Projekt 08945/01

Förderschwerpunkt Bioabfallverwertung (3): Freisetzung molekularer und feinpartikulärer biogener Substanzen aus Biofiltern

Projektdurchführung

Medizinische Universität zu LübeckInstitut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene
Ratzeburger Allee 160
23538 Lübeck

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Biofilter dienen der Beseitigung von Gerüchen, die aus Kompostieranlagen emittiert werden. Die Funktionen Adsorption der Geruchsstoffe an organisches Material und mikrobieller Abbau sind von den betrieblichen Randbedingungen der Filter abhängig. Um auch die saisonale Abhängigkeit von eingesetztem Bioabfall zu analysieren, sind ein Jahr lang an unterschiedlichen Messstellen Beprobungen (Luft- bzw. Materialproben) vorzunehmen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen finden ein Jahr lang an zwei Biofiltern unterschiedlicher Bau- und Betriebsweisen statt. In zweiwöchigem Abstand werden Proben vom Rohgas und vom Reingas und aus dem Filtermaterial entnommen. Die Prüfparameter sind: Konzentration und Arten von Bakterien und Pilzen, flüchtige organische Substanzen, die speziell von Mikroorganismen gebildet werden und Zellwandbestandteile von Bakterien und Pilzen (Endotoxin und Galactomanan). In der Probe des Filtermaterials werden im Labor (Ausgasung) die gleichen Parameter zur Charakterisierung der Eigenemission der Filter bestimmt. Bei der Probennahme werden alle wichtigen, vor Ort erfassbaren Betriebsgrößen protokolliert.


Ergebnisse und Diskussion

Bei dem offenen Flachbettbiofilter war der Wirkungsgrad luftgetragener Mikroorganismen < 1, d.h. die Abluft (Fortluft) enthielt höhere Pilzsporenkonzentrationen als die Zuluft. Hingegen ergab sich bei der gekapselten Biofilterbox ein Wirkungsgrd von 1,83 (für mesophile Schimmelpilze) bzw. 3,07 (für thermotolerante Schimmelpilze), d.h. in der Abluft des Biofilters wurde eine geringere Pilzsporenkonzentration nachgewiesen. Aufgrund der hohen Feuchte in der Biofilterbox ( @ 100 % R.F.) kam es ständig zu Kon-densationen in der Abluft. Durch die Kondensatwasserbildung wurde ein Teil der luftgetragenen Pilzsporen aus der Abluft ausgewaschen. Sowohl in der Abluft als auch Zuluft beider Biofilter waren die mesophilen Schimmelpilze dominierend. Der Hauptvertreter der thermotolerant wachsenden Schimmelpilzgruppe war Aspergillus fumigatus mit einer rel. Häufigkeit von 86% (Biofilterbox) bzw. 88% (90%) bei dem offenen Flachbettbiofilter.
Eine saisonale Abhängigkeit von Endotoxinen konnte bei beiden Biofiltern nicht beobachtet werden. Die Endotoxinkonzentration lag im Jahresmittel in der Umgebungsluft der Biofilterbox (Werkhalle) und auf dem offenen Flachbettbiofilter im Bereich von > 30 ng/m³ < 300 ng/m³ bzw. > 11 ng/m³< 110 ng/m³ . Die Ergebnisse nach dem LAL-Test zeigen sehr unspezifische Daten, so dass für die Untersuchung von aerogenen Bakterien in Biokompostieranlagen dieser Test nicht zu empfehlen ist. Die Galactomannan-Antigenkonzentration zeigte in der geschlossenen Halle (Biofilterbox) Spitzenwerten von > 700 ng/m³ und auf dem offenen Flachbettbiofilter Maximalwerte von annähernd 200 ng/m³.
In der Abluft aus der gekapselten Biofilterbox wurden wesentlich höhere MVOC/VOC-Konzentrationen gemessen als im Vergleich zum offenen Flachbettbiofilter. Die höchsten arithmetischen Jahresmittelwerte wurden für Dimethylsulfid (569 µg/m³; n=23) und für 2/3-Methyl-1-butanol (102 µg/m³; n =23) sowie für 2-Heptanon (69 µg/m³; n=23) im Reingas der gekapselten Biofilterbox erhalten. Hingegen wurden in der Abluft des offenen Flachbettbiofilters für Dimethylsulfid 186 ng/m³ (n=21), für 2/3-Methyl-1-butanol 588 ng/m³ (n=21) und für 2-Heptanon 1,4 µg/m³ (n=21) bestimmt.
Die statistische Auswertung nach dem Mann-Whitney-Test und t-Test zur Beurteilung der Biofiltereffizienz anhand von 14 MVOC/VOC-Substanzen ergab keine statistische Signifikanz zwischen Roh- und Reingas für die gekapselte Biofilterbox. Hingegen konnte bei dem offenen Flachbettbiofilter sowohl beim Mann-Whitney-Test als auch t-Test für einige Substanzen statistische Signifikanz (0,05 Niveau) nachgewiesen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse werden auf der wissenschaftlichen Tagung Abfallwirtschaft - Abluft 2001- an der TU Hamburg (5.- 6. November 2001) vorgestellt.


Fazit

Der offene Flachbettbiofilter emittiert in sehr hohen Konzentrationen mesophil und thermotolerant wachsende Schimmelpilzsporen, wobei die Abluft höhere Pilzsporen aufweist als die Zuluft. Ebenfalls werden hier sehr hohe MVOC/VOC-Konzentrationen freigesetzt. Zu empfehlen wäre bei direkter Begehung des Flachbettbiofilters eine Kombinationsmaske zu tragen (Partikel- und Adsorptionsfilter). Die Pilzsporenkonzentration in der Abluft der Biofilterbox wird durch Auswaschung mittels Kondenswasser reduziert. In der Abluft beider Filterarten wurde eine saisonalunabhängige Abnahme der MVOC/VOC-Konzentration nachgewiesen. Aus den Ergebnissen kann geschlussfolgert werden, dass die MVOC-Substanzen 2- Methyl-1-propanol, 2-Methylfuran und Dimethylsulfid sowie 2-Heptanon (VOC) als Indikatorverbindungen zur Überprüfung der Biofiltereffizienz geeignet sind.In der Umgebungsluft beider Biofilteranlagen sind nur Mikroorganismen der apathogenen Gruppe 1 (EU-Richtlinien 90/679 EWG bzw. Biostoffverordnung) oder der fakultativ pathogenen Gruppe 2 bestimmt worden. Das Auftreten von obligat pathogenen Erregern der Gruppe 3 (z.B. Salmonellen, E. coli) konnte in keiner Luftprobe nachgewiesen werden.