Montag, Oktober 27, 2025
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Der Einfluss von Natriumionen auf das Absetzverhalten von Belebtschlammflocken

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Einleitung
Das Belebtschlammverfahren ist das am häufigsten eingesetzte Verfahren zur Reinigung kommunaler Abwässer. Die Qualität des Ablaufwassers ist sehr stark von der Effizienz der Fest/Flüssig-Trennung im Nachklärbecken abhängig. Diese ist nur hoch, wenn die Bildung von Belebtschlammflocken im Belebungsbecken ungestört funktioniert.
Belebtschlammflocken bestehen aus:
→   lebenden Mikroorganismen (Bakterien, Protozoen und Mehrzeller),
→   toten Mikroorganismen,
→   extrazellulären polymeren Substanzen (EPS),
→   anorganischen Bestandteilen.

Die mikrobielle EPS ist der wichtigste Bestandteil für die Flockenbildung. Die Biopolymere haben funktionelle Gruppen wie Hydroxyl-, Carboxyl- und Phosphatgruppen, die die negativ geladenen Oberflächen der Bakterien über so genannte „Brücken“ verbinden.

Belebtschlammflockenbildung
Vor allem zweiwertige Kationen überbrücken die negativ geladenen Enden der EPS und verbinden sie so mit den Oberflächen der Mikroorganismen.

Bild 43652Natrium1.jpg
1Braune Kreise: organische Partikel; schwarze Kreuze: anorganische Partikel; schwarze Linien: EPS; rote Striche: negative Ladungen an der EPS 

Die Ladung, Größe und der Durchmesser der Hydrathülle der Kationen bestimmt deren „Bindevermögen“. Wenn die Größe der Ionen zunimmt, nimmt die Dicke der Hydrathülle ab. Große Ionen mit hoher Ladung und dünner Hydrathülle können leichter die negativ geladenen Oberflächen der Mikroorganismen mit den negativ geladenen Enden der EPS verbinden als kleine Ionen mit niedriger Ladung und dicker Hydrathülle. Bezüglich der Flockulationskraft der Kationen ergibt sich folgende Reihenfolge: 

                                   Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+

Flockenzerfall durch Natriumionen
Natrium ist ein vergleichsweise schlechter Flockenbildner, weil es nur einwertig geladen ist, klein ist und die dickste Hydrathülle hat. Bei vielen Untersuchungen des Einflusses von Ionen auf die Belebtschlammstruktur (siehe Literaturliste) konnte gezeigt werden, dass vor allem Natrium einen negativen Einfluss auf die Schlammstruktur hat. Die Zugabe von einwertigen Kationen führt mit steigender Konzentration zu einer vermehrten Verdrängung von zweiwertigen Kationen durch Ionentausch und nachfolgend zu Flockenzerfall.
Vor allem in der kalten Jahreszeit, bei längeren Niederschlagsperioden oder Schneeschmelze führt der hohe Mischwasserzufluss auf vielen Kläranlagen zu einer Abreicherung von Calciumionen aus den Belebtschlammflocken in das umgebende Abwasser. Infolge dessen wird der Flockenzusammenhalt im Laufe des Winters stark geschwächt. Wenn in dieser Zeit zusätzlich erhöhte Natriumfrachten im Kläranlagenzulauf (z.B. nach Streusalzeinsatz) auftreten, kommt es – häufig von einem Tag auf den anderen – zu einer deutlichen Verschlechterung der Belebtschlammflockenbildung.
Folgende Abbildung 2 zeigt, wie deutlich Natriumionen z.B. die Flockenstabilität (gemessen als Scherstabilität) schädigen (weitere Parameter siehe Kara et.al.):

Bild Natrium2.jpg
Der Grund dafür ist, dass es zu einem Ionentausch in den Belebtschlammflocken kommt, bei dem die in den Flocken befindlichen Calciumionen durch die von außen kommenden Natriumionen verdrängt werden. Da Natriumionen wesentlich schlechter für den Flockenzusammenhalt sind als Calciumionen, wird der Belebtschlamm in der Folge deutlich feiner, leichter und scherempfindlicher.

Dieser Zustand bessert sich erst wieder von allein, wenn eine längere Trockenwetterperiode eintritt, in der sich die Belebtschlammflocken wieder mit Calcium anreichern können. Das Calcium stammt überwiegend aus der Wasserhärte (= Ca/Mg-Gehalt) des Trinkwassers und diese kommt bei Trockenwetter weitgehend unverdünnt auf der Kläranlage an, so dass die Calciumkonzentration im Abwasser höher als in den Flocken ist. Dann können sich die Belebtschlammflocken wieder mit Calcium anreichern.

