Vergleichende Untersuchungen von Steuerungs-
konzepten für nachgeschaltete Ozonanlagen
Michael Stapf1, Ulf Miehe1, Boris Lesjean1, Britta Wiedemann1,
Martin Jekel2
Tagung Mess- und Regelungstechnik in abwassertechnischen Anlagen
Fulda 16.10.2013
1 Kompetenzzentrum Wasser Berlin 2 Technische Universität Berlin; FG Wasserreinhaltung
Stand der Diskussion zur Spurenstoff-entfernung mittels Ozonung
Transformation/Entfernung von Spurenstoffen:- von der Reaktivität der Stoffe abhängig- (ehemals) diskutierte Kandidaten für Gewässerschutzverordnung/
EU-Monitoringliste sehr gut entfernbar (z.B. Carbamazepin, Diclofenac, Sulfamethoxalzol, Ethinylestradiol)
- Nebeneffekt: Desinfektion
Offene Fragen: - Mögliche ökotoxikologische Effekte nach Ozonung - Abbauprozesse in Raumfiltern nach der Ozonung- Steuerung der Ozonung:
• Vermeidung von Über-/Unterdosierung
• Erprobung von Steuerungskonzepten
Anpassung des Ozoneintrags
Aufbau Versuchsanlage (KW Ruhleben)
Ablauf Nachklärung
Zwei
schi
chtf
ilter
Sauerstoff-aufkonzentrierung
Luft
Ozongenerator Ablauf
Ozonung Flockung Filtration
Biol
. Akti
vkoh
lefil
ter
Fe(III)Cl3
Langsamsandfilter
1 23 4
5
1
2
3
4
5
Zulauf Ozonanlage
Ablauf Ozonanlage
Ablauf Zweischichtfilter
Ablauf Biol. Aktivkohlefilter
Ablauf Langsamsandfilter
Probenahmestellen
Verwendete Online-Messtechnik
Zwei
schi
chtf
ilter
Spektralphotometer:
- SAK254
- DOCeq
Steuerungsparameter
Gelöstes Ozon SAK254
Volumenproportionale vs. frachtproportionale
Ozondosierung
Trockenwetterperiode
Bezugs-DOC fürkonstante Dosis12,9 mg/L
Warum also andere Steuerungs-konzepte?
Regenereignis
Bezugs-DOC fürkonstante Dosis12,9 mg/L
Gemessener DOC nur noch 1/3 des Bezugs-DOCs Starke Überdosierung
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%-70%
-50%
-30%
-10%
10%
30%
50%
70%SAK-prop. Ozoneintrag - Mischproben # = 31
Häufigkeit
spez
. Ozo
nein
trag
ED
OC,
Ist
bzgl
. ED
OC,
Soll
Vergleich mit MischprobenKonstanter vs. SAK-proportionaler Ozoneintrag
Vergleichszeitraum: 8. April – 31. Juli
Überdosierung durchz.B. Mischwasserzulauf
Unterdosierung seltenerund geringere Abweichungen
Störparameter: Nitrit
Ozon transformiert Nitrit zu Nitrat und zehrt dabei
3,43 mg Ozon pro mg-N Nitrit
Für die Auswertung wird der spez. Ozoneintrag EDOC um die zusätzliche Ozonzehrung durch evtl. vorliegendes Nitrit korrigiert:
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
E.Coli Abnahme bzgl.
spezifischer Ozoneintrag EDOC [mgO3/mgDOC]
E.Co
li Ab
nahm
e [lo
g]
EDOC
Einfluss von Nitrit auf DesinfektionswirkungVersuche mit Dosierung von Nitrit
Große Variation bei gleichem spez. Ozoneintrag!
Kein Zusammenhang?
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
E.Coli Abnahme bzgl.E. Coli Abnahme bzgl.
spezifischer Ozoneintrag EDOC bzw. EDOC,korr [mgO3/mgDOC]
E.Co
li Ab
nahm
e [lo
g]
EDOC,korr
EDOC
Einfluss von Nitrit auf DesinfektionswirkungVersuche mit Dosierung von Nitrit
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10%
20%
40%
60%
80%
100%
Benzotri-azol
korrigierter spez. Ozoneintrag EDOC,korr [mgO3/mgDOC]
Re
du
zie
run
g b
zgl.
KA
-Ab
lau
fSpurenstoffreduzierung vs. korrigierter spez. Ozoneintrag EDOC,korr
Gibt es noch andere Zielgrößen als den spez. Ozoneintrag EDOC,korr?
Spurenstoffreduzierung vs. Δ-SAK254
SAK254 – Reduzierung (Δ – SAK254) bietet eineAlternative!
Ziel: konstantes Δ – SAK254
Δ – SAK-Steuerung: Wo messen?
Zwei
schi
chtf
ilter
(1) SAK254 (2) SAK254 (3) SAK254
Δ-SAK zwischen (1) und (2):Pro: Schnelle Rückkopplung möglichContra: gelöstes Ozon kann SAK254 – Messung im Ablauf der Ozonung (2) stören
Δ-SAK zwischen (1) und (3):Pro: keine Probleme mit gelöstem OzonContra: Auswirkungen der Filtration (z.B. Einsatz von Flockungsmittel) muss mit Berücksichtigt werden. Trägeres System durch zusätzliche Retentionszeit im Filter
Δ – SAK-Steuerung: Nach Filter möglich?
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20%
10%
20%
30%
40%
50%
R² = 0.963941229313842
R² = 0
Nitritkonzentration im Zulauf der Ozonanlage [mg-N/L]
SA
K2
54
- A
bn
ah
me
SAK254 - Abnahme bei EDOC,Soll = 0,5 mgO3/mgDOC
SAK254 - Abnahme bei EDOC,Soll = 0,7 mgO3/mgDOC
Δ – SAK-Steuerung: Welchen Einfluss hat Nitrit?
Durch Einhalten einer konst.SAK – Abnahme wird Nitrit automatisch mit berücksichtigt!
Pilotanlage auf dem Klärwerk Münchehofe
Test der Δ - SAK-Steuerung im Rahmen des IST4R – Projektes.
Start der Versuchsanlage:23. September 2013
Ozonanlage ausgelegt auf die Behandlung von 15 m³/h.
Erste Daten der Δ - SAK-Steuerung der Pilot-anlage (KW Münchehofe)
Δ-SAK im Ziel-bereich:kein Änderung der Ozondosis
Δ-SAK unterhalb des Zielbereichs:Ozondosis wird erhöht
manuelleVerringerungder Ozondosis
Δ-SAK oberhalb des Zielbereichs:Ozondosis wird verringert
Fazit
Steuerung Pro Contra
Volumenproportional • Simpel, kein besondererMessaufwand nötig.
• V.a. bei Mischwasserzulauf sind Überdosierungen zu erwarten.
• Zusätzliche Nitritkorrektur nötig.
Frachtproportional • Anpassung der Ozondosis an aktuelle Wasserqualität möglich.
• Erhöhter Messaufwand.• Zusätzliche Nitritkorrektur
nötig.
SAK – Reduktion(Δ – SAK)
• Anpassung der Ozondosis an aktuelle Wasserqualität möglich.
• Automatische Nitritkorrektur.
• Ergebniskontrolle
• Erhöhter Messaufwand.• Abhängig von
Messpunkten: Berücksichtigung von gel. Ozon bzw. Filterbetrieb
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