Projekt 15567/01

Optimierung der Verfahrenskombination der Fällung/ Flockung mit der Membranfiltration zur Phosphoreliminierung und Rückhaltung von Algen und pathogenen Organismen bei der Behandlung von Oberflächenwasser

Projektdurchführung

Technische Universität BerlinInstitut für Verfahrenstechnik
Str. des 17. Juni 135 MA 5-7
10623 Berlin

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Nutzung von Oberflächengewässern (Trinkwassertalsperren, Freizeitgewässer und Flüsse) muss infolge zehlreicher Zuflüsse geringer Wasserqualität stark eingeschränkt werden. Das Verfahren nach dem Stand der Technik, das zur Phosphor- und Trübstoffelimination eingesetzt wird, besteht im wesentlichen aus den Schritten: Fällung/Flockung, Flokkulation, Sedimentation, Nachfällung/Flockung und Volumenfiltration. Als alternative Verfahrenskombination soll im Vorhaben die Fällung/Flockung mit anschließender Dead-End-Membranfiltration (Mikro-/Ultrafiltration) getestet werden. Aufgrund der besseren Trenneigenschaften von Membranen wird eine starke Reduzierung der benötigten Flockungsmittel, ein vollständiger Verzicht auf Flockungshilfsmittel und ein verminderter Schlammanfall sowie ein sicherer Rückhalt pathogener Organismen und Algen erwartet. Das Gesamtziel des Vorhabens ist es, einen Vergleich zwischen den beiden Verfahrenskombinationen im Hinblick auf Kosten und Umwelteffizienz vorzunehmen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür den Vergleich der beiden Verfahrenskombinationen ist es erforderlich Betriebsdaten für die alternati-ve Verfahrenskombination der Fällung/Flockung im Rohrreaktor mit anschließender Membranfiltration zu ermitteln. Diese werden dann denen einer konventionellen Anlage für den gleichen Zeitraum und der selben jahreszeitlich bedingten unterschiedlichen Zulaufwasserqualität gegenüber gestellt wer-den.
Die Ermittlung der erforderlichen Betriebsdaten wird in vier Phasen erfolgen. In der ersten Phase erfolgt eine Anpassung der Betriebsweise des Rohrreaktors an das Oberflächenwasser am Standort. Die zweite Phase dient nach der Installation der Membranfiltrationsanlagen der Bewertung unterschiedlicher Membran-Modul-Typen in Zeiträumen unterschiedlicher Zulaufwasserqualitäten. Danach wird je-de Membranfiltrationsanlage mit einem auf der Grundlage der Ergebnisse der in der zweiten Phase ausgewählten Membran-Modul-Typs in einer kontinuierlichen Versuchsphase betrieben werden (dritten Phase). Die Möglichkeiten der Aufbereitung der anfallenden Rückspülwässer (Konzentrate) in einer zweiten Membranfiltrationsstufe soll anschließend untersucht werden


Ergebnisse und Diskussion

Im Vergleich zeigten Flockungsfiltration und Membranfiltration, dass sie unter den gegebenen variierenden Gewässerbedingungen grundsätzlich in der Lage sind Ortho-Phospat-Konzentrationen PO4-P 10 µg/L und Gesamtphosphor-Konzentrationen 20 µg/L zu erreichen. Das zu Projektbeginn gesetzte Ziel einer Phosphoreliminierung auf 10 µgPT/L wurde nur knapp verfehlt, wofür der Anteil nichtfällbarer organischer und polymerer Phosphorverbindungen verantwortlich ist, wie sie in einem stark ab-wasserbelasteten Gewässer (Güteklasser III der Stadt-Spree) vorkommen.
Durch spezifischere Dosierung konnte die eingesetzte Chemikalienmenge für die Fällungs/ Flockungsmittel (FM) um ca. 50% und für die Flockungshilfsmittel (FHM) um 100% verringert werden. Dadurch ließ sich der Feststoffanfall bei der Membranfiltration um ca. 60 % und die Aufsalzung von 9-28 mgCl/L auf 2-22 mgCl/L reduzieren. Ein Eintrag von verbliebenem FHM in ein zu speisendes Gewässer kann vollständig vermieden werden.
Beim Vergleich der abgeschätzten spezifischen Kosten einer Flockenfiltration von 0,15 €/m³ Klarwasser ergäbe sich durch den etwas höheren Energiebedarf und die Modulersatzkosten für die Membranfiltration spezifische Gesamtkosten von 0,17 €/m³ (Wehrle/Koch-Anlage) bzw. 0,40 €/m³ (Rochem-Anlage. Diese Kosten gelten für eine zweistufige Membranfiltrationsanlage mit einer Direkteinleitung der Spül-wässer nach einer Feststoffreduzierung.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