Problematische Einleiter
Probleme mit der Belebtschlammflockenbildung sind besonders ausgeprägt, wenn das Einzugsgebiet einer Kläranlage in einem Gebiet mit „weichem“ Trinkwasser liegt (Wasserhärte 1-10) und zusätzlich von industriellen Einleitern hohe Natriumfrachten eingeleitet werden. In diesem Fall ist die Belebtschlammflockenbildung zumeist ganzjährig beeinträchtigt. Folgende Industriezweige liefern hohe Natriumfrachten:

1. Betriebe , die Lebensmittel herstellen oder verarbeiten, z.B. Molkereien, Schlachthöfe,     Fischverarbeiter, Feinkosthersteller, Konservenfabriken, Gemüseverarbeiter, Ölmühlen,      Gewürzfabriken etc.. Diese Betriebe setzen natriumhaltige Laugen und Tenside zur Reinigung ihrer Fertigungsanlagen ein. Insbesondere Natronlauge (NaOH) ist ein preiswertes und sehr     leistungsfähiges Entfettungsmittel.
2. Betriebe, die Natronlauge zur Neutralisation saurer Abwässer einsetzen. Das sind häufig ebenfalls Lebensmittelbetriebe wie unter (1), aber auch Getränkehersteller, Brauereien, Gerbereien, Metallverarbeiter etc.
3. Betriebe, die natrium- oder kochsalz(NaCl)-haltige Produkte herstellen oder verarbeiten, wie Tensidhersteller, Gewürzfabriken, Düngemittelfirmen, aber auch Autobahnmeistereien mit Streusalzverladung.
4. Deponiesickerwasser

Typische Natriumwerte auf Kläranlagen
Folgende Tabelle 1 zeigt typische Kationenkonzentrationen im Ablauf von 64 verschiedenen kommunalen Kläranlagen (ohne Deponien) sowie Beispiele für Kläranlagen mit Einleitern der oben angegebenen Kategorien 1-4.

Bild Natrium3.jpg

In der Praxis zeigt sich, das die Belebtschlammflockenbildung etwa ab einem Ca/Na-Verhältnis
von < 0,6 problematisch wird. Dann kommt es im Kläranlagenbetrieb zur Verschlechterung folgender Parameter:
– Absetzgeschwindigkeit der Belebtschlammflocken im Nachklärbecken
– Scherstabilität der Belebtschlammflocken (Flockenzerfall beim Pumpen)
– Sichttiefe und Trübung im Nachklärbecken (Flockenzerfall)
– CSB- und P-Konzentrationen im Ablauf (Flockenzerfall)
– Standzeiten der Probenaufbereitung von Online-Messgeräten (Membranen verstopfen)
– Filterlaufzeiten der Flockungsfiltrationen
– Fällmittelverbrauch
– Flockungshilfsmittelverbrauch bei der Überschussschlammeindickung.

In Abhängigkeit davon, ob das Ca/Na-Verhältnis dauerhaft ungünstig ist oder durch ein einmaliges Ereignis verschlechtert wurde, sind die Gegenmaßnahmen zu wählen.
Nach einem einmaligen Natriumeintrag ist ein kurzfristiger Kreide- oder Kalkeinsatz zu empfehlen. Auch die Substitution von NaCl durch MgCl2 oder CaCl2 als Streusalz kann Abhilfe bringen.
Bei dauerhaft ungünstigen Ca/Na-Verhältnissen ist entweder ein dauerhafter Calciumzusatz oder eine Limitierung der Natriumeinleitungen notwendig. So kann z.B. geprüft werden, ob der Einsatz von NaOH zur Neutralisation durch Kalkhydrat oder Kreide ersetzt werden kann.

Labormessungen
Hat man den Verdacht, dass der oben beschriebene Problemkreis auf der eigenen Kläranlage eine Rolle spielen könnte, bekommt man schnell den Wunsch, die relevanten Kationen Ca2+/Mg2+/K+ und Na+ sowie Cl- selbst vor Ort mit geeigneten Betriebsmethoden zu messen.
Für Ca2+/Mg2+/K+ und Cl- gibt es Küvettentests:
Ca/Mg: LCK 327
K LCK 328
Cl LCK 311

Aber Natriumionen können nicht photometrisch bestimmt werden. Dafür eignet sich nach unseren Erfahrungen die ionenselektive Sonde der Fa. Hach-Lange.

Für die Messung benötigt man
– (Multi-Funktions-) Messgerät (z.B. Hach HQ 40d multi)
– Natriumionen-selektive Elektrode
– Standardlösung
– Spüllösung
– Ionenstärkeregulator

Bild Natrium4.jpg

Vor Beginn der Messung werden 25 ml der Standardlösung mit 1 Beutel Ionenstärkeregulator vermischt und gemessen. Dabei soll ein Wert von 100 ± 10 mg Na/l herauskommen. Danach wird die Sonde gespült (25 ml Spüllösung + Ionenstärkeregulator).
Nachfolgend können die Wasserproben gemessen werden, wobei wiederum 25 ml Probe mit je 1 Beutel Ionenstärkeregulator gemischt werden. Zur Absicherung der Werte gegen Matrixeinflüsse eignen sich vor allem Verdünnungsreihen.
Bei unseren Messungen im Medium „Ablaufwasser“ kommunaler und industrieller Kläranlagen gab es im Messbereich zwischen 20 und 3000 mg Na/l keine nachweisbaren Störeinflüsse, so dass man davon ausgehen kann, dass das Messverfahren für diese Anwendung sehr gut geeignet ist.
Es ist durchaus empfehlenswert, bei bekanntem, dauerhaft erhöhtem Natriumeintrag oder wiederkehrenden kurzfristigen Beeinträchtigungen der Belebtschlammflockenstruktur regelmäßige Na-Messungen durchzuführen. Das gilt insbesondere dann, wenn man feststellt, dass

