Projekt 08819/01

Förderschwerpunkt Bioabfallverwertung (3): Behandlung von schadstoffbelasteten organischen Abfällen, insbesondere Biomüll – Ausschleusung und Entfrachtung organischer und anorganischer Schadstoffe

Projektträger

Universität Fridericiana Karlsruhe (TH)Institut für Siedlungswasserwirtschaft
Kaiserstr. 12
76128 Karlsruhe
Telefon: 0721/608-2457

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Kreislaufwirtschaftsgesetz, die TA - Siedlungsabfall und viele Ländergesetze geben die Verwertung der organischen Fraktionen in Siedlungsabfällen ausdrücklich vor. Bei einer flächendeckenden Sammlung der organischen Fraktion ist mit einem Jahresaufkommen von ca. 10 Mio. Mg zu rechnen. Um für diese Menge eine ausreichende Akzeptanz beim Abnehmer und einen entsprechenden Absatzmarkt zu finden, müssen sehr hohe Qualitätsstandards gesetzt und eingehalten werden. Damit diese Qualitätsstandards erreicht werden können, sind sowohl bei der Sammlung (Aufklärung, Kontrolle) als auch bei der Aufbereitung (Abtrennung von belasteten Teilströmen) geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Ziel dieses Vorhabens ist es, durch Berücksichtigung der Schadstoffeintragspfade, Verfahrenstechniken zur Schadstoffausschleusung in schon angewandte Aufbereitungsprozesse zu integrieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Verfahrensablauf stützt sich auf die erprobte und großtechnisch realisierte Kombination einer mehrstufigen Vergärung mit nachgeschalteten Kompostierung. Die betrachteten verfahrenstechnischen Erweiterungen sind:
- Abtrennung der partikulären Feinstfraktion (Stäube, => org. & anorg. Mikroschadstoffe...)
- Schwermetalleaching unter Ausnutzung der produzierten org. Säuren
- Ausschleusung der Schadstoffe Hauptaufgabe des Vorhabens ist es, die genannten Teilschritte bei unterschiedlichen Ausgangsmaterialien je nach Stufe bezüglich TS-Gehalt, pH-Wert, Energieeintrag Betriebsmitteleinsatz zu optimieren und so in den Prozess zu integrieren, dass der Einsatz von externen Betriebsmitteln (Säuren, Laugen, ...) minimiert werden kann.
Dazu werden zunächst alle Teilaggregate separat und im Anschluss im Gesamtverbund optimiert und auf einander abgestimmt.


