Modellierung von Membranbioreaktoren für die Abwasserbehandlung unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen:
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Aachen
Mainz
2005
|
| Edition: | 1. Aufl. |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 310 S. in getr. Zählung Ill., graph. Darst. 21 cm |
| ISBN: | 3861308193 |
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| adam_text | I. Inhaltsverzeichnis _ Seite 1-1
I. Inhaltsverzeichnis
II. Abbildungsverzeichnis IM
III. Tabellenverzeichnis 111-1
IV. Verzeichnis der Formelzeichen UM
1. Einleitung und Zielsetzung 1-1
2. Umweltbelastung durch endokrin wirksame Stoffe 2-1
2.1. Endokrin wirksame Substanzen in der Umwelt 2-1
2.1.1. Begriffsbestimmung 2-1
2.1.2. Klassifizierung endokrin wirksamer Substanzen 2-3
2.1.3. Physikalisch-chemische Eigenschaften von endokrin wirksamen Substanzen 2-12
2.2. Nachweis endokrin wirksamer Substanzen 2-14
2.2.1. Chemische Spurenanalytik 2-15
2.2.2. Biologische Wirktests 2-18
2.3. Vorkommen von endokrin wirksamen Substanzen in aquatischen Systemen 2-21
2.3.1. Vorkommen in Oberflächengewässern 2-21
2.3.2. Vorkommen in Kläranlagenzu-und ablaufen 2-21
2.3.3. Estrogene Gesamtaktivität in Abläufen von kommunalen Kläranlagen 2-25
2.3.4. Estrogen wirksame Substanzen in anderen Umweltmedien 2-28
2.4. Maßnahmen zur Minderung der Umweltbelastung mit endokrin wirksamen Substanzen 2-29
2.5. Literatur 2-30
3. Membrantechnik in der Abwasserbehandlung 3-1
3.1. Membranfiltration als Trennprozess 3-1
3.2. Einsatzkonzepte der Membrantechnik in der kommunalen Abwasserbehandlung 3-5
3.3. Motivation zur Umsetzung der Membrantechnik in der kommunalen Abwasserbehandlung
3-7
3.4. Umsetzung der Membrantechnik in der kommunalen Abwasserbehandlung 3-8
3.4.1. Realisierte Anlagen in Deutschland und der Schweiz für die kommunale
Abwasserbehandlung 3-12
3.5. Wirtschaftlichkeit der Membrantechnik in der Abwasserbehandlung 3-21
3.5. f. Wirtschaftlichkeit von Membranbelebungsanlagen 3-21
3.5.2. Gesamtkostenvergleich von Membranbelebungsanlagen und konventioneller Technik3-29
3.6. Wirtschaftlichkeit von Membrananlagen zur Ertüchtigung konventioneller Anlagen 3-30
3.6.1. AusbauJAembranbelebungsanlage 3-31
3.6.2. Ausbau Ablauffiltration mit Ultrafiltration 3-35
3.6.3. Ausbau Ablauffiltration mit Nanofmetion 3-37
3.6.4. Kostenvergleich 3-39
3.7. Leistungsmindemde Faktoren bei der Membranfiltration 3-41
3.8. Literatur 3-45
4. Verhalten von endokrin wirksamen Substanzen In Abwasserreinigungsanlagen 4-1
4.1. Phasenverteilung endokrin wirksamer Substanzen 4-1
4.1.1. Natürliche und synthetische Estrogene 4-2
Modetnrung von MembranbioreaWoren unter BerOckskWigung endokrin wirksamer Substanzen
Seite 1-2 I. lnMftYy7alchnls
4.1.2. Xonoeärogene *-3
4.2. Biologische Abbaubarkeit 4-7
4.2.1. Natürliche und synthetische Estrogene *-7
4.2.2. Xenoestrogene 4~8
4.3. Bilanzierung des Verhaltens von EDCs in kommunalen Kläranlagen 4-16
4.3.1. Reinigungsleistung von konventionellen Belebtschlammanlagen 4-16
4.3.2. Vergleichende Untersuchungen mit Membranbelebungsanlagen 4-21
4.4. Messprogramm auf der Kläranlage Aachen-Eilendorf 4-24
4.4.1. Anlagenbeschreibung und Versuchsdurchführung 4-24
4.4.2. Ergebnisse und Diskussion 4-27
4.5. Literatur 4-33
5. Verhalten endokrin wirksamer Substanzen In Behandlungsanlagen für
Deponiesickerwasser 5-1
5.1. Grundlagen der Behandlung von Deponiesickerwasser 5-1
5.1.1. Abfallentsorgung und Deponiesickerwasser 5-1
5.1.2. Bildung von Deponiesickerwasser 5-2
5.1.3. Eigenschaften von Deponiesickerwasser 5-3
5.2. Behandlungskonzepte für Deponiesickerwasser 5-4
5.2.1. Biologische Behandlung 5-«
5.2.2. Adsorption 5-6
5.2.3. Chemische Oxidation 5-7
5.2.4. Membranverfahren 5-7
5.2.5. Konzentratentsorgung 5-8
5.3. Spurensubstanzen im Deponiesickerwasser 5-9
5.4. Großtechnische Behandlungsanlagen für Deponiesickewasser 5-10
5.4.1. Behandlungsanlage für Deponiesickerwasser in Alsdorf Werden 5-10
5.4.2. Deponiesickerwasserbehandlungsanlage Berg 5-16
5.4.3. Aufbereitung und Messung der Proben 5-18
5.5. Ergebnisse der Untersuchungen an der Anlage Alsdorf-Warden 5-19
5.5.J. Allgemeine Betriebsparameter der Anlage Alsdorf-Warden 5-19
5.5.2. Verhalten von Nonylphenol in der Anlage Alsdorf-Warden 5-20
5.5.3. Verhalten von Bisphenol A in der Anlage Alsdorf-Warden 5-25
5.5.4. Vergleich mit Ergebnissen der Untersuchung mit biologischen Wirktests 5-31
5.5.5. Weitergehende Untersuchung des Belebtschlamms der Anlage Alsdorf-Warden 5-31
5.6. Ergebnisse der Untersuchungen an der Anlage Berg 5-35
5.7. Zusammenfassung und Bewertung 5-37
5.8. Literatur 5-38
6. Modellierung und Simulation der Flttrationslelstung in Membranbioreaktoren 6-1
6.1. Grundlagen der Modellierung leistungsbestimmender Prozesse bei der Membranfiltration 6-1
6.2. Modellierung des Stofftransportes durch Membranen 6-3
6.2.1. Porenmodell 6-4
6.2.2. Diffusionsmodelle / Deckschichtkontrollierter Stoffaustausch 6-5
6.2.3. Hydrodynamische Modelle 6-6
6.2.4. Erweiterte Diffusionsmodelle 6-6
6.2.5. Ablagerungsmodelle 6-7
6.2.6. Einflussfaktoren auf die Filtrationsleistung von Membranbioreaktoren 6-7
6.3. Modellierungsansatz für ein getauchtes Kapillarmodul 6-8
6.3.1. Idealisierungen und Annahmen zur Beschreibung der Geometrie 6-9
6.4. Modellierung der Luftblasen-Überströmung 6-12
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
I. Inhaltsverzeichnis Seite 1-3
6.5. Das Serienwiderstandsmodell und triebkraftmindernde Faktoren 6-14
6.5.1. Modellierung der Permeabilitätsentwicklung 6-15
6.5.2. Widerstandwerte aus Literaturangaben 6-23
6.5.3. Analyse der Simulationseignung des Modellls 6-24
6.6. Fallstudie I: Permeabilitätsentwicklung auf der Kläranlage Rodingen 6-26
6.6.1. Betrachtung der Permeabilitätsentwicklung auf der langen Zeitskala 6-26
6.6.2. Permeabilitätsbeeinflussende Faktoren 6-28
6.7. Simulationsergebnisse in der Fallstudie I - Kläranlage Rodingen 6-29
6.7.1. Simulation von Filtrationsstraße II 6-29
6.7.2. Simulation von Filtrationsstraße I (alte Membran) 6-31
6.7.3. Simulation von Filtrationsstraße I (neue Membran) 6-32
6.8. Simulation mit dynamischer Parameteranpassung 6-34
6.9. Betrachtung der Vorgänge auf den kurzen Zeitskalen auf der Anlage Rödingen 6-37
6.9.1. Intensivmessphasen 6-38
6.9.2. Betrachtung des Permeabilitätsverlaufs in Rückspülzyklen 6-38
6.10. Fallstudie II: Simulation der Permeabilitätsentwicklung auf der Pilotanlage Beverwijk 6-44
6.11. Fallstudie III: Permeabilitätsentwicklung auf der Pilotanlage Aachen-Eilendorf 6-46
6.12. Zusammenfassung und Bewertung 6-48
6.13. Literatur 6-50
7. Integrierte Modellierung und Simulation von Membranbelebungsanlagen 7-1
7.1. Belebtschlamm-Modelle - Activated Sludge Models (ASM) 1-3 7-2
7.1.1. ASM 1-3 7-2
7.2. Programmierwerkzeuge zur dynamischen Prozesssimulation 7-9
7.2.1. Die Entwicklungs- und Simulationsumgebung MATLABI Simulink 7-9
7.3. Modellierung eines Membranbioreaktors in Matlab / Simulink 7-11
7.3.1. Aufbau und Funktion des Simulationswerkzeugs SiMBRa 7-11
7.3.2. Übergeordnete Oberfläche zur Prozessdarstellung und Simulationsüberwachung 7-13
7.3.3. Flow-Sheet 7-13
7.3.4. Subsystems, Blocks 7-14
7.3.5. Matlab-Skhpte und s-functions 7-15
7.4. Modellierung der Einzelkomponenten des MBR und Implementation einer Beispielanlage
7-15
7.4.1. Zulauf 7-15
7.4.2. Bioreaktor 7-15
7.4.3. Belüftungsstrategie 7-17
7.4.4. Kenngrößenberechnung MBR 7-17
7.4.5. Implementation und Simulation der Membranstufe 7-17
7.4.6. Modellierung eines Rohrmoduls 7-18
7.4.7. FüllstandIFüllvolumen 7-21
7.4.8. Rezirkulation / Oberschussschlammabzug 7-22
