Modernisierungsreport 2019/2020
Erfolgreiche Pestizidentfernung aus Trinkwasser

02.12.2019 Die Belastung des Rohwassers, beispielsweise durch Abbauprodukte aus landwirtschaftlicher Produktion, wird perspektivisch zunehmen. Um die Vorgaben der TrinkwV einhalten zu können, sind unter Umständen zusätzliche Aufbereitungsstufen erforderlich.

Bild 1 Saratech Hochleistungsadsorbenzien
© Foto: Blücher
Bild 1 Saratech Hochleistungsadsorbenzien
Die Verunreinigung des Trinkwassers durch Spurenstoffe, wie z. B. Pestizide oder deren Abbauprodukte (Metaboliten), ist in der Wasserversorgung angekommen und wird in Zukunft weiter zunehmen. Im gleichen Schritt werden die Anforderungen an die Qualität des Trinkwassers weiter steigen. Die Wirkstoffe aus dem landwirtschaftlichen Anbau, z. B. von Raps, Rübe und Getreide, gelangen über den Bodenkörper in die aquatische Umwelt und verunreinigen die Trinkwasserressourcen. Mit der heutigen Analytik sind diese Stoffe in Spuren, d. h. bis in den Mikro- und Nanogramm- Bereich nachweisbar. Gleichzeitig schreibt das Umweltbundesamt bestimmte Grenzwerte und gesundheitliche Orientierungswerte (GOW) für Trinkwasser vor.

In den konventionellen Schritten der Trinkwasseraufbereitung können viele der Metaboliten nur schwer oder überhaupt nicht entfernt werden. Daher ist ein geeigneter zusätzlicher Aufbereitungsschritt notwendig, wie z. B. die Adsorption an spezielle Aktivkohle.

Blücher’s Saratech Hochleistungsadsorbenzien (Bild 1) zeigen eine herausragende Effizienz in der Spurenstoffelimination. Mit dem patentierten Herstellungsverfahren lässt sich ein präzise einstellbares Porensystem mit hohen Porenvolumina und inneren Oberfl ächen bis zu 2.100 m²/g erzeugen, was die gezielte Adsorption bestimmter Stoffe, wie z. B. Pestizide und deren Metaboliten, ermöglicht. Die sphärische Aktivkohle wird aus einem synthetischen Material hergestellt, was eine konsistente und reproduzierbare Qualität garantiert. Saratech Adsorbenzien haben eine sehr hohe Reinheit, einen geringen Aschegehalt, herausragende mechanische Eigenschaften mit vernachlässigbarer Staubbildung und sind nach DIN EN 12915 für den Einsatz im Trinkwasser zertifiziert. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, anders als bei konventionellen Aktivkohlen, durch die Möglichkeit einer vielfachen Regenerierung ohne Einbußen hinsichtlich Adsorptionskapazität oder eines nennenswerten Masseverlustes.

Festbettfilter als Großpilot im Wasserwerk Hoya

Wie viele landwirtschaftlich geprägte Regionen sieht sich auch die Samtgemeinde Grafschaft Hoya mit Pestiziden und deren Metaboliten im Grundwasser konfrontiert. Das Trinkwassernetz wird von der Wasserversorgung Grafschaft Hoya betrieben und versorgt rund 11.250 Einwohner. Die technische Betriebsleitung erfolgt seitens der Purena GmbH, Wolfenbüttel. Die Versorgung erfolgt über eine Eigenförderung sowie über eine Weiterleitung von eingekauften Wassermengen.
Tab.1: Technische Spezifikationen des Großpiloten © Foto: Blücher
Tab.1: Technische Spezifikationen des Großpiloten

In einem gemeinschaftlichen Projekt zwischen der Purena GmbH, der Blücher GmbH und dem VFTV e. V. als wissenschaftliche Begleitung wurde am Wasserwerk Hoya im Juli 2018 ein Festbettfi lter als Großpilot in Betrieb genommen (Bericht in wwt Modernisierungsreport 2018 / 19). Mit diesem Großversuch soll die dynamische Entfernung der Pestizid- Metaboliten Metazachlor-OA (Oxalsäure) und Metazachlor-ESA (Sulfonsäure) sowie das Betriebsverhalten untersucht werden. Vorhergehende Laborversuche hatten bewiesen, dass Saratech Adsorbenzien im Vergleich zu konventioneller Aktivkohle weit höhere Rückhalteraten und ein deutlich besseres Durchbruchverhalten für diese Metaboliten zeigen.

