Projekt 08816/01

Förderschwerpunkt Bioabfallverwertung (3): Prozeßwasserreinigung und -minimierung bei der Vergärung von Bioabfall mit simultaner Schadstoffelimination

Projektträger

GE Water & Prozess Technologies Deutschland GmbH
Daniel-Goldbach-Str. 17 - 19
40880 Ratingen
Telefon: 02102-108-300

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der Nassvergärung von biogenen Abfällen fallen Überschuss- und Prozesswässer mit einem Fest-stoffgehalt von bis zu ca. 1 % TR an. Die Abwässer weisen für eine indirekte und direkte Einleitung über die hauptsächlich aus partikulären Anteilen resultierenden CSB- und BSB-Konzentrationen hinaus überhöhte Grenzwerte an Stickstoffverbindungen und Schwermetallen auf. Neben der Überschreitung der Grenzwerte wird bei der Rückführung der Prozesswässer zum Anmaischen des Roh-Bioabfalls bis zu 50 % der Schwermetallinputfracht über das ungereinigte Anmaischwasser in den Vergärungsprozess zurückgeführt. Hierdurch tritt eine erhebliche Verschlechterung des Gärproduktes auf. Ferner führt eine ü-berhöhte Stickstoffinputfracht zu toxischen Hemmungen im Gärreaktor. Hieraus resultierte als Ziel des Projektes die Adaption und Optimierung des ZenoGemâ-Verfahrens auf Prozesswässer von Vergärungsanlagen, um zum einen die Grenzwerte für eine direkte oder indirekte Einleitung des Überschusswassers zu gewährleisten und zum anderen die Prozesswässer an Schwermetallen zu entfrachten, wodurch die Gärproduktqualität gesteigert werden sollte. Ferner sollten abschließend Dimensionierungskriterien der Technologie für eine großtechnische Umsetzung erarbeitet und die Kosten einer Umsetzung in die Praxis ermittelt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen wurden in einer 3-strassigen halbtechnischen Versuchsanlage zur Bioabfallvergärung mit einer integrierten Prozess- und Überschusswasserreinigungsanlage nach der ZenoGemâ-Technologie durchgeführt. Hierbei kam das kleinste technische Modul der Fa. Zenon zum Einsatz, was somit einen späteren aussagekräftigen Scale-Up erlaubt. In 2 der 3 Versuchsstraßen erfolgte die Vergärung von Bioabfällen, die mit dem in der Zenon-Anlage gereinigten Prozesswasser angemaischt wurden, wohingegen die 3. Straße mit ungereinigtem Wasser beim Anmaischprozess betrieben wurde. Der Nachweis wurde durch Schwermetallbilanzen der einzelnen Prozessströme durchgeführt, die Verbesserung Gärprozesses erfolgte anhand der Parameter Gasertrag, Gaszusammensetzung und oTR-Gehalt im Gärprodukt sowie oTR-Abbaugrad. Die Optimierung der ZenoGemâ-Anlage wurde anhand der Beurteilung der Ablaufwerte (Stickstoff, Phosphor, Schwermetalle, CSB, BSB), des transmembranen Fluxes, des Schlammalters, der max. zulässigen Schwermetallkonzentration im Überschussschlamm, der Überschussschlammenge sowie der ggf. notwendigen Mengen zusätzlicher Prozessstoffe (Nährstoffe, C-Quelle) durchgeführt.


