This study evaluated the combination of ozone and granular activated carbon (GAC) treatment for the removal of sulfide and disinfection byproduct (DBP) precursors in drinking water at the pilot-scale. The research conducted was performed at the Auxiliary (Aux) and Main Water Treatment Plants (WTPs) in Sanford, Florida. Both WTPs rely upon groundwater sources that contain total sulfide ranging from 0.02 to 2.35 mg/L and total organic carbon (TOC) ranging from 0.61 to 2.20 mg/L. The Aux WTP’s raw water contains, on average, 88% more sulfide and 24% more TOC than the Main WTP. Haloacetic acids (HAA5) and total trihalomethanes (TTHMs) comprise the regulated forms of DBPs. HAA5 are consistently below the maximum contaminant level (MCL) of 60 μg/L, while TTHM ranges from 70 to 110 μg/L, at times exceeding the MCL of 80 μg/L in the distribution system. Ozone alone removed total sulfide and reduced UV-254 by about 60% at the Aux Plant and 35% at the Main Plant. Producing an ozone residual of 0.50 mg/L prevented the formation of bromate while removing approximately 35 to 60% concentration of DBP precursors as measured by UV-254. Operating the GAC unit at an empty bed contact time (EBCT) of 10 minutes for the Aux Plant and 5.5 minutes for the Main Plant resulted in 75% and 53% of UV-254 reduction, respectively. The average 120 hour TTHM formation potential for the Aux and Main Plants were 66 μg/L and 52 μg/L, respectively, after treatment by ozone and GAC. GAC exhaustion was deemed to have occurred after seven weeks for the Aux Plant and eleven weeks for the Main Plant. The GAC columns operated in three phases: an adsorption phase, a transitional phase, and a biologically activated carbon (BAC) phase. The GAC adsorption phase was found to produce the lowest TTHMs; however, TTHMs remained less than 80 μg/L during the BAC stage at each plant. BAC exhaustion did not occur iv during the course of this study. Ozone-GAC reduced chlorine demand by 73% for the Aux Plant and 10% for the Main Plant.

Per- and polyfluorinated substances (PFAS) are used in many areas of application due to their many beneficial properties such as heat resistance. insulator and water- and oil repellent. PFAS containing products can often be found in landfills and their leachate. This study compares the two common treatment techniques granulated activated carbon (GAC) and anion exchange (AIX) for treating groundwater at a landfill site. The removal efficiencies of the PFAS found at the site were determined for both methods as well as the cost of treatment for removal efficiencies at 99, 95, 90, 85, 80 and 50 % for one cubic metre of groundwater. Twenty different PFAS were found and the removal efficiency of ∑PFAS ranged between 4 – 90 % for two stage GAC and 30 – 100% for AIX. Within the groups perfluoroalkyl carboxylic acid (PFCA) and perfluorosulfonic acid (PFSA), both methods were most efficient in removing long chains. PFSA generally had a higher removal efficiency than PFCA. The cost of removing PFAS was related to the removal efficiency. Since AIX had a higher removal efficiency the cost became lower, despite the filter media costing nearly seven times more than GAC’s. The costs of removing PFCA and PFSA were 3.1 – 32 and 2.3 – 6.5 euros/m3 groundwater for removal of 50 – 99% using AIX. For GAC, the cost could not be calculated for 99 % removal since the removal efficiencies were too low for the Lin and Huang adsorption model to work. For 50 – 95% removal the costs for PFCA and PFSA were 2.9 – 23.1 and 2.8 – 6.9 euros/m3 groundwater.

