Technologien
Adsorptive Verfahren
Bei diesen Verfahren die Spurenstoffe an die Oberfläche eines Festkörpers (Adsorbens) angelagert. Als Adsorbens kommt auf kommunalen Kläranlagen Aktivkohle zum Einsatz. Aktivkohle kann ein breites Stoffspektrum gegenüber anderen Adsorbermaterialien adsorbieren, besitzt dabei aber eine bestimmte Adsorptionskapazität. Ist die Kapazität erschöpft, muss die Aktivkohle ausgetauscht und/oder reaktiviert werden.
Zur Entfernung von Spurenstoffen in der kommunalen Abwasserreinigung kann sowohl pulverförmige (PAK) als auch granulierte Aktivkohle (GAK) eingesetzt werden. Die verfahrenstechnische Ausbildung der adsorptiven Abwasserreinigung wird durch die Form der Aktivkohle bestimmt. Für beide Aktivkohleformen wurden bereits verschiedene Verfahrensvarianten untersucht. Eine weitere Möglichkeit Aktivkohle zur Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen einzusetzen, ist der Einsatz von Mikro-GAK (Kornband 0,20 bis 0,8 mm) im Wirbelbett.
Weitere Hinweise und Informationen liefert diese Veröffentlichung.
Bei Pulveraktivkohle (PAK) handelt es sich um gemahlene Aktivkohle. Handelsübliche Pulveraktivkohlen besitzen üblicherweise über eine mittlere Korngröße von 10 µm bis 50 µm.
Beim Einsatz in der Abwasserreinigung wird die Pulveraktivkohle direkt dem zu reinigenden Abwasser zugegeben. Die Adsorption erfolgt während dem Kontakt mit dem Abwasser. Hierzu ist die Kohle ausreichend mit dem Abwasser zu vermischen. Da technisch wesentlich geringere Kontaktzeiten zu realisieren sind als zur Einstellung des Adsorptionsgleichgewichtes notwendig wären, wird die Pulveraktivkohle zur besseren Ausnutzung deren Adsorptionskapazität beim Einsatz in der kommunalen Abwasserreinigung innerhalb des Verfahrensprozesses aufkonzentriert. Nach einer ausreichenden Kontaktzeit bedarf es einer Abtrennung der Pulveraktivkohle aus dem Abwasser.
Pulveraktivkohle kann zur Spurenstoffelimination an unterschiedlichen Stellen der Kläranlage zugegeben werden:
- Simultan in die biologische Stufe oder in den Ablauf der biologischen Stufe. Bei unzureichendem Rückhalt der Pulveraktivkohle im Nachklärbecken ist ein Filter nachzuschalten.
2. Dosierung der Aktivkohle in eine separate Adsorptionsstufe. Die Adsorptionsstufe wird der Nachklärung nachgeschaltet und besteht aus einem Kontaktreaktor und einem Sedimentationsbecken. Die PAK wird zunächst dem biologisch gereinigten Abwasser im Bereich des Kontaktreaktors zugegeben. Im anschließenden Sedimentationsbecken wird sie unter Zugabe von Metallsalzen und Polymeren vom Abwasser abgetrennt. Der abgesetzte „Kohleschlamm“ wird zur besseren Ausnutzung der Aktivkohle wieder als „Rücklaufkohle“ in den Kontaktreaktor zurückgeführt. Überschusskohle kann zur vollständigen Ausnutzung der Adsorptionskapazität in die biologische Stufe zurückgeführt werden. Ein Filter nach dem Sedimentationsbecken trennt die nicht sedimentierte Pulveraktivkohle vom gereinigten Abwasser ab.
3. Direkte Dosierung der Pulveraktivkohle vor einen Filter bzw. in ein Kontaktbecken oder den Filterüberstand (siehe Abbildung 2). Die mit dem Filterspülwasser bzw. Trübwasser abgetrennte Kohle kann zur vollständigen Ausnutzung der Adsorptionskapazität in die biologische Stufe zurückgeführt werden.
Granulierte Aktivkohle weist typischerweise Korngrößen zwischen 0,5 mm bis 4 mm auf. Der Einsatz von granulierter Aktivkohle erfolgt in Festbettadsorbern. Hierbei durchströmt das Abwasser die Kornkohleschüttung und die Spurenstoffe werden dabei an die Aktivkohle adsorbiert. Eine zusätzliche Abtrennstufe nach der GAK-Stufe ist nicht erforderlich. Nach Ausschöpfung der Adsorptionskapazität wird die Aktivkohle entnommen. Sie kann nun reaktiviert und anschließend erneut zur Adsorption eingesetzt werden.
Granulierte Aktivkohle wird nach der biologischen Stufe eingesetzt. Dabei kommen sowohl diskontinuierlich gespülte Raumfilter als auch Druckfilter und kontinuierlich gespülte Filter zum Einsatz. Bei bestehendem Raumfilter auf der kommunalen Kläranlage besteht kann ggfs. ein Umrüstung zu einem Aktivkohlefilter erfolgen. Hierzu wird das bestehende Filtermaterial durch granulierte Aktivkohle ersetzt. Im Kornkohlefilter können neben Spurenstoffen auch Feststoffe zurückgehalten. Die Feststoffeinlagerung im Filterbett verursacht jedoch einen erhöhten Druckverlust, sodass eine häufigere Rückspülung erforderlich ist. Das Trübwasser kann in die biologische Stufe eingeleitet werden. Alternativ kann ein Kornkohlefilter nach einem Filter angeordnet werden. Durch den vorgeschalteten Filter werden die abfiltrierbaren Stoffe aus der Nachklärung zurückgehalten, so dass der Kornkohlefilter mit nahezu feststofffreiem Abwasser beaufschlagt wird. Dadurch verringert sich die Häufigkeit der Rückspülung.
Abbildung 4: GAC-Filter nach biologischer Reinigung
Beim Verfahren „Mikro-GAK im Wirbelbett“ wird GAK mit einem definierten Kornband von 200 – 800 µm (Mikro-GAK) in einem aufwärtsdurchströmten Reaktor in Schwebe gehalten. Das zu behandelnde Abwasser wird über den gesamten Filterboden verteilt zugegeben. Darüber liegt das Aktivkohlebett. Die Aktivkohle wird durch die Aufwärtsströmung in Schwebe gehalten, wodurch ein Wirbelbett entsteht und eine Aktivkohle/Wasser-Trennschicht. Nach dem Kontakt mit der expandierten Aktivkohle wird das gereinigte Abwasser durch ein Netz von Auslaufrinnen gesammelt, die gleichmäßig über die Oberfläche verteilt sind. Durch die kontrollierte Expansion der Mikro-GAK wird sichergestellt, dass keine Mikro-GAK den Reaktor und damit die Kläranlage verlässt. Je nach Durchflussgeschwindigkeit und Art der Aktivkohle liegt die Ausdehnung des Aktivkohlebettes zwischen 20 % und 100 %. Abfiltrierbare Stoffe (AFS) werden bis zu einem gewissen Teil und je nach Partikelgröße im Wirbelbett zurückgehalten. Durch periodische Spülungen der Aktivkohle mit Wasser
oder auch mit Luft kann das Wirbelbett gereinigt werden.
Frische Mikro-GAK wird periodisch (beispielsweise täglich) zugegeben und die gleiche Menge beladene Mikro-GAK wird ebenfalls periodisch entnommen.