7.5. Simulation der Membranbelebungsanlage Rödingen 7-22
7.5.1 Darstellung der Anlage in einem SiMBRa Modell 7-23
7.5.2. Simulationsergebnisse und Bewertung 7-24
7.6. Die Sickerwasserbehandlungsanlage Alsdorf-Warden 7-28
7.6.1 Membranbiologie 7-28
7.6.2. Mischung 7-29
7.6.3. Membranstufe 7-30
7.6.4. Zudosierung von Methanol 7-30
7.6.5. Modellierungskonzept für den Belebtschlamm 7-31
7.6.6. Darstellung der Simulationsergebnisse 7-31
Modellierung von Membranbloreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
SottaM |, |n^n«u to-«lchnl»
7.7. Simulationsstudien zum Verhalten von Bisphenol A in einem MBR zur Behandlung von
Deponiesickerwasser 7-33
7.7.1. Erneuerung des ASM zur Berücksichtigung von Bisphenol A 7-33
7.7.2. Ermittlung der Parameter aus Uteraturwerten 7-34
7.7.3. Erweiterung des BPA-Modells um Adsorption 7-35
7.7.4. Modellkalibrierung und Simulationsergebnisse für Bisphenol A 7-36
7.7.5. Sensitivitätsanalysen mit dem Modell zur BPA-Darstellung 7-40
7.8. Zusammenfassung und Fazit der integrativen Modellierung 7-42
7.9. Literatur 7-44
8. Alternativ» Verfahren zum Rückhalt von Spurenschadstoffen in der Abwasserbehandlung,
Zusammenfassung und Fazit 8-1
8.1. Membranverfahren zum Rückhalt organischer Spurensubstanzen 8-1
8.1.1. Entfernung von Sterokthormonen mit Nanofiltrationsmembranen 8-2
8.1.2. Entfernung von Xenoestrogenen mit Nanofiltrationsmembranen 8-2
8.2. Andere Verfahren zur Elimination von Spurenschadstoffen aus Abwasser 8-3
8.2.1. Oxidative Verfahren 8-3
8.2.2. Photolyseverfahren 8-4
8.2.3. Adsorption an Aktivkohle 8-5
8.2.4. Adsorption an andere Statte 8-5
8.3. Vergleichende Untersuchungen im Pilotmaßstab 8-6
8.3.1. Demonstrationsanlage für Wasserrecycling-Technologie 8-6
8.3.2. Membranverfahren in der Demonstrationsanlage 8-7
8.3.3. Zudosierung, Probenahme und Analyse von Steroidhormonen 8-8
8.3.4. Ergebnisse und Diskussion 8-8
8.4. Zusammenfassung und Fazit der gesamten Dissertation 8-11
8.5. Literatur 8-15
9. Executive Summary 9-1
10. Anhang 10-1
10.1. Anhang zu Kapitel 6 10-1
10.2. Anhang zu Kapitel 7 10-2
10.2.1. Modellgleichung und Parameter im ASM3 10-2
10.2.2. Abschätzung des Einflusses unterschiedlicher Systemkonfigurationen 10-9
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
II. Abbildunosverzeichnis Seite 11-1
II. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 2.1: Direkte und indirekte Einflussmöglichkeiten von Fremdstoffen auf das endokrine
System/ATV, 1999/ 2-2
Abbildung 2.2: Wirkung endokriner Stoffe /Weber und Coors, 2001/ 2-3
Abbildung 2.3: Klassifizierung endokrin wirksamer Stoffe/Weber et al. 2001/ 2-4
Abbildung 2.4: Strukturformel von Estradiol /Bay. Landesamt für Wasserwirtschaft, 1997/ 2-4
Abbildung 2.5: Strukturformel von Estron /Bay. Landesamt für Wasserwirtschaft, 1997/ 2-5
Abbildung 2.6: Strukturformel von 17a-Ethinylestradiol 2-5
Abbildung 2.7: Schematische Darstellung zum Metabolismus von Pharmaka /ATV, 1999/ 2-7
Abbildung 2.8: Pharmaka und endokrin wirksame Verbindungen/ATV, 1999/ 2-7
Abbildung 2.9: Nonylphenolverbindungen /Ahel, 1994/ 2-9
Abbildung 2.10: Strukturformel von Bisphenol A 2-10
Abbildung 2.11: Nachweis von Xenoestrogenen (NP, BPA) aus Belebtschlamm und Klärschlamm
/nach Meesters, 2002/ 2-15
Abbildung 2.12: Chromatogramme (A) im „Total Ion Count TIC-Modus, (B) mit den Massenspuren
m/z 107,121 und 135 für 4-Nonylphenol sowie 213 und 270 für Bisphenol A, (C) der Standardlösung
mit derviatisiertem 4-NP und Bisphenol A (acetyliert) /Meesters, 2002/ 2-17
Abbildung 2.13: Chemischer Nachweis von natürlichen und synthetischen Steroidhormonen aus
Kläranlagenabläufen/nach Weber, 2003/ 2-18
Abbildung 2.14: Prinzip der biologischen Wirktests mit Reportergenen /Weber und Coors, 2001/.2-19
Abbildung 2.15: Dosis-Wirkungsbeziehung bei biologischen Wirktests /Weber und Coors, 2001/ .2-20
Abbildung 2.16: Estrogen wirksame Substanzen in Abläufen von Kläranlagen /Spengler,1999/....2-25
Abbildung 2.17: Estradiol-Equivalenzfaktoren /Kömer, 2000/ 2-26
Abbildung 2.18: Molare Konzentrationen und Estradiolequivalenzkonzentrationen /Nach Kömer,
2000/ 2-27
Abbildung 2.19: Anteile einzelner Substanzen an der estrogenen Gesamtaktivität 2-27
Abbildung 3.1: Abbildung Trennprinzip bei Membranprozessen /Melin et al., 2004/ 3-2
Abbildung 3.2: Druckgetriebene Membranverfahren /Melin et al., 2004/ 3-3
Abbildung 3.3: Dead-End- und Cross-Flow-Filtration/Melin, 2000/ 3-4
Abbildung 3.4: Betriebsweise bei getauchten Membranen /Melin et al., 2004/ 3-4
Abbildung 3.5: Einsatzkonzepte für die Membrantechnik in der kommunalen Abwasserbehandlung
/Melin et al., 2001/ 3-5
Abbildung 3.6: MBR Industrie in Deutschland/Melin, 2004c/ 3-10
Abbildung 3.7: Kläranlage Rödingen /Mohne, 2001/ 3-13
Abbildung 3.8: Prinzipskizze der Kläranlage Nordkanal /Engelhardt, 2003/ 3-15
Abbildung 3.9: Vergleich der Investitionskosten für die Anlage Nordkanal/Engelhardt et al., 2001/3-22
Abbildung 3.10: Zeitliche Entwicklung des spezifischen Membranpreises 3-23
Abbildung 3.11: Modulpreis in Abhängigkeit des Membranflächenbedarfs 3-23
Abbildung 3.12: Spezifischer Permeatfluss bei hydraulischen Lastschwankungen /Melin et al., 2001/
3-24
Abbildung 3.13: Mischwasserzufiuss, Trockenwetterzufluss und ihr Verhältnis bei der Auslegung von
Membranbelebungsanlagen 3-25
Abbildung 3.14: Energieverbrauch im Jahr 2001 für die Kläranlage /Engelhardt et al., 2001/ 3-26
Abbildung 3.15: Spezifischer Energieverbrauch der realisierten Anlagen 3-27
Abbildung 3.16: Spezifischer Energieverbrauch einzelner Aggregate auf der KA Markranstadt /Stein,
2003/ 3-27
Modellierung von Membranbtoreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzan
Seite 11-2 || fttrtfM n mareelchnl8
Abbildung 3.17: Vergleich der spezifischen Membrankosten /Melin et al., 2001/ 3-29
Abbildung 3.18: Zusammenhang von spezifischem Energieverbrauch und Fluss 3-30
Abbildung 3.19: Erforderliche jährliche Rücklagen in Abhängigkeit vom Membranpreis für
verschiedene Membranstandzeiten 3-32
Abbildung 3.20: Jährliche Energiekosten in Bezug auf unterschiedliche Kostenbasen 3-34
Abbildung 3.21: Aufteilung des Energieverbrauchs auf einzelne Verbrauchsstellen 3-34
Abbildung 3.22: Nanofiltrationsanlage Mery-sur-Oise/Beros, 2001/ 3-38
Abbildung 3.23: Betriebskostenvergleich der Ausbauszenarien 3-40
Abbildung 3.24: Spezifische Kosten und jährliche Kapitalkosten aus der Investition 3-40
Abbildung 3.25: MBR-Gesamtkosten in Abhängigkeit von Auslegungfluss und Membranstandzeit3-41
Abbildung 4.1: Bindungsstudien mit NP und BPA and Huminsäuren A/inken et al.. 2001/ 4-5
Abbildung 4.2: Verteilungsgleichgewichte von BPA (links) und NP (rechts) mit DOM (Huminsäuren
aus Torf) /Vinken et al.. 2001/ 4-5
Abbildung 4.3: Abbau von Estradtol und Ethinylestradiol in Belebtschlamm /Weber, 2004/ 4-7
Abbildung 4.4: Biotransformation von Nonylphenolverbindungen /Ahel et al., 1994/ 4-9
Abbildung 4.5: Bilanzierende Abbauversuche mit 4-n-Monylphenol in Belebtschlamm /Naaßner,
2004/ 4-12
Abbildung 4.6: Abbau von Bisphenol A unter Einsatz des Bakterienstammes MV1 /Lobos et al.,1992 /
4-15
Abbildung 4.7: Ergebnisse einer Steroldhormon-Stichprobe /GOnder, 1999/ 4-21
Abbildung 4.8: Ergebnisse einer Xenoestrogen-Stichprobe /Günder, 1999/ 4-22
Abbildung 4.9: Fließschema der Kläranlage Aachen-Eilendorf 4-25
Abbildung 4.10: Fließbild der MBR-Pilotanlage 4-26
Abbildung 4.11: MBR-Pilotanlage und Schema des eingesetzten Membranmoduls 4-27
Abbildung 4.12: Ablaufkonzentrationen im Permeat der Membranbelebungsanlage 4-28
Abbildung 4.13: Trockensubstanzgehalte in der Membranbelebungsanlage 4-28
Abbildung 4.14: NP-Konzentrationen in MBR und ÄRA der Anlage Aachen-Eilendorf 4-29
