Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Problemstellung:
Im Umweltzentrum der Dr. Lange GmbH fällt ein AOX-belastetes Abwasser an. Die Entfernung der AOX-Träger aus diesem Abwasser gestaltete sich sehr problematisch. Zusätzlich sind die Abwässer teilweise auch Cyanid belastet. Die enthaltenen Cyanidverbindungen sind hoch giftig und schwer abbaubar. Eine Reduktion der Cyanid-Fracht stellt damit ebenfalls eine wesentliche Verbesserung der Abwasserqualität dar. Die Integration einer nachgeschalteten Aktivkohle-Reinigungsstufe konnte keine sichere Grenzwerteinhaltung des Parameters AOX garantieren. Seit 1992 wurde nach einer Anlagentechnik gesucht, die eine Verbesserung dieses Zustandes versprach. Als guter Lösungsansatz erschien eine biologische Reinigungsstufe vor der Aktivkohlefiltration. Der erwartete Gesamtnutzen der Kombination Biologie/Adsorption umfasste nicht nur die reine AOX-Reduktion. Die einzelnen Ziele sind im folgenden dargestellt:
a.) 50% CSB-Reduktion, dadurch Entschärfung der Konkurrenzreaktion zwischen CSB und AOX (Verhältnis ca. 1000:1) an den Adsorptionsoberflächen der Aktivkohle.
b.) Sichere Grenzwerteinhaltung beim Parameter AOX.
c.) Eventuell biologische AOX-Elimination.
d.) Verbesserung der Abwasserqualität durch Reduktion der Abwassertoxizität.
e.) Abbau der organischen Cyanidverbindungen.
Im Verlauf dieser Arbeit werden zunächst die rechtlichen und wissenschaftlichen Grundlagen dargestellt. Im Anschluss werden die einzelnen Versuchsphasen beschrieben und die Ergebnisse beurteilt. Ein Vergleich der ursprünglichen Zielsetzungen mit den gefundenen Ergebnissen wird zu einem positiven Gesamtergebnis führen.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung und Problemstellung5
1.1Einleitung5
1.2Problemstellung6
2.Theoretische Grundlagen und Versuchsbedingungen7
2.1Theoretische Grundlagen7
2.1.1Rechtliche Grundlagen zur Abwassereinleitung7
2.1.2Der Summenparameter AOX als gesetzlich vorgeschriebener Grenzwert8
2.1.3Verfahren zur Behandlung AOX-haltiger Abwässer9
2.1.4Mikrobiologische Grundlagen11
2.1.4.1Stoffwechselprodukte des aeroben Abbaus11
2.1.4.2Biologischer AOX-Abbau16
2.1.4.3Biologischer Cyanidabbau18
2.2Versuchsbedingungen19
2.2.1Die Reagenzienaufbereitung im Umweltzentrum der Firma Dr. Lange GmbH19
2.2.1.1Firmenphilosophie der Firma Dr. Lange GmbH19
2.2.1.2Arbeitsabläufe im Umweltzentrum20
2.2.1.3Beschreibung der AOX-haltigen Teilströme23
2.2.2Technische Beschreibung der biologischen […]
Im Umweltzentrum der Dr. Lange GmbH fällt ein AOX-belastetes Abwasser an. Die Entfernung der AOX-Träger aus diesem Abwasser gestaltete sich sehr problematisch. Zusätzlich sind die Abwässer teilweise auch Cyanid belastet. Die enthaltenen Cyanidverbindungen sind hoch giftig und schwer abbaubar. Eine Reduktion der Cyanid-Fracht stellt damit ebenfalls eine wesentliche Verbesserung der Abwasserqualität dar. Die Integration einer nachgeschalteten Aktivkohle-Reinigungsstufe konnte keine sichere Grenzwerteinhaltung des Parameters AOX garantieren. Seit 1992 wurde nach einer Anlagentechnik gesucht, die eine Verbesserung dieses Zustandes versprach. Als guter Lösungsansatz erschien eine biologische Reinigungsstufe vor der Aktivkohlefiltration. Der erwartete Gesamtnutzen der Kombination Biologie/Adsorption umfasste nicht nur die reine AOX-Reduktion. Die einzelnen Ziele sind im folgenden dargestellt:
a.) 50% CSB-Reduktion, dadurch Entschärfung der Konkurrenzreaktion zwischen CSB und AOX (Verhältnis ca. 1000:1) an den Adsorptionsoberflächen der Aktivkohle.
b.) Sichere Grenzwerteinhaltung beim Parameter AOX.
c.) Eventuell biologische AOX-Elimination.
d.) Verbesserung der Abwasserqualität durch Reduktion der Abwassertoxizität.
e.) Abbau der organischen Cyanidverbindungen.
Im Verlauf dieser Arbeit werden zunächst die rechtlichen und wissenschaftlichen Grundlagen dargestellt. Im Anschluss werden die einzelnen Versuchsphasen beschrieben und die Ergebnisse beurteilt. Ein Vergleich der ursprünglichen Zielsetzungen mit den gefundenen Ergebnissen wird zu einem positiven Gesamtergebnis führen.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung und Problemstellung5
1.1Einleitung5
1.2Problemstellung6
2.Theoretische Grundlagen und Versuchsbedingungen7
2.1Theoretische Grundlagen7
2.1.1Rechtliche Grundlagen zur Abwassereinleitung7
2.1.2Der Summenparameter AOX als gesetzlich vorgeschriebener Grenzwert8
2.1.3Verfahren zur Behandlung AOX-haltiger Abwässer9
2.1.4Mikrobiologische Grundlagen11
2.1.4.1Stoffwechselprodukte des aeroben Abbaus11
2.1.4.2Biologischer AOX-Abbau16
2.1.4.3Biologischer Cyanidabbau18
2.2Versuchsbedingungen19
2.2.1Die Reagenzienaufbereitung im Umweltzentrum der Firma Dr. Lange GmbH19
2.2.1.1Firmenphilosophie der Firma Dr. Lange GmbH19
2.2.1.2Arbeitsabläufe im Umweltzentrum20
2.2.1.3Beschreibung der AOX-haltigen Teilströme23
2.2.2Technische Beschreibung der biologischen […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 4632
Rembges, Stefan: Einarbeitung einer Scheibentauchkörperanlage / Stefan Rembges -
Hamburg: Diplomica GmbH, 2001
Zugl.: Krefeld, Fachhochschule, Diplom, 1998
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3
Abkürzungen
AbwV
Abwasserverordnung
AOX
Absorbierbare organische Halogene
ATP
Adenosintriphosphat
ATV
Abwassertechnische Vereinigung e.V.
