Projekt 13934/01

Entwicklung und Testung von Kompostreaktoren mit nachgeschaltetem bewachsenem Bodenfilter zur Reinigung organisch schwach belasteter, biologisch gut abbaubarer Sickerwässer in einer halbtechnischen Versuchsanlage

Projektdurchführung

Bauhaus-Universität Weimar Fakultät Bauingenieurwesen Professur Abfallwirtschaft
Coudraystr. 7
99423 Weimar

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Deponiesickerwässer sind je nach Art und Dichte des abgelagerten Materials, der Umsetzungen und biologischen Aktivitäten verunreinigt. In Thüringen z.B. sind Sickerwässer von Hausmülldeponien durch hö-here anorganische, aber geringe organische Belastung gekennzeichnet und biologisch gut abbaubar. Behandlungs- und Nachsorgekosten können auf Jahre hinaus erheblich sein. Für schwach belastete, biologisch gut abbaubare Sickerwässer wurde daher ein kostengünstiges Verfahren, bestehend aus Kompostfilter und Pflanzenbeet, vorgeschlagen und in einer halbtechnischen Versuchsanlage weiterentwickelt und getestet.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMit der halbtechnischen Versuchsanlage sollten unter praxisrelevanten Bedingungen die Funktionstüchtigkeit und das Langzeitverhalten der Verfahrenskomponenten Kompostfilter und Pflanzenbeet über einen Zeitraum von 18 (24) Monaten getestet und optimiert werden. Maßstab war der Anhang 51 der Abwasserverordnung. Die wöchentlichen und monatlichen Abwasseranalysen schlossen Rohsickerwasser-Chargen, Abläufe der Reaktoren und des Pflanzenbeetes ein. Ökotoxikologische Analysen erfolgten sowohl an den Wässern als auch am Pflanzenbestand und Bodenfilter. Diese wurden durch biometrische Untersuchungen der Pflanzen ergänzt.
Bezüglich der Stoffanreicherung im Bodenfilter wurden Bilanzierungen für ausgewählte Inhaltsstoffe (TOC, AOX, Nährstoffe, Schwermetalle) vorgenommen, um orientierende Angaben zur Einstufung des Bodenfilters als Abfall zu erhalten. Analysen am geernteten Pflanzenmaterial sollten das Akkumulationsvermögen der ober- und unterirdischen Teile aufzeigen.
Neben der Reinigungsleistung standen der Wasserdurchlauf in den Kompostreaktoren, die Stabilität und Lebensdauer der Füllungen, die Betriebssicherheit sowie mögliche korrosive Angriffe an verwendeten Materialien im Mittelpunkt der Untersuchungen.
Die maximal zu behandelnde Sickerwasser- Fracht sollte systematisch ermittelt werden. Das Pflanzenbeet wurde als Horizontalfilter betrieben.


