Projekt 14996/04

Nachbewilligung zur Dritten Phase des Projektes: Entwicklung eines zweistufigen biologischen Verfahrens zur Reinigung von Deponiesickerwasser und industriellen Abwässern mit komplexen Stoffgemischen

Projektdurchführung

ÖKOTEC Energiemanagement GmbH EUREF-Campus, Haus 13
Torgauer Str. 12 - 15
10829 Berlin

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel der letzten Projektphase war es, mit einer Langzeit-Praxiserprobung das zweistufige biologische Verfahren zur Deponiesickerwasserreinigung als Stand der Technik zu etablieren und zu bilanzieren. Nach der Inbetriebnahme des Technikums am Deponiestandort Schöneiche ging es in der zwölfmonatigen Laufzeit des Projektes AZ 14996/04 in den Langzeitversuchen um die Validierung der Laborergebnisse im technischen Maßstab, die verfahrenstechnische Optimierung der Anlage und um eine damit verbun-dene mögliche Kostenreduzierung des Systems.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNach dem ersten Technikums-Probebetrieb wurde eine Reihe von Optimierungsmaßnahmen durchgeführt:
· der Umbau des Rohsickerwasserzulaufs,
· die Verwendung von Soda statt Bicarbonat für die Ammoniumoxidation in Reaktor 2,
· der Einsatz von Membrandosierpumpen mit integrierten Rückschlagventilen für die Zugabe von Soda und Essigsäure,
· der Einbau von zusätzlichen Polyurethan-Festbetten zur Vergrößerung der Oberfläche für die Besiedlung mit Mikroorganismen,
· die Einstellung des Sollwerts für Reaktor 4 auf einen pH-Wert von 6,5,
· ein Update der SPS-Steuerung der Nanofiltration zur freien Programmierung der Spülzyklen,
· der Einbau eines Absperrhahns vor den Nanofiltrations-Vorfilter
· und die Trennung des Nanofiltrationsablaufs vom Reaktoren-Sammelablauf zur Behälterleerung.
Es wurde sowohl Rohsickerwasser der MEAB-Deponie Schöneiche als auch Sickerwasserkonzentrat der Deponie Vorketzin behandelt.