BimSchG
Bundes-Immissionschutzgesetz
BSB
5
Biologischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen
Ca
Calcium
CSB
Chemischer Sauerstoffbedarf
DOC
Gelöster organisch gebundener Kohlenstoff
EWG
Einwohnergleichwert
K
Kalium
Mg
Magnesium
N
Stickstoff
NAD
Nicotinamidadenindinucleotid
P
Phosphor
StUA
Staatliches Umweltamt
TIC
Gesamter anorganisch gebundener Kohlenstoff
TOC
Gesamter organisch gebundener Kohlenstoff
WHG
Wasserhaushaltsgesetz
4
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung und Problemstellung
5
1.1 Einleitung
5
1.2 Problemstellung
6
2. Theoretische Grundlagen und Versuchsbedingungen
7
2.1 Theoretische Grundlagen
7
2.1.1 Rechtliche Grundlagen zur Abwassereinleitung
7
2.1.2 Der Summenparameter AOX als gesetzlich
vorgeschriebener Grenzwert
8
2.1.3 Verfahren zur Behandlung AOX-haltiger Abwässer
9
2.1.4 Mikrobiologische Grundlagen
11
2.1.4.1 Stoffwechselprodukte des aeroben Abbaus
11
2.1.4.2 Biologischer AOX-Abbau
16
2.1.4.3 Biologischer Cyanidabbau
18
2.2 Versuchsbedingungen
19
2.2.1 Die Reagenzienaufbereitung im Umweltzentrum der Firma
Dr. Lange GmbH
19
2.2.1.1 Firmenphilosophie der Firma Dr. Lange GmbH
19
2.2.1.2 Arbeitsabläufe im Umweltzentrum
20
2.2.1.3 Beschreibung der AOX-haltigen Teilströme
23
2.2.2 Technische Beschreibung der biologischen Reinigungsstufe
25
2.2.2.1 Behälter, Pumpen und Rohrverbindungen
25
2.2.2.2 Steuerung der biologischen Reinigungsstufe
31
3. Versuchsdurchführung
33
3.1 Eingliederung der biologischen Reinigungsstufe
33
3.1.1 Genehmigungsantrag
33
3.1.2 Erfüllung der im Genehmigungsantrag erteilten Auflagen
34
3.1.3 Planung und Aufbau der biologischen Reinigungsstufe
35
3.1.4 Inbetriebnahme der biologischen Reinigungsstufe
36
5
3.2 Versuchsplanung
36
3.3 Experimentelle Arbeitsweise
36
3.3.1 Analytikmethoden
37
3.3.1.1 Wöchentliche Untersuchungen
37
3.3.1.2 Monatliche Untersuchungen
40
3.3.2 Betriebszustände der Anlage
41
3.4 Adaption der Biomasse
41
3.5 Einfahrbetrieb der Anlage
42
3.6 Verweilzeitversuch
57
3.7 AOX-Hochlastversuch
62
4. Ergebnisse und Diskussion
77
4.1 Darstellung und Beurteilung der Ergebnisse
77
4.2 Allgemeine Rückschlüsse
80
5. Zusammenfassung
81
6. Literaturverzeichnis
82
6.1 Fachliteratur
82
6.2 Gesetze
82
7. Abbildungsverzeichnis
83
7.1 Abbildungen
83
7.2 Tabellen
84
7.3 Diagramme
84
8. Anhang
86
8.1 Abwassercharakteristik
86
8.2 Meßdaten
89
6
1. Einleitung und Problemstellung
1.1
Einleitung
Wasser ist einer der wichtigsten Stoffe, den es auf unserer Erde gibt. Ohne eine entsprechende
Wasserversorgung ist ein Überleben für Mensch, Tier oder Pflanze nicht möglich. Die
bestehenden Wasser-Ressourcen werden aus diesem Grund vom Gesetzgeber besonders
geschützt. Die Einleitung von Abwässern unterliegt strengen Vorschriften. Diese Vorgabe ist
unabhängig davon ob ein Abwasser direkt in ein Gewässer oder in ein öffentliches
Kanalsystem eingeleitet wird. Die gesetzlichen Grundlagen und Bestimmungen hierzu sind
im Wasserhaushaltsgesetz (WHG) festgelegt. Die einleitungsrelevanten Parameter sind in der
dem WHG zugeordneten Abwasserverordnung (AbwV) festgehalten.
Von besonderem Interesse beim Gewässerschutz sind chemisch synthetisierte Stoffe. Diese
Verbindungen werden als Xenobiotika (xenos gr. fremd, Fremdstoffe) bezeichnet [1]
1
. Die
Xenobiotika kommen im Regelfall nicht in der Natur vor, besitzen jedoch oft Ähnlichkeit zu
Naturstoffen, so daß die Grenzen oft gleitend sind. Dieser Stoffgruppe gehören unter anderem
die halogenorganischen Verbindungen an. Analytisch erfaßt werden sie gemäß AbwV als
Summenparameter AOX. Die Auswirkungen von AOX-verursachenden Stoffen auf das
Ökosystem ist von so großer Bedeutung, daß sich bereits 1993 die ATV
2
-Arbeitsgruppe 2.1.3
,,AOX und Gewässerbeschaffenheit"[2]
3
mit diesem Thema auseinandergesetzt hat. Die
Herkunft, Erfassung und Beseitigung von halogenorganischen Verbindungen in Abwässern
wurde zuletzt am 17. März 1998 in einem Expertengespräch der ATV-Arbeitsgruppe
,,Halogenorganische Verbindungen in Industrieabwässern"[3]
4
behandelt.
