Xylem und Wasserversorger entwickeln den ersten sequenziellen Oxidationsprozess für bromhaltiges Trinkwasser
Die bahnbrechende Lösung nutzt ein einzigartiges Verfahren, um die Nachhaltigkeit zu fördern, indem Mikroverunreinigungen im Wasser um bis zu 90 Prozent reduziert werden.
2005 startete der niederländische Wasserversorger Dunea, der 1,3 Millionen Menschen mit Trinkwasser versorgt, mit Xylem ein ehrgeiziges Forschungsprojekt. Das Versorgungsunternehmen wollte Mikroverunreinigungen in seinem Rohwasser reduzieren und gleichzeitig den Bromatgehalt deutlich unter den empfohlenen Grenzwerten halten. Bromat, ein potenziell krebserregender Stoff, kann sich bilden, wenn bromidhaltiges Wasser mit Ozon aufbereitet wird. Xylem und Dunea haben einen innovativen Weg gefunden, diese Herausforderung anzugehen.
Mikroverunreinigungen in Rohwasserquellen sind ein wachsendes Problem für Wasserversorger. Diese chemischen Stoffe stammen aus Industrie, Landwirtschaft, Haushalten und Krankenhäusern, sie können Pharmazeutika, Substanzen mit endokriner Wirkung, Körperpflegeprodukte, Industriechemikalien, Pestizide und Kontrastmittel umfassen, die in der medizinischen Bildgebung verwendet werden.
Vorsprung bei der Lösung eines wachsenden Mikroverunreinigungsproblems
Im Jahr 2005 stellten die Experten von Dunea eine Zunahme von Mikroverunreinigungen im Rohwasser des Versorgungsunternehmens fest. Obwohl die Konzentration von Mikroverunreinigungen im Hinblick auf Trinkwassernormen keinen Anlass zur Besorgnis darstellte, beschloss Dunea, massiv in die Entwicklung von Strategien und Lösungen zur Wasseraufbereitung zu investieren, um Mikroverunreinigungen zu reduzieren. Diese weitsichtigen Investitionen sollten dazu beitragen, die Anreicherung von Mikroverunreinigungen zu verhindern und die biologische Abbaubarkeit von Mikroverunreinigungen in Duneas Aufbereitungsanlage zu verbessern. Darüber hinaus sollten die Investitionen die Einhaltung eventueller, zukünftiger Trinkwasserverordnungen sicherstellen.
Mikroverunreinigungen können durch Ozonoxidation effektiv aus dem Wasser entfernt werden. Duneas Rohwasser enthält jedoch Bromid, das sich in giftiges Bromat umwandeln kann, wenn Ozon zur Wasseraufbereitung verwendet wird. Duneas Ziel war es, eine Lösung zu finden, um Mikroverunreinigungen zu eliminieren und die Bildung von Bromat um das 20-Fache unter den Wert zu senken, den die Weltgesundheitsorganisation (WHO) als trinkwassersicher definiert.
Die richtige Kombination von AOPs finden
Die erste Phase der Pilotstudie, die Xylem bei Dunea zwischen 2009 und 2011 durchführte, bestand darin, herauszufinden, welche Kombinationen moderner Oxidationsverfahren am besten geeignet waren, vier repräsentative Mikroverunreinigungen zu reduzieren.
Es gibt drei gängige, nicht auf Chlor basierende Verfahren, um Trinkwasser durch Oxidation aufzubereiten:
1. UV-Licht (UV)-AOP
2. Ozon oder Ozon-AOP
3. Kombination der Verfahren
Ziel all dieser Verfahren ist es, die Mikroverunreinigungen auf atomarer Ebene durch den Einsatz von Ozon oder Hydroxylradikalen zu entfernen. Die Hydroxylradikale ersetzen in den Mikroverunreinigungen bestimmte Atome oder fügen diesen andere hinzu, wodurch sie ihre toxischen Eigenschaften verlieren. Die Reaktionen laufen in Sekundenbruchteilen ab, danach sind die Hydroxylradikalen nicht mehr nachweisbar.
Beim UV-AOP-Verfahren wird das verunreinigte Wasser mit geringen Konzentrationen an Wasserstoffperoxid vermischt und mit starkem ultraviolettem Licht bestrahlt, um die Hydroxylradikale zu bilden. Bei einem Ozon-AOP-Verfahren wird außerdem Wasserstoffperoxid verwendet. Wasserstoffperoxid wird in das Wasser gemischt, dann wird Ozon hinzugefügt, wodurch sich Hydroxylradikale bilden.