Abbildung 4.15: BPA-Konzentrationen im MBR und ÄRA 4-30
Abbildung 4.16: Vergleich BPA-Belastung des MBR- und ARA-Belebtschlammes 4-31
Abbildung 4.17: NP-/BPA-Konzentration während des Dosierversuches /Lyko et al., 2003/ 4-32
Abbildung 5.1: Wasserbilanz in einer Deponie /Melin et al., 2004/ 5-2
Abbildung 5.2: Zusammensetzung von Deponiesickerwasser /gemäß Dahm et al., 1994/ 5-3
Abbildung 5.3: Gesamt-Fließschema der Anlage Alsdorf-Warden mit allen betrachteten Anlagenteilen
5-11
Abbildung 5.4: Deponiesickerwasserbehandlungsanlage A mit Membranbioreaktor und
Aktivkohleadsorption (GAC) 5-12
Abbildung 5.5: Ultrafiltration auf der Anlage Alsdorf-Warden 5-13
Abbildung 5.6: Vergleich von Rohsickerwasser und Ablauf der A-Kohle Filtration 5-14
Abbildung 5.7: Fließbild der Anlage Berg 5-18
Abbildung 5.8: CSB-Konzentrationen in der Deponiesickerwasserbehandlungsanlage Alsdorf-
Warden 5-19
Abbildung 5.9: Nonylphenol-Konzentrationen in Alsdorf-Warden 5-21
Abbildung 5.10: Massenbilanz von Nonylphenol in der Anlage Alsdorf-Warden 5-21
Abbildung 5.11: Modellergebnisse hinsichtlich des Anteils des NP-Verflüchtigung an der
Gesamtelimination im MBR 5-24
Abbildung 5.12: Bisphenol A Konzentrationen in verschiedenen Prozessstufen 5-25
Abbildung 5.13: Bisphenol A in der Festphase des Belebtschlamms in der Anlage Alsdorf-Warden
5-26
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
II. Abbildunosverzeichnis Seite 11-3
Abbildung 5.14: Bisphenol A Bilanz in der Anlage Alsdorf-Warden 5-27
Abbildung 5.15: Bisphenol A Konzentrationen in der Anlage Alsdorf-Warden /Lyko et al., 2004/... 5-28
Abbildung 5.16: Gerührte Testzelle für Belebtschlammfiltration mit Flachmembranen 5-30
Abbildung 5.17: LC-OCD Ergebnis der Flüssigphasenuntersuchung des Belebtschlamms der Anlage
Alsdorf-Warden/Rosenberger et al., 2004/ 5-32
Abbildung 5.18: Chromatogramme der eingesetzten Dextran-Standards 5-34
Abbildung 5.19: Chromatogramme der filtrierten Belebtschlamm und Permeatprobe 5-34
Abbildung 5.20: Nonylphenol und Bisphenol A Konzentration in der Anlage Berg 5-36
Abbildung 5.21: Nonylphenol Massenbilanz in der Anlage Berg 5-37
Abbildung 6.1: Lösungs-Diffusions-und Porenmodell/IVT, 2000/ 6-3
Abbildung 6.2: Ausbildung von Konzentrations- und Geschwindigkeitsprofil an der Membran bei
tangentialer Überströmung /Melin et al., 2004/ 6-4
Abbildung 6.3: Stoffübergang bzw. erzielbare Permatflussleistung an der Membran in Abhängigkeit
von der Molekül- bzw. Partikelgröße im Feed (bei konstantem transmembranen Druck) 6-5
Abbildung 6.4: Druckverhältnisse an einem Kapillarmodul /Günder, 1999/ 6-10
Abbildung 6.5: Hexagonaler Bereich um eine Kapillare in einem Membranmodul 6-11
Abbildung 6.6: Querschnitt eines Kapillarmoduls 6-11
Abbildung 6.7: Schematische Darstellung des Slug-Flow/Chang et al., 2000b/ 6-13
Abbildung 6.8: Prozesse und Reinigungen an der Membran 6-14
Abbildung 6.9: Auswirkung des Stoffübergangskoeffizienten kp auf die erforderliche Triebkraft 6-20
Abbildung 6.10: Permeabilität als Funktion des Flusses und der Scherrate bei dc=iMrn 6-20
Abbildung 6.11: Die Systemwandkonzentration in Abhängigkeit des Stoffübergangskoeffizienten und
des flächenspezifischen Permeatflusses (mit d, = 15 g/l) 6-21
Abbildung 6.12: Der Foulingwiderstand in Abhängigkeit seines Koeffizienten und des kumulierten
Permeatflusses 6-22
Abbildung 6.13: Transmembrane Druckdifferenz in Abhängigkeit seines Koeffizienten und des
kumulierten Permeatflusses 6-26
Abbildung 6.14: Die Permeabilitätszyklen auf der Kläranlage Rödingen 6-27
Abbildung 6.15: Temperaturabhängigkeit der Viskosität 6-28
Abbildung 6.16: Einjähriger Permeabilitätszyklus in Straße II der Anlage Rodingen 6-30
Abbildung 6.17: Permeabilitätszyklus in Straße I mit erfolgter Zwischenreinigung 6-31
Abbildung 6.18: Simulation des Permeabilitätszyklus in Straße I für die neue Membran 6-33
Abbildung 6.19: Simulation des Permeabilitätszyklus in Straße I für die neue Membran 6-34
Abbildung 6.20: Modellstruktur mit dynamischer Parameteranpassung 6-35
Abbildung 6.21: Mathematische Grundlagen der dynamischen Parameteranpassung 6-36
Abbildung 6.22: Simulation auf Grundlage des Modells mit dynamischer Parameteranpassung.... 6-36
Abbildung 6.23: Parameterverläufe bei der Simulation mit dynamischer Parameternachführung... 6-37
Abbildung 6.24: Simulation der Permeabilität auf Grundlage einer Wochenganglinie 6-38
Abbildung 6.25: Verlauf von Fluss und Arbeitsdruck zwischen zwei Rückspülungen (Straße2) 6-39
Abbildung 6.26: Permeabilitätsverlaufs nach einer Rückspülung (Straße 2) 6-40
Abbildung 6.27: Simulation des zeitlichem Verlaufs der Konzentrationsüberhöhung 6-41
Abbildung 6.28: Rückstandssummenkurven (R) für Membran und Abwasser (links) 6-42
Abbildung 6.29: Prinzipieller Verlauf von: r 1 (oberes Diagramm), g eines Fluids (oberes
Diagramm) und dem System Membranpore und Fluidpartikel RKtamönln-gAta™** (unteres Diagramm)6-43
Abbildung 6.30: Betriebsdaten der Pilotanlage „Beverwijk und Simulationsergebnisse 6-45
Abbildung 6.31: Betriebsdaten der Pilotanlage .Beverwijk und Simulationsergebnisse mit
Parameternachführung 6-46
Abbildung 6.32: Betriebsdaten der Pilotanlage „Eilendorf und Simulationsergebnisse 6-47
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
Seite IM ||, AtrWMMnff«MfMlchnl«
AbbHdung 7.1: Stoffwechselwege gemäß ASM 3/Henze et al., 1999/ 7 5
Abbildung 7.2: Fließschema zur Bilanzierung eines Membranbioreaktors 7 7
Abbildung 7.3: Stoffstrombilanz der Komponente Xh (heterotrophe Mikroorganismen) 7 8
Abbildung 7.4: Strukturgramm des interaktiven Simulationswerkzeugs SiMBRa /Rosen, 2001/ 7-12
Abbildung 7.5: SiMBRa-Oberfläche zur Prozessdarstellung und Simulationsüberwachung 7-13
Abbildung 7.6: Fließschema eines Membranbioreaktors 7-14
Abbildung 7.7: Inhalt des Subsystems „DENI 7-14
Abbildung 7.8: Fließbild KA Rödingen mit Stoffströmen und Konzentrationen 7-23
Abbildung 7.9: SiMBRa-Fließbild der Membranbelebungsanlage Rodingen 7-24
Abbildung 7.10: Verlauf von Sauerstoffkonzentration und Alkalinität 7-25
Abbildung 7.11: Verlauf der Mikroorganismenkonzentrationen 7-26
Abbildung 7.12: Trockensubstanzgehalt und COD im Ablauf 7-26
Abbildung 7.13: Verlauf Nitratkonzentration und Gesamt-Stickstoff-Reinigungsleistung 7-27
Abbildung 7.14: Konzentrationsverlauf und Reinigungsleistung Shw (Ammonium) 7-27
Abbildung 7.15: Simulink-Fliessbild der Membranbiologie in Alsdorf-Warden 7-29
Abbildung 7.16: Mischungsblock in der Simulink ImplementatJerung 7-29
Abbildung 7.16a: Simulink-Implementatierung der Membranstufe Alsdorf-Warden 7-30
Abbildung 7.17: Abhängigkeit der Abbaurate von der BPA-Konzentration 7-35
Abbildung 7.18: Einschwingvorgang der BPA-Konzentration [mg/1] in der zweiten Nitrifikation mit dem
gelösten Bisphenol links und dem partikulären an Schlamm gebundenen rechts, x-Achse: Zeit [h].7-36
Abbildung 7.19: Wertepaare u/KwaZU Bisphenol A-Mittelwerten im Jahr 2002 7-37
Abbildung 7.20: Verlauf der Reaktionsrate Tbpa bei verschiedenen IW Werten 7-38
Abbildung 7.21: Modellkalibrierung für die BPA-Messwerte von 2002, 2003 und Mittelwerten 7-38
Abbildung 7.22: Simulationsergebnisse für das Jahr 2002 in logarithmischer Darstellung 7-39
Abbildung 7.23: Simulationsergebnisse für das Jahr 2003 in logarithmischer Darstellung 7-40
Abbildung 7.24: Sensitivitätsanalyse bezüglich der Zulaufkonzentration 7-41
Abbildung 7.25: Sensitivitätsanalyse bezüglich des Zulaufvolumenstroms 7-41
Abbildung 8.1: Ergebnis des Membranscreenings /Gallenkemper, 2005/ 8-3
Abbildung 8.2: Demonstrationsanlage der Umweltbehörde (EPA) Queensland 8-6
Abbildung 8.3: Fließschema der Membraneinheiten 8-7
