Einsatz von Biofiltern für die Wasser- und Nährstoffwiederverwendung und für die weitergehende Abwasserreinigung zur Spurenstoffentfernung:
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Format: | Abschlussarbeit Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Darmstadt
Inst. IWAR
2012
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Schriftenreihe: | Schriftenreihe IWAR
217 |
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Beschreibung: | XIV, 227 S. Ill., graph. Darst. |
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I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS VII
ABBILDUNGSVERZEICHNIS IX
TABELLENVERZEICHNIS XIH
1 EINLEITUNG, VERANLASSUNG UND ZIELE 1
1 1 EINSATZ VON BIOFILTERN FUER DIE WASSERWIEDERVERWENDUNG MIT
NAEHRSTOFFNUTZUNG 2
1.2 ENERGIEVERBRAUCH UND OPTIMIERUNG VON BIOFILTERANLAGEN 3
1.3 BIOFILTER FUER DIE SPURENSTOFFENTFERNUNG 3
2 THEORETISCHER HINTERGRUND UND STAND DER FORSCHUNG 7
2.1 WASSERWIEDERVERWENDUNG UND EINSATZ VON BIOFILTERN 7
2.1.1 HINTERGRUND ZUR WASSERWIEDERVERWENDUNG 7
2.1.1.1 WARUM WASSERWIEDERVERWENDUNG? 7
2.1.1.2 ENERGETISCHE ASPEKTE DER WASSERWIEDERVERWENDUNG 8
2.1.1.3 WASSERWIEDERVERWENDUNG IN DER LANDWIRTSCHAFT 9
2.1.1.4 WEITERE WIEDERVERWENDUNGSOPTIONEN 10
2.1.1.4.1 URBANE WASSERWIEDERVERWENDUNG 10
2.1.1.4.2 WASSERWIEDERVERWENDUNG IN DER INDUSTRIE 10
2.1.1.4.3 GRUNDWASSERANREICHERUNG 11
2.1.1.4.4 DIREKTE UND INDIREKTE WIEDERVERWENDUNG ALS TRINKWASSER 11
2.1.2 NUTZUNG DER ABWASSERNAEHRSTOFFE IN DER LANDWIRTSCHAFTLICHEN
BEWAESSERUNG 12
2.1.3 POTENTIALE UND GRENZEN DER DER VERWENDUNG VON ABWASSERRESSOURCEN
14
2 1.3.1 POTENTIALE UND GRENZEN DER DER WIEDERVERWENDUNG VON WASSER 14
2.1.3.2 POTENTIALE UND GRENZEN DER DER WIEDERVERWENDUNG VON NAEHRSTOFFEN
16
2.1.4 SAISONALE WASSERSPEICHERUNG 17
2.1.5 SAISONAL UNTERSCHIEDLICHER BETRIEB VON ABWASSERBEHANDLUNGSANLAGEN
19
2.1.5.1 BELEBUNGSVERFAHREN 20
2.1.5.2 ANDERE VERFAHREN UND VERFAHRENSKOMBINATIONEN 21
2.1.6 BIOFILTER 23
2.1.6.1 AUSWIRKUNGEN VON VARIABLEN BELASTUNGEN AUF BIOFILTER 23
2.1.6.2 UMGANG MIT VARIABLEN BELASTUNGEN IN DER AKTUELLEN BETRIEBSPRAXIS
VON GROSSTECHNISCHEN BIOFILTERANLAGEN IN DEUTSCHLAND 24
2.1.6.3 VERHALTEN DER BIOMASSE BEI SUBSTRATMANGEL - MIKROBIOLOGISCHE
