Projekt 01826/01

Weiterführende Untersuchungen zur biologischen Ölschlammaufbereitung im Mietenverfahren und im Suspensionsreaktor

Projektdurchführung

Fachhochschule MünsterFachbereich BauningenieurwesenForschungsschwerpunkt Umweltschutztechnologienin der Wasser- und Abfallwirtschaft
Corrensstr. 25
48149 Münster

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Mikrobiologische Aufbereitung flotativ vorbehandelter Ölschlämme aus Leichtflüssigkeitsabscheidern und Schlammfängen im Mietenverfahren (durchgeführt von der FH Münster) und im Suspensionsreaktor (durchgeführt von der ITU). Vor dem Hintergrund der TA Siedlungsabfall war das Ziel, durch optimierte Verfahrensführung eine so weitgehende Kohlenwasserstoffreduzierung zu erreichen, dass die Ablage-rung auf einer Deponie der Klasse I bzw. die Verwertung von Teilströmen ermöglicht wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMietenverfahren:
Über 52 Wochen wurde in Mieten im technischen Maßstab und in Behältern flotativ schon vorbehandelte Ölschlämme mikrobiologisch aufbereitet. Dabei wurden verschiedene Varianten be-züglich der Korngröße und des zuzusetzenden Strukturmaterials getestet. Die äußeren Einflussgrößen, wie Temperatur, Wassergehalt, Nährstoffgehalt, sind optimiert worden. Die Belüftung erfolgte durch regelmäßiges Umsetzen. Der Kohlenwasserstoffabbau wurde durch ein regelmäßig durchgeführtes Analysenprogramm überwacht.
Suspensionsreaktor:
Die Versuche gliedern sich hier in 2 Teile, in Schüttelkolbenversuche (Labormaßstab) und Suspensionsreaktorversuche (halbtechnischer Maßstab). In Schüttelkolbenversuchen (250 ml Inhalt) werden einige maßgebliche Parameter, die den Abbau beeinflussen, untersucht: Einsatz verschiedener Ölschlammkornfraktionen, Zugabe von Tensiden, Zugabe von Nährmedien, Zugabe von Mikroorganismenisolaten. In den Suspensionsreaktoren (11 l Inhalt), die als Blasensäulenfermenter gestaltet sind, werden die nachfolgend aufgeführten Parameter variiert: Einsatz verschiedener Ölschlammkornfraktionen, Zugabe von Tensiden, Zugabe von Nährmedien, Zugabe von Mikroorganismenisolaten, Tem-peratur.


