Projekt 18934/01

Erfassung der Anfallstellen und der Auswirkungen von schlamm- und fetthaltigem Industrie- und Gewerbeabwasser auf die öffentlichen Anlagen der Abwasserableitung und -behandlung sowie Erarbeitung von Vorschlägen für den umweltentlastenden Betrieb von Fett

Projektträger

Institut für Umweltanalytik und Technologie GmbHUWAT-Institut GmbH
Hofeweg 12
02730 Ebersbach
Telefon: 03586-3024-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Häusliche, insbesondere aber verschiedene industrielle (Fleischwirtschaft) und gewerbliche (Gemein-schaftsküchen, Gaststätten) Abwässer enthalten mehr oder weniger hohe Konzentrationen an emulgier-ten bzw. freien Fetten und Fettsäuren. Diese können unter bestimmten Umständen zu Schwierigkeiten bei der Abwasserableitung und -behandlung führen.
Ziel des Vorhabens war es, eine begründete Empfehlung über den notwenigen Einsatz von Vorreinigungsanlagen bzgl. des Fettgehaltes des Abwassers zu erarbeiten, wobei insbesondere das Verhalten von Fettemulsionen beim Fließvorgang des Abwassers im Kanalnetz und bei den Reinigungsvorgängen der biologischen Kläranlage betrachtet werden sollte.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst erfolgte eine Bestandsaufnahme über Betriebsstörungen durch Fette in Kanalisationsleitun-gen, Pumpwerken und Kläranlagen durch Befragung der Anlagenbetreiber und Auswertung eigener Un-terlagen.
Für die Bestimmung der emulgierten/nicht emulgierten bzw. abscheidbaren/nicht abscheidbaren lipophilen Stoffe wurden der Praxis nachempfundene Labormethoden entwickelt. Für die Bestimmung Beton-korrosion durch Fettsäuren wurde eine geeignete Methode erarbeitet.
Die Vorgänge im Kanalnetz wurden durch Labor-Batch-Versuche simuliert, wobei der Einfluss der Sielhäute, der an Fett angelagerten Mikroorganismen, der Turbulenzen (simuliert durch die Rührgeschwindigkeit), des pH-Wertes und der Einfluss von Tensiden analysiert wurde.
Die Ergebnisse der Batch-Versuche wurden durch Entnahme und Untersuchung von Proben aus unbe-einflussten Kanalisationsleitungen ohne Fremdzuflüsse über längere Strecken überprüft und gegen-übergestellt.
Die Zusammenhänge der Abscheidung von Fetten in Pumpwerken wurden ausführlich untersucht. Durch Entnahme und Untersuchung von Abwasserproben aus den einzelnen technologischen Einheiten wurde das Verhalten der emulgierten und freien Fette in der Kläranlage betrachtet. Es wurde ein Modell des Vorhandenseins der Fette in der Kläranlage aufgestellt und nachgewiesen, dass in einer bemerkenswerten Anzahl von Kläranlagen verhältnismäßig hohe Fettkonzentrationen im Zufluss vorhanden sind, die mit Sicherheit die Vorrausetzungen zur Blähschlammbildung in Belebungsbecken begünstigen. Ansatzweise erfolgte die Untersuchung der Betonkorrosion durch verschiedene Fettsäuren, wie sie in Abwasseranlagen auftreten können. Die Untersuchungen konnten jedoch aus Kapazitätsgründen nicht zum Abschluss gebracht werden. Eine Weiterführung wäre zu empfehlen.