ASPEKTE UND ABSTERBERATE UNTER VERSCHIEDENEN BEDINGUNGEN 24
2 . 2 SPURENSTOFFE 2 7
2.2.1 WAS SIND SPURENSTOFFE? 27
2.2.2 RELEVANZ VON SPURENSTOFFEN IM WASSERKREISLAUF UND MOEGLICHE
GEGENMASSNAHMEN 28
2 2.3 ELIMINATION VON SPURENSTOFFEN IN DER KONVENTIONELLEN
ABWASSERBEHANDLUNG 30
INHALTSVERZEICHNIS I
HTTP://D-NB.INFO/1027212670
IMAGE 2
2.2.3.1 STRIPPUNG 31
2.2.3.2 SORPTION AN PRIMAER- UND BELEBTSCHLAMM 31
2.2.3.3 BIOLOGISCHER ABBAU 33
2.2.3.3.1 RE-METABOLISIERUNG UND SPALTUNG VON KONJUGATEN 36
2.2.4 WEITERGEHENDE ABWASSERREINIGUNGSVERFAHREN ZUR ELIMINATION VON
SPURENSTOFFEN 37
2.2.4.1 OXIDATIVE VERFAHREN-OZONUNG 38
2.2.4.2 ADSORPTION AN AKTIVKOHLE 39
2.2.4.2.1 ADSORPTION VON SPURENSTOFFEN IN ORGANISCH BELASTETEM ABWASSER
KONKURRIERENDE ADSORPTION 40
2.2.4.2.2 KINETIK DER ADSORPTION VON SPURENSTOFFEN IM ABWASSER AN
AKTIVKOHLE 44
2.2.4.2.3 ANWENDUNG VON PULVERAKTIVKOHLE (PAK) ZUR ABWASSERBEHANDLUNG 45
2.2.4.2.4 FILTRATION MIT GRANULIERTER AKTIVKOHLE (GAK) ZUR
ABWASSERBEHANDLUNG 47
2.2.4.2.5 BIOLOGISCH AKTIVIERTE AKTIVKOHLE (BGAC) 52
2.2.4.3 ELIMINATION VON SPURENSTOFFEN IN BIOFILTEM 56
3 MATERIALIEN UND METHODEN 61
3.1 ENERGIEANALYSEN VON BIOFILTERANLAGEN 6 1
3.1.1 GENERELLE BEMERKUNGEN 61
3.1.2 ANGABEN ZUR DURCHGEFUEHRTEN ENERGIEANALYSE 62
3.1.2.1 DATENANALYSE 63
3 . 2 VERSUCHE ZUM FLEXIBLEN BETRIEB VON NITRIFIZIERENDEN BIOFILTERN IM
PILOTMABSTAB 6 5
3.2.1 VERSUCHSANLAGE 65
3.2.1.1 AUFBAU 65
3.2.1.2 VERWENDETES FILTERMATERIAL 66
3.2.1.3 ANGABEN ZU VERSUCHSDURCHFUEHRUNG UND BETRIEBSPARAMETER 66
3.2.1.4 VERSUCHSPHASEN 6 7
3.2.2 PROBENAHME 69
3.2.3 GEMESSENE PARAMETER 69
3.2.4 BERECHNUNGEN UND DARSTELLUNG DER DATEN 70
3 . 3 UNTERSUCHUNGEN ZUR WEITERGEHENDE ABWASSERREINIGUNG MIT
AKTIVKOHLE-UND
BIOFILTERN ZUR SPURENSTOFFENTFERNUNG 7 0
3.3.1 VERSUCHSANLAGE 70
3.3.1.1 AUFBAU 71
3.3.1.2 VERWENDETES FILTERMATERIAL 72
3.3.1.3 ANGABEN ZU VERSUCHSDURCHFUEHRUNG UND BETRIEBSPARAMETER 73
3 3.1.4 VERSUCHSPHASEN 75
3.3.2 PROBENAHME 76
3.3.2.1 WASSERPROBEN 76
3 3.2.2 FILTERPROFILE 77
3.3.2.3 UNTERSUCHUNG DES SPUELABWASSERS 77
II INHALTSVERZEICHNIS
IMAGE 3
::K * * * *** - * -IW- J- JFLG ]
3.3.3 GEMESSENE PARAMETER 78
3.3.3.1 AUSWAHL DER ZU UNTERSUCHENDEN SPURENSTOFFE 78
3.3.3.2 ANALYTIK DER SPURENSTOFFE 80
3.3.3.3 ANALYTIK SONSTIGER NASS-CHEMISCHER UND PHYSIKALISCHER PARAMETER