A stable mixed culture, deposited as ATCC 55644, previously shown to degrade petroleum hydrocarbons at relatively high concentrations was used as the source of inoculum. This culture was grown in Stanier’s minimal media, either in the presence of different concentrations of naphthalene, nitrobenzene and toluene (NNT) or naphthalene and toluene (NT) as the sole source of C and/or N. Results showed that the majority of the strains isolated from the mixed culture were able to grow in the presence of NNT or NT. A total of 20 different isolates were isolated from the mixed culture. Individual isolates were grown in Stanier’s minimal medium containing a single hydrocarbon as the source of carbon or carbon and nitrogen. Only one strain was found to grow solely in the presence of nitrobenzene as the source of C and N. Most of the other isolates were able to grow in the presence of naphthalene, toluene, acenaphthene, anthracene, fluoranthene and phenanthrene, n-dodecane, hexadecane, n-pentadecane, n-tetradecane, and n-octadecane. Planktonic and immobilized cells of the controlled mixed culture (ATCC 55644) were grown in separate Sequential Batch Reactors (SBR) using Stanier's media, to which naphthalene, nitrobenzene and toluene were added as the sole source of C and/or N. Biodegradation was determined by measuring the residual hydrocarbon in the SBR and the amount of trapped volatile organic carbon (VOC) and the evolved CO2. Gas chromatography data showed that immobilized cells were able to degrade NNT faster than the planktonic cells. This observation was confirmed by CO2 evolution. Over time the loading of hydrocarbon was significantly increased from a starting level of 400 ppm (Naphthalene), 100 ppm (Nitrobenzene), and 500 ppm (toluene), to a final level of 3000 ppm (Naphthalene), 400 ppm (Nitrobenzene), and 1600 ppm (toluene). While increasing nutrient loading, the frequency of re-feeding with hydrocarbons was changed from an initial re-feeding every 60 hrs to a final re-feeding frequency of 18 hrs. The experiments clearly showed that the attached, mixed microbial community was able to effectively and rapidly degrade high concentrations of hydrocarbons. This demonstrated the practical advantages of employing attached, mixed microbial cultures in a SBR.

The diploma thesis deals with micro-fuels in drinking water sources and their subsequent removal. In the thesis mainly pesticides and pharmaceuticals are described. The reader is first introduced to the most common pesticides occurring in water and their consumption. Drugs are described in a similar context. In addition, there are practical studies on the occurrence, degradation and removal of micro-pollutants from water. The final thesis is a laboratory experiment dealing with the removal of salicylic acid from water by filtration through the filtration material Bayoxide E33 and activated carbon. The thesis describes the procedure and results of the experiment.

Zur Entfernung von anthropogenen organischen Spurenstoffen werden bei der Wasseraufbereitung sehr oft Aktivkohle-Festbettadsorber eingesetzt. Dabei konkurrieren die organischen Einzelstoffe während des Adsorptionsprozesses mit dem adsorbierbaren Anteil der natürlichen Wasserinhaltsstoffe um die aktiven Zentren der Aktivkohle. Durch dieses Konkurrenzverhalten ist es sehr schwierig, für einen zu untersuchenden organischen Einzelstoff seine Entfernbarkeit mittels Aktivkohle abzuschätzen. Gleichzeitig werden der Liste der aus dem Wasser zu entfernenden Substanzen ständig neue Stoffe hinzugefügt. Deshalb wäre es wünschenswert, eine schnelle, einfache und kostengünstige Methode zu haben, mit der unter wasserwerksnahen Bedingungen die Entfernbarkeit eines organischen Einzelstoffs bei der Aktivkohlefiltration in einem Großfilter bestimmt werden kann. Da die bisher entwickelten Methoden nicht in der Lage sind, all diese Vorgaben zu erfüllen, sollte im Rahmen dieser Arbeit eine neue Methode zur Beurteilung der Entfernbarkeit organischer Einzelstoffe mittels Aktivkohlefiltration entwickelt werden. Es wurde ein Aktivkohle-Kleinfiltertest konzipiert und aufgebaut, der eine Einstufung von organischen Substanzen, die auf den Rückhaltepotenzialen von Aktivkohlefiltern basiert, ermöglichen soll. Um die Einstufung nach Sontheimer in trinkwasserrelevante und nicht-trinkwasserrelevante Substanzen vornehmen zu können, wurde