die Belebtschlammflocken sich schlecht absetzen, obwohl unter dem Mikroskop keine Fadenbakterien zu sehen sind.
der Fällmittelverbrauch für die P-Elimination bei ß-Werten > 1,2 liegt (Natrium verzögert   Fällungsreaktionen deutlich)
der Flockungshilfsmittelverbrauch für die Überschussschlammeindickung oder die   Faulschlammentwässerung vergleichsweise hoch ist,
die Schlammentwässerungsergebnisse vergleichsweise schlecht sind.

– die Belebtschlammflocken sich schlecht absetzen, obwohl unter dem Mikroskop keine Fadenbakterien    zu sehen sind.
– der Fällmittelverbrauch für die P-Elimination bei ß-Werten > 1,2 liegt (Natrium verzögert    Fällungsreaktionen deutlich)
– der Flockungshilfsmittelverbrauch für die Überschussschlammeindickung oder die    Faulschlammentwässerung vergleichsweise hoch ist,
– die Schlammentwässerungsergebnisse vergleichsweise schlecht sind.

In diesen Fällen steht der Aufwand für die regelmäßige Natriummessung in keinem Verhältnis zu den erzielbaren Einsparungen.

Mainz, den 18.6.2010
K. Sölter

Autorin:
Bioserve GmbH
Kirsten Sölter
Rheinhessenstraße 9a
55129 Mainz

Tel.: 06131-28 910-16
Fax: 06131-28 910-17
soelter@bioserve-gmbh.de

Literatur: 

1. Sölter, K.: Ursachen für schlecht absetzbare Belebtschlammflocken und was man dagegen tun kann; Vortrag für den Erfahrungsaustausch der Obleute norddeutscher Kläranlagen am 4./5. Mai 2010 in Lüneburg
2. Kara, F. et al: Monovalent cations and their influence on activated sludge floc chemistry, structure and physical characteristics; Biotechnology and Bioengineering Volume 100, No. 2, June 1, 2008, Seite 231-238   
3. Wilen, B.-M. et.al.: Influence of flocculation and settling properties of activated sludge in relation to secondary settler performance, Wat. Sci. Tech, Vol. 54, No. 1, 2006, Seite 147-155 
4. Jarvis, P. et. al.: The duplicity of floc strength, Wat. Sci. Tech, Vol. 50, No. 12, 2004, Seite 63-70 
5. Jin, B. et. al.: Impacts of morphological, physical and chemical properties of sludge flocs on dewaterability of activated sludge; Chemical Engineering Journal 98 (2004); Seite 115-126 
6. Tixier, N. et. al.: Effect of pH and ionic environment changes on interparticle interactions affecting activated sludge flocs – a rheological approach, Environmental technology, Vol. 24, 2003, Seite 971-978 
7. Novak, J.T. et.al: Floc structure and the role of cations, Wat. Sci. Tech, Vol. 44, No. 10, 2001, Seite 209-213 
8. Biggs, C.A. et. al. Activated sludge flocculation: direct determination of the effect of calcium ions, Wat. Sci. Tech, Vol. 43, No. 11, 2001, Seite 75-80 
9. Cousin, C.P.: Effect of calcium ion concentrations on the structure of activated sludge flocs, Environmental technology, Vol. 20, 1999, Seite 1129-1138 
10. Hänel, K. 1986: Biologische Abwasserreinigung mit Belebtschlamm, VEB Gustav Fischer Verlag Jena, ISBN 3-334-00023- 
11. Murthy, S.N. et al: Monitoring cations to predict and improve activated sludge settling and dewatering properties of industrial wastewaters; Wat. Sci. Tech., Vol. 38, No.3, 1998, Seite 119-126 
12. Murthy, S.N. et al: Influence of cations on activated sludge effluent quality, Annual conference and exposition – water environment federation, No. 455, 1998, Seite 309-324 
13. Novak, J.T. et. Al.: Cations and activated sludge characteristics, 12th Annual residuals and biosolids management conference, 12-15 Juli, 1998, Washington 
14. Zita, A. et. al.: Effect of ionic strength on Bacterial adhesion and stability of flocs in wastewater activated sludge system, Appl. and Environm. Microbiology, Vol. 60, No. 9, Sept. 1994, Seite 3041-3048 

Bericht: Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) bei der Klärschlammtrocknung

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Es werden Durchführung und Ergebnisse eines Trocknungsversuchs von Klärschlamm bei verschiedenen Temperaturen beschrieben. Der eingesetzte Klärschlamm wies erhöhte Gehalte an Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) auf. Ziel des Versuchs war die Bestimmung der Flüchtigkeit von PFOS bei verschiedenen Trockentemperaturen.
Eine relevante Flüchtigkeit von PFOS konnte ab einer Trocknungstemperatur von 60 °C festgestellt werden. Aus Vorsorgegründen wird empfohlen, künftig in Klärschlammtrocknungsanlagen ohne geeignete Abgasreinigungseinrichtung nur Klärschlämme bis zu einem Höchstgehalt von 125 µg/kg Trockensubstanz an Perfluorierten Tensiden (PFT) einzusetzen. Höher belastete Klärschlämme sollten in entwässerter Form direkt thermisch entsorgt werden.