1
[1] Wolfgang Frische :Umwelt-Mikrobiologie, 1 Auflage, S 82, Gustav Fischer Verlag, 1998
2
ATV = Abwassertechnische Vereinigung e.V.
3
[2] Arbeitsbericht der ATV-Arbeitsgruppe 2.1.3 ,,AOX und Gewässerbeschaffenheit", Korrespondenz Abwasser !993, 9, S. 1503
4
[3] R. Schulze-Rettmer: Halogenorganische Verbindungen in gewerblichen und industriellen Abwässern ,Korrespondenz Abwasser 1998,
(45) 8, S. 1423.
7
1.2
Problemstellung
Im Umweltzentrum der Dr. Lange GmbH fällt ein AOX-belastetes Abwasser an. Die
Entfernung der AOX-Träger aus diesem Abwasser gestaltete sich sehr problematisch.
Zusätzlich sind die Abwässer teilweise auch Cyanid belastet. Die enthaltenen
Cyanidverbindungen sind hoch giftig und schwer abbaubar. Eine Reduktion der Cyanid-
Fracht stellt damit ebenfalls eine wesentliche Verbesserung der Abwasserqualität dar.
Die Integration einer nachgeschalteten Aktivkohle-Reinigungsstufe konnte keine sichere
Grenzwerteinhaltung des Parameters AOX garantieren. Seit 1992 wurde nach einer
Anlagentechnik gesucht, die eine Verbesserung dieses Zustandes versprach.
Als guter Lösungsansatz erschien eine biologische Reinigungsstufe vor der
Aktivkohlefiltration. Der erwartete Gesamtnutzen der Kombination Biologie/Adsorption
umfaßte nicht nur die reine AOX-Reduktion. Die einzelnen Ziele sind im folgenden
dargestellt:
a.)
50% CSB-Reduktion, dadurch Entschärfung der Konkurrenzreaktion zwischen CSB und
AOX (Verhältnis ca. 1000:1) an den Adsorptionsoberflächen der Aktivkohle.
b.)
Sichere Grenzwerteinhaltung beim Parameter AOX.
c.)
Eventuell biologische AOX-Elimination.
d.)
Verbesserung der Abwasserqualität durch Reduktion der Abwassertoxizität.
e.)
Abbau der organischen Cyanidverbindungen.
Im Verlauf dieser Arbeit werden zunächst die rechtlichen und wissenschaftlichen Grundlagen
dargestellt. Im Anschluß werden die einzelnen Versuchsphasen beschrieben und die
Ergebnisse beurteilt. Ein Vergleich der ursprünglichen Zielsetzungen mit den gefundenen
Ergebnissen wird zu einem positiven Gesamtergebnis führen.
8
2
Theoretische Grundlagen und Versuchsbedingungen
In den folgenden Kapiteln werden die theoretischen Grundlagen und die vorgefundenen
Versuchsbedingungen im Umweltzentrum der Dr. Lange GmbH zu Beginn der
Untersuchungen beschrieben. Die theoretischen Grundlagen sind in rechtliche,
verfahrenstechnische und chemisch-biologische Themenbereiche gegliedert. Im Anschluß an
diese wird die Arbeitsweise und der vorhandene Maschinenpark einschließlich der neu
errichteten biologischen Reinigungsstufe im Umweltzentrum der Dr. Lange GmbH
beschrieben.
2.1
Theoretische Grundlagen
2.1.1 Rechtliche Grundlagen zur Abwassereinleitung
Personen oder Unternehmen, welche ihr Abwasser in ein öffentliches Kanalsystem einleiten,
gelten als Indirekteinleiter. Nach § 7a des Wasserhaushaltsgesetzes unterliegen
Indirekteinleiter den selben gesetzlichen Vorschriften wie Direkteinleiter. Entsprechende
Formulierungen sind in die Indirekteinleiterverordnungen übernommen wurden. Eine
Einleitung in das öffentliche Kanalsystem wird nur dann erlaubt, wenn die Schadstofffracht
des Abwassers so gering gehalten wird, wie dies bei Einhaltung der jeweils in Betracht
kommenden Verfahren nach dem Stand der Technik möglich ist. Die Anforderungen an ein
Abwasser, das indirekt oder direkt eingeleitet wird, sind in den Anhängen der
Abwasserverordnung festgehalten. Diese Anhänge beinhalten sowohl Grenzwerte für einzelne
Inhaltsstoffe und Summenparameter (z.B. Metalle oder CSB) als auch physikalische
Eigenschaften (z.B. Temperatur). Die Abwässer werden in den Anhängen nach ihren
Herkunftsbereichen geordnet und gesondert betrachtet. Probenahmeverfahren und
Analytikmethoden sind ebenfalls in den Anhängen der Abwasserverordnung festgelegt. Der
Indirekteinleiter muß nach § 60a des Landeswassergesetzes für das Land Nordrhein-
Westfalen sein Abwasser mit geeigneten Analysemethoden überwachen.
9
Der Bau und Betrieb von Anlagen, welche zur Abwasserbehandlung dienen, sind
genehmigungspflichtig. Eine wesentliche Änderung einer solchen Anlage ist ebenfalls
genehmigungspflichtig.