Abbildung 8.4: Konzentrationen von TOC und CSB in den Abläufen der verschiedenen Prozesstufen
der Demonstrationsanlage in Brisbane/Queensland 8-9
Abbildung 8.5: Konzentrationen der Steroidhormone im Bereich der Umkehrosmose und
Nanofiltration (Mittelwerte aus fünf Probenahmen) 8-9
Abbildung 8.6: Konzentrationen der Steroidhormone im Bereich der Mikrofiltration (Mittelwert aus
zwei Probenahmen) 8-10
Abbildung 8.7: Rückhalt der Steroidhormone mit verschiedenen Membranverfahren 8-11
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
III, Tabellenverzeichnis Seite 111-1
III. Tabellenverzeichnis
Tabelle 2.1: Mittlere Molemassen von Nonylphenolverbindungen 2-9
Tabelle 2.2: Physikalisch-chemische Eigenschaften von ausgewählten endokrin wirksamen
Substanzen/Weber et al., 2004/ 2-13
Tabelle 2.3: Östrogene in Oberflächengewässem, Gehalt in [ng/l] /Wenzel, 1998/ 2-21
Tabelle 2.4: Konzentrationen endokrin wirksamer Substanzen in Kläranlagenzu- und -ablaufen.... 2-21
Tabelle 2.5: Umweltkonzentrationen der Wirkstoffe aus der Literatur und berechnete Konzentrationen
im Boden/Pfeiffer, 1998/ 2-28
Tabelle 2.6: Estrogeneund Bisphenol Ain Gülle /Wenzel, 1998/ 2-28
Tabelle 3.1: Reinigungsleistung von Membranbelebungsanlagen im Vergleich zu konventionellen
Belebtschlammanlagen /Kraume, 2003/ 3-8
Tabelle 3.2: Membranbelebungsanlagen in Europa (Stand 2005) /aktualisiert nach Firk, 2003/ 3-9
Tabelle 3.3: Membranbioreaktoren in der Reinigung von Deponiesickerwasser und Industrieabwasser
/ATV, 2002/ 3-11
Tabelle 3.4: Überblick der betrachteten Kläranlagen 3-12
Tabelle 3.5: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen Rödingen 3-13
Tabelle 3.6: Zulaufcharakteristik und Überwachungswerte der Anlage Rödingen 3-14
Tabelle 3.7: Zuflusscharakteristik und Überwachungswerte der Anlage Nordkanal 3-14
Tabelle 3.8: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen der Anlage Nordkanal 3-14
Tabelle 3.9: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen der Anlage Knautnaundorf 3-16
Tabelle 3.10: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen der Anlage Säntis 3-16
Tabelle 3.11: Reinigungsleistung der Anlage Säntis 3-17
Tabelle 3.12: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen der Anlage Schwägalp 3-17
Tabelle 3.13: Reinigungsleistung der Anlage Schwägalp 3-18
Tabelle 3.14: Technische und kaufmännische Kenngrößen der Anlage Markranstädt 3-18
Tabelle 3.15: Reinigungsleistung der Anlage Markranstädt 3-19
Tabelle 3.16: Reinigungsleistung der Anlage Monheim 3-19
Tabelle 3.17: Technische und kaufmännische Kenngrößen der Anlage Monheim 3-19
Tabelle 3.18: Überwachungswerte der Anlage Markkleeberg 3-20
Tabelle 3.19: Technische und kaufmännische Kenngrößen der Anlage Markkleeberg 3-20
Tabelle 3.20: Aufteilung des prognostizierten Energieverbrauchs auf Verbrauchsstellen 3-35
Tabelle 4.1: Verteilung von Ethinylestradiol an Primär- und Belebtschlamm/Ternes et al., 2004/ 4-2
Tabelle 4.2: Verteilungskoeffizienten log Koc (Mittelwerte) gemäß /Yamamoto, 2003/ 4-3
Tabelle 4.3: Kurzbeschreibung des Adsorptionsverhaltens von Bisphenol A 4-4
Tabelle 4.4: Löslichkeit von Nonylphenolverbindungen in Wasser (Mittelwerte) /Ahel etal., 1993/...4-6
Tabelle 4.5: Abbaubarkeit von Bisphenol A in verschiedenen Umgebungen 4-13
Tabelle 4.6: Verhältnis von EDC-Konzentrationen und Wirkschwellen /Johnson et al., 2001/ 4-16
Tabelle 4.7: Marge der Messergebnisse und Verhältnis der einzelnen Nonylphenolverbindungen
gemäß Literaturangaben (k.A.= keine Angaben)/Müller, 2001/ 4-18
Tabelle 4.8: Konzentrationen von Bisphenol A in Kläranlagen /Busch, 2002/ 4-19
Tabelle 4.9: Konzentration von Bisphenol A über mehrere aufeinanderfolgende Tage hinweg in einer
Kläranlage/Schröder, 2002/ 4-20
Tabelle 4.10: Ergebnisse vergleichender Untersuchungen von Membranbelebungsanlagen und
großtechnischen konventionellen Belebtschlammanlagen 4-23
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
Salto 111-2 IM Tahaltenvmzelchnla
Tabelle S.1: ..Notwendig« Behandlungszeiträume für Deponiesickerwasser /EEA, 2001/ 5-3
Tabelle 5.2: Grenzwert für Deponiesickerwasser in Deutschland gemäß Abwasserverordnung Anhang
51/1999/ 5-4
Tabelle 5.3: Optionen für die Kombinationen von Behandlungstechniken für die Reinigung von
Deponiesickerwasser und anfallenden Konzentraten /modifiziert nach Stief,1999/ 5-5
Tabelle 5.4: Konzentration von EDCs in Deponiesickerwässern in Österreich /ARCEM, I-50,2003/ 5-9
Tabelle 5.5a: Betriebsdaten MBR der Anlage Alsdorf-Warden 5-14
Tabelle 5.5b: Betriebsdaten der Bioreaktoren der Anlage Alsdorf-Warden (Jahresmittelwerte gemäß
Angaben des Betreibers) 5-15
Tabelle 5.5c: Betriebsdaten der Umkehrosmose der Anlage Alsdorf-Warden 5-15
Tabelle 5.6: Angaben zur Deponiesickerwasserbehandlungsanlage in Berg 5-17
Tabelle 5.7: Mittlere Zu- und Ablaufkonzentrationen der Anlage in Alsdorf-Warden für den Zeitraum
März bis September 2001 (Angaben des Betreibers) 5-19
Tabelle 5.8: Mittlere CSB-Verminderung bzw. Rückhaltung durch verschiedene Verfahren in der
Anlage Alsdorf-Warden 5-20
Tabelle 5.9: Mittlerer Trockensubstanzgehalt und Glühverlust der Belebtschlämme aus der Anlage
Alsdorf-Warden 5-20
Tabelle 5.10a: Rückhalt von Nonylphenol durch Ultrafiltration in Alsdorf-Warden 5-22
Tabelle 5.10b: Rückhalt von Nonylphenol durch Ultrafiltration in Alsdorf-Warden 5-22
Tabelle 5.11: Bisphenol A - Rückhalte mit verschiedenen Prozessen 5-28
Tabelle 5.12: Vergleich des BPA-Verhaltens in zwei unabhängigen Messreihen 5-29
Tabelle 5.13: Verhalten von Bisphenol A im Schlamm und in der Ultrafiltration 5-29
Tabelle 5.14: BPA bzw. BPA-d16 bei Testzellenexperiment /Lotharukpong, 2004/ 5-31
Tabelle 5.15: Eigenschaften des Belebtschlamms (gesamt bzw. flüssige Phase) der Anlage Alsdorf-
Warden /Tamacki et al., 2004b/ 5-32
Tabelle 5.16: Ergebnisse der LC-OCD Untersuchung der Flüssigphase des Belebtschlamms aus
Alsdorf-Warden 5-33
Tabelle 5.17: Allgemeine Betriebsparameter der Anlage Berg (Jahresmittelwerte gemäß Angaben des
Betreibers) 5-35
Tabelle 5.18: Eigenschaften des Belebtschlamms (gesamt bzw. flüssige Phase) der Anlage Berg
/Tamacki et al., 2004b/ 5-36
Tabelle 6.1: Konstante bzw. zeitliche Endwerte der Widerstände der Darcy Gleichung /Broeckmann,
2004/ 6-24
Tabelle 6.2: Verwendete Modellparameter zur Simulation 6-25
Tabelle 6.3: Werte der Modellparameter für die Anpassung von Filtrationsstraße II 6-31
Tabelle 6.4: Modellparameter für Filtrationsstraße 1 6-32
Tabelle 6.5: Modellparameter für Beverwijk 645
Tabelle 6.6: Modellparameter für Eilendorf 6-48
Tabelle 7.1: Zu- und Ablaufwerte der Anlage Aisdorf Warden 7-28
Tabelle 7.2: Simulationsergebnisse hinsichtlich der ASM3 Parameter der Anlage Alsdorf-Warden 7-33
Tabelle 7.3: Darstellung des BPA-Abbauprozesses in ASM-Notation 7-33
Tabelle 7.4: Angaben zu den Abbauuntersuchungen von BPA /West et al., 2001/ 7-34
Tabelle 7.5: Angepasste Modellparameter auf Basis der Daten von West et al. /2001/ 7-34
Tabelle 7.6: Komplette Erweiterung des ASM3 für Bisphenol A 7-36
Tabelle 7.7: Modellparameter zur Kalibrierung der Datensätze 7-39
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Beruckdchtlgung endokrin wirksamer Substanzen
III. Tabellenverzeichnis Seite II1-3
Tabelle 8.1: Gesamteinschätzung der Effektivität von weitergehenden Behandlungsverfahren
hinsichtlich der Wirkung auf endokrin wirksame Substanzen 8-13
Tabelle 10.1: Kinetikparameter im ASM3 10-5
Tabelle 10.2: Parameter für die Stöchiometrie und Zusammensetzung der Komponenten im ASM3
10-6
Tabelle 10.3: Matrix -Darstellung des ASM3 mit Komponenten, Prozessen und Kinetik 10-7
