Ozonung
Zukunftsweisender Pionierbetrieb
Als erste Anlage der Schweiz betreibt die ARANeugut seit 2014 eine volltechnische Ozonanlage zur Elimination von Mikroverunreinigun-
gen. 80–90 % der Mikroverunreinigungen werden aus dem Abwas-
ser eliminiert. Die ARA Neugut ist ein Musterbeispiel für den Einsatz innovativer Technologien und erreicht dadurch eine schweizweite «Leuchtturm»-Funktion.
Mit den Erfahrungen der ARA Neugut werden die Grundlagen für die Planung und Realisierung weiterer Anlagen in der Schweiz und im Ausland geschaffen. Die neue Gesetzgebung in der Schweiz zur Elimination von Mikroverunreinigungen ist am 1. Januar 2016 in Kraft getreten (Gewässerschutzgesetz GSchG).
Anlage
Integration der Ozonung in den Reinigungsprozess
Das biologisch gereinigte Wasser gelangt ohne Zusatzpumpwerk, im hydraulisch freien Gefälle, von der Nachklärung zum Ozonreaktor und von dort in die Sandfiltration. Die Ozonanlage ist im bestehenden Gebäude der Filtration installiert.
Bei der Elimination von Mikroverunreinigungen entstehen biologisch abbaubare Transformationsprodukte (TP). Gemäss Empfehlung des Bundesamts für Umwelt (BAFU) sollen diese TP vor der Einleitung in ein Gewässer in einer Nachbehandlungsstufe biologisch eliminiert werden. In der ARANeugut erfüllt dies die biologisch aktive Sandfiltration.
Meilensteine
Innovationen beginnen mit dem ersten Schritt
Als erste Schweizer Abwasserreinigungsanlage mit einer Reinigungsstufe zur Entfernung von Mikroverunreinigungen (MV) führte die ARA Neugut verschiedene Forschungsprojekte durch, um Erfahrungen und praktisches Know-how mit dieser Verfahrensstufe für interne Optimierungen und für andere ARA, die eine Ozonung planen, zu generieren. Das Hauptziel dieser Untersuchungen ist eine ressourceneffiziente und präzise Eliminationsleistung der MV (EMV) dauernd zu gewährleisten.
Die erste Herausforderung bestand aus der online Messung der Leistung der Ozonung. Die Messung der einzelnen 12 Leitsubstan-zen durch ein externes Labor ist zu langsam und teuer für einen optimierten Betrieb der Ozonung und der Stand der Technik erlaubt bis dato keine online Messung dieser Stoffe. Die ARA Neugut hat im Jahr 2014 zusammen mit der Eawag alternative vielsprechende Messungen getestet. Nach mehreren Modifikationen des Einbaus der Messgeräte durch die ARA Neugut wird heute die Eliminations-leistung der MV in der Ozonung zuverlässig und kontinuierlich gemessen und dies bei geringem Personalaufwand.
Der zweite Schritt bestand darin, das Ozon so zu dosieren, dass genau die richtige Ozonmenge in den Reaktor eingetragen wird, um eine konstante EMV ohne Ozonüberschüsse zu gewährleisten. Da der Bedarf an Ozon je nach Stoffzusammensetzung des Abwassers stets variiert, muss die Ozonproduktion entsprechend kontinuierlich angepasst werden, um die EMV konstant zu behalten. Zusammen mit der Eawag hat die ARA Neugut im Jahr 2014 verschiedene Steuerungen der Ozonung getestet. Die praktische Erfahrung von Neugut mit diesen verschiedenen Betriebsarten hat zur Entwicklung der BEAR-Strategie geführt (Bedarfsgerechte Ozondosis, Elimination vorwählbar, Analytik Qualitätssicherung, Monitoring interne Überwachung).
Der BEAR-Algorithmus berechnet die bedarfsgerechte Ozonmenge, die in den Reaktor eingetragen werden soll, um die vorgegebene EMV zu erreichen. Das Ergebnis ist ein optimierter und ressourceneffizienter Betrieb der Ozonung (20% Ozoneinsparung gegenüber anderer Steuerungen) mit einer konstanten EMV (82±2%) ohne Ozonüberschüsse.
Letztlich hat Neugut die Wichtigkeit des Ozoneintrages in den Ozonreaktor geforscht. Die auf der ARA Neugut durchgeführten Experimente geben wichtige Hinweise für den Betrieb von Neugut und für die Auslegung zukünftiger Ozonreaktoren. Die mehrstufige LOD-Oxidation führt zu einer Ozonersparung von 20% (Low Ozone Dose).