Ergebnisse und Diskussion

Zur Untersuchung der Möglichkeiten Schadstoffabtrennung und Schadstoffausschleusung wurden folgende Eingriffsmöglichkeiten in die Prozessführung der Bioabfallbehandlung betrachtet.
· Trommelsiebung· Perkolationsstufe
· Schwermetalleaching
· Schwermetallabtrennung.
Das Untersuchungsprogramm wurde in zwei Bearbeitungsphasen untergliedert:
· Die Untersuchung, Optimierung und Bewertung der Einzelschritte /-aggregate
· Die Beurteilung der Effizienz der Kombination der Prozessschritte resp. der Gesamtanlage.
Die Untersuchung der Siebung als erste Prozessstufe zeigte, losgelöst vom Siebverfahren (nass oder trocken) und nahezu unabhängig von den betrachteten Schwermetallelementen charakteristische Verläufe der Beladungen in Abhängigkeit von den Korngrößenklassen. Festgestellt wurde ein Minimum an Belastung im Korngrößenbereich von etwa 1-4 mm. Zu den größeren Kornklassen hin war eine mäßige Zunahme und zu den kleineren Fraktionen eine stärkere Zunahme festzustellen.
Aus dieser Erkenntnis heraus wurde ein getauchtes Trommelsieb entwickelt. Die damit erreichte Klassierung (Trennkorngröße 1-2 mm und integrierte Dichtesortierung) bewirkt eine Aufteilung des Rohsubstrates in die Fraktionen Biomüll, Sandanteil und Schwebstoffe.
Der gewaschene Biomüll ist durch eine deutliche Beladungsverringerung auf ca. 60-80% gekennzeichnet.
Insgesamt ist festzustellen, dass bei einer Erhöhung der Trommeldrehzahl zwar ein Einfluß auf den Feststoffaustrag gegeben ist, der Schwermetallaustrag dadurch aber kaum mehr zu beeinflussen ist. Für alle Metalle und alle Trommeldrehzahlen ergibt sich ein Erwartungsbereich für den Schwermetallaustrag von etwa 40-70%.
Als nachfolgende, zweite Prozessstufe wurde ein Perkolationsreaktor untersucht.Zielsetzung war die Betrachtung der Hydrolysevorgänge und die Quantifizierung der damit erreichbaren Ausschleusungsgrade der Schwermetalle.
Die bei Aufenthaltszeiten von 3 bis 6 Tagen erzielten Ergebnisse reflektieren die Löslichkeiten der Schwermetallelemente. Im pH Bereich von etwa 4 bis 5, der sich aufgrund der biologischen Hydrolyse einstellte, konnten bei Zink und Cadmium 40% bzw. 43 % und bei den schwerer löslichen Elementen Blei und Kupfer etwa 5 % ausgeschleust werden.
Die aus der Biomüllwäsche und der Perkolations-/Hydrolysestufe anfallenden Abwässer sind hoch belastet. Diese wurden in einem Anaerobsystem (Kombination von Upflow Filtration und UASB mit Tonkugeln, resp. Kunststoff Raschid Ringen als Füllmaterialien) weiter behandelt.
Die Elimination der ungelöst vorliegenden Schwermetallfracht lag für beide Reaktorsysteme im Bereich von 45 bis 50 %. Die gelöst vorliegenden Komponenten konnten zu etwa 30 bis 45 % reduziert werden, womit eine signifikante Anlagerung der Schwermetalle an die Biomasse mit einem Gesamtwirkungsgrad von ca. 50 % nachgewiesen werden konnte.
Letztlich ist anhand der Resultate zu unterstreichen, dass als Beurteilungskriterium für die Behandlungs-ergebnissse anstelle der traditionellen Größe feststoffspezifische Schwermetallbeladung das aussage- kräftigere Kriterium der Nährstoff- zu Schadstoffrelation herangezogen werden sollte. Dies gerade vor dem Hintergrund der Zielvorgabe der Qualitätsverbesserung von Biomüll. Für die in diesem Vorhaben untersuchte Verfahrenskombination ist festzustellen, dass alleine die Integration der Trommelsiebung eine Verbesserung dieses Verhältnisses von etwa 15-40% zur Folge hat. Mit einer sich anschließenden Hydrolyse/Perkolation läßt sich eine weitere Qualitätsverbesserung auf etwa 25-50 bei P/Metall und 30-60 bei N/Metall erzielen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Schäfer, Markus; Hoffmann, Erhard; Hahn, Hermann H. (1998): Möglichkeiten der Ausschleusung von Schwermetallen aus Biomüll. In: Initiativen zum Umweltschutz. Schriftenreihe der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, Bd. 10.
· Schäfer, Markus, Hoffmann, Erhard (1999): Separating micro- pollutants from bio-waste using anaerobic treatment facilities. Proceedings of ORBIT 1999 Organic recovery and biological treatment, Part 1, p.307-312.
· Schäfer, Markus, Hoffmann, Erhard (1999): Pre-treatment of organic wastes using the hydrolysis step to leach heavy metals. In: Proceedings of the II international symposium on anaerobic digestion of solid waste (II ISAD-SW), Volume II, p 160-163, Barcelona, 15-17 June, 1999.
· Schäfer, M., Hoffmann E. (2000): Schadstoffe in Biomüll - Lokalisierung und Austragspotentiale, Entsorgungspraxis 4, April 2000, S. 15 bis 19.
· Schäfer,M., Hahn, H.H., Hoffmann, E, (2000): Nassmechanische Ausschleusung von Schadstoffen aus Bioabfall; Müll und Abfall, Heft 8, 2000
· Schäfer, M, Hahn, H.H., Hoffmann, E. (2000): Acid Extraction of Heavy Metals from Bio-Waste and Bio-Solids. In: Chemical Water and Wastewater Treatment VI, Hahn, H.H., Hoffmann, E., Odegaard, H.(Eds.), S.327-335, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York.


Fazit

Die verfahrenstechnische Machbarkeit und auch deren Effizienz konnte nachgewiesen werden. Auch unter Einbeziehung der Kostenseite als wesentlichem Kriterium zur Beurteilung der Marktchancen einer derart erweiterten Biomüllaufbereitung kann festgestellt werden, dass sich die Kosten in den Bereich bestehender Behandlungsketten in etwa einreihen. Für Variante Trommelsieb, Hydrolyse/ Perkolation und anaerobe Behandlung der anfallenden Wässer ergeben sich Kosten, die denen einer einstufigen Prozessführung entsprechen.

Übersicht

Fördersumme

239.376,63 €

Förderzeitraum

03.06.1996 - 31.12.1999

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Ressourcenschonung
Umwelttechnik