Projekt 11007/01

Förderschwerpunkt Bioabfallverwertung (3): Behandlung von Überschußwasser aus der anaeroben Fermentation am Beispiel des ATF-Verfahrens unter Berücksichtigung verschiedener Substrate

Projektdurchführung

Haase Energietechnik GmbH
Gadelander Str. 172
24531 Neumünster

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die getrennte Erfassung von Küchen - und Gartenabfällen aus Haushalten wird derzeit in der gesamten Bundesrepublik eingeführt. Als Alternative zur alleinigen Kompostierung können Verfahren zur anaeroben Fermentation mit anschließender Nachkompostierung zur Behandlung organischer Reststoffe eingesetzt werden. Für den wirtschaftlichen Betrieb einer Vergärungsanlage ist es notwendig, dass auch sehr unterschiedliche Abfallarten, z.B. organische Abfälle aus Industrie- und Gewerbebetrieben, verarbeitet werden können. Dies kann zu einem Anfall von Überschusswasser führen, das aus dem Prozess ausgeschleust werden muss. Ziel dieses Vorhabens ist es, das Anwendungsspektrum von Vergärungsanlagen deutlich zu erweitern und gleichzeitig die Emissionen bei der Vergärung unterschiedlichster Abfälle weitestgehend zu reduzieren. Dafür soll im technischen Maßstab am Beispiel einer bestehenden Anaerobanlage (ATF-Versuchsanlage in Hamburg-Bergedorf), die mit verschiedenen, auch wasserreichen oder sogar flüssigen organischen Reststoffen beschickt wird, ein dezentrales Vorbehandlungs- bzw. Behandlungsverfahren für Vergärungsabwasser entwickelt werden, welches einen wirtschaftlichen Betrieb der Vergärung ermöglicht.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben gliedert sich in zwei Schwerpunkte, zum einen soll das Anwendungsspektrum von Vergärungsanlagen durch Vergärung unterschiedlichster, auch sehr feuchter Abfälle erweitert werden, zum anderen sollen die bei der Vergärung verschiedener Abfälle entstehenden Überschusswässer kostengünstig aufbereitet werden, so dass gereinigtes Wasser aus dem Prozess ausgeschleust werden kann, die Abwasserreinigungsrückstände jedoch prozessintern verwertet werden und nicht kostenintensiv entsorgt werden müssen. Das Überschusswasser soll in einer biologischen Abwasserreinigungsstufe, die nach dem Tauchtropfkörperprinzip arbeitet und in einer Membrananlage so aufbereitet werden, dass es in eine öffentliche Kläranlage oder ein Gewässer eingeleitet werden kann.


Ergebnisse und Diskussion

Als organische Reststoffe wurden Gemüsereste aus einem Gewerbebetrieb, Drank (Speisereste aus Großküchen) und Schlempe (aus einer Obstbrennerei) eingesetzt. Dies hat zur Folge, daß der Wassergehalt im Fermenter auf 80 bis 90% ansteigen kann.
Beim Einsatz der Co-Substrate ergibt sich ein wesentlich höherer Abbaugrad in der Anaerobstufe mit Werten bis zu 56% als beim alleinigen Einsatz von Bioabfall (ca. 30%). Dies wird auch anhand der höhe-ren Biogasproduktion mit 219 m3/Mg TS während des Einsatzes des Co-Substrates Gemüserest deutlich (Aufenthaltszeit ca. 21 d). Der in Bergedorf angelieferte Bioabfall besteht zu einem großen Teil aus Gartenabfällen und Strauchschnitt. Diese lignocellulosehaltigen Substrate sind nur langsam bzw. nicht vollständig unter anaeroben Bedingungen abbaubar. Aus diesen Gründen ist die Gasausbeute bei der alleinigen Vergärung von Bioabfall wesentlich geringer mit 94 l/kg TS (Aufenthaltszeit ca. 21 d).
Die Prozesswasserbehandlung in Hamburg-Bergedorf setzt sich aus dem Entwässerungsaggregat und der Prozesswasserreinigung mittels Tauchtropfkörper, Ultrafiltration sowie Umkehrosmose bzw. Nanofiltration zusammen.
Aufgrund sich nicht absetzender Schwebstoffe ist eine Ultrafiltration als erster Behandlungsschritt nach der Entwässerung unbedingt erforderlich. Die Untersuchungen zur Nanofiltration und Umkehrosmose ergeben einen hohen TOC bzw. CSB Rückhalt
(> 90%) sowohl für die Nanofiltration als auch für die Um-kehrosmose. Der Ammoniumrückhalt ist bei der Nanofiltration mit 21-37% wesentlich geringer als bei der Umkehrosmose (79-88%).
Der Vorteil der Nanofiltration (NF) gegenüber der Umkehrosmose ist der geringe Salzrückhalt. Bei Rückführung der NF-Konzentrate in den anaeroben Fermentationsprozess können sich somit keine negativen Auswirkungen auf die Gasbildung bzw. die Outputqualität des Anaerobmaterials ergeben. Neben dem geringeren Energieverbrauch ist dies ein weiterer Vorteil der Nanofiltration gegenüber der Umkehrosmose. Der geringere Ammoniumrückhalt der Nanofiltration wirkt sich nicht aus, da die NH4-N-Reduktion im Tauchtropfkörper erfolgt. Mit dem in Hamburg-Bergedorf eingesetzten Tauchtropfkörper konnte eine sichere Nitrifikation sichergestellt werden.
Zur Einhaltung der Direkteinleitungsbedingungen des 51. Anhangs der Rahmen-AwVwV stellt die Kombination Ultrafiltration, Biologie und Nanofiltration eine sinnvolle Variante dar. Wobei zur Einhaltung des Nges.-Ablaufwertes von 70 mg/l die Biologie als Nitrifikation mit Denitrifikation ausgeführt werden müsste.
Für eine Anaerobanlage mit einem Jahresdurchsatz von 11.500 Mg und einem relativ hohen Überschusswasseranfall von 400 l/Mg Input liegen die Kosten für die Prozesswasserbehandlung (Kombination Ultra- und Nanofiltration sowie Tauchtropfkörper) etwa bei 20,50 DM/Mg Input. Dies würde den Behandlungspreis der Anaerobanlage etwa um 11 bis 15 % pro Tonne Inputmaterial erhöhen. Diesen Mehrkosten stehen deutlich höhere Erlöse für die Behandlung problematischer Abfallchargen aus Industrie und Gewerbe gegenüber, so dass eine Prozesswasserbehandlungsanlage bei Kosten für die Überschusswasserbehandlung in der oben genannten Höhe kostendeckend arbeiten kann.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Verfahren wird durch die Firma Haase Energietechnik vermarktet und wird bei einschlägigen Messen und Tagungen, z. B. Anaerobe biologische Abfallbehandlung am 2./3.2.1998 in Dresden, präsentiert.


Fazit

Durch den Einsatz von Co-Substraten kann das Anwendungsspektrum von Vergärungsanlagen wesentlich erweitert werden. Die dadurch erforderliche Prozesswasserreinigung kann durch eine Kombination der Reinigungsstufen Ultrafiltration, Biologie und Nanofiltration relativ kostengünstig realisiert werden. Anfallende Konzentrate aus den Membrananlagen können intern verwertet werden.