http://www.bestellen.bayern.de/application/applstarter?APPL=STMUGV&DIR=stmugv&ACTIONxSETVAL(index.htm,APGxNODENR:15007,USERxBODYURL:artdtl.htm,AARTxNR:lfu_abfall_00173)=X

Mit der roten Karte zum Sieg

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Tübinger Wirtschaftswissenschaftler haben herausgefunden, dass ein Platzverweis die Chancen eines bestraften Fußballteams sogar verbessern kann
Noch zwanzig Minuten zu spielen. Die Heimmannschaft hat sich als stark erwiesen, die Gäste sind in Bedrängnis. Und dann passiert, was die Gäste am wenigsten gebrauchen können: Der Schiedsrichter pfeift und zeigt ihnen die rote Karte. Mit nur zehn Spielern stehen sie dem Heimteam gegenüber. Zwanzig Minuten später ist die Überraschung da, sowohl in den Rängen wie auf dem Spielfeld: Die Gäste haben sich mit ihrer geschrumpften Mannschaft noch verbessert, die Gastgeber lassen enttäuscht die Ohren hängen.

Zehn Spieler schaffen es besser als elf – ist an diesem alten Fußballmythos etwas dran? Diese Frage haben sich vier Wirtschaftswissenschaftler der Universität Tübingen gestellt. Mario Mechtel und Tobias Brändle vom Lehrstuhl für Finanzwissenschaft (Prof. Dr. Laszlo Goerke) haben sich mit Agnes Stribeck und Karin Vetter vom Lehrstuhl für Personal und Organisation (Prof. Dr. Kerstin Pull) zu einem Gemeinschaftsprojekt zusammengetan und den Spielverlauf von 3060 Spielen der Bundesligazeiten 1999/2000 bis 2008/2009 ausgewertet. In dieser Zeit zählten sie insgesamt 672 Platzverweise.

„Als große Fußballfans hat uns die Frage interessiert, ob an dem bekannten Fußballmythos, dass zehn Spieler besser sind als elf, wirklich etwas dran ist“, so Mario Mechtel. Ein aktuelles Beispiel für diesen Mythos sei das Halbfinal-Rückspiel der Champions League-Saison 2008/2009 zwischen dem FC Chelsea und dem FC Barcelona. Den Katalanen gelang nach dem Platzverweis gegen ihren Linksverteidiger Eric Abidal in Unterzahl noch der Ausgleichstreffer, der auf Grund des Hinspielergebnisses gleichbedeutend war mit dem Einzug in das Finale. Die jüngste Fußballgeschichte habe denn auch gleich ein Beispiel parat: „Hätte Luis Suárez, Nationalspieler Uruguays, nicht in der 120. Minute des Viertelfinals gegen Ghana den Ball mit der Hand von der eigenen Torlinie gekratzt – ihm wäre der folgende Platzverweis zwar erspart geblieben, sein Team allerdings hätte durch das entscheidende (von ihm aber verhinderte) Tor den Heimflug antreten müssen.“

Das Ergebnis der Studie ist differenziert, aber statistisch gut abgesichert: Eine Gastmannschaft kann in der Tat von einem Platzverweis – sei es die rote Karte oder eine wiederholte gelbe Karte – profitieren. Voraussetzung ist aber, dass die Mannschaft nur noch höchstens 20 Minuten in reduzierter Besetzung spielen muss. Sonst hält das bestrafte Gastteam nicht durch. Etwas anders sieht es für Heimmannschaften aus: Sie können von einer roten Karten überhaupt nicht profitieren. Eine personelle Schwächung schlägt sich mit großer Wahrscheinlichkeit negativ im Spielergebnis nieder.

Die vier Tübinger Wissenschaftler sind nicht die ersten, die solch eine Analyse vorgenommen haben. Doch im Unterschied zu anderen Forschern haben sie in ihre statistische Analyse zwei weitere wichtige Faktoren einbezogen: die Stärke der beiden Teams, gemessen an ihren Ergebnissen im Verlauf der jeweiligen Saison, und die Stärke der Teams bei Heimspielen. So konnten sie besonders gut zwischen Heim- und Auswärtsspielen unterscheiden, und außerdem erlaubte das Verfahren, Korrekturen für den Fall in die Analyse einzubauen, dass zwei Teams mit sehr unterschiedlicher Stärke aufeinandertrafen. Zudem berücksichtigen die vier Tübinger Forscher auch die Verläufe von Spielen ohne Platzverweise, um statistisch untersuchen zu können, ob die gefundenen Effekte wirklich von den Platzverweisen stammen oder durch andere Einflüsse erklärbar sind. Tobias Brändle: „Aus der bloßen Beobachtung heraus, dass eine Mannschaft in Unterzahl noch zwei Gegentore bekommen hat, kann man nicht sagen, ob diese wirklich durch den Platzverweis induziert waren. Wir versuchen durch unsere Analyse auch zu berücksichtigen, wie ein Spiel ohne Hinausstellung ausgegangen wäre – daher untersuchen wir auch Spiele ohne Platzverweise. So können wir einen kausalen Zusammenhang zwischen Platzverweis und Spielergebnis herleiten.“