Tabelle 10.4: Parameter für die Simulation nach Modellkalibrierung 10-8
ModeWemng von MembranWoreaktoren unter BerilcKsIchtloung endokrin wirksamer Substanzen
|
| adam_txt |
I. Inhaltsverzeichnis _ Seite 1-1
I. Inhaltsverzeichnis
II. Abbildungsverzeichnis IM
III. Tabellenverzeichnis 111-1
IV. Verzeichnis der Formelzeichen UM
1. Einleitung und Zielsetzung 1-1
2. Umweltbelastung durch endokrin wirksame Stoffe 2-1
2.1. Endokrin wirksame Substanzen in der Umwelt 2-1
2.1.1. Begriffsbestimmung 2-1
2.1.2. Klassifizierung endokrin wirksamer Substanzen 2-3
2.1.3. Physikalisch-chemische Eigenschaften von endokrin wirksamen Substanzen 2-12
2.2. Nachweis endokrin wirksamer Substanzen 2-14
2.2.1. Chemische Spurenanalytik 2-15
2.2.2. Biologische Wirktests 2-18
2.3. Vorkommen von endokrin wirksamen Substanzen in aquatischen Systemen 2-21
2.3.1. Vorkommen in Oberflächengewässern 2-21
2.3.2. Vorkommen in Kläranlagenzu-und ablaufen 2-21
2.3.3. Estrogene Gesamtaktivität in Abläufen von kommunalen Kläranlagen 2-25
2.3.4. Estrogen wirksame Substanzen in anderen Umweltmedien 2-28
2.4. Maßnahmen zur Minderung der Umweltbelastung mit endokrin wirksamen Substanzen 2-29
2.5. Literatur 2-30
3. Membrantechnik in der Abwasserbehandlung 3-1
3.1. Membranfiltration als Trennprozess 3-1
3.2. Einsatzkonzepte der Membrantechnik in der kommunalen Abwasserbehandlung 3-5
3.3. Motivation zur Umsetzung der Membrantechnik in der kommunalen Abwasserbehandlung
3-7
3.4. Umsetzung der Membrantechnik in der kommunalen Abwasserbehandlung 3-8
3.4.1. Realisierte Anlagen in Deutschland und der Schweiz für die kommunale
Abwasserbehandlung 3-12
3.5. Wirtschaftlichkeit der Membrantechnik in der Abwasserbehandlung 3-21
3.5. f. Wirtschaftlichkeit von Membranbelebungsanlagen 3-21
3.5.2. Gesamtkostenvergleich von Membranbelebungsanlagen und konventioneller Technik3-29
3.6. Wirtschaftlichkeit von Membrananlagen zur Ertüchtigung konventioneller Anlagen 3-30
3.6.1. AusbauJAembranbelebungsanlage' 3-31
3.6.2. Ausbau Ablauffiltration mit Ultrafiltration' 3-35
3.6.3. Ausbau Ablauffiltration mit Nanofmetion" 3-37
3.6.4. Kostenvergleich 3-39
3.7. Leistungsmindemde Faktoren bei der Membranfiltration 3-41
3.8. Literatur 3-45
4. Verhalten von endokrin wirksamen Substanzen In Abwasserreinigungsanlagen 4-1
4.1. Phasenverteilung endokrin wirksamer Substanzen 4-1
4.1.1. Natürliche und synthetische Estrogene 4-2
Modetnrung von MembranbioreaWoren unter BerOckskWigung endokrin wirksamer Substanzen
Seite 1-2 I. lnMftYy7alchnls
4.1.2. Xonoeärogene *-3
4.2. Biologische Abbaubarkeit 4-7
4.2.1. Natürliche und synthetische Estrogene *-7
4.2.2. Xenoestrogene 4~8
4.3. Bilanzierung des Verhaltens von EDCs in kommunalen Kläranlagen 4-16
4.3.1. Reinigungsleistung von konventionellen Belebtschlammanlagen 4-16
4.3.2. Vergleichende Untersuchungen mit Membranbelebungsanlagen 4-21
4.4. Messprogramm auf der Kläranlage Aachen-Eilendorf 4-24
4.4.1. Anlagenbeschreibung und Versuchsdurchführung 4-24
4.4.2. Ergebnisse und Diskussion 4-27
4.5. Literatur 4-33
5. Verhalten endokrin wirksamer Substanzen In Behandlungsanlagen für
Deponiesickerwasser 5-1
5.1. Grundlagen der Behandlung von Deponiesickerwasser 5-1
5.1.1. Abfallentsorgung und Deponiesickerwasser 5-1
5.1.2. Bildung von Deponiesickerwasser 5-2
5.1.3. Eigenschaften von Deponiesickerwasser 5-3
5.2. Behandlungskonzepte für Deponiesickerwasser 5-4
5.2.1. Biologische Behandlung 5-«
5.2.2. Adsorption 5-6
5.2.3. Chemische Oxidation 5-7
5.2.4. Membranverfahren 5-7
5.2.5. Konzentratentsorgung 5-8
5.3. Spurensubstanzen im Deponiesickerwasser 5-9
5.4. Großtechnische Behandlungsanlagen für Deponiesickewasser 5-10
5.4.1. Behandlungsanlage für Deponiesickerwasser in Alsdorf Werden 5-10
5.4.2. Deponiesickerwasserbehandlungsanlage Berg 5-16
5.4.3. Aufbereitung und Messung der Proben 5-18
5.5. Ergebnisse der Untersuchungen an der Anlage Alsdorf-Warden 5-19
5.5.J. Allgemeine Betriebsparameter der Anlage Alsdorf-Warden 5-19
5.5.2. Verhalten von Nonylphenol in der Anlage Alsdorf-Warden 5-20
5.5.3. Verhalten von Bisphenol A in der Anlage Alsdorf-Warden 5-25
5.5.4. Vergleich mit Ergebnissen der Untersuchung mit biologischen Wirktests 5-31
5.5.5. Weitergehende Untersuchung des Belebtschlamms der Anlage Alsdorf-Warden 5-31
5.6. Ergebnisse der Untersuchungen an der Anlage Berg 5-35
5.7. Zusammenfassung und Bewertung 5-37
5.8. Literatur 5-38
6. Modellierung und Simulation der Flttrationslelstung in Membranbioreaktoren 6-1
6.1. Grundlagen der Modellierung leistungsbestimmender Prozesse bei der Membranfiltration 6-1
6.2. Modellierung des Stofftransportes durch Membranen 6-3
6.2.1. Porenmodell 6-4
6.2.2. Diffusionsmodelle / Deckschichtkontrollierter Stoffaustausch 6-5
6.2.3. Hydrodynamische Modelle 6-6
6.2.4. Erweiterte Diffusionsmodelle 6-6
6.2.5. Ablagerungsmodelle 6-7
6.2.6. Einflussfaktoren auf die Filtrationsleistung von Membranbioreaktoren 6-7
6.3. Modellierungsansatz für ein getauchtes Kapillarmodul 6-8
6.3.1. Idealisierungen und Annahmen zur Beschreibung der Geometrie 6-9
6.4. Modellierung der Luftblasen-Überströmung 6-12
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
I. Inhaltsverzeichnis Seite 1-3
6.5. Das Serienwiderstandsmodell und triebkraftmindernde Faktoren 6-14
6.5.1. Modellierung der Permeabilitätsentwicklung 6-15
6.5.2. Widerstandwerte aus Literaturangaben 6-23
6.5.3. Analyse der Simulationseignung des Modellls 6-24
6.6. Fallstudie I: Permeabilitätsentwicklung auf der Kläranlage Rodingen 6-26
6.6.1. Betrachtung der Permeabilitätsentwicklung auf der langen Zeitskala 6-26
6.6.2. Permeabilitätsbeeinflussende Faktoren 6-28
6.7. Simulationsergebnisse in der Fallstudie I - Kläranlage Rodingen 6-29
6.7.1. Simulation von Filtrationsstraße II 6-29
6.7.2. Simulation von Filtrationsstraße I (alte Membran) 6-31
6.7.3. Simulation von Filtrationsstraße I (neue Membran) 6-32
6.8. Simulation mit dynamischer Parameteranpassung 6-34
6.9. Betrachtung der Vorgänge auf den kurzen Zeitskalen auf der Anlage Rödingen 6-37
6.9.1. Intensivmessphasen 6-38
6.9.2. Betrachtung des Permeabilitätsverlaufs in Rückspülzyklen 6-38
6.10. Fallstudie II: Simulation der Permeabilitätsentwicklung auf der Pilotanlage Beverwijk 6-44
6.11. Fallstudie III: Permeabilitätsentwicklung auf der Pilotanlage Aachen-Eilendorf 6-46
6.12. Zusammenfassung und Bewertung 6-48
6.13. Literatur 6-50
7. Integrierte Modellierung und Simulation von Membranbelebungsanlagen 7-1
7.1. Belebtschlamm-Modelle - Activated Sludge Models (ASM) 1-3 7-2
7.1.1. ASM 1-3 7-2
7.2. Programmierwerkzeuge zur dynamischen Prozesssimulation 7-9
7.2.1. Die Entwicklungs- und Simulationsumgebung MATLABI Simulink 7-9
7.3. Modellierung eines Membranbioreaktors in Matlab / Simulink 7-11
7.3.1. Aufbau und Funktion des Simulationswerkzeugs SiMBRa 7-11
7.3.2. Übergeordnete Oberfläche zur Prozessdarstellung und Simulationsüberwachung 7-13
7.3.3. Flow-Sheet 7-13
7.3.4. Subsystems, Blocks 7-14
7.3.5. Matlab-Skhpte und s-functions 7-15
7.4. Modellierung der Einzelkomponenten des MBR und Implementation einer Beispielanlage
7-15
7.4.1. Zulauf 7-15
7.4.2. Bioreaktor 7-15
7.4.3. Belüftungsstrategie 7-17
7.4.4. Kenngrößenberechnung MBR 7-17
7.4.5. Implementation und Simulation der Membranstufe 7-17
7.4.6. Modellierung eines Rohrmoduls 7-18
7.4.7. FüllstandIFüllvolumen 7-21
7.4.8. Rezirkulation / Oberschussschlammabzug 7-22
7.5. Simulation der Membranbelebungsanlage Rödingen 7-22
7.5.1 Darstellung der Anlage in einem SiMBRa Modell 7-23
7.5.2. Simulationsergebnisse und Bewertung 7-24
7.6. Die Sickerwasserbehandlungsanlage Alsdorf-Warden 7-28
7.6.1 Membranbiologie 7-28
7.6.2. Mischung 7-29
7.6.3. Membranstufe 7-30
