Betriebsüberwachung

Swiss Water
Pollution Control
Association
Associazione svizzera
dei professionisti
della protezione
delle acque
Association suisse
des professionnels
de la protection
des eaux
Verband Schweizer
Abwasser- und
Gewässerschutzfachleute
Betriebsüberwachung von Anlagen zur
Behandlung von Mikroverunreinigungen
VSA-Seminar: Elimination von Mikroverunreinigungen Bern, den 11.11.2015
Jonas Margot ([email protected])
Daniel Urfer ([email protected])
Daniel Rensch ([email protected])
Pascal Wunderlin ([email protected])
Betriebsüberwachung – Ziele
Die tägliche Überwachung der Reinigungsleistung und die Regelung des
Reinigungsverfahrens
 Wie kann sichergestellt werden, dass die Abwasserreinigungsanlage jederzeit
die Anforderungen erfüllt (Elimination von > 80 % der Mikroverunreinigungen)?
 Welche Betriebsparameter können in Echtzeit verfolgt und kontrolliert werden,
um eine effektive Elimination der Mikroverunreinigungen zu garantieren?
 Welche Methoden können zur Regelung des Reinigungsverfahrens angewandt
werden?
 Wie kann die Dosierung der Reaktionsprodukte optimiert werden, um die
festgelegten Ziele zu erreichen?
Arbeitsgruppe «Überwachung und Sicherheit von Anlagen zur
Behandlung von Mikroverunreinigungen», Plattform Micropoll des
VSA
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Überwachung der Anlagenleistung
• Tägliche Betriebsüberwachung:
• Nachweis des stabilen Betriebs/rasche Feststellung von
Betriebsstörungen
• Rasche Reaktion bei Problemen
• Betriebsoptimierung (Dosierung)
• Einhaltung der gesetzlichen Normen:
• Prüfung durch den Klärwerksbetreiber, ob die
Abwasserreinigungsanlage den gesetzlichen
Anforderungen entspricht
• Die entsprechende Anpassung der Ozon- oder PAKDosierung
Wie erfolgt die Überwachung?
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Überwachung der Anlagenleistung
Periodische Analysen der Mikroverunreinigungen:
o 4 bis 24 gesetzlich vorgeschriebene Kontrollen jährlich
(entsprechend der Grösse der ARA, Revisionsentwurf der GSchV)
 Nicht ausreichend zur Regelung und Optimierung des
Betriebs!
o Häufigere Analysekampagnen?
 Häufig zu teuer für die ARA (>1000 CHF/Analysekampagne)
Keine einfachen Methoden zur
Analyse von Mikroverunreinigungen
Selbstüberwachung mittels
einfacher und schneller
Methoden erforderlich
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Selbstüberwachungsmethoden
Prinzip: Korrelation zwischen der Reduktion von Mikroverunreinigungen und
anderen Parametern, deren Analyse einfacher und weniger kostenintensiv ist
Ozon und PAK zersetzen auch «normale» organische Substanzen (OS).
[Altmann et al. (2014) Water Res. 55: 185–193]
Leistungsindikator: Eigenschaften der OS
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Selbstüberwachungsmethoden
Methoden:
 Veränderung der UV-Absorption (bei 254 nm) zwischen Zuund Ablauf (von O3 und PAK)
 Veränderung des DOC zwischen Zu- und Ablauf (von PAK)
 Veränderung der Fluoreszenz zwischen Zu- und Ablauf
 Veränderung der Elektronendonor-Kapazität (EDC) (von O3)
 Messungen des gelösten Ozons im Reaktor
(Ozonexposition)
 Ökotoxikologische Methoden usw.
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Selbstüberwachungsmethoden
Der Entscheid für eine Methode ist hauptsächlich abhängig von:

der (reproduzierbaren) Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messung

