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© Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie
Forschungsvorhaben erfolgreich abgeschlossen
Rückhaltung organischer Spurenschadstoffe in Kläranlagen durch Beeinflussung der Struktur des belebten Schlamms mit Kalk
In den letzten Jahren wurde festgestellt, dass für eine Reihe von organischen Substanzen, insbesondere Pharmaka, die Ablaufkonzentrationen der Kläranlagen deutlich über den Zielwerten für Oberflächengewässer liegen, die nach vorhandenen ökotoxikologischen Bewertungen der einzelnen Stoffe festgelegt oder vorgeschlagen wurden. Eine Minderung dieser Spurenschadstoffe kann nach jetzigem Kenntnisstand nur mit aufwendigen noch zu erprobenden Zusatzverfahren (Membranfiltration, Aktivkohlezugabe und Oxidationsverfahren) durchgeführt werden.
Ob eine Substanz ausreichend aus dem Abwasser eliminiert wird oder weniger gut, hängt von der Art der Abwasserreinigung und von der Art der Substanz und damit ihren chemischen und biologischen Eigenschaften ab.
Aus der Literatur ist bekannt, dass sich organische Stoffe an Belebtschlämmen adsorbieren lassen. Eine gut ausgebildete Belebschlammflocke ist daher aufgrund ihrer inneren und äußeren Struktur zur Adsorption organischer Stoffe geeignet.
Bereits Ende der 80er Jahre wurde erkannt, dass die Säurekapazität (Hydrogencarbonatkonzentration) eine wichtige Rolle bei der Stabilität der Belebtschlammflocken und den Milieubedingungen spielt.
Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Verbesserung der Rückhalteleistung von organischen Stoffen, wie z. B. Pharmaka, durch Stützung der Säurekapazität in der Abwasserreinigung mit Kalk. Die Untersuchungen wurden in zwei parallel betriebenen Sequence-Batch-Reaktoren (SBR) mit einem Volumen von je 5,4 m³ auf der Kläranlage Viechtach durchgeführt.
Das Forschungsvorhaben fand im Zeitraum vom 1.12.2007 –28.2.2010 statt.
Es wurde mit Mitteln des Bundesministers für Wirtschaft (BMWi) im Rahmen eines von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF) durchgeführten Forschungsvorhabens gefördert.
Die Ergebnisse sind in den folgenden Abbildungen an ausgewählten Beispielen dargestellt. Abbildung 1 zeigt den Rückhalt von Clarithromycin und Abbildung 2 zeigt den Rückhalt von Metoprolol.
Bei den ausgewählten Parametern ist ersichtlich, dass durch die Zugabe von Kalkhydrat ein verbesserter Rückhalt erzielt werden kann. Zudem hat auch die Abwassertemperatur einen Einfluss auf die Eliminationsleistung. Die blau und gelb dargestellten Messwerte wurden bei einer Abwassertemperatur von 18°C bestimmt, womit sie gegenüber den anderen Versuchen (sie fanden bei einer Abwassertemperatur von 14°C statt) einen besseren Rückhalt zeigen.
Insofern können nach den Untersuchungen folgende Einflussfaktoren auf den Rückhalt von organischen Schadstoffen ausgemacht werden: Abwassertemperatur, pH-Wert, Sättigungsindex und das Schlammalter.
- Abbildung 1: Rückhalt von Clarithromycin in verschiedenen Versuchsreihen im Refe-renzreaktor (linkes Bild) und im Versuchsreaktor (rechtes Bild). Die Darstellung zeigt die Konzentrationen am Ende der Denitrifikation (2) und am Ende der Nitrifikation (3) im Verhältnis zur Ausgangskonzentration (1)
- Abbildung 2: Rückhalt von Metoprolol in verschiedenen Versuchsreihen im Referenz-reaktor (linkes Bild) und im Versuchsreaktor (rechtes Bild). Die Darstellung zeigt die Konzentrationen am Ende der Denitrifikation (2) und am Ende der Nitrifikation (3) im Verhältnis zur Ausgangskonzentration (1)
Die Ergebnisse beider Reaktoren zeigen, dass im gezielt mit Kalk beeinflussten Belebungsverfahren Spurenstoffe wie Clarithromycin und Metoprolol deutlich reduziert werden können. Generell konnten bei allen analysierten Spurenstoffen die höchsten Eliminationsraten bei höheren Schlammaltern und höheren Temperaturen festgestellt werden. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass durch die gezielte Einstellung der Säurekapazität für bestimmte Makrolidantibiotika und Betablocker ein deutlich verbesserter Rückhalt erzielt werden konnte. Bei Metoprolol fand eine bis zu 30 %ige Verbesserung, bei Clarithromycin eine bis zu 40 %ige Verbesserung der Eliminationsleistung statt.
Wie nach Auswertung der Ergebnisse des vorausgegangenen Forschungsvorhabens zu vermuten war, konnte der positive Einfluss der Kalkhydratzugabe auf den Klärprozess bestätigt werden. Mit den erstmalig ermittelten Daten können konventionelle Kläranlagen in Weichwassergebieten im Hinblick auf die Verbesserung der Eliminationsleistung bestimmter Pharmaka optimiert werden, so dass ein Teil der Spurenstoffe verstärkt zurückgehalten werden kann.
Das Forschungsvorhaben konnte somit erfolgreich durchgeführt werden.
- Projektpartner