2.1.2 Der Summenparameter AOX als gesetzlich vorgeschriebener Grenzwert
Ein Parameter, der von Direkt- und Indirekteinleitern aus unterschiedlichen
Herkunftsbereichen als limitierender Faktor beachtet werden muß, ist der Summenparameter
AOX. Nach DIN EN 1485 H14 ist AOX die Abkürzung für ,,Adsorbierbare Organische
Halogene" und der Summenparameter für die nach diesem Verfahren bestimmbaren
organischen Halogene Chlor, Brom und Jod in Wasser. Unter dem Sammelbegriff AOX faßt
man eine Vielzahl von sehr unterschiedlichen Verbindungen zusammen. Der AOX-Gehalt
einer Abwasserprobe ist durch das Meßverfahren definiert und gibt keine Auskunft über den
jeweiligen AOX-verursachenden Stoff. Das Analyseverfahren zur Bestimmung des AOX-
Gehalts einer Wasserprobe ist in der DIN EN 1485 H14 zusammengefaßt. Neben der
Normanalytik findet noch ein Küvettentest der Firma Dr. Lange bei der AOX-Bestimmung
Verwendung. Die Prozeßschritte des Küvettentests sind die gleichen wie für die
Normmethode, jedoch in apparativer Abwandlung.
AOX-verursachende Stoffe können toxisch auf Gewässer wirken. Eine direkte Korrelation
zwischen dem Summenparameter AOX und Toxizität ist jedoch nicht nachgewiesen. Die
Größenordnung der Toxizität ist von der jeweiligen Verbindung abhängig. Grundsätzlich läßt
ein hoher AOX-Wert aber immer eine ebenfalls erhöhte Toxizität als wahrscheinlich
erscheinen.
Da der Parameter AOX eine Vielzahl von Verbindungen umfaßt, ist die genaue analytische
Erfassung oft sehr schwierig. Eine Störgrenze von 10 mg/l DOC bei den Analytikverfahren
kommt als limitierender Faktor hinzu. Genaue Untersuchungen zur AOX-Messung wurden im
Expertengespräch der ATV-Arbeitsgruppe ,,Halogenorganische Verbindungen in
Industrieabwässern" vorgestellt. Eine entsprechende Veröffentlichung ist in der
Korrespondenz Abwasser (45) Nr. 8[3]
5
zu finden.
5
[3] R. Schulze-Rettmer: Halogenorganische Verbindungen in gewerblichen und industriellen Abwässern" ,Korrespondenz Abwasser 1998,
(45) 8, S. 1423.
10
2.1.3 Verfahren zur Behandlung AOX-haltiger Abwässer
Über die Erfassung von AOX-Konzentrationen wurden in der Vergangenheit umfangreiche
Untersuchungen durchgeführt. Dabei hat sich herausgestellt, daß die Messung von AOX-
Konzentrationen sehr störanfällig ist. Je nach Zusammensetzung des Abwassers kommt es
häufig zu Fehlbefunden. Eine genaue Einhaltung der Arbeitsvorschriften, insbesondere der
angegebenen Störgrenzen von CSB (DOC) und Chlorid, ist bei der AOX-Analytik dringend
notwendig. Problematisch ist für die Einleiter von Abwässern oftmals aber nicht nur die
Ermittlung der AOX-Konzentration, sondern deren Minimierung im Abwasser. Gültige
Grenzwerte zur Einleitung von Abwässern liegen bei Konzentrationen zwischen 0,1 und 1
mg/l AOX. Der jeweilige Grenzwert ist davon abhängig, ob es sich um einen Direkt- oder
Indirekteinleiter handelt und aus welchem Herkunftsbereich das Abwasser stammt. Die
Verfahren zur Elimination von AOX aus dem Abwasser nach dem Stand der Technik sind im
folgenden aufgelistet und bewertet
6
.
1. AOX-zerstörende Verfahren
- Verbrennung, Naßoxidation
Beide Verfahren minimieren den AOX-Gehalt eines Abwassers durch Oxidation bei
hohen Temperaturen. Dazu sind teilweise Temperaturen von über 1200°C notwendig.
Der Energieaufwand bei diesen Verfahren ist entsprechend hoch. Zudem verursachen
andere Inhaltsstoffe im Abwasser zusätzliche Probleme.
- Ozon- und H
2
O
2
-Behandlung
Die AOX-verursachenden Stoffe werden bei diesen Verfahren chemisch oxidiert. Hier
besteht oftmals die Gefahr der Rückreaktion bzw. Neubildung von AOX-
Verbindungen.
- elektrochemische Verfahren
Die elektrochemische Behandlung von AOX-haltigen Abwässern befindet sich noch
im Versuchsstadium. Eine kathodische Reduktion oder anodische Oxidation in einer
Elektrozelle konnte bisher nur im Technikumsmaßstab gezeigt werden.
6
[2] Arbeitsbericht der ATV-Arbeitsgruppe 2.1.3 ,,AOX und Gewässerbeschaffenheit", Korrespondenz Abwasser 1993, 9, S. 1503
11
- biologische Verfahren
Für eine Vielzahl von Halogenkohlenwasserstoffen sind Abbaumechanismen
nachgewiesen. Eine kommunale Kläranlage reduziert die AOX-Fracht um ca. 50%.
Von diesen 50% wird jedoch nur ein Teil wirklich biologisch abgebaut. Der Rest wird
entweder in die Schlammflocken eingelagert oder verflüchtigt sich mittels Stripp-
Effekt.
2. AOX-abtrennende Verfahren
- Phasentrennung durch Schwerkraft
Bei der Phasentrennung werden AOX-Träger, die sich nicht oder nur schlecht im
Wasser lösen, abgetrennt. Sie ist meist unzureichend, um irgendwelche Grenzwerte
einzuhalten.
- Adsorption, Extraktion, Destillation, Strippung, Fällung/Flockung
Bei allen Verfahren handelt es sich um physikalisch-chemische Verfahren. Sie
basieren zumeist auf einer Gleichgewichtseinstellung, die zu Gunsten eines ,,AOX-
freien" Abwassers beeinflußt wird. Die Adsorption von AOX an Aktivkohle stellt das
am häufigsten angewandte Verfahren für Indirekteinleiter dar.
- Membranverfahren
Unter dem Membranverfahren versteht man die Technik der Umkehrosmose.