der Auflösung und Sensitivität der Messung

der Wartung/Handhabung der Sensoren

der Kalibrierungshäufigkeit

der Korrelation mit der Elimination der MV

den saisonalen Schwankungen des Parameters

der Einfachheit der Methode

der Verfügbarkeit von Online-Sensoren

den Kosten der Analyse
Die laut aktuellem Kenntnisstand bewährteste und ausgereifteste
Methode:
 Veränderung der UV-Absorption bei 254 nm
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Reduktion der UV-Absorption
Prinzip:
• Das Ozon greift bestimmte funktionelle Gruppen
der organischen Substanz (Doppelbindungen
usw.) an, die UV-Licht absorbieren.
• Die Aktivkohle bindet bestimmte organische
Moleküle (aromatische Verbindungen), die UVLicht absorbieren.
Reduktion der UVAbsorption bei 254
nm zwischen Ab- und
Zulauf bei der
Abwasserbehandlung
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Reduktion der UV-Absorption
Korrelation zwischen der Elimination der Mikroverunreinigungen
und der Reduktion der UV-Absorption
[Altmann et al. (2014) Water Res. 55: 185–193]
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Reduktion der UV-Absorption
Online-Analysen
• Zwei Durchfluss-UV-Photometer
 Wasser vor der Behandlung
 Wasser nach der Behandlung
• Wasserfilterung wahrscheinlich
erforderlich
• Regelmässige Wartung der Sensoren
und Filter erforderlich (Entwicklung
eines Biofilms im Endbereich der
Ozonung)
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Zusammenfassung der UV-Selbstüberwachung
Reduktion der UV-Absorption (bei 254 nm)
Korrelation mit der
Elimination der
Mikroverunreinigungen
Gut, sowohl mit Aktivkohle als auch mit Ozon.
Für jede Substanz und jeden Wassertyp
spezifisch periodisch zu kontrollierende
Korrelation (saisonale Schwankungen)
Zuverlässigkeit, Sensitivität
und Genauigkeit der
Messung
Einfache, schnelle, zuverlässige, bewährte und
reproduzierbare Methode.
Online-Analysatoren verfügbar
Wartung und Handhabung
der Sensoren
Regelmässige Reinigung der Filter/Sensoren,
insbesondere im Endbereich der Ozonung
Anwendung
Ozon und Aktivkohle (ausser bei direkter
Dosierung in die Biologie), ebenfalls zur
Regelung der Dosierung (entsprechend des
Nitritwerts)
Schlussfolgerungen
Bewährte und relativ ausgereifte Methode
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Regelung der Dosierung
Ziel: Dosierung der optimalen Menge zur Elimination von Mikroverunreinigungen
•
Ausreichend, um das Reduktionsziel (80 %) zu erreichen
•
Nicht zu viel, um:
•
Ozonrückstände im Ablauf zu vermeiden (vollständiger Verbrauch im Reaktor)
•
die Bildung von toxischen Unterprodukten (Bromat) (mit dem Ozon) zu vermeiden
•
eine übermässige Schlammbildung und hohe Betriebskosten (mit PAK/GAK) zu
vermeiden
Mehrere Dosierungsmethoden:
 Entsprechend der Abflussmenge: z. B. 3–6 mg O3/l, 10–20 mg PAK/l  Bei stabiler Abflussmenge
 Entsprechend der DOC (oder der UV-Absorption) im Zulauf:
z. B. 0,6–0,8 g O3/g DOC, 2–3 g PAK/g DOC
oder grosser PAK/GAK-Menge
 Bei geringem Nitritwert (bzgl. O3)
 Entsprechend der Veränderung der UV-Absorption bei 254 nm zwischen Zu- und Ablauf
 Zur Aufrechterhaltung einer bestimmtenOzonrestkonzentration an einer bestimmten
Reaktorstelle: z. B. 0,1 mg O3/l
Bei Nitritvorkommen (bzgl. O3) und grossen
Qualitätsunterschieden des Abflusses (besserer
Ausgleich des Sauerstoffbedarfs des Wassers)
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Sécurité des installations - Ozonation
Générateur d’ozone:
- à proximité du réacteur
- dans des locaux fermés
- accessibles qu’aux
personnes autorisées
- sans poste de travail
permanent
Détecteurs de gaz (O3, O2) et
systèmes d’aération:
- dans tous les locaux susceptibles
de recevoir des fuites (générateur,
conduites, etc.).
- installation à proximité du sol
(ozone plus lourd que l’air)
Pas de matières combustibles autour de la
citerne d’oxygène liquide, stockage à l’air libre
Alarmes, arrêt automatique de la
production d’ozone et aération
automatique des locaux en cas de
détection de fuite (> 0.1-0.2 mg/m3)
ou de panne du destructeur d’ozone
Destruction de
l’ozone dans les
gaz d’échappement
Présence
d’interrupteur
d’arrêt d’urgence
dans les lieux
critiques
Dosage
automatique
d’un réducteur
dans l’effluent en
cas de
concentration
d’ozone résiduel
trop élevée
Exploitation par du
personnel formé
Utilisation exclusive de matériaux résistants
à l’ozone avec une température d’ignition
élevée (acier inox, téflon, béton). Utilisation
de graisses et huiles interdite !
Réacteur étanche aux gaz
et en légère sous-pression
(pour éviter les fuites)
Maintenance régulière
des systèmes de sécurité
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Sécurité des installations – Charbon actif
Dispositif d’injection de N2 ou
CO2 gazeux dans le silo pour
stopper un début de combustion
Détecteurs de
CO dans le
silo pour
détecter un
début de
combustion
Système
d’aération des
locaux de stockage
du CAP (protection
contre la poussière,
renouvèlement de
l’oxygène)
Risque d’explosion de poussières:
Locaux de stockage du CAP respectant
les consignes de sécurité pour les zones
à atmosphère explosive APEX
(câblage, sources d’ignition, électricité
statique, protection contre la foudre...)
• Port d’un masque lors de la manipulation de la
poudre de charbon
• Formation de nuage de poussières à éviter !
• Nettoyages fréquents des surfaces (par
aspiration ou jet d’eau)
Mesure de la turbidité
en ligne dans l’effluent
pour détecter des pertes
de CAP
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Schlussfolgerungen
 Analysen von Mikroverunreinigungen sind zu teuer und zu kompliziert,
um den täglichen Betrieb von Anlagen zur Entfernung von
Mikroverunreinigungen zu überwachen und zu optimieren.
 Es existieren Methoden zur Online-Überwachung, die auf der
Korrelation zwischen der Reduktion eines einfach zu messenden
Parameters und der Reduktion der Mikroverunreinigungen beruhen.
 Die derzeit ausgereifteste Methode für Ozon und PAK/GAK:
 Veränderung der UV-Absorption bei 254 nm zwischen Ab- und
Zulauf
 Die Online-Überwachung ermöglicht die Optimierung der Dosierungen
und des Anlagenbetriebs.
 Die Analyse auf Mikroverunreinigungen ist zum Zeitpunkt der
gesetzlich vorgeschriebenen Kontrollen weiterhin erforderlich.
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Danke an die Mitglieder des Projekts:
Denis Thonney (SIGE), Adriano Joss (Eawag), Michael Schärer (BAFU),
Daniel Pfund (ERZ), Christoph Egli (AVA Altenrhein), Christoph Ort
(Eawag), Daniel Urfer (RWB), Anita Wittmer (Eawag), Yoann LeGoaziou
(Alpha WT), Daniel Rensch (Awel Zürich), Christian Abegglen (ERZ),
Damian Dominguez (BAFU)
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