7.6.4. Zudosierung von Methanol 7-30
7.6.5. Modellierungskonzept für den Belebtschlamm 7-31
7.6.6. Darstellung der Simulationsergebnisse 7-31
Modellierung von Membranbloreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
SottaM |, |n^n«u to-«lchnl»
7.7. Simulationsstudien zum Verhalten von Bisphenol A in einem MBR zur Behandlung von
Deponiesickerwasser 7-33
7.7.1. Erneuerung des ASM zur Berücksichtigung von Bisphenol A 7-33
7.7.2. Ermittlung der Parameter aus Uteraturwerten 7-34
7.7.3. Erweiterung des BPA-Modells um Adsorption 7-35
7.7.4. Modellkalibrierung und Simulationsergebnisse für Bisphenol A 7-36
7.7.5. Sensitivitätsanalysen mit dem Modell zur BPA-Darstellung 7-40
7.8. Zusammenfassung und Fazit der integrativen Modellierung 7-42
7.9. Literatur 7-44
8. Alternativ» Verfahren zum Rückhalt von Spurenschadstoffen in der Abwasserbehandlung,
Zusammenfassung und Fazit 8-1
8.1. Membranverfahren zum Rückhalt organischer Spurensubstanzen 8-1
8.1.1. Entfernung von Sterokthormonen mit Nanofiltrationsmembranen 8-2
8.1.2. Entfernung von Xenoestrogenen mit Nanofiltrationsmembranen 8-2
8.2. Andere Verfahren zur Elimination von Spurenschadstoffen aus Abwasser 8-3
8.2.1. Oxidative Verfahren 8-3
8.2.2. Photolyseverfahren 8-4
8.2.3. Adsorption an Aktivkohle 8-5
8.2.4. Adsorption an andere Statte 8-5
8.3. Vergleichende Untersuchungen im Pilotmaßstab 8-6
8.3.1. Demonstrationsanlage für Wasserrecycling-Technologie 8-6
8.3.2. Membranverfahren in der Demonstrationsanlage 8-7
8.3.3. Zudosierung, Probenahme und Analyse von Steroidhormonen 8-8
8.3.4. Ergebnisse und Diskussion 8-8
8.4. Zusammenfassung und Fazit der gesamten Dissertation 8-11
8.5. Literatur 8-15
9. Executive Summary 9-1
10. Anhang 10-1
10.1. Anhang zu Kapitel 6 10-1
10.2. Anhang zu Kapitel 7 10-2
10.2.1. Modellgleichung und Parameter im ASM3 10-2
10.2.2. Abschätzung des Einflusses unterschiedlicher Systemkonfigurationen 10-9
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
II. Abbildunosverzeichnis Seite 11-1
II. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 2.1: Direkte und indirekte Einflussmöglichkeiten von Fremdstoffen auf das endokrine
System/ATV, 1999/ 2-2
Abbildung 2.2: Wirkung endokriner Stoffe /Weber und Coors, 2001/ 2-3
Abbildung 2.3: Klassifizierung endokrin wirksamer Stoffe/Weber et al. 2001/ 2-4
Abbildung 2.4: Strukturformel von Estradiol /Bay. Landesamt für Wasserwirtschaft, 1997/ 2-4
Abbildung 2.5: Strukturformel von Estron /Bay. Landesamt für Wasserwirtschaft, 1997/ 2-5
Abbildung 2.6: Strukturformel von 17a-Ethinylestradiol 2-5
Abbildung 2.7: Schematische Darstellung zum Metabolismus von Pharmaka /ATV, 1999/ 2-7
Abbildung 2.8: Pharmaka und endokrin wirksame Verbindungen/ATV, 1999/ 2-7
Abbildung 2.9: Nonylphenolverbindungen /Ahel, 1994/ 2-9
Abbildung 2.10: Strukturformel von Bisphenol A 2-10
Abbildung 2.11: Nachweis von Xenoestrogenen (NP, BPA) aus Belebtschlamm und Klärschlamm
/nach Meesters, 2002/ 2-15
Abbildung 2.12: Chromatogramme (A) im „Total Ion Count" TIC-Modus, (B) mit den Massenspuren
m/z 107,121 und 135 für 4-Nonylphenol sowie 213 und 270 für Bisphenol A, (C) der Standardlösung
mit derviatisiertem 4-NP und Bisphenol A (acetyliert) /Meesters, 2002/ 2-17
Abbildung 2.13: Chemischer Nachweis von natürlichen und synthetischen Steroidhormonen aus
Kläranlagenabläufen/nach Weber, 2003/ 2-18
Abbildung 2.14: Prinzip der biologischen Wirktests mit Reportergenen /Weber und Coors, 2001/.2-19
Abbildung 2.15: Dosis-Wirkungsbeziehung bei biologischen Wirktests /Weber und Coors, 2001/ .2-20
Abbildung 2.16: Estrogen wirksame Substanzen in Abläufen von Kläranlagen /Spengler,1999/.2-25
Abbildung 2.17: Estradiol-Equivalenzfaktoren /Kömer, 2000/ 2-26
Abbildung 2.18: Molare Konzentrationen und Estradiolequivalenzkonzentrationen /Nach Kömer,
2000/ 2-27
Abbildung 2.19: Anteile einzelner Substanzen an der estrogenen Gesamtaktivität 2-27
Abbildung 3.1: Abbildung Trennprinzip bei Membranprozessen /Melin et al., 2004/ 3-2
Abbildung 3.2: Druckgetriebene Membranverfahren /Melin et al., 2004/ 3-3
Abbildung 3.3: Dead-End- und Cross-Flow-Filtration/Melin, 2000/ 3-4
Abbildung 3.4: Betriebsweise bei getauchten Membranen /Melin et al., 2004/ 3-4
Abbildung 3.5: Einsatzkonzepte für die Membrantechnik in der kommunalen Abwasserbehandlung
/Melin et al., 2001/ 3-5
Abbildung 3.6: MBR Industrie in Deutschland/Melin, 2004c/ 3-10
Abbildung 3.7: Kläranlage Rödingen /Mohne, 2001/ 3-13
Abbildung 3.8: Prinzipskizze der Kläranlage Nordkanal /Engelhardt, 2003/ 3-15
Abbildung 3.9: Vergleich der Investitionskosten für die Anlage Nordkanal/Engelhardt et al., 2001/3-22
Abbildung 3.10: Zeitliche Entwicklung des spezifischen Membranpreises 3-23
Abbildung 3.11: Modulpreis in Abhängigkeit des Membranflächenbedarfs 3-23
Abbildung 3.12: Spezifischer Permeatfluss bei hydraulischen Lastschwankungen /Melin et al., 2001/
3-24
Abbildung 3.13: Mischwasserzufiuss, Trockenwetterzufluss und ihr Verhältnis bei der Auslegung von
Membranbelebungsanlagen 3-25
Abbildung 3.14: Energieverbrauch im Jahr 2001 für die Kläranlage /Engelhardt et al., 2001/ 3-26
Abbildung 3.15: Spezifischer Energieverbrauch der realisierten Anlagen 3-27
Abbildung 3.16: Spezifischer Energieverbrauch einzelner Aggregate auf der KA Markranstadt /Stein,
2003/ 3-27
Modellierung von Membranbtoreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzan
Seite 11-2 || fttrtfM"n"mareelchnl8
Abbildung 3.17: Vergleich der spezifischen Membrankosten /Melin et al., 2001/ 3-29
Abbildung 3.18: Zusammenhang von spezifischem Energieverbrauch und Fluss 3-30
Abbildung 3.19: Erforderliche jährliche Rücklagen in Abhängigkeit vom Membranpreis für
verschiedene Membranstandzeiten 3-32
Abbildung 3.20: Jährliche Energiekosten in Bezug auf unterschiedliche Kostenbasen 3-34
Abbildung 3.21: Aufteilung des Energieverbrauchs auf einzelne Verbrauchsstellen 3-34
Abbildung 3.22: Nanofiltrationsanlage Mery-sur-Oise/Beros, 2001/ 3-38
Abbildung 3.23: Betriebskostenvergleich der Ausbauszenarien 3-40
Abbildung 3.24: Spezifische Kosten und jährliche Kapitalkosten aus der Investition 3-40
Abbildung 3.25: MBR-Gesamtkosten in Abhängigkeit von Auslegungfluss und Membranstandzeit3-41
Abbildung 4.1: Bindungsstudien mit NP und BPA and Huminsäuren A/inken et al. 2001/ 4-5
Abbildung 4.2: Verteilungsgleichgewichte von BPA (links) und NP (rechts) mit DOM (Huminsäuren
aus Torf) /Vinken et al. 2001/ 4-5
Abbildung 4.3: Abbau von Estradtol und Ethinylestradiol in Belebtschlamm /Weber, 2004/ 4-7
Abbildung 4.4: Biotransformation von Nonylphenolverbindungen /Ahel et al., 1994/ 4-9
Abbildung 4.5: Bilanzierende Abbauversuche mit 4-n-Monylphenol in Belebtschlamm /Naaßner,
2004/ 4-12
Abbildung 4.6: Abbau von Bisphenol A unter Einsatz des Bakterienstammes MV1 /Lobos et al.,1992 /
4-15
Abbildung 4.7: Ergebnisse einer Steroldhormon-Stichprobe /GOnder, 1999/ 4-21
Abbildung 4.8: Ergebnisse einer Xenoestrogen-Stichprobe /Günder, 1999/ 4-22
Abbildung 4.9: Fließschema der Kläranlage Aachen-Eilendorf 4-25
Abbildung 4.10: Fließbild der MBR-Pilotanlage 4-26
Abbildung 4.11: MBR-Pilotanlage und Schema des eingesetzten Membranmoduls 4-27
Abbildung 4.12: Ablaufkonzentrationen im Permeat der Membranbelebungsanlage 4-28
Abbildung 4.13: Trockensubstanzgehalte in der Membranbelebungsanlage 4-28
Abbildung 4.14: NP-Konzentrationen in MBR und ÄRA der Anlage Aachen-Eilendorf 4-29
Abbildung 4.15: BPA-Konzentrationen im MBR und ÄRA 4-30
Abbildung 4.16: Vergleich BPA-Belastung des MBR- und ARA-Belebtschlammes 4-31
Abbildung 4.17: NP-/BPA-Konzentration während des Dosierversuches /Lyko et al., 2003/ 4-32
Abbildung 5.1: Wasserbilanz in einer Deponie /Melin et al., 2004/ 5-2
