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T. Blume (76/160/EWG) eingehalten werden. Daher kommt auf einigen deutschen Kläranlagen (vorwiegend an Nord- und Ostsee) bereits heute eine nachgeschaltete Desinfektionseinheit zum Einsatz. Zusätzlich wurden in einigen Ländern und Gemeinden Programme ins Leben gerufen, z.B. das Sonderprogramm „Badegewässerqualität Obere Isar“ des Bayerischen Landesamtes für Wasserwirtschaft, um die mikrobiologische Qualität von Flüssen durch Desinfektion von Kläranlageneinleitungen nachhaltig zu verbessern. Dabei werden die Desinfektionsstufen üblicherweise nur in den Sommermonaten betrieben, wenn mit Badebetrieb zu rechnen ist. Weltweit stellen Chlorverbindungen das meist verbreitete Desinfektionsverfahren in der Abwasserbehandlung dar; in Deutschland, Großbritannien und zunehmend auch in den USA wird hingegen auf UV-Desinfektion gesetzt. Eine Vielzahl von Studien hat ergeben, dass die Wirksamkeit der eingesetzten Desinfektionsmethoden von der Konzentration der im Abwasser mitgeführten Feststoffe (AFS) abhängig ist (Narkis et al., 1995; Darby et al., 1993). Da Bakterien und Viren kaum frei, sondern zu über 90% partikelassoziiert im Wasser vorliegen (Örmeci, 2002), werden sie von den Feststoffen vor dem Angriff durch Desinfektionsmittel geschützt (LeChevallier et al., 1988). Aus diesem Grund hat sich der Betrieb von Filtrationseinheiten (üblicherweise Sandfilter) vor dem Einsatz des Desinfektionsmittels durchgesetzt. Auch wenn sich so die Feststoffe gut zurückhalten lassen, ist der Einsatz von Filtern nicht unproblematisch: sie sind teuer in der Errichtung und im Unterhalt, müssen aufgrund des häufigen Ausfallens durch Rückspülen mehrfach vorgehalten werden und neigen bisweilen zum Verstopfen. Ziel unserer Arbeiten ist es, den Filtrationsschritt zu vermeiden und stattdessen den Zulauf zur Desinfektionsstufe mit Ultraschall vorzubehandeln. Mit diesem Ansatz ist es möglich, die im Abwasser mitgeführten (Schlamm-)Agglomerate schon bei geringer Ultraschalldosis zu zerlegen und die mitgeführten pathogenen Keime freizusetzen, so dass sie der folgenden Desinfektionseinheit schutzlos ausgesetzt ist. Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass es möglich ist, allein mit niederfrequentem Ultraschall Abwasserproben zu hygienisieren: aufgrund der starken Scherkräfte werden die Zellwände der Bakterien durch die Beschallung zerstört und der Organismus dementsprechend inaktiviert (Neis und Blume, 2003). Da die Desinfektionsrate bei diesem Verfahren jedoch gering bzw. der Energieeintrag sehr hoch ist, scheint eine großtechnische Anwendung derzeit nicht sinnvoll. Vielmehr soll hier vorgestellt werden, in wie weit Ultraschall die Effizienz bewährter Desinfektionsverfahren verbessert, so dass sich der Gesamtenergieeintrag bzw. der Chemikalieneinsatz reduzieren lässt. Material und Methoden Die Abwasserproben wurden dem Ablauf des Nachklärbeckens der kommunalen Kläranlage Seevetal (nahe Hamburg) entnommen, die geringe Feststoffkonzentration (gemessen als abfiltrierbare Stoffe, AFS) variierte zwischen 5 und 10 mg/L. Um den Einfluss höherer AFS-Konzentrationen untersuchen zu können, wurde diese bei manchen Experimenten durch Zugabe von autoklaviertem Belebtschlamm entsprechend angehoben. Bei den Experimenten kamen unterschiedliche Ultraschallsysteme zum Einsatz. 80
Kombinierte Methoden mit Ultraschall zur Desinfektion von Abwasser Für die Laboruntersuchungen zum alleinigen Ultraschalleinsatz sowie in Kombination mit UV wurde eine Branson-Stabsonotrode verwendet (20 kHz, Sonotrodenspitzendurchmesser: 1,3 cm, Leistungsabgabe: 2-81 Watt). Bei dem UV-System handelte es sich um eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe (Hersteller: Pureflow Ultraviolet Inc.), die laut Hersteller 14 Watt aufnimmt und 3 Watt bei 254nm emittiert; die Lampe ist in eine röhrenförmige Durchflusszelle (300 mL) eingelassen, durch die das Medium parallel zur Lampe strömt. Bei der halbtechnischen Versuchsanordnung zur Kombination Ultraschall/UV auf der Kläranlage Seevetal wurde ein an der TUHH entwickelter 25-L-Pfropfenströmungsreaktor eingesetzt. Dieser ist bestückt mit fünf 1-kW-Sonotroden (Fa. Sonotronic), die mit 20 kHz arbeiten. Bei der UV-Einheit handelt es sich um ein ca. 2 m langes Gerinne (Fa. Wedeco) mit einem Volumen von 34 L: die vier in der Leistung regelbaren Quecksilberniederdruck-Strahler (max. Leistung: 250 Watt) sind parallel zur Strömungsrichtung angeordnet. Mit Hilfe von Aluminiumstreifen wurden 50% der Quarzrohroberflächen der Strahler abgeklebt, um nicht alleine durch UV eine absolute Desinfektion zu erreichen. Der behandelte Teilstrom des Kläranlagenablaufs ist zwischen 2 und 4 m³/h regelbar. Abbildung 1: Versuchsanordnung auf der KA Seevetal 81
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