Ergebnisse und Diskussion

Der Gehalt des Abwassers an Fetten in emulgierter und freier Form nimmt seit einigen Jahren ständig erheblich zu. Der Betriebszustand der Fettabscheideranlagen ist in den weitaus meisten Fällen zu bean-standen, da eine regelmäßige Kontrolle des Betriebszustandes nicht erfolgt. Freie Fette führen zu Ablagerungen in Kanalleitungen, Pumpwerken und Kläranlagen. Die Umsetzung von freien Fetten in Emulsionen und umgekehrt ist von pH-Wert, Tensidgehalt und Gesamtfettkonzentration abhängig.
Für die getrennte Erfassung von emulgierten/nicht emulgierten bzw. abscheidbaren/nicht abscheidbaren Fetten wurden Labormethoden entwickelt. Für letztere wurde ein geeignetes Trenngefäß konstruiert und als Gebrauchsmuster unter DGM 20 2004 003 864.1 beim DPA angemeldet.
Die Emulgierung/Desmulgierung der Fette im Abwasser hängt in der Reihenfolge ihres Einflusses von pH-Wert - Sielhautkonzentration - Tensidkonzentration - Rührzeit (Fließzeit) - Rührgeschwindigkeit (Fließgeschwindigkeit) ab. Die elektrische Leitfähigkeit (Salzgehalt) hat auf den Desmulgiervorgang ei-nen wesentlich geringeren Einfluss als der pH-Wert. Mit steigenden Gehalt an lipophilen Stoffen steigt die Emulsionsbereitschaft. Im praktischen Versuch konnte festgestellt werden, dass bei einer Fließgeschwindigkeit von 0,55 m/s ein Maximum der Emulsionsbildung auftritt. Bei höherer Fließgeschwindigkeit findet eine Desmulgierung statt.
Das Fördern von fetthaltigem Abwasser mittels Kreiselpumpen verändert im praktischen Betrieb das Verhältnis der emulgierten zu den nicht emulgierten Fetten praktisch nicht. Erst nach längerem Aussetzen des Abwassers auf die Kräfte in der Kreiselpumpe tritt eine wesentliche Emulgierung und damit Verminderung der Abscheidefreudigkeit der Fette ein. Im Pumpwerk finden nebeneinander Mischprozesse, Zerkleinerungs- und Agglomerisationsprozesse statt. Agglomerisationsprozesse treten vorzugsweise in runden Baukörpern auf. Dadurch wird freies Fett an den Wandungen des Pumpenschachtes abgeschieden und es kommt sehr schnell zu einer Verkrustung im Pumpwerk. Es wird deshalb empfohlen, von runden Schächten abzukommen. Ist das nicht möglich sollte die Kreiselpumpe asymmetrisch eingebaut werden. Durch längeren Pumpprozess wird die Versäuerung der Fette beschleunigt. Da die sich bildenden Säuren mehr oder weniger flüchtig sind, findet eine Deregulierung des pH-Wertes in die Nähe des Ausgangswertes statt.
In biologischen Kläranlagen werden lipophile Stoffe verhältnismäßig langsam abgebaut. Dadurch ist im Rücklaufschlamm mit einer Fettanreicherung zu rechnen, die wesentlich über dem Fettgehalt des Zulaufabwassers liegt. Die Konzentrationen an lipophilen Stoffen am Zulauf des Belebungsbeckens können schnell Werte um 100 mg/l und darüber erreichen. Es ist bei weiteren gegebenen Bedingungen mit großer Wahrscheinlichkeit mit Blähschlammbildung zu rechnen. Überhöhte Fettkonzentrationen im Zulauf können zur Schlammfaulung führen sowie zum Schäumen des Schlamms.
Die Korrosionsgeschwindigkeit des Systems Beton/organische Säuren konnte als gering definiert werden. Die wenigen durchgeführten Versuche lassen den Schluss zu, dass sich hier in der Regel eine Schutzschicht auf der Betonoberfläche bildet, die verhältnismäßig fest ist. Es wurden ausgewählte Säuren (Laurinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure und Ölsäure) und ausgewählte Betone eingesetzt. Die Aussagen sind jedoch nicht als signifikant einzustufen. Weitere Untersuchungen werden für notwendig gehalten.
In der Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass der Einleitung von Fett zukünftig größere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass aus Bäckereien mit Konditoreisparte und aus privaten Haushalten bisher wenig beachtete Fettmengen in das städtische Abwasser belangen, deren Einleitung weitestgehend vermieden werden sollte. Fettabscheider sollten deshalb zukünftig auch für größere Wohnkomplexe und Konditoreibetriebe vorgeschrieben werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Arbeit wurden der Fachzeitschrift Korrespondenz Abwasser (KA) des DWA e.V.
zur Veröffentlichung übergeben. Der Artikel erscheint in der KA im II. Quartal 2005.


Fazit

Fette verursachen in Abwasseranlagen mehr oder weniger intensive Störungen. Diesen sollte zukünftig mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. Durch Verminderung des Fettgehaltes im Abwasser können die Betriebskosten für Kanalisationsleitungen, Pumpwerke und Kläranlagen minimiert werden.
Fette werden im Belebtschlamm biologischer Kläranlagen angereichert und begünstigen die Blähschlammbildung. Deshalb sind alle Möglichkeiten einer Abwasservorbehandlung durch Fettabscheider zu nutzen. Als Sollwert für die Einleitung von lipophilen Stoffen im Abwasser in die städtischen Kanalisationen wird 100 mg/l vorgeschlagen. Dieser Wert ist bei guter Wartung in der Regel mit DIN-gerechten Abscheidern einhaltbar. Ausnahmen sollten toleriert werden.