Abbildung 5.2: Zusammensetzung von Deponiesickerwasser /gemäß Dahm et al., 1994/ 5-3
Abbildung 5.3: Gesamt-Fließschema der Anlage Alsdorf-Warden mit allen betrachteten Anlagenteilen
5-11
Abbildung 5.4: Deponiesickerwasserbehandlungsanlage A mit Membranbioreaktor und
Aktivkohleadsorption (GAC) 5-12
Abbildung 5.5: Ultrafiltration auf der Anlage Alsdorf-Warden 5-13
Abbildung 5.6: Vergleich von Rohsickerwasser und Ablauf der A-Kohle Filtration 5-14
Abbildung 5.7: Fließbild der Anlage Berg 5-18
Abbildung 5.8: CSB-Konzentrationen in der Deponiesickerwasserbehandlungsanlage Alsdorf-
Warden 5-19
Abbildung 5.9: Nonylphenol-Konzentrationen in Alsdorf-Warden 5-21
Abbildung 5.10: Massenbilanz von Nonylphenol in der Anlage Alsdorf-Warden 5-21
Abbildung 5.11: Modellergebnisse hinsichtlich des Anteils des NP-Verflüchtigung an der
Gesamtelimination im MBR 5-24
Abbildung 5.12: Bisphenol A Konzentrationen in verschiedenen Prozessstufen 5-25
Abbildung 5.13: Bisphenol A in der Festphase des Belebtschlamms in der Anlage Alsdorf-Warden
5-26
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
II. Abbildunosverzeichnis Seite 11-3
Abbildung 5.14: Bisphenol A Bilanz in der Anlage Alsdorf-Warden 5-27
Abbildung 5.15: Bisphenol A Konzentrationen in der Anlage Alsdorf-Warden /Lyko et al., 2004/. 5-28
Abbildung 5.16: Gerührte Testzelle für Belebtschlammfiltration mit Flachmembranen 5-30
Abbildung 5.17: LC-OCD Ergebnis der Flüssigphasenuntersuchung des Belebtschlamms der Anlage
Alsdorf-Warden/Rosenberger et al., 2004/ 5-32
Abbildung 5.18: Chromatogramme der eingesetzten Dextran-Standards 5-34
Abbildung 5.19: Chromatogramme der filtrierten Belebtschlamm und Permeatprobe 5-34
Abbildung 5.20: Nonylphenol und Bisphenol A Konzentration in der Anlage Berg 5-36
Abbildung 5.21: Nonylphenol Massenbilanz in der Anlage Berg 5-37
Abbildung 6.1: Lösungs-Diffusions-und Porenmodell/IVT, 2000/ 6-3
Abbildung 6.2: Ausbildung von Konzentrations- und Geschwindigkeitsprofil an der Membran bei
tangentialer Überströmung /Melin et al., 2004/ 6-4
Abbildung 6.3: Stoffübergang bzw. erzielbare Permatflussleistung an der Membran in Abhängigkeit
von der Molekül- bzw. Partikelgröße im Feed (bei konstantem transmembranen Druck) 6-5
Abbildung 6.4: Druckverhältnisse an einem Kapillarmodul /Günder, 1999/ 6-10
Abbildung 6.5: Hexagonaler Bereich um eine Kapillare in einem Membranmodul 6-11
Abbildung 6.6: Querschnitt eines Kapillarmoduls 6-11
Abbildung 6.7: Schematische Darstellung des Slug-Flow/Chang et al., 2000b/ 6-13
Abbildung 6.8: Prozesse und Reinigungen an der Membran 6-14
Abbildung 6.9: Auswirkung des Stoffübergangskoeffizienten kp auf die erforderliche Triebkraft 6-20
Abbildung 6.10: Permeabilität als Funktion des Flusses und der Scherrate bei dc=iMrn 6-20
Abbildung 6.11: Die Systemwandkonzentration in Abhängigkeit des Stoffübergangskoeffizienten und
des flächenspezifischen Permeatflusses (mit d, = 15 g/l) 6-21
Abbildung 6.12: Der Foulingwiderstand in Abhängigkeit seines Koeffizienten und des kumulierten
Permeatflusses 6-22
Abbildung 6.13: Transmembrane Druckdifferenz in Abhängigkeit seines Koeffizienten und des
kumulierten Permeatflusses 6-26
Abbildung 6.14: Die Permeabilitätszyklen auf der Kläranlage Rödingen 6-27
Abbildung 6.15: Temperaturabhängigkeit der Viskosität 6-28
Abbildung 6.16: Einjähriger Permeabilitätszyklus in Straße II der Anlage Rodingen 6-30
Abbildung 6.17: Permeabilitätszyklus in Straße I mit erfolgter Zwischenreinigung 6-31
Abbildung 6.18: Simulation des Permeabilitätszyklus in Straße I für die neue Membran 6-33
Abbildung 6.19: Simulation des Permeabilitätszyklus in Straße I für die neue Membran 6-34
Abbildung 6.20: Modellstruktur mit dynamischer Parameteranpassung 6-35
Abbildung 6.21: Mathematische Grundlagen der dynamischen Parameteranpassung 6-36
Abbildung 6.22: Simulation auf Grundlage des Modells mit dynamischer Parameteranpassung. 6-36
Abbildung 6.23: Parameterverläufe bei der Simulation mit dynamischer Parameternachführung. 6-37
Abbildung 6.24: Simulation der Permeabilität auf Grundlage einer Wochenganglinie 6-38
Abbildung 6.25: Verlauf von Fluss und Arbeitsdruck zwischen zwei Rückspülungen (Straße2) 6-39
Abbildung 6.26: Permeabilitätsverlaufs nach einer Rückspülung (Straße 2) 6-40
Abbildung 6.27: Simulation des zeitlichem Verlaufs der Konzentrationsüberhöhung 6-41
Abbildung 6.28: Rückstandssummenkurven (R) für Membran und Abwasser (links) 6-42
Abbildung 6.29: Prinzipieller Verlauf von: r""""""1 (oberes Diagramm), g eines Fluids (oberes
Diagramm) und dem System Membranpore und Fluidpartikel RKtamönln-gAta™**"(unteres Diagramm)6-43
Abbildung 6.30: Betriebsdaten der Pilotanlage „Beverwijk" und Simulationsergebnisse 6-45
Abbildung 6.31: Betriebsdaten der Pilotanlage .Beverwijk" und Simulationsergebnisse mit
Parameternachführung 6-46
Abbildung 6.32: Betriebsdaten der Pilotanlage „Eilendorf" und Simulationsergebnisse 6-47
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
Seite IM ||, AtrWMMnff«MfMlchnl«
AbbHdung 7.1: Stoffwechselwege gemäß ASM 3/Henze et al., 1999/ 7"5
Abbildung 7.2: Fließschema zur Bilanzierung eines Membranbioreaktors 7'7
Abbildung 7.3: Stoffstrombilanz der Komponente Xh (heterotrophe Mikroorganismen) 7"8
Abbildung 7.4: Strukturgramm des interaktiven Simulationswerkzeugs SiMBRa /Rosen, 2001/ 7-12
Abbildung 7.5: SiMBRa-Oberfläche zur Prozessdarstellung und Simulationsüberwachung 7-13
Abbildung 7.6: Fließschema eines Membranbioreaktors 7-14
Abbildung 7.7: Inhalt des Subsystems „DENI" 7-14
Abbildung 7.8: Fließbild KA Rödingen mit Stoffströmen und Konzentrationen 7-23
Abbildung 7.9: SiMBRa-Fließbild der Membranbelebungsanlage Rodingen 7-24
Abbildung 7.10: Verlauf von Sauerstoffkonzentration und Alkalinität 7-25
Abbildung 7.11: Verlauf der Mikroorganismenkonzentrationen 7-26
Abbildung 7.12: Trockensubstanzgehalt und COD im Ablauf 7-26
Abbildung 7.13: Verlauf Nitratkonzentration und Gesamt-Stickstoff-Reinigungsleistung 7-27
Abbildung 7.14: Konzentrationsverlauf und Reinigungsleistung Shw (Ammonium) 7-27
Abbildung 7.15: Simulink-Fliessbild der Membranbiologie in Alsdorf-Warden 7-29
Abbildung 7.16: Mischungsblock in der Simulink ImplementatJerung 7-29
Abbildung 7.16a: Simulink-Implementatierung der Membranstufe Alsdorf-Warden 7-30
Abbildung 7.17: Abhängigkeit der Abbaurate von der BPA-Konzentration 7-35
Abbildung 7.18: Einschwingvorgang der BPA-Konzentration [mg/1] in der zweiten Nitrifikation mit dem
gelösten Bisphenol links und dem partikulären an Schlamm gebundenen rechts, x-Achse: Zeit [h].7-36
Abbildung 7.19: Wertepaare u/KwaZU Bisphenol A-Mittelwerten im Jahr 2002 7-37
Abbildung 7.20: Verlauf der Reaktionsrate Tbpa bei verschiedenen IW Werten 7-38
Abbildung 7.21: Modellkalibrierung für die BPA-Messwerte von 2002, 2003 und Mittelwerten 7-38
Abbildung 7.22: Simulationsergebnisse für das Jahr 2002 in logarithmischer Darstellung 7-39
Abbildung 7.23: Simulationsergebnisse für das Jahr 2003 in logarithmischer Darstellung 7-40
Abbildung 7.24: Sensitivitätsanalyse bezüglich der Zulaufkonzentration 7-41
Abbildung 7.25: Sensitivitätsanalyse bezüglich des Zulaufvolumenstroms 7-41
Abbildung 8.1: Ergebnis des Membranscreenings /Gallenkemper, 2005/ 8-3
Abbildung 8.2: Demonstrationsanlage der Umweltbehörde (EPA) Queensland 8-6
Abbildung 8.3: Fließschema der Membraneinheiten 8-7
Abbildung 8.4: Konzentrationen von TOC und CSB in den Abläufen der verschiedenen Prozesstufen
der Demonstrationsanlage in Brisbane/Queensland 8-9
Abbildung 8.5: Konzentrationen der Steroidhormone im Bereich der Umkehrosmose und
Nanofiltration (Mittelwerte aus fünf Probenahmen) 8-9