Ergebnisse und Diskussion

Die Untersuchungen zur alleinigen Überschusswasserreinigung mit dem ZenoGemâ-Verfahren haben gezeigt, dass die Grenzwerte des als Einleitemaßstab herangezogenen Anhangs 51 AbwV eingehalten werden. Voraussetzung für die Einhaltung der Anforderungen ist - aufgrund des schlechten BSB5/N-Verhältnisses im Abwasser - die Zugabe einer externen C-Quelle, um Gesamtstickstoffeliminationsleistungen von mehr als 75 % zu erreichen. Über alle anderen wichtigen Parameter wie Schwermetallablaufwerte, CSB, BSB, Phosphor, die sämtlich eingehalten werden, hinaus hat sich jedoch gezeigt, dass die zur Membranreinigung durchgeführte Spülung mit Hypochlorit unter ungünstigen Randbedingungen erhöhte AOX-Gehalte im Belebtschlamm und Permeat zur Folge haben kann, so dass diese gewählte Reinigungsmethode bei extremen Foulingproblemen auf der Membran weiterer Optimierungsmaßnahmen bedarf.
Im Hinblick auf die durchgeführte Prozesswasserreinigung zur Qualitätssteigerung der Gärrückstände bez. der Schwermetallgehalte zeigt sowohl der Vergleich der absolut bestimmten Schadstoffgehalte in den Gärprodukten, vgl. Abb.1, als auch angestellte Bilanzen, dass durch den Einsatz der ZenoGemâ-Prozesswasserreinigung eine erhebliche Gärproduktqualitätsverbesserung erreicht werden kann. Mit Ausnahme des Elementes Kupfer liegen bei allen analytisch bestimmten Schwermetallparametern die Schadstoffgehalte im Gärprodukt um 10 bis zu 72 % unterhalb derjenigen, die ohne eine Prozesswasserreinigung bei Rückführung ungereinigter Abwässer vorherrschen. Legt man die in den Bilanzen ermittelten Gärproduktqualitäten zugrunde, werden sogar bei allen Elementen Verbesserungen erzielt, die je nach Metall 14 - 75 % betragen, Werte, die durch Betrachtungen der gemessenen Konzentrationen in den Reaktoren (hier: Verbesserungen durch ZenoGemâ von 33 - 77 %) bestätigt werden. Weiterhin verdeutlicht die Gegenüberstellung der Schwermetallfrachten des zum Anmaischen zurückgeführten Pro-zesswassers bzw. Permeats, dass durch den Einsatz der ZenoGemâ-Technologie im Mittel 85 % weniger Schadstofffracht (vgl. Abb. 2) in den Prozess der Vergärung zurückgeführt, d.h. also über den Belebtschlamm, ausgeschleust wird.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

· Kurze Projektdarstellung im Rahmen des 2. Koordinationstreffens Bioabfallverwertung am 25.02.97 in der Geschäftsstelle der Deutschen Bundesstiftung Umwelt in Osnabrück
· Projektvorstellung als Poster auf der 1. Aachener Tagung Siedlungswasserwirtschaft und Verfahrenstechnik Möglichkeiten und Perspektiven der Membrantechnik bei der kommunalen Abwasserbehandlung und Trinkwasseraufbereitung am 30. Juni und 1. Juli in Aachen
· Vortrag auf dem 4. Saarländischen Abwassertag am 24. Juni 1998 über neue verfahrenstechnische Entwicklungen bei der Bioabfall- und Klärschlammbehandlung
· Vortrag auf dem DBU-Statusseminar Bioabfallverwertung am 25.-26.11.1998 in Osnabrück
· Projektvorstellung als Poster und Informationsblatt auf der IFAT 99 in München
· Vortrag auf der VDI-GVC-Tagung Abwasser- und Klärschlammbehandlung am 6.- 9. 9. 99 in Bremen


Fazit

Das ZenoGemâ-Verfahren erlaubt die Überschusswasserreinigung von Bioabfallvergärungsanlagen unter Berücksichtigung der Anforderungen des Anhangs 51 AbwV. Somit kann das Verfahren gerade bei größeren Vergärungsanlagen mit Behandlungskapazitäten über 25.000 Mg/a eine sehr wirtschaftliche Lösung zur Abwasserreinigung darstellen. Im Hinblick auf die Reinigung von zurückzuführendem Prozesswasser bewirkt die Integration des ZenoGemâ-Verfahrens eine Reduktion der Schwermetallgehalte im Gärrückstand von im Mittel 30 % bei ca. 7-10 % höheren Behandlungskosten je Mg Bioabfall.