ein spezielles Bewertungskonzept entwickelt, das auf die Aktivkohle-Kleinfiltertest-Durchbruchskurven der verschiedenen organischen Einzelstoffe angewendet werden kann. Da der Kleinfiltertest einfach und kostengünstig durchzuführen sein sollte, wurde bei der Auslegung des gesamten Versuchaufbaus darauf geachtet, dass nur Zukaufteile oder Teile verwendet wurden, die sich aus Glas fertigen ließen. Die Versuchsparameter wurden so gewählt, dass die Versuchsvorbereitung und -durchführung nicht zu zeit- und arbeitsintensiv ist. Als Standard für die Versuchsdurchführung wurde eine handelsübliche und in der Wasseraufbereitung weitverbreitete Kohlesorte (F 300) und als Matrix Leitungswasser verwendet. Die Filterzulaufkonzentration des organischen Einzelstoffs wurde auf 500 µg/l festgelegt. Durch verschiedene Vorversuche konnte gezeigt werden, dass der Aktivkohle-Kleinfilter die kinetischen Vorgaben erfüllt und es zu keinen unerwünschten Effekten wie Kanalbildung oder Randeinflüssen kommt. Die Validierung der neu entwickelten Versuchsmethode ergab, dass die Kleinfilter-Durchbruchskurven von Substanzen, deren Entfernbarkeit in Aktivkohlefiltern von Wasserwerken bekannt ist (1,1,1-Trichlorethan, EDTA, Trichlorethen, Atrazin, Isoproturon), plausibel sind. Die Durchbruchsreihenfolge und der Durchbruchsbeginn der einzelnen Substanzen im Kleinfilter waren identisch mit denen in einem Großfilter. Zudem war die Trennschärfe des Kleinfilters für die schlecht (1,1,1-Trichlorethan und EDTA), mäßig (Trichlorethen) und gut (Atrazin und Isoproturon) zu entfernenden Substanzen ausreichend, so dass eine Einstufung in Entfernbarkeitsklassen ohne Probleme vorgenommen werden konnte. Um die organischen Einzelstoffe aufgrund der mit dem Kleinfiltertest aufgenommenen Durchbruchskurven einstufen zu können, musste ein Kriterium für die Trinkwasserrelevanz nach Sontheimer gefunden werden, das sich direkt aus den Durchbruchskurven ableiten lässt. Es bot sich an, eine bestimmte Ablaufkonzentration, die nach einer bestimmten Versuchslaufzeit erreicht wird, als Kriterium festzulegen. Durch die Durchbruchskurven der Stoffe, die bei der Validierung des Kleinfiltertests zum Einsatz kamen, wurde das Kriterium bei einem 10%igen Durchbruch nach 15000 BVT festgelegt. Mit Hilfe des Bewertungskonzepts wurden verschiedene organische Einzelstoffe, deren Entfernbarkeit in einem Wasserwerks-Aktivkohleadsorber nicht oder nur unzureichend bekannt war, anhand der jeweiligen Kleinfilter-Durchbruchskurven eingestuft (MTBE, ETBE, Amidotrizoesäure, Iopamidol).

This dissertation describes electrochemical oxidation of Padan 95 SP on Boron-doped diamond (BDD) electrode mainly by •OH radicals (which was measured by indirect method, i.e: the formation of 2-Hydroxylterephthalic acid (2-HTA)), Electro-Fenton and the combination with adsorption technology for increasing total organic carbon (TOC) removal efficiency. In this study, the formation of 2-HTA on BDD electrode via the reaction between terephthalic acid (TA) and •OH as a method to quantify hydroxyl radical formation was investigated. The degradation of Cartap in Padan 95SP (95 % Cartap) on BDD was investigated. Operating parameters such as applied current density, types of electrolyte and initial concentration of Padan 95SP were varied in order to determine their effect on the degradation efficiency of Cartap. The concentration of Cartap was determined by UV-Vis spectroscopy according to 5,5-Dithiobis-(2-nitrobenzoic acid) (DTNB) procedure. High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC-MS) were used to characterize the commercial Padan 95SP and the formation of by-products. The optimal conditions for Cartap degradation by electrochemical process have been established: concentration of electrolyte: 0.05 M Na2SO4, initial concentration of Padan 95SP: 300 mg·L-1, pH = 3, current density: j = 20 mA·cm-2. At this condition, Cartap decreases to 41 %, TOC decay reaches 8 %. To increase TOC decay at higher Padan 95 SP concentration in aqueous solution, the combination technique of electrochemical process with other techniques was proposed, e.g.: Electro-Fenton technique, pre-oxidizing by NaOCl or the Electro-Adsorption combination. In the Electro-Fenton technique, we investigated the influence of factors such as the presence of NaOCl in pretreatment of process, affects of H2O2 concentration, Fe2+ dosage, co-catalysts metals ion and pH. The efficiency shows approximately 80 % of TOC removed at 700 mg·L-1 Padan 95 SP. The combination of electrochemical with adsorption method shows the efficient removals of TOC and Padan 95SP (95 % Cartap) based on reagents oxidation in electrochemical process and adsorption of granular activated carbon (GAC), respectively. The influence of factors such as supporting electrolytes, flow rate, bed height, recycling number as well as initial concentration were investigated in order to determine their effects on TOC removal. The efficiency of this combination shows approximately 75 % of TOC and more than 90 % of Cartap removed at 700 mg·L-1 Padan 95 SP. Fourier Transform Infrared (FT-IR) and (Brunauer–Emmett–Teller) BET surface analysis were applied to investigate GAC before and after usage. The results have shown that the application of electrochemical technique with other methods can be the potential option for treatment of wastewater containing Padan 95 SP. / Diese Dissertation befasst sich mit der Reduktion des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) aus wässriger Lösung, die Padan 95 SP enthält. Als Methoden zur Minimierung von TOC wurden die elektrochemische Oxidation von Padan 95 SP auf Bor-dotierter Diamant (BDD) Elektroden durch •OH Radikale, Elektro-Fenton und die Kombination mit Adsorptionstechnologien verwendet. Die •OH Radikale wurden dabei durch indirekte Methoden, z. B. die Bildung von 2-HTA gemessen. Zur Quantifizierung der Hydroxylradikalbildung wurde in dieser Studie die Bildung von 2-Hydroxylterephthalsäure (2-HTA) an BDD-Elektroden über die Reaktion zwischen Terephthalsäure (TA) und •OH untersucht. Weiterhin befasst sich die Arbeit mit dem Abbau von Cartap in Padan 95SP (95% Cartap) auf BDD über die Reaktion zwischen Cartap und Hydroxylradikalen. Betriebsparameter wie die angewandte Stromdichte, die Elektrolytarten und die Anfangskonzentration von Padan 95SP wurden variiert, um ihre Wirkung auf die Abbaueffizienz von Cartap zu bestimmen. Die Konzentration von Cartap wurde mittels UV-Vis-Spektroskopie mit dem 5,5-Dithiobis-(2-Nitrobenzoesäure) (DTNB) Verfahren bestimmt. Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) und Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC-MS) wurden verwendet, um das kommerziell erhältliche Padan 95SP und die Bildung von Nebenprodukten beim Abbau von Cartap zu charakterisieren. Die optimalen Bedingungen für die Cartap-Degradation durch den elektrochemischen Prozess wurden festgelegt: Konzentration des Elektrolyten: 0.05 M Na2SO4, Padan 95SP Anfangskonzentration: 300 mg·L-1, pH = 3, Stromdichte: j = 20 mA·cm-2. Unter diesen Bedingungen sinkt Cartap auf 41% und der TOC erreicht 8 % des jeweiligen Ausgangswertes. Um den TOC-Zerfall bei höher Padan 95 SP Konzentration in Wasser zu erhöhen, wurde die Kombination des elektrochemischen Prozesses mit anderen Techniken vorgeschlagen, z.B.: Elektro-Fenton-Technik, Oxidation mit NaOCl, oder die Kombination des elektrochemischen Prozesses mit einem Adsorptionsprozess. Bei der Elektro-Fenton-Technik wurde der Einfluss von Faktoren wieder Anwesenheit von NaOCl in der Prozessvorbehandlung, Auswirkungen der H2O2-Konzentration, Fe2+-Dosierung, Metallionen als Cokatalysatoren und der pH-Wert der Lösung untersucht, um die Wirkung auf die Abbau-Effizienz für Cartap zu bestimmen. Es konnten mit dieser Methode rund 80 % TOC, ausgehend von 700 mg·L-1Padan 95SP, entfernt werden. Die Kombination des elektrochemischen Prozesses mit einer Adsorptionsmethode ermöglicht eine effiziente Entfernung von TOC und Padan 95SP (95% Cartap). Dies basiert auf der Oxidation und anschließender Adsorption auf granularer Aktivkohle (GAC). Der Einfluss von Faktoren wie Leitelektrolyten, Flussrate, Betthöhe, Recyclingzahl sowie die Anfangskonzentration von Padan 95 SP wurde untersucht, um deren Auswirkungen auf die TOC Entfernung zu bestimmen. Durch die Kombination konnten so 75% desTOC und mehr als 90% Cartap bei 700 mg·L-1Padan 95 SP entfernt werden. Fourier-Transformations-Infrarot (FT-IR) und BET-Oberflächenanalyse wurden angewendet, um GAC vor und nach der Verwendung zu untersuchen. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Kombination des elektrochemischen Prozesses mit anderen Methoden eine potentielle Option für die Behandlung von Abwasser, das Padan 95 SP enthält, sein kann.