12
2.1.4 Mikrobiologische Grundlagen
In der Natur besteht das Leben aus biochemischen Auf- und Abbauprozessen. Autotrophe
Organismen bauen mit Hilfe des Sonnenlichtes energiereiche organische Substrate auf. Diese
Substrate dienen wiederum heterotrophen Organismen als Ausgangsprodukt zur Herstellung
von anorganischen und energiearmen Stoffen. Diese Vorgänge sind grundsätzlich sowohl im
aeroben als auch im anaeroben Milieu möglich. Für die biologische Abwasserreinigung ist
nur der Abbau von energiereichen organischen Substraten zu mineralischen Endprodukten
durch heterotrophe Organismen von Interesse. Diese natürlichen Vorgänge wurden
verfahrenstechnisch weiterentwickelt.
Bei dem vom Umweltzentrum der Dr. Lange GmbH verwendeten Verfahren handelt es sich
grundsätzlich um ein aerobes Abwasserreinigungsverfahren. In einzelnen Zonen der Anlage
herrschen jedoch auch anaerobe Bedingungen, in denen entsprechende anaerobe
Abbauprozesse stattfinden.
2.1.4.1 Stoffwechselprodukte des aeroben Abbaus
Im folgenden werden die zur Reinigung von Abwasser notwendigen aeroben
Stoffwechselvorgänge prinzipiell beschrieben. Eine genaue Betrachtung der biochemischen
Vorgänge würde den Rahmen dieser Arbeit überschreiten. Aus diesem Grund wird nur auf die
für die biologische Reinigungsstufe des Umweltzentrums der Dr. Lange GmbH relevanten
Umsetzungen eingegangen und für weitergehende Informationen auf die entsprechende
Fachliteratur
7
verwiesen.
Im aeroben Milieu werden die energiereichen, organischen Stoffe unter Mitwirkung von
Sauerstoff oxidiert. Endprodukte dieser Reaktion sind die sehr energiearmen Verbindungen
CO
2
und H
2
O. Nicht immer werden diese Endprodukte erreicht. Bei der Oxidation vieler
Stoffe (Abgabe von Elektronen) wird Energie frei. Ein zweiter Stoff muß das freie Elektron
aufnehmen. In dem korrespondierenden Redoxpaar wird der oxidierte Stoff als
Elektronendonator und der reduzierte Stoff als Elektronenakzeptor bezeichnet. Die gesamte
Reaktion läuft nur dann ab, wenn der Elektronenakzeptor ein positiveres Redoxpotential hat
als der Elektronendonator.
7
[1] Frische, Umwelt-Mikrobiologie, [4] Mudrack/Kunst, Biologie der Abwasserreinigung; [5] Schlegel, Allgemeine Mikrobiologie
13
Je größer das Elektronen-Gefälle zwischen zwei Stoffen ist, desto leichter läuft die Reaktion
ab. Um so größer ist jedoch auch die frei werdende Energie. Würden die Anfangsprodukte
ohne Zwischenprodukte zu den Endprodukten umgesetzt werden, so würde allein dies,
aufgrund der Wärmeentwicklung, zum Zelltod führen. Daher wird die Energie aus den
Anfangsprodukten in den Zellen portionsweise freigesetzt. Dies wird erreicht, indem die
Elektronen über eine Reihe von Redoxpaaren weitergegeben werden.
Ein typisches Glied dieser biologischen Elektronentransportkette ist z.B. das Redoxpaar
NAD
+
/NADH+H
+
, das entsprechend seinem stark negativen Potentials Elektronen leicht
überträgt, z.B. an FADH
2
. Die portionsweise freigesetzte Energie wird in Form von ATP
gespeichert.
In der folgenden Abb. 2.1 wird der stufenweise Abbau eines Substrats anhand des
Glucoseabbaus
8
verdeutlicht. Glucose ist oftmals der Ausgangspunkt eines
Abbaumechanismuses, auch wenn in dem ursprünglichen Abwasser keine Glucose enthalten
ist, da komplexer gebaute Kohlenstoffverbindungen zunächst zu Glucose umgesetzt werden.
Abb. 2.1 Glucoseabbau ([4] Klaus Mudrack, Sabine Kunst: Biologie der Abwasserreinigung, 4. Auflage, Gustav
Fischer Verlag, 1994, S. 40)
8
[4] Klaus Mudrack/Sabine Kundt, Biologie der Abwasserreinigung, 4 Auflage, Gustav Fischer Verlag, 1994
14
Beim Glucoseabbau wird die Energie in Form von ATP gespeichert. Der C
6
-Körper der
Glucose wird in kleinere C-Körper zerlegt und die Zelle wird mit Ausgangsstoffen für den
Baustoffwechsel versorgt.
Da in dem zu behandelnden Abwasser des Umweltzentrums der Dr. Lange GmbH ein hoher
Anteil Citrat enthalten ist, dürfte der in dem Abbauschema von Glucose enthaltene
Citronensäurecyklus
9
(Tricabonsäure-Cyclus Abb.2.2) sowie die darauf folgende
Atmungskette von besonderem Interesse für die Reinigung des Abwassers sein.
Abb. 2.2 Citronensäurecyklus ([5] Hans-Günter Schlegel: Allgemeine Mikrobiologie, 7 Auflage, Georg Thieme
Verlag, 1992, S.252)
9
[5] Hans G. Schlegel, Allgemeine Mikrobiologie, 7 Auflage, S. 251, Georg Thieme Verlag, 1992
15
Das ebenfalls in großen Mengen vorliegende Salicylat-Ion ist ein aromatischer
Kohlenwasserstoff und wird zunächst zu Brenzcatechin
10
abgebaut. Danach kommt es zu
einer Ringspaltung. Die entstandenen aliphatischen Verbindungen können problemlos
abgebaut werden.
Acetat-Ion kann als direkte C-Quelle betrachtet werden. Ein Abbau (Abb. 2.3) ist ohne eine
vorherige Umsetzung möglich.
Abb. 2.3 Acetat-Ion-Abbau
([5] Hans-Günter Schlegel: Allgemeine Mikrobiologie, 7. Auflage, Georg Thieme
Verlag, 1992, S. 272)
Da der Acetatabbau mit dem Citronensäurecyclus (Tricarbonsäure-Cyclus) korrespondiert, ist
eine Verschmelzung mit dem Citratabbau wahrscheinlich.
