litteraturförteckning/Källangivelser

Som informationskällor till denna artikel användes publikationer från följande institutioner och föreningar: UBA, BMU, KomS BW, VKU, DWA, Statistisches Bundesamt. Egna undersökningar av ProMinent GmbH från de nämnda pilotprojekten ligger också till grund för denna artikel.

Författare: Egbert Hocke, Metodutvecklare vattenberedning och Wolfgang Matheis, Produktansvarig ozon, båda ProMinent GmbH, Heidelberg.