Zur Entfernung von anthropogenen organischen Spurenstoffen werden bei der Wasseraufbereitung sehr oft Aktivkohle-Festbettadsorber eingesetzt. Dabei konkurrieren die organischen Einzelstoffe während des Adsorptionsprozesses mit dem adsorbierbaren Anteil der natürlichen Wasserinhaltsstoffe um die aktiven Zentren der Aktivkohle. Durch dieses Konkurrenzverhalten ist es sehr schwierig, für einen zu untersuchenden organischen Einzelstoff seine Entfernbarkeit mittels Aktivkohle abzuschätzen. Gleichzeitig werden der Liste der aus dem Wasser zu entfernenden Substanzen ständig neue Stoffe hinzugefügt. Deshalb wäre es wünschenswert, eine schnelle, einfache und kostengünstige Methode zu haben, mit der unter wasserwerksnahen Bedingungen die Entfernbarkeit eines organischen Einzelstoffs bei der Aktivkohlefiltration in einem Großfilter bestimmt werden kann. Da die bisher entwickelten Methoden nicht in der Lage sind, all diese Vorgaben zu erfüllen, sollte im Rahmen dieser Arbeit eine neue Methode zur Beurteilung der Entfernbarkeit organischer Einzelstoffe mittels Aktivkohlefiltration entwickelt werden. Es wurde ein Aktivkohle-Kleinfiltertest konzipiert und aufgebaut, der eine Einstufung von organischen Substanzen, die auf den Rückhaltepotenzialen von Aktivkohlefiltern basiert, ermöglichen soll. Um die Einstufung nach Sontheimer in trinkwasserrelevante und nicht-trinkwasserrelevante Substanzen vornehmen zu können, wurde ein spezielles Bewertungskonzept entwickelt, das auf die Aktivkohle-Kleinfiltertest-Durchbruchskurven der verschiedenen organischen Einzelstoffe angewendet werden kann. Da der Kleinfiltertest einfach und kostengünstig durchzuführen sein sollte, wurde bei der Auslegung des gesamten Versuchaufbaus darauf geachtet, dass nur Zukaufteile oder Teile verwendet wurden, die sich aus Glas fertigen ließen. Die Versuchsparameter wurden so gewählt, dass die Versuchsvorbereitung und -durchführung nicht zu zeit- und arbeitsintensiv ist. Als Standard für die Versuchsdurchführung wurde eine handelsübliche und in der Wasseraufbereitung weitverbreitete Kohlesorte (F 300) und als Matrix Leitungswasser verwendet. Die Filterzulaufkonzentration des organischen Einzelstoffs wurde auf 500 µg/l festgelegt. Durch verschiedene Vorversuche konnte gezeigt werden, dass der Aktivkohle-Kleinfilter die kinetischen Vorgaben erfüllt und es zu keinen unerwünschten Effekten wie Kanalbildung oder Randeinflüssen kommt. Die Validierung der neu entwickelten Versuchsmethode ergab, dass die Kleinfilter-Durchbruchskurven von Substanzen, deren Entfernbarkeit in Aktivkohlefiltern von Wasserwerken bekannt ist (1,1,1-Trichlorethan, EDTA, Trichlorethen, Atrazin, Isoproturon), plausibel sind. Die Durchbruchsreihenfolge und der Durchbruchsbeginn der einzelnen Substanzen im Kleinfilter waren identisch mit denen in einem Großfilter. Zudem war die Trennschärfe des Kleinfilters für die schlecht (1,1,1-Trichlorethan und EDTA), mäßig (Trichlorethen) und gut (Atrazin und Isoproturon) zu entfernenden Substanzen ausreichend, so dass eine Einstufung in Entfernbarkeitsklassen ohne Probleme vorgenommen werden konnte. Um die organischen Einzelstoffe aufgrund der mit dem Kleinfiltertest aufgenommenen Durchbruchskurven einstufen zu können, musste ein Kriterium für die Trinkwasserrelevanz nach Sontheimer gefunden werden, das sich direkt aus den Durchbruchskurven ableiten lässt. Es bot sich an, eine bestimmte Ablaufkonzentration, die nach einer bestimmten Versuchslaufzeit erreicht wird, als Kriterium festzulegen. Durch die Durchbruchskurven der Stoffe, die bei der Validierung des Kleinfiltertests zum Einsatz kamen, wurde das Kriterium bei einem 10%igen Durchbruch nach 15000 BVT festgelegt. Mit Hilfe des Bewertungskonzepts wurden verschiedene organische Einzelstoffe, deren Entfernbarkeit in einem Wasserwerks-Aktivkohleadsorber nicht oder nur unzureichend bekannt war, anhand der jeweiligen Kleinfilter-Durchbruchskurven eingestuft (MTBE, ETBE, Amidotrizoesäure, Iopamidol).