Korrelation der Eliminationsleistung von Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser mit ΔSAK

Die Korrelation der Eliminationsleistung von Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser (ØEMV) und der Abnahme des spektralen Absorptionskoeffizienten (ΔSAK) ist in der Praxis der Abwasserreinigung bekannt. Der Zusammenhang wird beispielsweise zur Regelung der Ozondosierung bei der Behandlung von Mikroverunreinigungen eingesetzt. Gemessen wird der SAK üblicherweise bei einer Wellenlänge von 254 nm.

Im Rahmen einer Studie an der OST wurde bei der Untersuchung eines elektrochemischen Verfahrens zur Behandlung von Mikroverunreinigungen festgestellt, dass eine Wellenlänge von 254 nm zur Bestimmung des ΔSAK nicht die beste Wahl ist. Die Korrelation von ØEMV und ΔSAK fiel bei anderen Wellenlängen deutlich grösser aus, was das Erstellen von zuverlässigen, mathematischen Modellen ermöglichte. In der Folge konnte durch das Verwenden einer alternativen Wellenlänge das untersuchte Behandlungsverfahren bedarfsgerecht geregelt werden.

In Zusammenarbeit mit dem Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL), Zürich wurde nun eine systematische Analyse der Korrelation von ØEMV und ΔSAK im Spektrum 200 – 400 nm durchgeführt. Bei der Untersuchung wurde das Abwasser von verschiedenen kommunalen Kläranlagen des Kantons Zürich berücksichtigt. Nach der Entnahme wurden die Proben im Labor mit Ozon oder Pulveraktivkohle behandelt. Anschliessend wurde das Absorptionsspektrum aufgenommen und mit dem unbehandelten Abwasser verglichen. Die Konzentrationen der Leitsubstanzen wurden durch das Gewässerschutzlabor des AWEL bestimmt.

Bei gefilterten Proben, die mit Ozon behandelt worden waren, zeigte sich die grösste Korrelation von ØEMV und ΔSAK bei einer Wellenlänge von 351 nm. Bei gefilterten Proben, die mit Aktivkohle behandelt worden waren, lag die maximale Korrelation bei einer Wellenlänge von 347 nm. In beiden Fällen waren Wellenlängen von unterhalb von 235 nm generell ungeeignet zur Bestimmung des SAK. Die heute üblicherweise verwendete Wellenlänge von 254 nm lag in beiden Fällen in einem Bereich mit tieferer Korrelation.
Bei den Messungen mit ungefilterten Proben fiel die Korrelation von ΔSAK und ØEMV insgesamt kleiner aus als bei den filtrierten Proben. Bei den Proben, die mit Ozon vorbehandelt worden waren, lag die optimale Wellenlänge bei 248 nm, und der Vorteil gegenüber der Wellenlänge von 254 nm war minim. Bei den Proben, die mit Aktivkohle behandelt worden waren, lag das Optimum bei 400 nm. Dabei wurde ein grosser Vorteil gegenüber 254 nm festgestellt. Obwohl alle Aktivkohle-Proben bei der photometrischen Messung noch Partikel enthielten, wurden Korrelationen mit R2 >0.60 ermittelt.

Die Ergebnisse zeigen Optimierungspotential durch angepasste Wellenlängen auf. Eine vergleichsweise kleine Anpassung der Wellenlänge von 254 nm auf 351 nm bietet die Möglichkeit zur verbesserten Überwachung und Regelung von Ozon-Anlagen in bestehenden Systemen. Die bedarfsgerechte Regelung erlaubt die konsequente Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben bei reduzierten Betriebskosten. Der Energiebedarf sinkt und CO2 wird eingespart.

Die Eignung des SAK zur Überwachung von Ozon-Anlagen war bereits vor dieser Untersuchung bekannt. Ein Zusammenhang von ΔSAK und ØEMV wurde nun auch bei mit Aktivkohle behandeltem Abwasser festgestellt. Die Korrelation von ΔSAK und ØEMV ist bei aufbereiteten Proben ähnlich stark ausgeprägt wie bei Ozon. Es eröffnen sich somit neue Anwendungsgebiete. Ein besonders geeigneter Anwendungsfall stellt, aus Sicht der Autoren, die Überwachung von GAK-Filtern dar. Die Filter können durch die Messung des SAK am Ein- und Auslass bis an die Kapazitätsgrenze betrieben werden und müssen nicht nach einer Bettvolumenabhängigen Standzeit ersetzt werden.