TOPAS

Ziel des Projektes

In dem Vorhaben soll ein Adsorptionsverfahren mit integrierter elektrochemischer Oxidation und Regeneration als neue Alternative für eine Spurenstoffelimination auf kleinen und mittelgroßen Kläranlagen untersucht und mit alternativen Verfahrenstechniken verglichen werden.

Für die Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen der Größenklassen 4 und 5 stehen als erprobte Verfahren die Adsorption an Aktivkohle (GAK/PAK) und die Oxidation durch Ozon (O3) zur Verfügung. Beide Verfahren sind intensiv untersucht und werden bereits auf einer größeren Anzahl von Kläranlagen erfolgreich für die Spurenstoffelimination eingesetzt. Alternativen bestehen in oxidativen Verfahren, bei denen freie Hydroxyl-Radikale erzeugt werden, die die Spurenstoffe und im Abwasser enthaltene Reste kohlenstoffhaltiger Verbindungen weitgehend oxidieren. Ein neuerer Ansatzpunkt für kleinere Kläranlagen ist die bisher wenig erforschte Behandlung des gereinigten Abwassers in Retentionsbodenfiltern (RBF). Im Projekt TOPAS wird ein Verfahren getestet, welches die Adsorption und elektro-chemische Oxidation/Regeneration miteinander kombiniert.

Die Elektro-Oxidation in dem sogenannten Nyex-Verfahren verbindet die Adsorption von organischen Stoffen, gemessen als CSB (chemischer Sauerstoff-Bedarf) und Spurenstoffen an einem grafitbasierten Material mit einer elektrochemischen Oxidation/Mineralisierung der adsorbierten Stoffe in einer einzigen, modular aufgebauten Einheit. Die im Abwasser enthaltenen Spurenstoffe werden auf dem Grafitmaterial, welches nicht porös ist und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, angelagert und konzentriert. Gleichzeitig wird ein niedriger elektrischer Strom durch das Material geleitet, durch den die angelagerten Stoffe vollständig zu H2O, H2 und CO2 mineralisiert werden. Das Grafitmaterial wird hierdurch im Prozess regeneriert und steht kontinuierlich für die Spurenstoffelimination zur Verfügung. Im Gegensatz zu Aktivkohle ist kein Austausch oder eine externe Reaktivierung erforderlich. Der Personal- und Wartungsaufwand ist im Vergleich niedrig. Es ist keine regelmäßige Pflege wie bei Retentionsbodenfiltern nötig. Bei dem angedachten Einsatz auf kleinen kommunalen Kläranlagen mit Ausbaugrößen von unter 25.000 EW ist schließlich zu berücksichtigen, dass die investiven Kosten bei dem Einsatz einer Ozonung oder der Aktivkohleadsorption bei diesen Anlagen überproportional ansteigen. Der Investitionsbedarf der elektro-chemischen Oxidation ist demgegenüber niedrig, weil die Module standardisiert sind und vorgefertigt werden können. 

In dem Forschungsvorhaben werden sowohl labortechnische Versuche durchgeführt als auch eine halbtechnische Containeranlage auf der Kläranlage Hückeswagen betrieben. Mit dieser Anlage wird unter praktischen Bedingungen untersucht, ob und inwieweit die elektro-chemische Oxidation für eine weitgehend automatisierte Spurenstoffelimination aus dem Abwasser kleinerer kommunaler Kläranlagen betriebsstabil und mit hoher Reinigungseffizienz eingesetzt werden kann. Dabei ist insbesondere der Energieverbrauch des Verfahrens von Interesse, der nach aktuellem Kenntnisstand für deutlich höhere Betriebskosten verantwortlich wäre als beispielsweise eine Aktivkohlebehandlung. 

Die bisherigen Ergebnisse zeigen für ausgewählte Spurenstoffe mittlere bis sehr gute Eliminationsleistungen auch bei verringertem Energieeinsatz. Ab April 2025 wird eine technisch verbesserte Anlage in Hückeswagen eingesetzt um den Zusammenhang von Energiebedarf und Performance der Spurenstoffelimination intensiver zu untersuchen. Dabei werden die Anforderungen der neuen Kommunalabwasserrichtlinie für die Bewertung des Verfahrens mitberücksichtigt.