Ergebnisse und Diskussion

Rohsickerwasser der Deponie Schöneiche wurde im Leistungsbetrieb über einen Zeitraum von knapp sieben Monaten im Technikum behandelt. Für den Stickstoffumsatz im Technikum ergibt sich folgendes Gesamtbild. Im ersten Versuchsdrittel waren sowohl die Ammoniumoxidation als auch die Denitrifikation unvollständig. Danach stieg die Ammonium-Oxidationsrate und die Denitrifkationsreaktion (Umsatz 75% - 85%). In der Endphase des Versuchs konnte Stickstoff nahezu vollständig umgesetzt werden (Umsatz 93% - 100%). Die Verwendung von Membrandosierpumpen für die Hilfschemikalien sowie der Einsatz von Soda für die Ammoniumoxidation haben sich als Verfahrensoptimierung bewährt.
Mindestens 78% bis 93% der organischen Inhaltsstoffe des Rohsickerwassers konnten drei Wochen nach Versuchsbeginn durch die Technikumsanlage eliminiert werden. Durch die Feinjustierung der Essigdosierung konnten gegen Ende des Versuchs der CSB-Grenzwert von 200 mg/l unterschritten werden; die Grenzwerte nach Anhang 51 für alle übrigen Parameter konnten eingehalten werden. Trotz der oben genannten Verbesserungsmaßnahmen zur Entlastung der Nanofiltration bewirkte die Kombination von hoher Salzfracht und Biofouling letztendlich zu niedrige Durchflussmengen; die in der Laborkläranlage vorhandene Filterwirkung des Festbetts aus Polyurethan wurde nicht erreicht.
Aufgrund der Baumaßnahmen in Vorketzin und der Behandlung mit einer zweistufigen Umkehrosmose war das Vorketziner Sickerwasserkonzentrat stark mit Calcium belastet. Das gelöste Calcium reagierte mit dem Soda für Reaktor 2 zu schwer löslichem Calciumcarbonat (Salzbildung). Nach einem Versuchszeitraum von zwei Wochen verblockte die Nanofiltration irreversibel und es kam zu einem Membrandurchbruch. Dies führte zum Versuchsabbruch.
Aus finanziellen Gründen mussten bei der Konfiguration des Technikums Kompromisse eingegangen werden. Der Einsatz von PVC-Festbetten erwies sich im Vergleich zu den PU-Festbetten der Labor-Kläranlage durch wesentlich glattere und kleinere Oberflächen als nachteilig. Dies führte zu folgenden Leistungseinschränkungen in der Sickerwasserreinigung:
Durch die geringeren Festbettoberflächen konnten sich weniger Mikroorganismen ansiedeln, was zur Reduzierung der Abbauleistung führte. Die durch Umwälzung und Belüftung auftretenden Scherkräfte bewirkten einen ständigen Biomasseabtrieb von den glatten PVC-Flächen. Die Nanofiltration wurde auch durch Biofouling belastet. Die Kombination von Biofouling und Salzfracht des Sickerwassers setzte die Permeatleistung der Nanofiltration herab; dadurch wurde ein Großteil des Sickerwassers im Kreis ge-führt. Da in den Reaktoren durch Titration unterschiedliche pH-Optima einzuhalten waren, stieg durch die Kreislaufführung der Verbrauch an Hilfsstoffen und die Salzbelastung. Die Permeatmenge sank auf 100 bis 150 l/d. Die Leitfähigkeit des Permeats lag im Leistungsbetrieb mit Schöneicher Rohsickerwasser bei 18 bis 25 mS/cm (Rohsickerwasser durchschnittlich 11 mS/cm). Alle Versuche wurden mit den drei Membranmodulen der Nanofiltrationsanlage 1 durchgeführt. Nanofiltrationsanlage 2 kam im Leistungsbetrieb nicht zum Einsatz, da das Permeat sich gelblich einfärbte und ein Membranriß vermutet wurde.
Eine Hochrechnung auf einen Großbetrieb führte aufgrund der niedrigen Permeatleistung der Nanofiltration von durchschnittlich 115 l/d zu völlig unrealistischen Reaktordimensionen. Ersetzte man das Technikums-PVC-Festbett durch ein PU-Festbett mit gleicher Oberfläche, reduzierte sich das Festbettvolumen von 2,23 m³ auf 0,26 m³. Auf dieser Basis wurde eine Großanlage für die Behandlung von 50 m³/d Deponiesickerwasser ausgelegt. Ökonomisch bedenklich war hierbei die Dimensionierung der Nanofiltration. Im Technikumsbetrieb bewirkte die Kombination PVC-Festbett und Nanofiltration eine Aufkonzentrierung der Salzfracht, wodurch sich die Kosten für die Hilfsstoffe in etwa verdoppelten.
Eine Kostenberechnung erscheint aufgrund der vorhandenen Datenbasis noch schwierig.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Es gab im Rahmen der Reihe Lange Nacht der Wissenschaften (17.09.2001, 15.06.2002, 14.06.2003) für die Berliner Öffentlichkeit Präsentationen; deutsch-thailändischer Forschungsaustausch am 05. Jui 2004; Tagung Dezentrale Abwasserreinigung im ZUK der DBU am 24./25.02.2003 in Osnabrück; Woche der Umwelt 03./04.06.2002 beim Bundespräsidenten Rau in Berlin; das Verfahren wurde im Rahmen von Marktsondierungen auch bei verschiedenen Firmen präsentiert (ROCHEM, Wehrle).


Fazit

Wegen der durchgeführten Optimierungsmaßnahmen ist es prinzipiell gelungen, das Schöneicher Rohsickerwasser gemäß Anhang 51 der Abwasserverordnung aufzureinigen. In Vorketzin wurde die organische Belastung über 70% und Stickstoff über 80% reduziert. Nach Rückgang der Calciumfracht sollte es zukünftig möglich sein, mit der Zweistufen-Biologie das Sickerwasserkonzentrat ausreichend zu reinigen, da organische Belastung und Stickstoffgehalt geringer als im Schöneicher Rohsickerwasser sind.
Um das Verfahren als Stand der Technik, vor allem für die Behandlung von Sickerwasserkonzentraten, zu etablieren, müssten die Laborvorgaben mit den Erfahrungen des Technikumsbetriebs kombiniert und in einer weiteren Versuchsreihe unter optimierten Bedingungen verifiziert werden.