A. Dietze, R. Gnirß, U. Wiesmann: Phosphoreliminierung mit Membranfiltration zur Oberflächenwasseraufbereitung; 15. Norddeutsche Fachtagung für Abwasserwirtschaft und Gewässerschutz, Lübeck, 18.-19.2002
A. Dietze, R. Gnirß, U. Wiesmann: Phosphorus Removal with Membrane Filtration for Surface Water Treatment; IWW Schriftenreihe 37a: Membranes in Drinking and Industrial Water Production (MDIW), Mülheim/Ruhr, 22.-26.09.2002
A. Dietze, R. Gnirß, U. Wiesmann: Phosphorus Removal with Membrane Filtration for Surface Water Treatment; Poster presentation in The International Congress on Membranes and Membrane Processes (ICOM), Toulouse (France), 08.-12.07.2002
A. Dietze, R. Gnirß, U. Wiesmann: Phosphorus Removal with Membrane Filtration for Surface Water Treatment; Preprints of the Intern. Water Association World Water Congress Berlin, 15.-19.10.2001
A. Dietze, R. Gnirß, U. Wiesmann: Phosphoreliminierung durch Membranfiltration zur Oberflächenwas-seraufbereitung; Posterbeitrag auf der 4. Aachener Tagung der Siedlungswasserwirtschaft und Verfah-renstechnik, Aachen, 11.-12.09.2001
Gutsch., A., Heidenreich, F.-P. (Hrg.): Innovation Abwasser: beispielhafte Projekte aus dem Abwasserbereich; DBU Initiativen zum Umweltschutz 24; Erich Schmidt Verlag, Berlin,
A. Dietze, U. Wiesmann: Phosphoreliminierung durch Membranfiltration zur Oberflächenwasseraufbereitung, Posterausstellung Internationale Fachmesse Wasser IFW, Berlin, 23.-27.10.2000
A. Dietze, R. Gnirß, U. Wiesmann: Optimierung der Verfahrenskombination der Fällung/Flockung mit der Membranfiltration zur Phosphoreliminierung und Rückhaltung von Algen und pathogenen Organismen bei der Behandlung von Oberflächenwasser; Posterbeitrag auf der 3. Aachener Tagung Siedlungswasserwirtschaft und Verfahrenstechnik, Aachen, 08.-09.02.2000
R. Gnirß, A. Dietze, J. Dittrich, U. Wiesmann: Vorversuche zur Phosphat-Entfernung aus Oberflächen-wasser durch die Verfahrenskombination der Fällung/Flockung/Mikrofiltration; 3. Aachener Tagung Siedlungswasserwirtschaft und Verfahrenstechnik, Aachen, 08.-09.02.2000


Fazit

Für die direkte Membranfiltration von Oberflächenwasser in Dead-End-Betriebsweise sind neben der in diesem Projekt verfolgten Anwendungen der Gewässerspeisung auch die direkte Gewinnung von Prozess- oder Trinkwasser (ergänzt durch weiter Behandlungsschritte) denkbar. Ein Vorteil der Membranfilt-ration mit integrierter Rohrflockung gegenüber der konventionellen Flockungsfiltration ist, dass unabhängig von der Rohwasserbelastung ein feststoff- und keimfreies Wasser über einen einfachen, leicht auto-matisierbaren Aufbereitungsschritt bereitgestellt werden könnte.