80
3.3.4 BERECHNUNGEN UND DARSTELLUNG DER DATEN 80
3.3.4.1 DARSTELLUNG MIT BOXPLOT DIAGRAMMEN 80
3.3.4.2 UMGANG MIT WERTEN UNTERHALB DER ANALYTISCHEN BESTIMMUNGSGRENZE
81
3.3.4.3 ANGABEN ZUR AUSWERTUNG 82
4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION: ENERGIEVERBRAUCH VON
BIOFILTERANLAGEN 83
4.1 ENERGIEVERBRAUCH VON BIOFILTERANLAGEN 8 3
4 . 2 FALLBEISPIEL - ANALYSE VON BETRIEBSDATEN EINER BIOFILTERANLAGE 8 4
4.2.1 BEWERTUNG DES AKTUELLEN ENERGIEVERBRAUCHS (IST-ZUSTAND) 84
4.2.2 VERGLEICH MIT DEM BELEBUNGSVERFAHREN 86
4.2.3 ABSCHAETZUNG DES OPTIMIERUNGSPOTENTIALS 88
4.2.4 FEEDBACK 92
4.3 SCHLUSSFOLGERUNGEN 9 4
5 ERGEBNISSE UND DISKUSSION: FLEXIBLER BETRIEB VON
NITRIFIZIERENDEN BIOFILTERN IM PILOTMASSSTAB 95
5.1 NITRIFIKATIONSRATE 9 5
5 . 2 AUBERBETRIEBSZUSTAND UND WIEDERINBETRIEBNAHME 9 8
5.2.1 ENTWICKLUNG DER BIOMASSENAKTIVITAET IM AUSSERBETRIEBSZUSTAND UND
NACH WIEDERINBETRIEBNAHME ..98
5.2.1.1 EINFLUSS VON TEMPERATUR, LAGERUNGSSTRATEGIE UND STILLSTANDSZEIT
98
5.2.1.2 EINFLUSS EINER ZWISCHENZEITIGEN BESCHICKUNG 101
5.2.2 MILIEU UND VERHALTEN VON PROTOZOEN 102
5 2.3 INTERPRETATION DES VERHALTENS IM AUSSERBETRIEBSZUSTAND 103
5.3 EMPFEHLUNGEN FUER DIE PRAXIS 1 0 5
5 . 4 SCHLUSSFOLGERUNGEN 1 0 6
6 ERGEBNISSE UND DISKUSSION: WEITERGEHENDE ABWASSERREINIGUNG
MIT AKTIVKOHLE- UND BIOFILTERN ZUR SPURENSTOFFENTFERNUNG 109
6.1 ORGANISCHE RESTVERSCHMUTZUNG 1 0 9
6.1 1 GELOESTE ORGANISCHE RESTVERSCHMUTZUNG 111
6.1.2 PARTIKULAERE ORGANISCHE RESTVERSCHMUTZUNG 114
6.1.3 VERGLEICH DER FILTERSAEULEN IN LANGZEITVERHALTEN BEZUEGLICH DER
RESTORGANIK - BELADUNG DER
AKTIVKOHLE 116
6.2 SAUERSTOFFKONZENTRATION 121
INHALTSVERZEICHNIS III
IMAGE 4
6 . 3 STICKSTOFFVERBINDUNGEN 1 2 2
6 . 4 SPURENSTOFFE: VORKOMMEN IM VERWENDETEN GEREINIGTEN ABWASSER 1 2 3
6.4.1 RELEVANTE STOFFE 127
6 4.2 PHASE MIT ABWASSERDOSIERUNG 128
6 . 5 ENTNAHME IN DER BEPROBTEN KLARANLAGE (KLAERWERK DARMSTADT S UE D ) 1
2 8
6 . 6 ELIMINATION VON SPURENSTOFFEN 1 3 0
6.6.1 ENTNAHMERATE UEBER DIE GESAMTE VERSUCHSZEIT 130
6.6.2 VERSUCHSPHASEN MIT UNTERSCHIEDLICHER FILTERGESCHWINDIGKEIT 132
6.6.2.1 ALLGEMEINE BETRACHTUNG 132
6.6 2.2 BETRACHTUNG DER EINZELNEN STOFFE 132
6.6.3 VERGLEICH DER FILTERSAEULEN IM LANGZEITVERHALTEN BEZUEGLICH DER