10
[5] Hans G. Schlegel, Allgemeine Mikrobiologie, 7 Auflage, S. 464, Georg Thieme Verlag, 1992
16
Das Methanol, im Abwasser des Umweltzentrum der Dr. Lange GmbH, kann von speziellen
Bakteriengruppen direkt verwertet werden. Diese Bakterien sind nicht in der Lage langkettige
Kohlenwasserstoffe abzubauen. Sie werden in der Gruppe der methylotrophen Organismen
zusammengefaßt. Für die Reinigung des Abwassers sind sie von großer Bedeutung, da sie in
der Lage sind, aliphatische Chlorkohlenwasserstoffe cometabolisch abzubauen. Mit Hilfe
dieser speziellen Bakteriengruppe können die im Abwasser enthaltenen AOX-Träger
biologisch abgebaut werden. Die genauen Abbauprozesse werden im folgenden Kapitel
beschrieben.
17
2.1.4.2 Biologischer AOX-Abbau
Die als Summenparameter gemessenen adsobierbaren, organischen Halogene im Abwasser
der Firma Dr. Lange GmbH bestehen im wesentlichen aus Chloralhydrat (2,2,2Trichlor-1,1-
ethandiol). Ein genauer Abbaumechanismus für Chloralhydrat ist nicht bekannt. Es ist jedoch
davon auszugehen, daß Chloralhydrat ähnlich dem Trichlorethylen (Abb. 2.4) cometabolisch
von methylotrophen Bakterien aerob abgebaut wird. Bei beiden Verbindungen handelt es sich
um hochchlorierte C2-Verbindungen. Trichlorethylen ist auf Grund der C-Doppelbindung
etwas instabiler als Chloralhydrat. Dieser Effekt wird jedoch durch die höhere Chlorierung an
einem einzeln C-Atom bei dem Chloralhydrat weitestgehend wieder ausgeglichen.
Abb. 2.4 aerober AOX-Abbau ([1] Wolfgang Frische: Umwelt-Mikrobiologie, 1. Auflage, Gustav Fischer
Verlag, 1998, S. 84)
Die beschrieben Endprodukte können ohne Probleme abgebaut werden.
18
Eine weitere Möglichkeit der AOX-Frachtverminderung ergibt sich aus den anaeroben
Bedingungen in Teilen der verwendeten Tauchscheibenkörperanlage. Sie wird in Abb. 2.5
dargestellt. Unter anaeroben Bedingungen findet eine reduktive Dehalogenierung der
Chlorkohlenwasserstoffe statt. Dabei bewirkt ein Transfer von Reduktionsäquivalenten auf
halogenierte Verbindungen den Austausch von Chlor- gegen Wasserstoffionen.
R-Cl + 2 e
-
+ H
+
à R-H + Cl
-
Dabei gilt grundsätzlich, daß eine höher chlorierte Verbindung besser reagiert als eine
niedriger chlorierte. Die Reaktion verläuft bis zum Ethan bzw. Ethanol, welches dann zu CO
2
und H
2
O umgesetzt werden kann. Auch bei diesem Vorgang handelt es sich um
Cometabolismus. Dabei müssen die Substrate der anaeroben Bakterien, wie z.B. längerkettige
Kohlenwasserstoffsäuren oder Wasserstoff, als Elektronendonatoren vorhanden sein.
Abb. 2.5 Anaerober AOX-Abbau ([1] Wolfgang Frische: Umwelt-Mikrobiologie, 1. Auflage, Gustav Fischer
Verlag, S. 84)
19
Eine Festlegung auf dem aeroben ober anaeroben Abbauweg ist im Rahmen der
durchgeführten Untersuchungen nicht möglich. An unterschiedlichen Stellen innerhalb der
Anlage liegen theoretisch für beide Abbauwege die entsprechenden Reaktionsbedingungen
vor. Daher ist es wahrscheinlich, daß sowohl ein aerober als auch ein anaerober Abbau der
halogenhaltigen, organischen Verbindungen stattfindet.
2.1.4.3 Biologischer Cyanidabbau
Cyanid wird über den üblichen Weg der Stickstoff-Fixierung
11
zu NH
3
umgewandelt und
dann über die allgemein bekannten Reaktionen der Nitrifikation und Denitrifikation zu N
2
umgesetzt.
Problematisch wird die biologische Cyanid-Elimination nur, wenn die Cyanide mit dem im
Abwasser enthaltenen Formaldehyd zu Cyanhydrin (Formaldehydcyanhydrin) reagieren
(Abb. 2.6). In diesem Fall ist ein biologischer Abbau nach dem üblichen Schema nicht
möglich.
Abb. 2.6 Bildung von Cyanhydrin
Einige Spezialisten, wie z.B. Corynebacterium nitrilophilus oder Nocardia rhodochrous,
nutzen die zu den Nitrilen gehörenden Cyanhydrine als C- und N-Quelle. Der Abbauprozess
wird im wesentlichen von zwei verschiedenen Enzymen katalysiert.
Nitrilhydratase: R-CN + H
2
O
à R-CONH
2
Amidase: R-CONH
2
+ H
2
O
à R-COOH + NH
3
Das entstandene NH
3
kann nun wieder auf dem üblichen Weg der biologischen Stickstoff-
Elimination umgesetzt werden.
11
[5] Hans G. Schlegel, Allgemeine Mikrobiologie, 7 Auflage, S. 432, Georg Thieme Verlag, 1992
C O
R
1
R
2
HCN
C
C N
R
1
OH
R
2
Katalysator
+
20
2.2 Versuchsbedingungen
2.2.1 Die Reagenzienaufbereitung im Umweltzentrum der Firma
Dr. Lange GmbH
2.2.1.1 Firmenphilosophie der Firma Dr. Lange GmbH
Nachhaltiges Wirtschaften im Bereich der Umweltanalytik ist für die Firma Dr. Lange GmbH
ein Ziel, das konsequent umgesetzt wird. Aus diesem Grund wurde 1988 mit dem Aufbau des
Dr. Lange-Umweltzentrums begonnen, das seit 1998 als Entsorgungsfachbetrieb anerkannt
ist. Eine Aufgabe des Umweltzentrums ist es, die Produkte der Firma Dr. Lange vom Design
und der Zusammensetzung bis zur Logistik und Aufbereitung, in Zusammenarbeit mit
anderen Abteilungen, auf eine ganzheitliche ökologische Produktverantwortung zu prüfen.