Das teilweise überraschende Ergebnis beleuchten die Forscher in ihrer Arbeit im Lichte verschiedener theoretischer Ansätze aus der Ökonomie. Einerseits führt die Hinausstellung eines Spielers zu einer suboptimalen Zusammensetzung der Mannschaft, da die verbleibenden Spieler dessen Rolle übernehmen müssen. Andererseits ruft ein Platzverweis einen Motivationseffekt bei den verbleibenden Spielern hervor. Jeder von ihnen muss nun mehr Verantwortung übernehmen und kann sich weniger gut hinter seinen Mitspielern verstecken. Des Weiteren müssen sowohl die dezimierte als auch die gegnerische Mannschaft ihre Taktik und Spielart an die neue Situation anpassen. Diese Anpassung sollte tendenziell derjenigen Mannschaft leichter gelingen, die die einfachere Aufgabe zu erfüllen hat.

Und woher kommt es, dass Gastgeber und Gäste so unterschiedlich auf eine Bestrafung reagieren? Auch dafür haben die Wissenschaftler eine Erklärung. Empirische Analysen zeigen, dass Auswärtsmannschaften im Durchschnitt defensiver auftreten als Heimteams. Dabei wird es in der Regel als leichter eingestuft, kompakt zu verteidigen, als selbst das Spiel machen zu müssen. Die Anpassung an die neue Spielsituation nach dem Platzverweis sollte daher Auswärtsmannschaften besser gelingen als Heimmannschaften. Die Heimmannschaft hat deswegen keinen Spielraum mehr, eine Schwächung durch zusätzliche Motivation auszugleichen. Der positive Motivationseffekt macht jedoch auch die geschwächten Gäste nur für eine begrenzte Zeit zu Überfliegern. Trifft sie die Strafe früher als in der siebzigsten Minute, können sie ihre personelle Unterlegenheit nicht bis zum Ende durch mehr Einsatz ausgleichen.

Im Übrigen sind die Auswirkungen eines Platzverweises auf das Spielergebnis unabhängig von der Zuschauerzahl und der Frage, ob es sich um ein Derby handelt.

Aus der Untersuchung lasse sich, …mehr: Die Studie ist abrufbar unter http://ssrn.com/abstract=1571867

Kontakt:
Diplom-Volkswirt Mario Mechtel
Universität Tübingen, Lehrstuhl für VWL, insb. Finanzwissenschaft
Tel: 0 70 71 – 29 – 7 81 82; Fax: 0 70 71 – 29 – 55 90

Michael Seifert, Hochschulkommunikation
Eberhard Karls Universität Tübingen

Biologische Reinigung bei schwermetall- und sulfathaltigen Industrie-Abwässern effektiv

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Kassel. Giftige Industrie-Abwässer kostengünstiger, umweltschonend und effektiver zu reinigen als bisher gebräuchliche Verfahren erlaubt eine mehrfach patentierte Erfindung aus der Universität Kassel. Mit einem Festbett-Bioreaktor und Sulfat reduzierenden Bakterien kann das neue biochemische Reinigungsverfahren saure und sulfathaltige Waschwässer, etwa aus Bergwerken, vor Ort reinigen. Das ist nicht nur zu rund 30 Prozent geringeren Kosten als bisher möglich – es fallen auch keine Reststoffe mehr an, die auf Sonderdeponien entsorgt werden müssen. Stattdessen entstehen Produkte, die für andere Industrieprozesse wieder verwendet werden können.

In vielen Industriebetrieben wie Müllverbrennungsanlagen, Kohlekraftwerken und Bergwerken fallen bei der Produktion hochkonzentrierte schwermetall- und sulfathaltige, stark saure Abwässer an, beispielsweise auch bei der Rauchgasentschwefelung. Die bisher bekannten chemischen Verfahren (Nassverfahren) zur Reinigung von schwefel- und schwermetallhaltigen Lösungen, bei denen etwa Kalkmilch (Kalkhydrat) zur Elimination von Schwermetallionen wie Cadmium, Quecksilber, Zink, Chrom oder Kupfer verwendet wird, haben Nachteile: Es entsteht eine große Menge von synthetischem Gips, der Schwermetalle und andere giftige Stoffe beinhaltet. Daher muss er teuer auf Sondermülldeponien entsorgt werden.

Im Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft am Fachbereich Bauingenieurwesen der Universität Kassel unter Leitung von Professor Dr.-Ing. Franz-Bernd Frechen mit seinem Wissenschaftlichen Mitarbeiter Dr.-Ing. Waldemar Dinkel wurde nun ein biochemisches Verfahren entwickelt, das in einem geregelten, doppelten Reaktionskreislauf die Schwermetalle aus Waschsäure ausfällt und Säure gewinnt, die im Reinigungsprozess eines Industriebetriebes wieder eingesetzt werden kann. Auch der Metallschlamm, der nach der Waschsäurereinigung übrig bleibt, ist wieder verwertbar. Er besteht überwiegend aus Metallsulfid, also einer chemischen Verbindung, in der Metalle auch in der Natur überwiegend zu finden sind.