Messtechnik
Online-Messung für optimierte Wasseraufbereitung
Der Stand der Technik erlaubt bis dato keine Online-Messung der einzelnen MV. Ein online messbarer Summenparameter, der möglichst gut die Dynamik der MV im Wasser widerspiegelt, ist jedoch nötig für einen optimierten Betrieb der Ozonung. Neugut hat des-halb zusammen mit der Eawag verschiedene alternative Messungen untersucht. Unter anderem wurde so während des ersten Betriebsjahrs der Ozonung (2014) eine UV-Sonde (UV: Ultraviolett) getestet (Link zum Bericht). Bei der UV-Messtechnik wird ein pulsierendes UV-Licht in einen Messabschnitt eingestrahlt und das das Wasser durchdringende, nicht absorbierte Licht gemessen. Je höher die Absorption des Lichtes im Messabschnitt, desto höher ist die Konzentration von Fremdstoffen im Wasser.
Im ersten Betriebsjahr der Ozonung war die schnelle Verschmut- zung der UV-Sonden problematisch. Das veranlasste die ARA Neugut, je drei UV-Sondenpaare von unterschiedlichen Herstellern parallel einzubauen, um weitere Informationen über das Verhalten der UV-Sonden zu gewinnen und Optimierungen durchzuführen. Neugut hat den Einbau aller UV-Sonden stark modifiziert bis die UV-Messungen stabil und zuverlässig waren (Detaillierte Information in Bearbeitung).
Nach der Durchführung dieser Optimierungen und bei regelmäs-siger Qualitätssicherung erwies sich die UV-Messtechnik für die Steuerung und Regelung der Ozonung auf der ARA Neugut als gut geeignet und dies bei geringem Aufwand. Der VSA empfiehlt ebenfalls das UV-Absorbanz-Signal bei 254nm im Zu- und Ablauf der MV-Behandlungsstufe, ergänzend zur periodischen Messung der einzelnen Leitsubstanzen, für die Überwachung der Reinigungs-leistung zu messen (zur Empfehlung VSA).
Weitere Informationen
BEAR-Steuerung
Konstante EMV durch bedarfsgerechte Ozonzugabe
Mit BEAR wird die Ozonproduktion kontrolliert, sodass die angestrebte Abbauleistung, z. B. 82% EMV, erzielt wird (Bedarfsgerechte Ozondosis, Elimination vorwählbar, Analytik Qualitätssicherung, monitoRing interne Überwachung). Der BEAR Algorithmus bezieht die Reaktionen des Ozons mit den im Wasser gelösten Stoffen in die Berechnungen ein. So wird der Ozonbedarf kontinuierlich angepasst und die EMV konstant gehalten. Diese Innovation führte zu einer Reduktion des Ozonverbrauchs um 20%. Gleichzeitig wird eine Ozonüberdosierung verhindert und somit vermieden, dass zusätzliche Oxidationsnebenprodukte wie Bromat gebildet werden. Als Messgrössen verwendet der BEAR-Algorithmus die UV-Absorbanz im Zu- und Ablauf des Ozonreaktors.
Mit dem BEAR-Algorithmus wird ARA Betreibern ein zuverlässiges Instrument an die Hand gegeben, das ihnen erlaubt, die EMV konstant zu halten und zugleich kontinuierlich und zuverlässig zu überwachen. Damit einher geht eine verbesserte Wirtschaftlichkeit in den Bereichen Ozonproduktion, Wärmeabfuhr, Laboranalysen und Controlling. Die Modularität von BEAR ermöglicht eine einfache Implementierung in anderen Kläranlagen.
LOD-Ozoneintrag
Ein ressourcensparender Ozonverbrauch
Mit dem LOD-Betriebskonzept (Low Ozone Dosage) wird die Hälfte der durch BEAR berechneten Ozonmenge in Kammer 1 des Ozonreaktors eingetragen, die andere Hälfte in Kammer 3. Der Vorteil dieser zweistufigen Ozonzugabe ist eine signifikante Verringerung der Ozonkonzentration im Reaktor, was die Bildung von ungewünschten Nebenprodukte minimiert. Diese zweistufige Oxidation mit LOD erhöht zudem die Ausnutzung des Ozons um mehr als 20%.