Membrantechnik

Die direkte Elimination von Mikroschadstoffen gelingt nur mit Prozessen, die mit dichten Membranen betrieben werden, wie die Nanofiltration (NF) oder die Umkehrosmose (UO). In der kommunalen Abwasserreinigung ist die Anwendung dichter Membranen jedoch aufgrund mangelnder Betriebserfahrungen, der Problematik der Entsorgung des anfallenden Konzentrats sowie des hohen Energiebedarfs für den Betrieb der Prozesse derzeit als nicht geeignet einzustufen.

Prozesse mit porösen Membranen wie die Mikro- (MF) und Ultrafiltration (UF) können nur in Kombination mit anderen Verfahren zu einer Elimination von Mikroschadstoffen beitragen, da die Poren zu groß für eine Elimination der Schadstoffe sind. Hier sind insbesondere der Membranbioreaktor (MBR) mit und ohne Dosierung von Pulveraktivkohle (PAK) sowie eine kombinierte PAK / UF oder PAK / MF als 4. Reinigungsstufe zu nennen.

Der MBR, eine Kombination aus Belebungsbecken und Membranfiltration (MF oder UF) ist seit einigen Jahren vermehrt in der kommunalen Abwasserbehandlung zu finden. Die Membran wird zur Abtrennung des Schlamms von gereinigtem Abwasser eingesetzt, wodurch das Nachklärbecken entfallen kann. Das Verfahren ermöglicht, neben der Entkeimung des Abwassers, die Einstellung höherer Trockensubstanz (TS)-Konzentrationen im Belebungsbecken und eine etwas geringere Überschussschlammproduktion.

Im Vergleich zu konventionellen Belebungsbecken können sich mit dem MBR-Verfahren aufgrund des höheren Schlammalters höhere Eliminationsgrade für einzelne Mikroschadstoffe ergeben. Ergebnisse aus zahlreichen Forschungsprojekten zeigen jedoch, dass für die Mehrzahl der Mikroschadstoffe keine weitergehende Elimination zu verzeichnen ist. Ein alleiniger MBR ist daher als Verfahren mit der Zielsetzung Mikroschadstoffelimination ungeeignet.

Erfahrungen mit einem MBR ergänzt durch eine Ozonung und eine Aktivkohlefiltration im dezentralen Einsatz im Kreiskrankenhaus Waldbröl zeigen, dass für alle untersuchten Leitsubstanzen – mit Ausnahme der jodierten Röntgenkontrastmittel - eine sehr gute Elimination erzielt werden kann (Elimination in der Regel > 90 %). Eine nennenswerte Reduktion der jodierten Röntgenkontrastmittel konnte nur mit sehr hohen Ozondosen oder alternativ mit sehr kurzen Standzeiten für die Aktivkohlefilter erzielt werden. Beide Maßnahmen sind jedoch im vorliegenden Fall als unverhältnismäßig teuer zu bewerten.

Die Kombination des MBR mit simultaner Zugabe von PAK in das Belebungsbecken ist eine weitere Variante. Bei dieser Kombination werden die an der PAK adsorbierten Feststoffe durch die Membranen zurückgehalten. Grundsätzlich unterscheidet sich das Verfahren bezüglich seiner Eliminationsleistung jedoch nicht von der Dosierung von PAK in ein konventionelles Belebungsbecken. Zu beiden Varianten liegen derzeit sehr begrenzte Erfahrungen vor.  

Im Fall einer Dosierung von PAK in einer 4. Reinigungsstufe dient die poröse Membran dem Rückhalt der zuvor dosierten PAK.  Neben der sicheren Rückhaltung der dosierten PAK bieten Membranen gegenüber den konventionellen Rückhalteverfahren die Vorteile, die PAK weitergehend vermahlen zu können sowie eines praktisch vollständigen Rückhalts von Mikroorganismen. Feiner vermahlene PAK wiederum zeigt in aktuellen Forschungsprojekten gegenüber konventioneller PAK geringere notwendige Kontaktzeiten und eine bessere Ausnutzung der Kohle, so dass hier zukünftig Synergismen zu erwarten sind.