ENTFERNUNG VON SPURENSTOFFEN... 13S
6.6.4 FILTERPROFILE 143
6.6.5 WEITERE ERGEBNISSE 147
6.6.5.1 BILANZIERUNG DER MIT DER SPUELUNG AUSGETRAGENEN STOFFMENGE 147
6.6.5.2 PHASE MIT ABWASSERDOSIERUNG 148
6 . 7 SCHLUSSFOLGERUNGEN 1 5 0
6.7.1 ORGANISCHE RESTVERSCHMUTZUNG 150
6.7.2 SPURENSTOFFE 152
6.7.3 VERGLEICH DER KOMKOHLEFILTRATION MIT DER ANWENDUNG VON
PULVERAKTIVKOHLE 154
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 157
8 LITERATURVERZEICHNIS 163
9 ANHANG 181
9. L VERSUCHSANLAGEN 1 8 1
9.1.1 KENNDATEN DES KLARWERKS DARMSTADT SUED IN DARMSTADT-EBERSTADT 181
9.1.2 BILDER 182
9.1.3 DATEN DER VERWENDETEN FILTERMATERIALIEN 184
9.1.4 VERSUCHSPHASEN 186
9 . 2 ANALYTISCHE METHODEN 1 8 8
9.2.1 PROBENVORBEREITUNG 188
9.2.2 NASS-CHEMISCHE PARAMETER 188
9.2.3 PHYSIKALISCHE PARAMETER 189
9.2.4 ABFILTRIERBARE STOFFE (AFS/OAFS) 189
9.2.5 TROCKENRUECKSTAND (TR/OTR) 189
9.2.6 ORGANISCHE SPURENSTOFFE 190
9.2.6 1 BESTIMMUNG AUS DER WAESSRIGEN PHASE 190
9.2.6.1 1 BESTIMMUNG VON ARZNEIMITTELWIRKSTOFFEN 190
IV INHALTSVERZEICHNIS
IMAGE 5
9.2.6.1.2 BESTIMMUNG VON ALKYLPHENOLEN UND ENDOKRIN WIRKSAMER SUBSTANZEN
191
9.2.6.2 BESTIMMUNG AUS DER FESTSTOFFPHASE 191
9.2.6.2.1 BESTIMMUNG VON ARZNEIMITTELWIRKSTOFFEN 191
9.2.6 2.2 BESTIMMUNG VON ALKYLPHENOLEN UND ENDOKRIN WIRKSAMER SUBSTANZEN
191
9.3 KENNDATEN ZUM ENERGIEVERBRAUCH 1 9 3
9.3.1 VERGLEICHSWERTE FUER DEN ENERGIEVERBRAUCH VON BELEBUNGSANLAGEN 193
9.3.2 ENERGIEVERBRAUCH FUER DIE STICKSTOFFELIMINATION IN BELEBUNGSANLAGEN
UND MOEGLICHE
EINSPARUNGEN DURCH DEREN WEGFALL 195
9 . 4 ANALYSE VON BETRIEBSDATEN EINER BIOFILTERANLAGE 1 9 7
9.4.1 AUFLISTUNG DER UNTERSUCHTEN WOCHEN 197
9.4.2 BEISPIELE DER AUSWERTUNG VON WOCHENGANGLINIEN 200
9.4.3 METHANOLVERBRAUCH 202
9.5 VERFAHRENSVOLUMENS DER G A K - UND P A K - A N W E N D U N G 2 0 4
9 . 6 ERGAENZENDE BILDER: NITRIFIZIERENDE BIOFILTER IN
AUBERBETRIEBSZUSTAND 2 0 6
9 . 7 ERGAENZENDE GRAFIKEN: VORKOMMEN VON SPURENSTOFFEN IM VERWENDETEN
GEREINIGTEN
ABWASSER 2 0 8
9 . 8 ERGAENZENDE GRAFIKEN: GANGLINIEN DER SPURENSTOFFE IN ZULAUF UND
ABLAUF DER
FILTERSAEULEN 2 1 2
9 9 ERGAENZENDE GRAFIKEN: WEITERE SUMMENPARAMETER IN ZULAUF UND ABLAUF
DER
FILTERSAEULEN 2 2 6
INHALTSVERZEICHNIS V
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