Lange Standzeit und positive Betriebserfahrungen

Der Großpilot besteht aus einem Festbettfi lter mit Saratech Adsorbenzien, der als nachgeschalteter „Polisher“ hinter der Aktivkohle-Adsorptionsstufe (GAK) einen Teilstrom (Bypass) des Trinkwassers aufbereitet. Hierzu errichtete die Purena GmbH die für den Großpilot erforderlichen maschinentechnischen Anlagenteile und die Firma Blücher lieferte das Adsorptionsmaterial. Die technischen Spezifi kationen der Anlage sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
Bild 2 Großpilot mit Saratech Hochleistungsadsorbenzien am Wasserwerk Hoya © Foto: Blücher
Bild 2 Großpilot mit Saratech Hochleistungsadsorbenzien am Wasserwerk Hoya

Ein Jahr nach Inbetriebnahme hatten den Festbettfilter 90.000 BV durchströmt. In diesem Zeitraum wurde die vorgeschaltete GAK-Stufe dreimal getauscht, die Saratech-Stufe blieb unberührt. Der Saratech-Filter wurden während der gesamten Betriebsdauer nicht rückgespült. Des Weiteren blieben die Saratech-Adsorbenzien frei von biologischem Bewuchs und der pH-Wert blieb konstant.

Vergleich GAK und Saratech Adsorbenzien

In Bild 3 wird die Durchbruchskurve von Metazachlor-OA der GAK-Stufe (grün) und der Saratech Stufe (blau) gezeigt. Die Eingangskonzentrationen vor dem GAK-Filter liegen am Wasserwerk Hoya bei ca. 2 μg/l und überschreiten den GOW von 1 μg/l. Das Absinken der Kurve der GAK-Stufe auf null zeigt den GAK-Filterwechsel an.
Bild 3 Durchbruchskurven von GAK-Filter und Saratech-Filter für Metazachlor-OA und GOW © Foto: Blücher
Bild 3 Durchbruchskurven von GAK-Filter und Saratech-Filter für Metazachlor-OA und GOW

Die Durchbruchskurve der GAK-Stufe nimmt einen steilen Verlauf und überschreitet den GOW, während die Kurve der Saratech-Stufe deutlich flacher unterhalb des GOWs verläuft. Auffällig ist, dass die Saratech-Stufe nach 90.000 BV weiterhin eine signifi kante Reduktion für Metazachlor-OA zeigt, d. h. die Kapazität der Saratech Adsorbenzien ist noch nicht vollständig erschöpft. Die erfolgreiche Entfernung der Pestizid-Metaboliten aus Laborversuchen wurde somit bestätigt.

Mit zunehmender Standzeit wird die Reduktion (Fläche zwischen den Kurven) kleiner und die Durchbruchskurve der Saratech-Stufe wird nach jedem GAK-Filterwechsel steiler, folglich wurde der Saratech-Filter nach 90.000 BV getauscht. Die erschöpften Saratech- Adsorbenzien wurden aus dem Filterbehälter entnommen und zur Regenerierung in die Produktionsstätte der Blücher GmbH gebracht.

Nachhaltigkeit durch Regenerierungerschöpfter Adsorbenzien

Der Prozess der thermischen Regenerierung findet in einem Drehrohrofen bei hohen Temperaturen statt und erlaubt eine schonende Regenerierung ohne Verluste von Masse oder Adsorptionskapazität. Die adsorbierten Stoffe desorbieren von der Adsorbenzienoberfläche, werden zersetzt und die resultierenden Gase in einer thermischen Nachverbrennung behandelt, um die Einhaltung strengster Umweltauflagen zu garantieren. Regenerierte Adsorbenzien können vielfach wiederverwendet werden, was eine nachhaltige und umweltfreundliche Lösung darstellt.

Die regenerierten Adsorbenzien werden erneut in den Filterbehälter eingefüllt, um in der zweiten Versuchsphase ab Oktober 2019 eine gleichbleibende Entfernungsleistung der Pestizid-Metaboliten zu demonstrieren.

Trifluoressigsäure – Adsorption polarer Substanzen

Im Zuge des Betriebs des Großpiloten trat ein weiterer Stoff in den Fokus: Trifluoressigsäure (TFA). Dieser ist ein Metabolit der unter anderem aus Pestiziden entsteht, die für den Anbau von verschiedenen Nutzpflanzen wie
Getreide, Mais und verschiedene Gemüsesorten eingesetzt werden oder der als Industriechemikalie verwendet wird. Aufgrund der hohen Polarität ist TFA mittels herkömmlicher Aktivkohle nicht aus Trinkwasser zu entfernen. Im Großpiloten konnte eine signifikante Rückhaltung von TFA durch Saratech Adsorbenzien festgestellt werden. In weiteren Versuchen wird die Adsorption von TFA an Saratech Adsorbenzien näher untersucht. Ergebnisse dazu werden Ende des Jahres 2019 erwartet.

www.bluecher.com
www.purena.de

Beitrag aus wwt − wasserwirtschaft wassertechnik Modernisierungsreport 2019/20
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