Das Dr. Lange-Umweltzentrum garantiert der Firma Dr. Lange GmbH und deren Kunden eine
Rechtssicherheit
12
nach dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz. Natürlich ist das
Umweltzentrum auch für eine ordnungsgemäße Behandlung aller anfallender Abfälle und
Abwässer verantwortlich. Zu diesen Abfällen und Abwässern gehören sowohl die intern
anfallenden Stoffe als auch die gesamten Kundenrücklieferungen. Alle von Dr. Lange-
Meßsystemen benötigten Chemikalien bleiben formal im Besitz der Firma und gelangen so
nach Gebrauch durch den Kunden in das Umweltzentrum. Diese Kundenrücklieferungen
machen den Großteil der zu behandelnden Stoffe aus. Ziel der Behandlung im
Umweltzentrum ist eine möglichst hohe Recyclingquote (>70%) aller eingehender
Lieferungen sowie ein unproblematischer Restabfall und ein möglichst ,,reines" (deutlich
unterhalb der Grenzwerte) Abwasser.
Um ihre Ziele im Bereich der Umweltpolitik zu erreichen, ist die Firma Dr. Lange GmbH
bereit mit einem vergleichsweise hohen Personal- und Maschinenaufwand zu arbeiten. Es
entspricht jedoch dem Verantwortungsgefühl und der Firmenphilosophie der Firma Dr. Lange
GmbH, daß dieser Aufwand mehr als gerechtfertigt ist. Dies gilt insbesondere, da als
Alternative zu diesen Verfahren nur die Sondermüllverbrennung bzw. Deponierung zur
Verfügung steht. Bestärkt wird die Firma Dr. Lange GmbH in ihrer Umweltpolitik durch die
12
Aloys Odenthal/Vera Surrey, Dr. Lange Anwendungsbericht Ch. No. 63, 1998
21
durchweg positiven Rückmeldungen aus ihrem Kundenkreis zu diesem Thema. Diese
Kundenreaktion gibt einen erheblichen Marketingvorteil dieses Vorgehens wieder.
Das Bestreben der Dr. Lange GmbH, vom Design bis zur Rücknahme und Aufbereitung auf
ganzheitliche ökologische Produktveranwortung zu setzen, wurde 1996 von der
Commerzbank und der Zeitschrift ,,impulse" mit dem 2. Platz des Umweltpreises
ausgezeichnet.
2.2.1.2 Arbeitsabläufe im Umweltzentrum
Um die oben beschriebenen Ziele erreichen zu können sind verschiedene Arbeitsschritte
notwendig. Insbesondere eine Einteilung der Chemikalien in einzelne Stoffströme mit
unterschiedlichen Aufbereitungsverfahren ist notwendig, um eine stoffspezifische
Behandlung zu garantieren. Die Einteilung in unterschiedliche Stoffströme, insbesondere
unter Beachtung der neuen biologischen Reinigungsstufe, ist in Abb. 2.7 dargestellt.
Abb. 2.7 Stoffstromfließbild
R eagenzien aufb ereitung der Firm a D r. L ang e G m bH
Aktivkohle-Schlußreinigung
Einleitung in Kanalsystem
Biologische Abwasserreinigung
Aktiv-Kohle-Filtration
CSB
Recycling
Abwasser frei
Elektrolyse
Stoffströme a und b
Quecksilberabtrennung
Filtration
Kammerfilterpresse
Kiesbettfilter
Neutralisation
pH-Wert Einstellung
Ausfällung von Metallen
Mechanische Trennung von
Chemikalien, Glas, Kunststoff
Stoffströme a, b, c, d, k, l
Ungeeignet zur biologischen Reinigung
Säuren, Laugen, Hg
Nachweisreagenzien
Filtration
Kammerfilterpresse
Kiesbettfilter
Neutralisation
pH-Wert Einstellung
Ausfällung von Metallen
Mechanische Trennung von
Chemikalien, Glas, Kunststoff
Stoffströme e, h
AOX-haltige Test
AOX, Laugen, Organik
Filtration
Kammerfilterpresse
Kiesbettfilter
Neutralisation
pH-Wert Einstellung
Ausfällung von Metallen
Cyanid Entgiftung
Mechanische Trennung von
Chemikalien, Glas, Kunststoff
Stoffstrom f
Blei, Zink Test
AOX, Cyanid, Laugen,
Organik
Filtration
Kammerfilterpresse
Kiesbettfilter
Neutralisation
pH-Wert Einstellung
Ausfällung von Metallen
Cyanid Entgiftung
Mechanische Trennung von
Chemikalien, Glas, Kunststoff
Stoffstrom g
Cadmium Test
Cyanid, Laugen, Organik
Filtration
Kammerfilterpresse
Kiesbettfilter
Neutralisation
pH-Wert Einstellung
Ausfällung von Metallen
Mechanische Trennung von
Chemikalien, Glas, Kunststoff
Stoffstrom i
Mangan Test
Cyanid, Laugen, Organik
Alle Reagenzienen
Kundenrücklieferungen
22
- Warenannahme und Sortierung
In der Warenannahme werden alle Kundenrücklieferungen erfaßt. Kartonage wird je nach
Zustand wiederverwendet oder der Altpapierverwertung zugeführt. Kanister mit Chemikalien
werden nach Inhaltsstoffen sortiert und der Abwasserbehandlung zugeführt. Packungen mit
Küvettentests werden über ein Fließbandsystem an die Sortierung weitergegeben.
