Projekt 10539/01

Entwicklung eines Verfahrens zur Verringerung des refraktären CSB-Wertes in der betrieblichen Abwasserreinigung

Projektträger

ÖKOTEC Energiemanagement GmbH EUREF-Campus, Haus 13
Torgauer Str. 12 - 15
10829 Berlin
Telefon: 030/536397-30

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In dem Projekt wurden verschiedene verfahrenstechnische Kombinationen zur Reinigung von schwer abbaubaren ‚refraktären Verbindungen aus organisch hochbelasteten, gewerblichen Abwässern untersucht. Die Untersuchungen wurden mit Abwasser aus einer Emulsionsspaltanlage durchgeführt. Die leicht und schwer abbaubaren organischen Abwasserverbindungen wurden in zwei voneinander unabhängigen biologischen Stufen eliminiert. Die Trennung der Biologien erfolgte durch Membranfiltrationssysteme, die darüber hinaus die schwer abbaubaren Stoffe in einem Teilstrom so aufkonzentrierten, dass ihre biologische Degradation in der zweiten Stufe überhaupt erst möglich wurde. Die biologische Reinigung durch eine (immobilisierte) speziell adaptierte Biologie ermöglichte betroffenen Betrieben die Abreinigung hochbelasteter Abwasserkonzentrate mit einem kosteneffizienten Verfahren. Durch die erhebliche Wassereinsparung im Produktionsprozess, die Verringerung der Abwassermenge und des Verschmutzungsgrades des Abwassers sollte eine starke Entlastung der Umwelt erreicht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt beinhaltete folgende Vorgehensweise: Analyse des Abwassers, Inbetriebnahme der Modellkläranlagen, Vorversuche zur Anpassung von Belebtschlamm und speziellen Mikroorganismen an das Retentat aus der Nanofiltration (NF), die Optimierung der Mikrobiologie: Adaption von Belebtschlamm und von speziellen Mikroorganismen für die zweite Reinigungsstufe, die Etablierung des Monitorings für die Modellkläranlagen, die Bilanzierung der Effizienz der Verfahren zur weitergehenden Abwasserreinigung (Vergleich mit zweiter Stufe: biologisch und oxidativ), eine Kosten-Nutzen-Analyse und die Erstellung des Abschlußberichtes mit Präsentation.


Ergebnisse und Diskussion

Bei einer konditionierten Zweistufen-Biologie direkt am Standort müssen die Mikroorganismen, um zu überleben die Nährstoffe verwerten, die ihnen angeboten werden. Dies gilt sowohl für die erste als auch die zweite Reinigungsstufe. Vergleicht man das prozentuale Verhältnis der aerob kultivierten Spaltabwasserorganismen mit anderen Populationsprofilen aus industriellem Abwasser, so finden sich große Übereinstimmungen. Die Anteile der Gattungen ‚Acinetobacter, Pseudomonas, Xanthomonas, Citrobacter, Flavobacter und Alcaligenes an der Gesamtpopulation unterscheiden sich nur geringfügig von anderen Untersuchungen. Nach der Adaption an das NF-Konzentrat etablierten sich in der zweiten Biostufe die Gattungen ‚Flavobacter, Acinetobacter, Pseudomonas und Sphingomonas, die in dieser Kombination für den Abbau von Erdöl bekannt sind.
Die Abbauleistung der ersten Reinigungsstufe war unabhängig von der Spaltabwasserkonzentration und -zusammensetzung sehr effizient. In der ersten Reinigungsstufe wurden die organischen Spaltabwasserverbindungen um mehr als 90% eliminiert. Um mindestens 50% konnte der Rest-CSB bei Überschreiten einer Schwellenkonzentration von 400 mg/l in den aeroben Reaktoren der zweiten Stufe reduziert werden. Die effizienteste Reinigung von 63,9% wurde in einem belüfteten Suspensionsreaktor mit integrier- ten Immobilisierungskörpern erzielt. Bei Unter-schreiten einer CSB-Konzentration von 400 mg/l sanken die Abbauleistungen auch in den belüfteten Systemen auf unter 20%. Eine anaerobe Reduzierung des NF-Retentats gelang nur zu ungefähr 20%. Der Betrieb unbelüfteter Reaktoren wurde deshalb eingestellt. Auch die Koppelung eines unbelüfteten mit einem belüfteten Reaktor brachte keine nennenswerte Steigerung der Abbaurate in der zweiten Reinigungsstufe.
Die optimierte Zweistufen-Biologie kann das Spaltabwasser zu 95 bis 97% aufreinigen, wenn die Teilströme Ablauf 1 (NF-Permeat der Stufe 1) und Ablauf 2 (MF-Permeat der Stufe 2), entsprechend ihres Anteils am Gesamtvolumenstrom, zusammengefasst werden.
In Vorversuchen wurde Sickerwasser der MEAB-Deponie Schöneiche in einem Labormodell der ersten Reinigungsstufe der Zweistufen-Biologie behandelt. Die organischen Verbindungen konnten mit Ausnahme der AOX unter die Einleitwerte des Anhangs 51 der neuen Abwasserver-ordnung gesenkt werden. Die toxische Belastung wurde im Ablauf der ersten Biostufe auf eine Hemmung der Biolumineszenz und des Protozoenwachstums auf unter 20% bei einer Verdünnungsstufe von 1 : 2 gesenkt. Der Stickstoffumsatz sollte in zukünftigen Versuchen durch veränderte Durchflussraten und, falls notwendig, durch die Zugabe von Methanol optimiert werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Kontaktadresse:
Firma Ökotec Management GmbH, Elsenstraße 106, 12435 Berlin, Tel. 030/536397-0, Fax -90, Ansprechpartner: Herr Dr. Zschocke;
Internet: www.biologie.fu-berlin.de/agachazi oder www.oekotec.de


Fazit

Die Untersuchungen mit Abwasser aus einer Emulsionsspaltanlage zeigten, dass die Zweistufen-Biologie auch für betriebliche Abwässer anderer Branchen verwendet werden kann. Die geplante Umsetzung des zweistufigen Verfahrens in den halbtechnischen Maßstab zur Sickerwasserreinigung bedeutet daher auch einen Innovationsschub bei der Behandlung anderer gewerblicher Abwässer. Bis zu 90% eines betrieblichen Abwassers kann als Permeat der Nanofiltration für den Produktionsprozess zurückgewonnen oder zur Trinkwasser aufbereitet werden. Für den Export solcher Anlagen sind nach Einschätzung der Ökotec GmbH alle Länder von großem Interesse, bei denen die Wasserrückgewinnung in der Zukunft eine immer größere Rolle spielen wird.
Auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist offenbar gewährleistet. Bei gleicher biologischer Vorbehandlung kostet die weitergehende Reinigung von 80.000 m3 Abwasser pro Jahr nach den Berechnungen von Ökotec mit Aktivkohle 6,51 DM/m3, mit chemisch-physikalischer Oxidation 23,20 DM/m3 und mit einer biologische Nachbehandlung 1,92 DM/m3.
Die projektbegleitende und steuernde Einsetzung eines fachlichen Beirates, der aus Vertretern der Berliner Wasserbetriebe, der Berliner Stadtreinigungsbetriebe, der Universität Stuttgart, dem Umweltbundesamt, der Technischen FH Berlin, der Freien Universität Berlin, dem Forschungszentrum Karlsruhe und der Umweltstiftung bestand, hat sich im Ablauf des Projektes für die Ökotec GmbH sehr bewährt und sich im Ergebnis erfolgreich gezeigt.