Die Grundlagen für dieses Verfahren wurden im Rahmen eines Kooperationsprojekts mit der Staatlichen erdöltechnischen Universität Ufa in Russland erarbeitet. Herzstück des Reinigungsverfahrens, das bereits zwei Patente für Europa und Russland erhalten hat und für zwei weitere angemeldet wurde, ist ein Festbett-Bioreaktor, in dem mit Glycerin gefütterte Bakterien ihre Arbeit verrichten: Sie „verdauen“ verdünntes sulfathaltiges Abwasser und produzieren auf biochemischem Weg Sulfid. So wird Schwefelwasserstoff (H2S) erzeugt.
In einem weiteren Reaktor wird der Schwefelwasserstoff mit Luft oder Stickstoff aus dem Abwasser gestrippt und in einen dritten Behälter mit stark konzentriertem Abwasser überführt. Mit Hilfe des Schwefelwasserstoffs werden dort die Schwermetallionen gebunden und fast vollständig ausgefällt.

Dank des entwickelten Bioreaktors habe man im Laborversuch 99,9 Prozent des Zinks im Abwasser ausfällen und 64 Prozent des Sulfats reduzieren können, sagt Dr. Dinkel. Der Wissenschaftler, der früher an der Universität in Ufa gelehrt hat und seit 1997 an der Universität Kassel forscht, hat durch Experimente herausgefunden, in welchem Säuremilieu und bis zu welcher Konzentration von Schwermetallen im Abwasser die Sulfat reduzierenden Bakterien die optimale Menge von Sulfiden produzieren.

Die Grundlagen dieses neuartigen biologischen Reinigungsverfahrens sind bereits während eines mit 175.000 € von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten zweijährigen Kooperationsprojekts mit der – mit der Kasseler Uni seit Jahren befreundeten – erdöltechnischen Universität Ufa in Russland gelegt worden, das vor sieben Jahren startete. So stammen die Sulfatreduzierenden Bakterien für den Kasseler Bioreaktor beispielsweise aus dem Abwasserteich des Erdölverarbeitungswerks Ufa. Die Russen sind an kostengünstigen Techniken zur Abwasserreinigung interessiert, da es in dieser Region viele Bergbau- und Erdölbetriebe gibt.

Frechen sieht die wirtschaftlichen Chancen der Erfindung aus Kassel vor allem im Bergbau und bei Müllverbrennungsanlagen. Das Fachgebiet habe ein auf Bergwerke zugeschnittenes Verfahren entwickelt und im Labor getestet, das kostengünstiger und effektiver als die bisher gebräuchlichen Verfahren saure und sulfathaltige Waschwässer vor Ort reinige. Das jährliche Betriebskosten-Einsparpotential schätzt Frechen auf bis zu 30 Prozent. Ein Bergwerksbetrieb könne so jedes Jahr Millionen Euro einsparen. Dr. Dinkel sieht auch Einsatzchancen in anderen Industriebetrieben, z.B. in der Galvanik, wo Schwermetallionen und Sulfate zum Einsatz kommen. Das Reinigungssystem unterbiete schon jetzt deutlich die zulässigen Einleitungsgrenzwerte für Industrieabwässer. Mit einer weiteren Verschärfung der europäischen Umweltschutzvorschriften werde die Erfindung aus Kassel für die Unternehmen immer interessanter.

Christine Mandel, Abt. Kommunikation und Internationales
Universität Kassel

Info
Prof. Dr.-Ing. Franz-Bernd Frechen
Dr.-Ing. Waldemar Dinkel
e-mail wdinkel@uni-kassel.de
Universität Kassel
Fachbereich Bauingenieurwesen
Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft

„Mozart für Mikroben“

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Einsatz des NATURSCHALLWANDLER – Systems in der Abwasserreinigung

Der NATURSCHALLWANDLER ist ein neuartiges Akustiksystem, welches im Unterschied
zu herkömmlichen Lautsprechern (Boxen) über eine natürliche Abstrahlcharakteristik
verfügt. In der Natur breiten sich Schallwellen von einem Punkt ausgehend in alle
Richtungen gleichzeitig und nahezu drucklos aus. Der NATURSCHALLWANDLER
erzeugt und sendet Schallwellen, die in ihrer Wirkung
auf Organismen den natürlichen
Schallwellen und deren zugrundeliegenden
Gesetzmäßigkeiten entsprechen. Bei einer Beschallung
mit harmonischen Frequenzmustern (Naturklänge,
harmonische Musik) kann eine Wirkung auf die
Abbauleistung des Belebtschlammes beobachtet werden.
Wir führen dies auf eine positive Regulierung der
Membranaktivität , der Organisat ion und der
Milieubedingungen der Mikroorganismen zurück.
Die Stoffwechselleistung und die Sauerstoffverwertung erhöhen sich und damit der aerobe
Abbau von organischen Stoffen. Die Anpassung der Mikrobengemeinschaft an die
Nährstoffsituation imAbwasser wird beschleunigt.
Dieses Verfahren hat die MUNDUS GmbH 2009 in Österreich erstmals in
Abwasserreinigungsanlagen erprobt und angewendet.
Mehr:

http://www.mundus-gmbh.de/klaeranlagen.phtml

DEMONSTRATIONSBETRIEB ZUR WASSERWIEDERVERWENDUNG IN MAROKKO

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„Wiederverwendung von kommunalem Abwasser“ konnte in den
Monaten Juli bis Oktober 2009 ein abschließender Demonstrationsbetrieb
im Partnerland Marokko erfolgreich realisiert werden.

Inga Grote, Hans-Gerd Berkhoff und Florian Schmidtlein betrieben in
diesem Zeitraum mit tatkräftiger Unterstützung unseres Kooperationspartners
Herrn Prof. Zaidi (EXWET Sarl.) eine auf dem Gelände
Bourergreg der staatlichen marokkanischen Wasserbehörde Office
National de l’Eau Potable (ONEP) in Rabat vorhandene Belebungsanlage,
die vorab durch uns um nachfolgende Reinigungsstufen (Filtration,
UV-Desinfektion) erweitert wurde. Der Betrieb der Pilotanlage
wurde durch ein umfangreiches Messprogramm begleitet, wobei der
Schwerpunkt der Untersuchungen auf der Analyse der Leistungsfähigkeit
der demonstrierten Verfahrensketten aus hygienischer bzw.
mikrobieller Sicht lag. Eine Erweiterung der vorhandenen Laborkapazität
ermöglichte die Bestimmung entsprechender Indikatororganismen
direkt vor Ort, wodurch eine hohe Analysequalität gewährleistet
werden konnte. Die Pilotanlage – in den Jahren 2000-2001 in
marokkanisch-kanadischer Kooperation errichtet – wird von ONEP
derzeit als Anlage zu Forschungs-, Trainigs- und Weiterbildungszwecken
genutzt und bot daher eine ideale Plattform, um die im Rahmen
des Projektes vorab in Deutschland erzielten Ergebnisse zu demonstrieren.
Obwohl in Marokko im Vergleich zu den in Deutschland
betriebenen Anlagen in einigen Bereichen veränderte Randbedingungen
vorherrschten – beispielsweise war die Abwassertemperatur
deutlich erhöht und die organische Schmutzfracht im zufließenden
kommunalen Abwasser deutlich geringer konzentriert – konnte
sowohl eine vergleichbare Belastung an Indikatororganismen
nachgewiesen als auch die entsprechende Leistungsfähigkeit der
einzelnen Verfahrensschritte bestätigt werden. Mit Hilfe des
Belebtschlammverfahrens ließ sich der Gehalt an Indikatororganismen
um ca. 2,0-2,5 log-Stufen reduzieren. Die erzielte Ablaufqualität
entsprach jedoch keinen gehobenen Anforderungen für eine
Wasserwiederverwendung, so dass eine nachfolgende Desinfektion
für die meisten Anwendungsfälle erforderlich war. Eine nachfolgende
Schnellsandfiltration führte zu keinem wesentlichen Rückhalt an
Indikatororganismen, jedoch zu einer deutlichen Reduktion an
Feststoffen, was insbesondere bei hohem Algenwachstum durch die
starke Sonneneinstrahlung vorteilhaft ist. Eine Verbesserung der
Transmissionswerte, die für die Auslegungen einer nachfolgenden
UV-Desinfektionsstufe maßgeblich sind, ließ sich bei geringem
Algenvorkommen durch die eingefügte Sandfiltrationsstufe jedoch
nur bedingt erzielen. Mindestbestrahlungsdosen für eine ausreichende
Desinfektion wurden sowohl im kontinuierlichen Betrieb als auch
in Laborversuchen ermittelt. Eine Wiederverkeimung durch …mehr:

http://www.ruhr-uni-bochum.de/siwawi/Download/Newsletter%20April%202010.pdf

MEHRZWECKTEICHTECHNOLOGIEN ZUR SIMULTANEN CO – ABSORPTION, ALGENPRODUKTION, BIOENERGIEGEWINNUNG UND ABWASSERBEHANDLUNG

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Abwasserteiche können als Mehrzweckanlagen mit neuen Prozesstechnologien
auch zur CO -Absorption sowie zur Gewinnung von Bio- Rohstoffen und Energie genutzt werden.