In der Sortierung werden die Küvettentests nach Inhaltsstoffen in die entsprechenden
Stoffströme einsortiert. PE-Flaschen, die Chemikalien enthalten, werden ebenfalls in
entsprechenden Stoffströmen gesammelt und an die Abwasseraufbereitung weitergeleitet. PE-
Faschen, Papier und Kartons, die nicht mit Chemikalien verunreinigt sind, werden den
jeweiligen Recyclingsystemen zugeführt.
- Entblisterung
In der Enblisterung werden mit Hilfe einer Maschine die Kunststoffblister von den Küvetten
mit den Chemikalien getrennt. Die Blister werden verpreßt und an einen Kunststoffverwerter
zur Weiterverwertung gegeben. Die eingeteilten Stoffgruppen werden dabei streng
eingehalten.
- Shredderanlagen
Bei den Shredderanlagen handelt es sich um mechanische Zerkleinerungsanlagen, in denen
die Küvetten und kleine PE-Flaschen zerkleinert werden. Die Chemikalien werden
aufgefangen und in die Abwasseraufbereitung weitergegeben. Der Glasbruch wird mit Wasser
gespült und von Kunststoffteilen gesäubert. Das Spülwasser wird ebenfalls an die
Abwasserbehandlung weitergegeben. Das Glas wird als Rohstoff wiederverwertet. Die
Kunststoffanteile werden thermisch verwertet.
Es werden zwei Shredderanlagen
13
betrieben, um eine Trennung der Hg-haltigen Stoffströme
von den Hg-freien Stoffströmen zu garantieren. Die Hg-haltigen Stoffströme durchlaufen im
Anschluß eine Elektrolyse. Diese Verfahrensweise stellt sicher, daß das stark giftige
Quecksilber nicht in die Umwelt gelangt.
Die Shredderanlagen werden im Chargenbetrieb befahren. Jeder Stoffstrom wird gesondert
behandelt.
13
Neutra-Shredder und CSB-Shredder
23
- chemisch-physikalische Abwasserbehandlungsanlage
Die in den Shredderanlagen anfallenden Abwässer werden chargenweise in der
Abwasserbehandlungsanlage weiterbearbeitet. Die chemisch-physikalische Abwasser-
behandlungsanlage besteht aus einem 1m
3
Neutralisationsbehälter, einer Kammerfilterpresse
und einem Kiesbettfilter. In dem Behälter wird der pH-Wert des Abwassers eingestellt. Dabei
werden eventuell vorhandene Schwermetalle ausgefällt. Gegebenenfalls werden durch die
Zugabe von Aktivkohle Schadstoffe absorbiert. Sollten sich im Abwasser Hg-
Verunreinigungen befinden, so werden diese in den Neutralisationsbehälter mit Hilfe von
Fällungshilfsmitteln entfernt. Die anfallenden Schlämme werden in der Kammerfilterpresse
entwässert und dann entsorgt. Der Kiesbettfilter dient der weiteren Reinigung des Abwassers.
Der gesamten Anlage ist eine Aktivkohlefiltration als Polizeifilter nachgeschaltet.
Die einzelnen Arbeitsschritte und die dazu benötigten Maschinen sind in Abb. 2.8 dargestellt.
Die neu errichtete biologische Reinigungsstufe ist in dieser Abbildung nicht eingebunden.
Abb. 2.7 Arbeitsschritte und Maschinen im Umweltzentrum der Dr. Lange GmbH ([6] Odenthal, Surrey:
Dr. Lange Anwendungsbericht Ch. No. 63, 1998)
24
2.2.1.3 Beschreibung der AOX-haltigen Teilströme
Die AOX-haltigen Teilströme werden in der Sortierung separiert, dann entblistert und
gelangen über den Neutrashredder in den Neutralisationsbehälter. Dort wird der pH-Wert
eingestellt und eventuell vorhandene Schwermetalle werden ausgefällt. Gegebenenfalls wird
eine Cyanidentgiftung durchgeführt. Die einzelnen Arbeitsschritte sind in den
Beschreibungen der Zuläufe der Versuchsphasen beschrieben.
Der Weg durch die Anlagen ist dem Verfahrensfließbild zu entnehmen. Die neue biologische
Reinigungsstufe ist in der Abb. 2.9 rot gekennzeichnet.
Abb. 2.9 Verfahrensfließbild
B1: Säurebehälter, B2: Kalkmilchansatzbehälter, B3:Pufferbehälter Kiesbettfilter, B4:Nährlösung
B5: Vorlagebehälter Biologie, B6: Nachklärung, B7:Vorlagebehälter Aktivkohlekollektoren
C1: Neutralisation, C2: Bioreaktor
F1: Glasabscheider, F2: Kammerfilterpresse, F3: Kiesbettfilter, F4: Aktivkohlefilter Biologie,
F5: Aktivkohlekollektoren
Pr 101: Probenahmestelle Biologie Zulauf, Pr 102: Probenahmestelle Biologie Ablauf,
Pr 103: Probenahmestelle Biologie Aktivkohlefilter Ablauf, Pr 104: Aktivkohlekollektoren Ablauf
S1: Schwingförderrinne
Z1: Neutrashredder
M
M
P109a
P109
V111
B6
P108
V114
V110
C1
B5
P106
V109
P107
V108
B4
V107
P105
F3
V105
B3
V106
Pr101
C2
F1
V101
P101
Z1
B1
B2
P102
V102
P103
M1
V103
M2
V113
Pr102
V114
F4
B7
Pr103
V112
V104
P110
P111
Pr104
F5
F2
P104
V115
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 1998
- ISBN (eBook)
- 9783832446321
- ISBN (Paperback)
- 9783838646329
- DOI
- 10.3239/9783832446321
- Dateigröße
- 1.5 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Hochschule Niederrhein in Krefeld – unbekannt
- Erscheinungsdatum
- 2001 (Oktober)
- Note
- 1,3
- Schlagworte
- sonderabwässer aox-abbau abwasserreinigung
