Institut für Siedlungswasserwirtschaft
der RWTH Aachen

Das ISA gratuliert Frau Kassandra Klaer zum erfolgreichen Abschluss ihrer Promotion am 26.04.2019 mit dem Titel: „Dimensionierung und Betriebsoptimierung von Anlagen zur Ozonung kommunaler Abwässer zur Spurenstoffelimination und Desinfektion“

Kassandra Klaer

Konventionellen Kläranlagen stellen einen maßgeblichen Eintragspfad für Spurenstoffe in die Gewässer dar. Daher wurde die Entwicklung und Optimierung von Verfahren zur Spurenstoffelimination in den vergangenen Jahren intensiv untersucht. Durch die Ozonung wird neben der Spurenstoffelimination auch eine Reduktion der Mikroorganismen im Abwasser bewirkt. Anlagen zur Ozonung sollten so ausgelegt und betrieben werden, dass die Elimination der Spurenstoffe und der Mikroorganismen jederzeit ausreichend ist, die Bildung unerwünschter Transformationsprodukte, wie z. B. Bromat, hingegen nicht oder nur in geringem Maße auftritt. Derzeit existieren in Deutschland keine gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte oder Vorgaben nach denen weitergehende Abwasserreinigungsanlagen ausgelegt und betrieben werden müssen. Vor dem Hintergrund der noch ungeklärten Zielvorgaben ist insbesondere die Frage, ob eine weitergehende Anlage zur Behandlung des gesamten (Vollstrombehandlung) oder eines anteiligen Abwasservolumenstroms (Teilstrom) ausgelegt werden sollte, kritisch zu betrachten.

Das Ziel dieser Arbeit war die Auswirkungen einer Ozonung auf die Spurenstoffelimination, die Desinfektion und die Bromatbildung für verschiedene Betriebszustände zu bestimmen und in Abhängigkeit potenzieller Zielvorgaben die Dimensionierung und den Betrieb einer solchen Ozonanlage abzuleiten. Dafür wurden Versuche im labor- und halbtechnischen Maßstab durchgeführt.

Es zeigte sich, dass die Ozondosis und die Belastung des Abwassers mit ozonzehrenden Substanzen die ausschlaggebenden Parameter für den Erfolg der Spurenstoffelimination und der Desinfektion sind. Für eine gezielte Desinfektion sind höhere Ozondosen erforderlich als für die Spurenstoffelimination. Dennoch ist eine Reduktion der Mikroorganismen während der Ozonung mit dem Ziel der Spurenstoffelimination zu erwarten. Die Bromatbildung wird ebenfalls maßgeblich durch die Ozondosis und die Hintergrundbelastung des Abwassers sowie durch die Bromidkonzentration beeinflusst. Erst nach Überschreitung einer abwasserspezifischen Ozondosis findet eine Bildung von Bromat statt. Der Einsatz einer spezifischen Ozondosis von > 1 gO3/gDOC sollte daher für Abwässer mit einer Bromidkonzentration von > 0,1 mg/l vermieden werden. Die hydraulische Aufenthaltszeit hat hingegen keinen Einfluss auf den Erfolg der Ozonung bzw. die Bildung von Bromat.

Für die Regelung von Ozonanlagen mit dem Ziel der Spurenstoffelimination kann ΔSAK254 als online messbarer Parameter eingesetzt werden. Die Korrelation zwischen der Bromatbildung und ΔSAK254 ist jedoch weniger ausgeprägt, weshalb über diese Größe keine sichere Überwachung der Bromatbildung erfolgen kann. Die Spurenstoffelimination und die Bromatbildung zeigen dagegen eine klaren Abhängigkeit von der Ozonkonzentration im Off-Gas an. Da diese Größe zu sensitiv für den Einsatz als Regelgröße ist, sollte sie als Korrekturfaktoren auf eine Steuerung oder Regelung aufgeschaltete werden und so eine Überdosierung vermieden werden.

Aus den erhaltenen Versuchsergebnissen wurde ein Diagramm entwickelt, mithilfe dessen eine Abschätzung der benötigten spezifischen Ozondosis für die jeweilige Zielvorgabe erfolgen kann. Darüber hinaus kann abgelesen werden, welche Auswirkungen hinsichtlich Spurenstoffelimination, Desinfektion und Bromatbildung infolge der vorgegebenen spezifischen Ozondosis zu erwarten sind. Die geforderte Reinigungsleistung bestimmt maßgeblich die notwendige spezifische Ozondosis und ob eine Ozonung im Vollstrom oder im Teilstrom umgesetzt werden kann. Mit dem erstellten Entscheidungsbaum kann in Abhängigkeit des geforderten Reinigungsziels, der Vorgabe für welche Abflüsse dieses einzuhalten ist und der Bromidkonzentration im Abwasser überprüft werden, ob eine Ozonung für eine Vollstrom- oder eine Teilstrombehandlung ausgelegt werden sollte.

Die Dissertation erscheint als der 249. Band in der Reihe "Gewässerschutz-Wasser-Abwasser" (ISBN: 978-3-938996-55-3) und kann unter folgender Adresse zum Preis von 23 Euro bestellt werden:

Gesellschaft zur Förderung der Siedlungswasserwirtschaft an der RWTH Aachen e. V.
52056 Aachen
Tel. (0241) 80 25072, Fax 80 22285