Ergebnisse und Diskussion

Nach dem Wasserhaushaltsgesetz hat die Sickerwasserreinigung nach dem Stand der Technik zu erfolgen. Die Kosten für die Behandlung des Sickerwassers und im Rahmen der Nachsorgemaßnahmen können über Jahrzehnte und darüber hinaus > 100 DM / m³ betragen. Für die Reinigung von schwach belasteten Sickerwässern - mit dem Alter der Deponie zurückgehenden Konzentrationen und Nachsorgemaßnahmen - wurde ein kombiniertes Verfahren entwickelt. Es besteht aus einem Kompostfiltersystem mit nachgeschaltetem Bewachsenen Bodenfilter. Aufgrund der Spezifik der anfallenden Sickerwässer konnte in Vorversuchen eine optimale Auslegung der Anlage ermittelt werden. Das neu entwickelte Verfahren ist für noch arbeitende Deponien wie auch Nachsorgemaßnahmen von Interesse, da insbesondere der CSB- und TKN- Abbau eine Aufgabe für Jahrzehnte, u.U. Jahrhunderte bleiben wird. Mit der Deponiealterung gehen die Konzentrationen der problematischen (toxischen) Substanzen im Sickerwasser zurück. Hier kann das biotechnologische Verfahren als ökonomische Alternative ansetzen. Das modulare Anlagenkonzept gestattet einen hohen Grad an Standardisierung im Anlagenbau bei gleichzeitiger Flexibilität in der Auslegung hinsichtlich Sickerwasserdurchsatz.
Für die Entwicklung und Prüfung des Behandlungssystems wurde ein Pilotprojekt im halbtechnischen Maßstab auf einer Deponie in Thüringen realisiert. Über wöchentliche Feldmessungen konnten die Reini-gungsleistungen der Verfahrensstufen bestimmt werden. Innerhalb der Kompostfilter erfolgte eine NH4-N Elimination von 95 - 99,9% im wesentlichen durch Nitrifikationsprozesse, während in dem Bewachsenen Bodenfilter eine weitestgehende Denitrifikation stattfand. Der anorganisch relevante Stickstoff konnte bis zu 90% eliminiert werden. Der CSB- Abbau des Gesamtsystems betrug 65-85%. Die nach Anhang 51 zum Wasserhaushaltsgesetz geforderten Grenzwerte für Deponiesickerwässer wurden sicher eingehalten bzw. unterschritten. Die Filtermaterialien sowohl des Kompostfilter als auch Bodenfilters sind über die Kompostierung recyclefähig. Es kommt zu keinerlei toxischen Einlagerungen im Material. Das zweistufige Behandlungssystem ist kosteneffizient und kann für spezifische Standorte von noch arbeitenden wie auch geschlossenen Deponien, u.a. als Nachsorgemaßnahme zum Einsatz kommen.
Folgende zusammenfassende Ergebnisse können genannt werden:
1. Das kombinierte Verfahren mit Kompostfilter und Bewachsenem Bodenfilter stellt eine technische und ökonomische Alternative für die Reinigung schwach belasteter Deponiesickerwässer sowie für Nachsorgemaßnahmen dar.
2. CSB- und TKN (NH4-N)- Konzentrationen im Rohsickerwasser können bis zu 1000 mg/l betragen.
3. Bei einer täglichen Raumbelastung von 0,5 - 0.75 m³/m³ Reaktor sind Nitrifikation und ein partieller N- Abbau in den Kompostfilterstufen gegeben.
4. CSB und Stickstoff konnten entsprechend den Forderungen des Anhang 51 zum Wasserhaushaltsgesetz während der Sommer- wie Winterperioden stabil abgebaut werden, wobei die tägliche hydraulische Fracht des Bewachsenen Bodenfilters bei 20 - 100 l/m² lag.
5. Der nachgeschaltete Bewachsene Bodenfilter dient als notwendige Reinigungsstufe für den CSB und die Nährstoffe (Denitrifikation, Phosphoreliminierung). Für die partielle Eliminierung von Salzen ist diese zweite Reinigungsstufe essentiell.
6. Die Filter- bzw. Füllmaterialien können einer problemlosen Verwertung, z.B. über die Kompostierung, zugeführt werden. Es kommt zu keinen bedenklichen Akkumulationen im Kompost- bzw. Bodenfilter.
7. Die Kosten für die Behandlung schwach belasteter Sickerwässer belaufen sich auf ca. 10 DM / m³.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Kulle, E.-P., Schwerdtfeger, I.: Purification of low polluted landfill leachate with a combined technique consisting of compost filter and constructed wetland. SARDINIA Oct., 1-5, 2001, 8. Int. Waste Manag. and Landfill Symp., CISA Environ. San. Eng. Centre. Vol. II pp. 257-264.
- Kulle, E.-P., Bidlingmaier, W.: Stickstoffabbau in schwach belasteten Sickerwässern. Fachtagung Stand der Technik und Innovationen für die Praxis bei Bewachsenen Bodenfiltern, Celle, 26.09.2000.
- Messepräsentation Fachmesse ENTSORGA, Köln, Juni 2000


Fazit

Die neu entwickelte innovative Technologie mit Kompostfilter als erster Reinigungsstufe und nachgeschaltetem Bewachsenem Bodenfilter ist ein einfaches alternatives System für die Reinigung organisch gering belasteter Deponiesickerwässer, aber auch anderer Abwässer, mit hoher Effizienz und geringeren Kosten, als dieses für andere technische Systeme üblich ist. Der CSB-Abbau lag zwischen 65 -85%. Stickstoff konnte bis zu 90% eliminiert werden.
Das mehr als zweijährige Forschungsprojekt fand im Dezember 2001 seinen Abschluss. Mit dem neuen Verfahren kann ein effektiver Lösungsansatz für die dezentrale Sickerwasserbehandlung angeboten werden. Die gewonnenen Versuchsergebnisse und -erfahrungen bieten die notwendigen Voraussetzungen für den praktischen großtechnischen Einsatz.