Ergebnisse und Diskussion

Mietenverfahren:
Die maximal erzielte KW-Reduzierung lag in den Mieten für die Kohlenwasserstoffe bei 78 % und für die extrahierbaren lipophilen Stoffe bei 60 %, während die Behälterversuche Abnahmen der Kohlenwasserstoffe um 89 % und der extrahierbaren lipophilen Stoffe um 69 % brachten. Bei allen Varianten zeigte sich, dass der Abbau der Kohlenwasserstoffe in deutlich höherem Maße erfolgte als der der extrahierbaren lipophilen Stoffe. Die Fraktionierung des Materials bewirkte sowohl für die Kohlenwasserstoffe als auch für die extrahierbaren lipophilen Stoffe eine Steigerung der Abbautätigkeit, wobei es für die zu erreichende Kohlenwasserstoffreduktion keinen Unterschied machte, ob die Siebung bei 100 µm oder bei 250 µm vorgenommen wurde. Der Zeitraum, innerhalb dessen dieser Maximalwert erzielt wurde, war dagegen bei der Fraktion > 250 µm am kürzesten.
Durch Zugabe von Strukturmaterial zu den Ölschlämmen ließ sich keine Steigerung der mikrobiellen Abbautätigkeit erzielen. Dabei zeigte sich weder bei den verschiedenen Strukturmaterialien noch bei den Fraktionierungsstufen ein Effekt. Ein Vergleich der nach der Versuchsphase erreichten Output-Werte der Versuchsmieten mit den Technischen Regeln der LAGA (Z 2) und der TA-Siedlungsabfall zeigt, dass die Einhaltung der nicht-organischen Parameter als unproblematisch anzusehen ist. Als weitaus kritischer sind die Werte der organischen Parameter zu beurteilen. Im Vergleich zu den Technischen Regeln der LAGA (Z 2) liegen der Kohlenwasserstoff-, der EOX-Wert und die Werte der PCB und PAK über den Grenzwerten. Der Vergleich mit der TASI zeigt, dass hier sogar die Vorgaben für die DKL. II in bezug auf die Werte für den Glühverlust, den TOC und die extrahierbaren lipophilen Stoffe im Feststoff und den TOC im Eluat nicht regelmäßig eingehalten werden können.
Eine Verwertung und auch eine Ablagerung der Ölschlämme auf einer Siedlungsabfalldeponie ist daher unter den gegebenen Voraussetzungen - Beginn der mikrobiologischen Aufbereitung mit einem relativ hohen Gehalt an Kohlenwasserstoffen und der hier praktizierten Behandlungsdauer im Mietenverfahren - nur für wenige Schlämme realisierbar. Um dennoch das Ziel einer Verwertung oder einer Deponierung zu erreichen, bestehen folgende Möglichkeiten: - Reduzierung der Ausgangsbelastung durch der Aufbereitung vorgelagerte Maßnahmen, - Flotative Vorbehandlung bis zu einem KW-Gehalt von max. 1 % TS mit anschließender mikrobiologischen Behandlung, wobei hier mehrere Varianten denkbar sind.
Suspensionsreaktor:
Schüttelkolbenversuche:
Die MKW-Reduzierung in den verschiedenen Versuchsvarianten beträgt nach 16 Tagen zwischen 46 % und 89 %. Diese Ergebnisse beziehen die Erhöhung des MKW-Gehalts in den Inputproben - bedingt durch die Tensidzugabe bei rund 100% - nicht mit ein. Sie wären unter Berücksichtigung dieses Effekts höher anzusetzen.
Suspensionsreaktorversuche:
Nach 6-wöchiger Aufbereitungszeit liegt die MKW-Reduzierung bei 90 % bis 96 % und wird bei 15-wöchiger Behandlungsdauer auf bis zu 98 % erhöht. Die Gruppe der extrahierbaren lipophilen Stoffe wird in etwas geringerem Maße um 88 % bis 93 % abgebaut. Die Reduzierung der PAK liegt bei 97 % (be-stimmt nach TVO) und bei 99 % (bestimmt nach EPA). Im Vergleich dazu wird der TOC (Gew.%) als Summenparameter für den gesamten organisch gebundenen Stoff lediglich um 82 % bis 87 % reduziert.Die Adaption zusätzlicher Mikroorganismenisolate führt zwar zu einer Erhöhung der Gesamtkeimzahl, die allerdings aufgrund der bisher vorliegenden Ergebnisse keine signifikant höhere Abbauleistung bedingt.
Die Versuchsvariante mit wesentlich geringeren Nährstoffzugaben und ohne Tensidzusatz weist im Vergleich mit den übrigen Varianten ähnliche Abbauleistungen auf. Während die bei 20°C betriebenen Reaktoren gegenüber denen, die mit 25°C temperiert werden, in den ersten Versuchswochen etwas höhere Abbauleistungen zeigen, können diese Unterschiede bei Versuchsende nicht festgestellt werden. Deutlich niedrigere Abbauraten zeigen die Varianten, die mit grobkörnigerem Material beschickt wurden. Im Versuchsverlauf hat sich herausgestellt, dass dieses Material bei den eingestellten Luftmengen nicht vollständig in Bewegung gehalten werden konnte. Neben der geringeren Oberfläche zur Besiedlung für Mikroorganismen, könnte die nicht optimierte Verfahrensführung diesen vergleichsweise niedrigen Abbau bedingen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Öl schwimmt oben, Teil 1 in Müll und Abfall 4/1995, S. 59-61
Öl schwimmt oben, Teil 2 in Müll und Abfall 2/1996, S. 34-37


Fazit

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass mit beiden Verfahren grundsätzlich eine biologische Aufbereitung von Ölschlämmen möglich ist, wobei im Suspensionsreaktor höhere Abbauwerte bei kürzerer Behandlungsdauer erreicht werden, die aber im wesentlichen auf einem vergleichsweise hohen Energieeinsatz beruhen. Zu beachten ist, dass beide Verfahren noch weiter zu optimieren sind. Es konnte veranschaulicht werden, dass bei entsprechender Optimierung eine Verwertung bzw. eine Deponierung auf einer Siedlungsabfalldeponie für beide Verfahren möglich erscheint.