Sicherstellen einer schnellen Reaktion von Ozon und Wasserstoffperoxid
Basierend auf den Ergebnissen der ersten Pilotphase konzentrierten sich Dunea und Xylem in der zweiten Phase auf die Anpassung der Ozon- und Wasserstoffperoxidmengen aus der ersten Pilotphase, während gleichzeitig die Bildung von Bromat unter Duneas Grenzwert gehalten wurde.
Bei der Zugabe von Ozon zu bromidhaltigem Wasser wird zunehmend mehr Bromat gebildet, je mehr Ozon zugegeben wird. Um die Bromatbildung zu minimieren, setzten Dunea und Xylem einen Ozon-Schlaufenreaktor mit sechs aufeinanderfolgenden Punkten ein, an denen Ozon eingedüst wird. Als Erstes wird dem Wasser Wasserstoffperoxid hinzugefügt. Dann durchläuft das Wasser den Reaktor, in dem Ozon an sechs Dosierstellen eingedüst wird. Dadurch wird das Verhältnis von Wasserstoffperoxid/gelöstem Ozon im Wasser erhöht, was die Bromatbildung begrenzt und zu einer effizienten Reduktion der Mikroverunreinigungen beiträgt.
Die Pilotstudie zeigte, dass sehr schnelle und effiziente Reaktionen von Ozon und Wasserstoffperoxid notwendig sind, um die Bromatbildung unter dem Dunea-Grenzwert zu halten. Während der Ozoneindüsung darf es keine Stellen geben, an denen das Ozon die Möglichkeit hat, mit Bromid zu reagieren. Basierend auf den Schlaufenreaktor-Experimenten entwickelten Dunea und Xylem den innovativen und einzigartigen DOP-Reaktor. Er hilft, die sofortige Reaktion zwischen Wasserstoffperoxid und Ozon sicherzustellen, um die Bromatbildung zu minimieren und Mikroverunreinigungen zu reduzieren.
Zwei moderne Oxidationsverfahren für bessere Wasserqualität
Nachdem das Wasser mit einem Ozon-AOP im DOP-Reaktor behandelt wurde, wird es mit dem restlichen Wasserstoffperoxid durch eine moderne, UV-Oxidationsstufe geleitet. Im UV-AOP werden Mikroverunreinigungen noch weiter reduziert. Da in einem auf Wasserstoffperoxid basierendem UV-AOP kein Bromat gebildet wird, ist dieses Verfahren eine ideale Ergänzung zum vorgeschalteten Ozon-AOP. Dieser sequenzielle Prozess sorgt für eine stärkere Reduktion der Mikroverunreinigungen und stellt eine zusätzliche Behandlungsstufe für schädliche Spurenstoffe und Krankheitserreger dar.
Die moderne Aufbereitungsanlage von Dunea umfasst einen Ozongenerator, den DOP-Reaktor, UV-Lampen und UV-Reaktoren, die alle von Xylem geliefert werden.
Installation eines innovativen AOP zur Reduktion von Mikroverunreinigungen
Die enge Zusammenarbeit zwischen Dunea und Xylem in der langfristigen Pilotstudie führte 2018 dazu, dass Xylem den weltweit ersten sequenziellen AOP zur Reduzierung von Mikroverunreinigungen und zur Begrenzung der Bromatbildung installierte.
Im Oktober 2018 wurde die neue Lösung auf den Prüfstand gestellt. Die bahnbrechende AOP-Serie schnitt extrem gut ab und reduzierte Atrazin (Herbizid) um 73 % und Ibuprofen um 90 %. Während der Grenzwert der Weltgesundheitsorganisation für Bromat bei 10 Mikrogramm pro Liter liegt, erreicht das neue AOP-Verfahren bei Dunea eine Bromatkonzentration von unter 0,5 Mikrogramm pro Liter. Darüber hinaus verbraucht die Niedrigenergielösung von Xylem nur 0,15 kWh/m³ Energie sowohl für den Ozon-AOP- als auch den UV-AOP-Prozess. Damit kann Dunea die Richtwerte für die Wasserqualität einhalten und die Energiekosten um 30 bis 50 Prozent senken.
Mit Xylems Unterstützung hat Dunea seine bestehende Aufbereitungsanlage dauerhaft gegen Mikroverunreinigungen widerstandsfähiger gemacht und eine innovative und nachhaltige Lösung für seine Gemeinde geschaffen. Mehr als 1,3 Millionen Menschen in den Niederlanden profitieren inzwischen von sauberem, gesundem Trinkwasser mit einer Qualität, die weit über den geltenden Trinkwasservorschriften liegt.
Erfahren Sie mehr über Xylems Lösung zur Entfernung von Mikroverunreinigungen