Projekt 14996/02

Nachbewilligung von Fördermitteln für das Projekt AZ 14996/01 Entwicklung eines zweistufigen biologischen Verfahrens zur Reinigung von Deponiesickerwasser und industriellen Abwässern mit komplexen Stoffgemischen

Projektträger

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

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Märkische Entsorgungsanlagen-Betriebsgesellschaft (MEAB) wollte das von der ÖKOTEC Management GmbH im Rahmen des Projekts 14996 / 01 entwickelte Verfahren langfristig zur Behandlung von Sickerwasserkonzentraten aus einer zweistufigen Umkehrosmose-Anlage auf der Deponie Vorketzin einsetzen. Hintergrund waren Einsparungen gegenüber dem ursprünglich geplanten Transport des Kon-zentrats zur Eindampfungs- und Trocknungsanlage in Schöneiche. Ein Kooperationsvertrag mit der MEAB wurde angestrebt. Aufgrund der noch nicht abgeschlossenen Sicherungsmaßnahmen in Vorketzin wurde zunächst eine Pilotanlage auf der Deponie Schöneiche installiert, um die Effizienz des Verfahrens in Bezug auf die Rohsickerwasserbehandlung und die Reinigung von Sickerwasserkonzentraten zu überprüfen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der Zweistufen-Biologie werden in einer ersten Reinigungsstufe die bakteriell abbaubaren, organischen Verbindungen in den Festbettreaktoren 1 und 4 eliminiert. In den dazwischen liegenden Reaktoren 2 (Ammonium-Oxidation) und 3 (Denitrifikation) wird Ammonium aus dem Sickerwasser entfernt. Die organische Restfracht wird durch Nanofiltration aufkonzentriert und in einem Weißfäulepilzreaktor weiter degradiert. Die Pilzmetabolite werden in die erste Stufe zurückgeleitet und bakteriell verwertet. Das Permeat der Nanofiltration soll eingeleitet werden.
Das Verfahren soll im Labormodell weiter optimiert und auf den Pilotmaßstab übertragen werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die Konfiguration der Laborkläranlagen wurde weiter optimiert. Bei der Behandlung von Rohsickerwasser aus Schöneiche konnte die bakterielle Degradation der organischen Stoffe auf über 80 % und die Stickstoffeliminierung auf über 90 % erhöht werden. Gleichzeitig wurde das Verfahren ständig weiter vereinfacht und damit preisgünstiger. Vor allem im Bereich des Stickstoffabbaus konnten im Labormodell erhebliche Fortschritte erzielt werden. Der Metabolismus der aeroben Deammonifikation in einer speziell ausgelegten Ammonium-Oxidationsstufe erweist sich als der Weg zur Stickstoffreduzierung in stark ammoniumbelasteten Deponiesickerwässern (siehe auch Hippen et al., Korrespondenz Abwasser 12/1998). Aus stöchiometrischen Gründen wird maximal zwei Drittel des Ammoniums durch aerobe (!) Denitrifikation in Stickstoffgas umgesetzt (3 NH4+ + 3 O2 ? N2 ? + NO2- + 4 H2O + 4 H+). Das verbliebene Drittel Nitrit wird noch in der Ammonium-Oxidationsstufe zu Nitrat oxidiert und muss in einem nachfolgenden Reaktor denitrifiziert werden (anaerobe Umwandlung in Luftstickstoff).
Die Restfracht im Ablauf der ersten Stufe besteht zu ca. zwei Dritteln aus Humin- und Fulvosäuren (siehe auch Harms et al., Korrespondenz Abwasser 05/1999), die Bakterien nur extrem langsam abbauen. Bei der Schöneicher Rohsickerwasserbehandlung liegt der Ablauf-CSB allerdings nur um 100 mg/l (Grenzwert: 200 mg/l), so dass eine Nachbehandlung in einer zweiten Biostufe nicht erforderlich ist.
Werden Sickerwasserkonzentrate behandelt, steigt der Huminstoffanteil (Moleküle ab 900 Dalton) und damit die CSB-Belastung im Ablauf. Durch Nanofiltration (Trenngrenze ~ 300 Dalton) werden diese Stoffe Im Konzentratstrom angereichert, und 90 % des Sickerwassers kann als Permeat gemäß AbwV eingeleitet werden. Das Konzentrat wird in einer zweiten biologischen Reinigungsstufe behandelt, und die Abbauprodukte werden in die erste Stufe zurückgeleitet. In der Biostufe 2 verwerten Weißfäulepilze durch extrazelluläre Enzyme die aufkonzentrierten Huminstoffe. Die CSB-Reduzierung im Ablauf der Stufe 2 ist relativ gering, allerdings wurde nach Rückführung in die Bakterienstufe bislang keine Anreicherung von Huminstoffen im Ablauf der Biostufe 1 beobachtet (keine Zunahme des CSB bzw. der Eigenfärbung). Daraus folgt, dass die Pilze die Huminstoffe zwar nicht mineralisieren, aber so transformieren, dass die Bakterien der Stufe 1 die Stoffwechselprodukte nutzen können.
Im Schöneicher Deponiesickerwasser konnten sulfatreduzierende Bakterien nachgewiesen werden, die in Sickerwasservorlagen erhebliche Ausfällungen an Metallsulfiden verursachen (Reststoffproblematik). Durch Umrühren oder Belüften der Vorlage kann das Wachstum der obligat anaeroben Mikroorganismen verhindert werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Lange Nacht der Wissenschaften, Wissenschaftssommer Berlin 2001, FU Berlin 17.9.2001
DBU - Woche der Umwelt, Schloss Bellevue 3.5. bis 4.5.2002
Lange Nacht der Wissenschaften, Wissenschaftssommer Berlin 2002, FU Berlin 15.6.2002


Fazit

Bei der Behandlung von Rohsickerwasser aus Schöneiche wurden in den Laborkläranlagen alle Grenzwerte nach Anhang 51 der Abwasserverordnung (AbwV) zum Teil erheblich unterschritten. Der verfahrenstechnische Aufwand wurde minimiert. Die Verwendung von preisgünstigen Festbettreaktoren erlaubt den Wegfall der ursprünglich geplanten Mikrofiltration und verringert den Energie- und Wartungsaufwand. Für die Rohsickerwasserbehandlung reichen vier in Reihe geschaltete Festbettreaktoren aus. Erst wenn Sickerwasserkonzentrate behandelt werden sollen, muss die Huminstofffracht durch Nanofiltration aufkonzentriert und in einer zweiten Biostufe nachbehandelt werden. Die guten Reinigungsergebnisse und das Scale Up des Labormodells auf einen größeren Maßstab führte zum Abschluss eines Kooperationsvertrages mit der MEAB über den Betrieb einer Pilotanlage am Deponiestandort Schöneiche. Die MEAB wird sich maßgeblich an den Investitionskosten der Pilotanlage beteiligen. Ist der Pilotbetrieb erfolgreich, soll eine Anlage mit der hier entwickelten Konfiguration auf der Deponie Vorketzin errichtet werden.
Die Verhinderung des Wachstums sulfatreduzierender Bakterien in Sickerwasservorlagen führt zu einer erheblichen Reduzierung von problematischen Reststoffen (Metallsulfide), unabhängig von der darauf folgenden Behandlungsmethode. Auf der Deponie Schöneiche führte diese Maßnahme zu einer erhebli-chen Verbesserung des Betriebszustands der chemisch-physikalischen Behandlungsanlage, zu einem geringeren Materialverschleiß und Wartungsaufwand und damit letztendlich zu Kosteneinsparungen.