Abbildung 8.6: Konzentrationen der Steroidhormone im Bereich der Mikrofiltration (Mittelwert aus
zwei Probenahmen) 8-10
Abbildung 8.7: Rückhalt der Steroidhormone mit verschiedenen Membranverfahren 8-11
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
III, Tabellenverzeichnis Seite 111-1
III. Tabellenverzeichnis
Tabelle 2.1: Mittlere Molemassen von Nonylphenolverbindungen 2-9
Tabelle 2.2: Physikalisch-chemische Eigenschaften von ausgewählten endokrin wirksamen
Substanzen/Weber et al., 2004/ 2-13
Tabelle 2.3: Östrogene in Oberflächengewässem, Gehalt in [ng/l] /Wenzel, 1998/ 2-21
Tabelle 2.4: Konzentrationen endokrin wirksamer Substanzen in Kläranlagenzu- und -ablaufen. 2-21
Tabelle 2.5: Umweltkonzentrationen der Wirkstoffe aus der Literatur und berechnete Konzentrationen
im Boden/Pfeiffer, 1998/ 2-28
Tabelle 2.6: Estrogeneund Bisphenol Ain Gülle /Wenzel, 1998/ 2-28
Tabelle 3.1: Reinigungsleistung von Membranbelebungsanlagen im Vergleich zu konventionellen
Belebtschlammanlagen /Kraume, 2003/ 3-8
Tabelle 3.2: Membranbelebungsanlagen in Europa (Stand 2005) /aktualisiert nach Firk, 2003/ 3-9
Tabelle 3.3: Membranbioreaktoren in der Reinigung von Deponiesickerwasser und Industrieabwasser
/ATV, 2002/ 3-11
Tabelle 3.4: Überblick der betrachteten Kläranlagen 3-12
Tabelle 3.5: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen Rödingen 3-13
Tabelle 3.6: Zulaufcharakteristik und Überwachungswerte der Anlage Rödingen 3-14
Tabelle 3.7: Zuflusscharakteristik und Überwachungswerte der Anlage Nordkanal 3-14
Tabelle 3.8: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen der Anlage Nordkanal 3-14
Tabelle 3.9: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen der Anlage Knautnaundorf 3-16
Tabelle 3.10: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen der Anlage Säntis 3-16
Tabelle 3.11: Reinigungsleistung der Anlage Säntis 3-17
Tabelle 3.12: Technische und betriebswirtschaftliche Kenngrößen der Anlage Schwägalp 3-17
Tabelle 3.13: Reinigungsleistung der Anlage Schwägalp 3-18
Tabelle 3.14: Technische und kaufmännische Kenngrößen der Anlage Markranstädt 3-18
Tabelle 3.15: Reinigungsleistung der Anlage Markranstädt 3-19
Tabelle 3.16: Reinigungsleistung der Anlage Monheim 3-19
Tabelle 3.17: Technische und kaufmännische Kenngrößen der Anlage Monheim 3-19
Tabelle 3.18: Überwachungswerte der Anlage Markkleeberg 3-20
Tabelle 3.19: Technische und kaufmännische Kenngrößen der Anlage Markkleeberg 3-20
Tabelle 3.20: Aufteilung des prognostizierten Energieverbrauchs auf Verbrauchsstellen 3-35
Tabelle 4.1: Verteilung von Ethinylestradiol an Primär- und Belebtschlamm/Ternes et al., 2004/ 4-2
Tabelle 4.2: Verteilungskoeffizienten log Koc (Mittelwerte) gemäß /Yamamoto, 2003/ 4-3
Tabelle 4.3: Kurzbeschreibung des Adsorptionsverhaltens von Bisphenol A 4-4
Tabelle 4.4: Löslichkeit von Nonylphenolverbindungen in Wasser (Mittelwerte) /Ahel etal., 1993/.4-6
Tabelle 4.5: Abbaubarkeit von Bisphenol A in verschiedenen Umgebungen 4-13
Tabelle 4.6: Verhältnis von EDC-Konzentrationen und Wirkschwellen /Johnson et al., 2001/ 4-16
Tabelle 4.7: Marge der Messergebnisse und Verhältnis der einzelnen Nonylphenolverbindungen
gemäß Literaturangaben (k.A.= keine Angaben)/Müller, 2001/ 4-18
Tabelle 4.8: Konzentrationen von Bisphenol A in Kläranlagen /Busch, 2002/ 4-19
Tabelle 4.9: Konzentration von Bisphenol A über mehrere aufeinanderfolgende Tage hinweg in einer
Kläranlage/Schröder, 2002/ 4-20
Tabelle 4.10: Ergebnisse vergleichender Untersuchungen von Membranbelebungsanlagen und
großtechnischen konventionellen Belebtschlammanlagen 4-23
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Berücksichtigung endokrin wirksamer Substanzen
Salto 111-2 IM Tahaltenvmzelchnla
Tabelle S.1: .Notwendig« Behandlungszeiträume für Deponiesickerwasser /EEA, 2001/ 5-3
Tabelle 5.2: Grenzwert für Deponiesickerwasser in Deutschland gemäß Abwasserverordnung Anhang
51/1999/ 5-4
Tabelle 5.3: Optionen für die Kombinationen von Behandlungstechniken für die Reinigung von
Deponiesickerwasser und anfallenden Konzentraten /modifiziert nach Stief,1999/ 5-5
Tabelle 5.4: Konzentration von EDCs in Deponiesickerwässern in Österreich /ARCEM, I-50,2003/ 5-9
Tabelle 5.5a: Betriebsdaten MBR der Anlage Alsdorf-Warden 5-14
Tabelle 5.5b: Betriebsdaten der Bioreaktoren der Anlage Alsdorf-Warden (Jahresmittelwerte gemäß
Angaben des Betreibers) 5-15
Tabelle 5.5c: Betriebsdaten der Umkehrosmose der Anlage Alsdorf-Warden 5-15
Tabelle 5.6: Angaben zur Deponiesickerwasserbehandlungsanlage in Berg 5-17
Tabelle 5.7: Mittlere Zu- und Ablaufkonzentrationen der Anlage in Alsdorf-Warden für den Zeitraum
März bis September 2001 (Angaben des Betreibers) 5-19
Tabelle 5.8: Mittlere CSB-Verminderung bzw. Rückhaltung durch verschiedene Verfahren in der
Anlage Alsdorf-Warden 5-20
Tabelle 5.9: Mittlerer Trockensubstanzgehalt und Glühverlust der Belebtschlämme aus der Anlage
Alsdorf-Warden 5-20
Tabelle 5.10a: Rückhalt von Nonylphenol durch Ultrafiltration in Alsdorf-Warden 5-22
Tabelle 5.10b: Rückhalt von Nonylphenol durch Ultrafiltration in Alsdorf-Warden 5-22
Tabelle 5.11: Bisphenol A - Rückhalte mit verschiedenen Prozessen 5-28
Tabelle 5.12: Vergleich des BPA-Verhaltens in zwei unabhängigen Messreihen 5-29
Tabelle 5.13: Verhalten von Bisphenol A im Schlamm und in der Ultrafiltration 5-29
Tabelle 5.14: BPA bzw. BPA-d16 bei Testzellenexperiment /Lotharukpong, 2004/ 5-31
Tabelle 5.15: Eigenschaften des Belebtschlamms (gesamt bzw. flüssige Phase) der Anlage Alsdorf-
Warden /Tamacki et al., 2004b/ 5-32
Tabelle 5.16: Ergebnisse der LC-OCD Untersuchung der Flüssigphase des Belebtschlamms aus
Alsdorf-Warden 5-33
Tabelle 5.17: Allgemeine Betriebsparameter der Anlage Berg (Jahresmittelwerte gemäß Angaben des
Betreibers) 5-35
Tabelle 5.18: Eigenschaften des Belebtschlamms (gesamt bzw. flüssige Phase) der Anlage Berg
/Tamacki et al., 2004b/ 5-36
Tabelle 6.1: Konstante bzw. zeitliche Endwerte der Widerstände der Darcy Gleichung /Broeckmann,
2004/ 6-24
Tabelle 6.2: Verwendete Modellparameter zur Simulation 6-25
Tabelle 6.3: Werte der Modellparameter für die Anpassung von Filtrationsstraße II 6-31
Tabelle 6.4: Modellparameter für Filtrationsstraße 1 6-32
Tabelle 6.5: Modellparameter für Beverwijk 645
Tabelle 6.6: Modellparameter für Eilendorf 6-48
Tabelle 7.1: Zu- und Ablaufwerte der Anlage Aisdorf Warden 7-28
Tabelle 7.2: Simulationsergebnisse hinsichtlich der ASM3 Parameter der Anlage Alsdorf-Warden 7-33
Tabelle 7.3: Darstellung des BPA-Abbauprozesses in ASM-Notation 7-33
Tabelle 7.4: Angaben zu den Abbauuntersuchungen von BPA /West et al., 2001/ 7-34
Tabelle 7.5: Angepasste Modellparameter auf Basis der Daten von West et al. /2001/ 7-34
Tabelle 7.6: Komplette Erweiterung des ASM3 für Bisphenol A 7-36
Tabelle 7.7: Modellparameter zur Kalibrierung der Datensätze 7-39
Modellierung von Membranbioreaktoren unter Beruckdchtlgung endokrin wirksamer Substanzen
III. Tabellenverzeichnis Seite II1-3
Tabelle 8.1: Gesamteinschätzung der Effektivität von weitergehenden Behandlungsverfahren
hinsichtlich der Wirkung auf endokrin wirksame Substanzen 8-13
Tabelle 10.1: Kinetikparameter im ASM3 10-5
Tabelle 10.2: Parameter für die Stöchiometrie und Zusammensetzung der Komponenten im ASM3
10-6
Tabelle 10.3: "Matrix"-Darstellung des ASM3 mit Komponenten, Prozessen und Kinetik 10-7
Tabelle 10.4: Parameter für die Simulation nach Modellkalibrierung 10-8
ModeWemng von MembranWoreaktoren unter BerilcKsIchtloung endokrin wirksamer Substanzen |
| any_adam_object | 1 |
| any_adam_object_boolean | 1 |
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