Advanced wastewater treatment by nanofiltration and activated carbon for high quality water reuse

Kazner, Christian; Melin, Thomas (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2012)
Doktorarbeit

Kurzfassung

Verschiedene Hybridverfahren in Kombination von Aktivkohle und Nanofiltration wurden für den Einsatz in der weitergehenden Abwasserbehandlung zur hochwertigen Wasserwiederverwendung untersucht. Mit Schwerpunkt auf der Entfernung von Massenorganik und organischen Spurenstoffen wurden drei vielversprechende Verfahrenskombinationen identifiziert: Pulveraktivkohle gefolgt von Nanofiltration (PAK/NF), granulierte Aktivkohle gefolgt von Nanofiltration (GAK/NF) und Nanofiltration gefolgt von granulierter Aktivkohle (NF/GAK). Die Entfernungsleistung der Prozesse wurde im Labor- und Pilotmaßstab für eine Reihe von refraktären Pharmazeutika und Industriechemikalien studiert, die üblicherweise im Abwasser in Spurenkonzentrationen im Bereich von ng/L bis µg/L nachgewiesen werden. Der Verbleib der Massenorganik von Kläranlagenablauf wurde mittels Fluoreszenz-Spektroskopie betrachtet. Die optimalen Betriebsstrategien zur Umsetzung der Prozesse wurden im Pilotmaßstab bestimmt. Die Versuche wurden auf der Kläranlage Aachen-Soers durchgeführt, deren Ablauf eine hohe Qualität mit DOC-Konzentrationen von etwa 5 mg/L aufweist. Im Vergleich zu den Einzelverfahren, Nanofiltration oder Adsorption, lieferten alle drei Hybridverfahren deutlich bessere Produktwasserqualität mit DOC-Konzentrationen unterhalb von 0,5 mg/L und organischen Spurenstoffkonzentrationen nahe oder kleiner der Bestimmungsgrenze. Falls eine weitgehende Entsalzung nicht erforderlich ist, bilden Nanofiltration-Aktivkohle-Hybridverfahren eine verlässliche und wirtschaftliche Alternative zu Doppel-Membranverfahren bestehend aus Ultrafiltration und Umkehrosmose, die den Stand der Technik darstellen. Die untersuchten Hybridverfahren sind gut geeignet für den Einsatz in der hochwertigen Wasserwiederverwendung. Aufgrund der geringeren Filtrationsdrücke weisen die Prozesse einen niedrigeren Energieverbrauch auf und produzieren weniger problematische Konzentrate, die im wesentlichen aus Organika und füllbaren, mehrwertigen Ionen bestehen. Es ergeben sich zudem einige Vorteile bei der indirekten Wiederverwendung von Kläranlagenablauf zur Trinkwassergewinnung, z.B. bei der künstlichen Grundwasseranreicherung, da der Salzgehalt des Produktwassers dem natürlicher Wässer ähnlicher ist als das Permeat von Umkehrosmoseanlagen. Die optimale Kombination von Nanofiltration und Aktivkohle hängt von den lokalen Rahmenbedingungen ab, wie beispielsweise Anlagengröße, Rohwassercharakteristik und Anlagenstandort. Angesichts wachsender Wasserknappheit und der Spurenstoffproblematik hat die Kombination von Aktivkohlebehandlung und Nanofiltration das Potential in einer zunehmenden Zahl von Fällen eingesetzt zu werden.

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