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Potential von Membranbioreaktoren zur Entfernung von polaren persistenten Spurenstoffen aus Kommunalabwasser
Potential von Membranbioreaktoren zur Entfernung von polaren persistenten Spurenstoffen aus Kommunalabwasser
Weiß, Stefan
Inst. Technischen Umweltschutz
In dieser Arbeit wurde das Verhalten einer Reihe von polaren persistenten Spurenstoffen (P3) in der konventionellen Abwasserbehandlung sowie in modernen Abwasserbehandlungstechniken wie Membranbioreaktoren (MBR) und Advanced Oxidation Processes (AOP) untersucht. Zwei Monitoringkampagnen in verschiedenen europäischen Ländern zeigten, dass sich die meisten der untersuchten Industriechemikalien in allen untersuchten kommunalen Abwässern, viele auch in Oberflächenwässern nachweisen lassen. Viele der Stoffe zeigten nur geringe Unterschiede in Zu- und Ablaufkonzentrationen, was auf schlechte biologische Abbaubarkeit hindeutet. Während einer Langzeitstudie an einer MBR-Pilotanlage in einer kommunalen Kläranlage in Berlin wurde das Potential untersucht. 1635-index.html die biologische Abwasserbehandlung zu intensivieren und somit die Ablaufqualität der Kläranlage in Hinblick auf P3 zu verbessern. Hierbei wurden Naphthalinsulfonate, Benzothiazole und Benzotriazole untersucht, die in der Regel in der MBR-Anlage besser entfernt wurden. Unterschiedliche Betriebsbedingungen zeigten keine signifikanten Auswirkungen auf die Entfernungsleistung des MBR. Die Anlage zeigte sich darüber hinaus als robust gegenüber Störungen und Ausfällen. Für die bislang kaum untersuchten Benzotriazole, die als Korrosionsinhibitoren eingesetzt werden, wurde eine neue Flüssigchromatographie-Tandemmassenspektrometrie-Methode entwickelt. Sie erwiesen sich als Komponenten mit sehr hohen Einzelstoffkonzentrationen im kommunalen Abwasser, weshalb sie in weiteren Kompartimenten des Wasserkreislaufs untersucht wurden. Im teilweise geschlossenen Wasserkreislauf der Region Berlin zeigte sich, dass in den Zuflüssen der Stadt nur geringe Mengen nachzuweisen sind, wohingegen in von Abwasser beeinflussten Oberflächengewässern die Belastung mit diesen Stoffen deutlich stieg. Diese Belastungen sind hauptsächlich auf die Verwendung der Stoffe in Flugzeugenteisungsmitteln und Geschirrspülmaschinenmitteln zurückzuführen. Auch in einigen untersuchten Proben einer Uferfiltration, die zur Trinkwassergewinnung genutzt wird, konnten Benzotriazole nachgewiesen werden. 1H-Benzotriazol und die beiden Tolyltriazol-Isomere unterscheiden sich maßgeblich in ihrer biologischen Abbaubarkeit. Da auch mit optimalen Betriebsbedingungen beim Einsatz von Membran-bioreaktortechnologie lediglich eine graduelle Verbesserung der Kläranlagenablaufqualität zu erzielen ist, wurden darüber hinaus auch physikalisch-chemische Behandlungsmethoden in Betracht gezogen. Ozonung und Elektronenbestrahlung zeigten eine umfassendere Entfernung als die biologischen Prozesse. Gedruckte Version im Papierflieger Verlag [http://www.papierflieger verlag.de] erschienen.
In this study the behaviour of persistent polar pollutants (P3) in conventional activated sludge treatment as well as advanced wastewater treatment technologies, namely membrane bioreactors (MBR) and advanced oxidation processes (AOP), were investigated. Two monitoring campaigns in various European countries showed that most of the investigated industrial chemicals were detected in all analyzed municipal wastewaters, as well as in many surface waters. Many of these compounds showed only moderate differences in influent and effluent concentrations which indicates poor biodegradability. During a long-term study of a MBR pilot plant operated at a municipal wastewater treatment plant in Berlin the potential of intensification of biological wastewater treatment was investigated, and thus the enhancement of effluent quality regarding P3. Therefore naphthalene sulfonates, benzothiazoles and benzotriazoles were investigated, which showed usually better removal in the MBR. The influence of operational conditions on removal efficacy was not significant. Furthermore the plant proved to be robust to disturbances and breakdowns. A new liquid chromatography tandem mass spectrometry method was developed for the rarely investigated group of benzotriazoles, which are used as corrosion inhibitors in industrial as well as domestic applications. They proved to be compounds with comparatively high single compound concentrations, which caused further investigations of other compartments of the water cycle. In the partially closed water cycle of the region Berlin only low concentrations were detected upstream of the city, whereas in wastewater influenced surface waters the concentrations increased explicitly. These loadings can mainly be attributed to the usage of these compounds in aircraft deicing fluids and dishwashing agents. In a few samples of bank filtration, which is used for drinking water production, benzotriazoles could be detected. 1H-benzotriazole and the two tolyltriazole isomers showed decisive differences in their biodegradability. Since even under optimal operational conditions with membrane bioreactor technology only a gradual enhancement of wastewater effluent quality is achievable, physicochemical treatment technologies were considered. Ozonation and electron beam irradiation showed a more comprehensive removal of P3 compounds than biological processes. Printed version avaiable from Papierflieger Verlag [http://www.papierflieger-verlag.de].
