Maßnahmen zur Vermeidung von AOC-Erhöhungen bei der Aufbereitung reduzierter Grundwässer durch Schnellfiltration
Projektphase 1: Identifizierung der Prozesse der AOC-Erhöhungen in Abhängigkeit der betrieblichen Randbedingungen der Schnellfiltration
Projektleiter: Dr. Bernd Bendinger
Bearbeiter: Dipl.-Ing. Andreas Albers
Reduzierte Grundwässer werden in der Regel durch Belüftung und anschließende Schnellfiltration aufbereitet. Hierbei kommt es zu chemischen und biologischen Prozessen die zu einer Oxidation des gelösten Eisens und des Mangans führen. Zusätzlich erfolgt eine Erniedrigung der DOC-Konzentration.
Um für den Verbraucher eine Versorgung mit Trinkwasser einer stabilen mikrobiologischen Qualität (Keimfreiheit) sicherzustellen ist eine geringe Wiederverkeimungsneigung des Wassers am Ende der Aufbereitung nötig. Ein Maß für die Wiederverkeimungsneigung ist die Konzentration leicht verwertbarer organischer Verbindungen, gemessen als AOC nach van der Kooij.
Vorhergehende Untersuchungen zeigten in 11 von 29 untersuchten Wasseraufbereitungsanlagen, dass sich der AOC bei der DOC-Entfernung im Verlauf der Aufbereitung von Fe(II)-haltigem Rohwasser erhöhte [Korth, 2000]. Zusätzlich wurde von Könecke et al. [2004] in drei von vier untersuchten Wasserwerken eine AOC-Erhöhung mit zunehmender Filterbetriebszeit nachgewiesen, nachdem Fe(II) weitgehend entfernt wurde.
Es scheinen also zwei unterschiedliche Prozesse für die AOC-Erhöhung verantwortlich:
- Prozess 1 während der Oxidation von Fe(II) zu Fe(III)
- Prozess 2 unabhängig von der Fe(II)-Konzentration, jedoch abhängig von der Filterlaufzeit.
Der Prozess 1 ist chemischer Natur, vermutet wird eine Reaktion von OH-Radikalen, die während der Eisenoxidation entstehen. Der Prozess 2 kann zum einen durch mikrobielle Bildungsprodukte aus Biofilmen erklärt werden. Zum anderen ist eine durch Manganoxidoberflächen katalysierte Oxidation des DOC möglich. Diese beiden Prozesse werden systematisch untersucht.
Halbtechnische Versuchsanlage
In einem Wasserwerk wurde eine halbtechnische VersuchsÂanlage betrieben, um die Prozesse während der SchnellÂfiltration zu untersuchen. Es handelt sich um zwei hintereinander geschaltete FilterÂsäulen, die mit Rohwasser nach vorhergehender Belüftung betrieben werden. Die Säulen besitzen ProbenahmeÂstellen über die Filterbetttiefe und ermöglichen die Untersuchung der AOC-Erhöhung unter Variation verschiedener Parameter (FilterÂlaufzeit, SauerÂstoffgehalt, u.a.).
Konkurrierende Adsorption
Als maßgeblicher Mechanismus zur Beschreibung der Interaktion von DOC und dem Filtermaterial wurde die konkurrierende Adsorption von höhermolekularen Huminstoffen und niedermolekularen Säuren gefunden (Bild 2.3-1): in der frühen Phase der Filtration adsorbieren alle Fraktionen der organischen Wasserinhaltstoffe an den zu Verfügung stehenden Sorptionsplätzen. Sind diese belegt kommt es zur Desorption niedermolekularer Substanzen bei gleichzeitiger Adsorption der besser sorbierenden höhermolekularer Huminstoffe. Diese desorbierten niedermolekularen Substanzen können im Filterablauf die AOC-Konzentration erhöhen.
Der Effekt der konkurrierenden Adsorption war in allen Versuchen an der halbtechnischen Versuchsanlage sichtbar und scheint somit unabhängig von der Sauerstoffkonzentration des filtrierten Wassers aufzutreten.
Zusätzlich scheinen katalytisch-oxidative Prozesse die sorbierten Huminstoffe zu niedermolekularen Verbindungen zersetzen zu können. Hierzu werden zur Zeit weitere Versuche durchgeführt.
Mikrobiologische Verfügbarkeit des DOC
Die maximal mögliche Aufkeimung autochthoner Bakterien zeigte eine annähernd lineare Zunahme mit der Filterbetttiefe in Filtersäule 1. Dies lässt auf die Produktion von mikrobiell verwertbaren Substanzen im Filterbett schließen, welche über den Parameter AOC und das Aufkeimungspotential angezeigt werden können (Bild 2.3-2).
Bild 2.3-1: Konkurrierende Adsorption
Bild 2.3-2: Aufkeimungspotential in Abhängigkeit der Filterbetttiefe der ersten Filtersäule