Obwohl Teiche weltweit einen großen Teil aller Kläranlagen stellen, sind die Potentiale zur
Entwicklung innovativer Ansätze in Deutschland bisher kaum genutzt
worden. In Neuseeland arbeiten bereits zahlreiche Experten im
Bereich fortschrittlicher Teichtechnologien. Im Rahmen der vom
internationalen Büro des BMBF geförderten bilateralen Kooperation
zwischen dem National Institute of Water & Atmospheric Research
(NIWA), Hamilton, Neuseeland, dem Institut für Umwelttechnik und
Management an der Universität Witten / Herdecke gGmbH und dem
Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik derRUB
soll die Zusammenarbeit und Netzwerkbildung zwischen deutschen
und neuseeländischen Partnern in diesem Spezialgebiet der Umweltwissenschaften
gefördert werden. Ziel ist die Entwicklung gemeinsamer
Forschungsansätze für innovative Mehrzweck-Teichtechnologien
und die Erstellung gemeinschaftlicher FuE-Anträge bei nationalen und
internationalen Förderprogrammen. Durch die gemeinsamen Ansätze
werden die besonderen Fähigkeiten der einzelnen Partner gebündelt
und weiterentwickelt. Die Arbeiten spannen ein breites wissenschaftliches
Feld im Bereich der Teichtechnologien auf und umfassen sowohl
mikrobiologische Forschung an neuen Ansätzen zur Abwasserdesinfektion
als auch innovative Algentechnologien und Gasemissionen aus
Teichanlagen. Mehr:

http://www.ruhr-uni-bochum.de/siwawi/Download/Newsletter%20April%202010.pdf

Fluorhaltige Feuerlöschschäume schützen – aber leider nicht die Umwelt

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Umweltbundesamt, Brandschutzverband und Feuerwehren veröffentlichen Faltblatt zur umweltschonenden Verwendung

Feuerwehren retten, bergen, löschen, schützen. Oft auch die Umwelt. Besonders effektiv lassen sich Brände von Chemikalien, Treibstoffen oder Kunststoffen mit fluorhaltigen Löschschäumen bekämpfen. Das verhindert, dass giftige Verbrennungsprodukte entstehen.

Die in den Löschschäumen enthaltenen Chemikalien sind jedoch aus Umweltsicht nicht ohne: „Fluorhaltige Chemikalien sind extrem langlebig und werden über die Gewässer weltweit verbreitet. Einige Vertreter der Stoffgruppe haben zudem die Tendenz, sich im Körper anzureichern und dort giftig zu wirken. Wir sollten daher vermeiden, dass sie in die Umwelt gelangen. Klar ist aber auch, dass dieser Anspruch im Brandfall nur teilweise erfüllt werden kann; dort hat der akute Schutz menschlichen Lebens natürlich Vorrang“, so Dr. Klaus Günter Steinhäuser, Fachbereichsleiter „Chemikaliensicherheit“ im Umweltbundesamt (UBA). Ein neues Faltblatt gibt Feuerwehren und Betreiber stationärer Löschanlagen praktische Tipps, wie sich geeignete Löschmittel auswählen lassen und belastetes Löschwasser am besten entsorgt wird.
Das gemeinsam von Umweltbundesamt (UBA), Deutschem Feuerwehrverband e.V (DFV) und Bundesverband Technischer Brandschutz e.V. (bvfa) entwickelte Faltblatt erscheint pünktlich zur Interschutz-Messe in Leipzig. Mit über 1000 Ausstellern und mehr als 100.000 Besuchern ist die Interschutz in Leipzig die wichtigste Messe für die Bereiche Rettung, Brand-/Katastrophenschutz und Sicherheit. Organisiert wird die Messe vom Bundesverband technischer Brandschutz e.V. (bvfa). Parallel zur Ausstellung findet vom 7. bis 12. Juni 2010 der 28. Deutsche Feuerwehrtag statt. Ein zentrales Messethema ist deshalb die Brandbekämpfung.

Hintergrund: Fluorhaltige Löschschäume
Im Jahr 2000 stellte die Firma 3 M, bis dahin einer der größten Hersteller fluorhaltiger Löschschäume fest, dass ihre Beschäftigten im Blut hohe Konzentrationen der Chemikalie PFOS (Perfluoroktansulfonsäure) aufwiesen. Das war für das Unternehmen der Anlass, die Produktion einzustellen und die marktführende Rolle aufzugeben. Weltweit wurden die Umweltbehörden aktiv. Heute steht PFOS auf der Liste der sogenannten persistenten organischen Schadstoffe („Persistent Organic Pollutants“, kurz POPs). POPs sind besonders gefährliche Chemikalien, die ein weltweites Problem darstellen und die die Vertragsstaaten des Stockholmer Abkommens – einer internationalen Übereinkunft über persistente organische Schadstoffe – aus dem Verkehr ziehen wollen.

PFOS war bis dahin die wichtigste Fluorkomponente in Feuerlöschschäumen. Die Lager der Werkfeuerwehren der Chemischen Industrie und der Flughafenfeuerwehren waren gefüllt mit PFOS-haltigen Löschschäumen. Einige Feuerwehren habe die Mittel auch heute noch auf Lager. Seit 27. Juni 2008 vebietet die EU das Inverkehrbringen und Verwenden von PFOS; für bereits (gelagerte) Feuerlöschmittel auf Basis von PFOS gilt jedoch eine Aufbrauchfrist bis zum Juni 2011.

Der neue Ratgeber „Fluorhaltige Schaumlöschmittel umweltschonend verwenden“ kann unter
http://bit.ly/93sCRU kostenlos heruntergeladen werden – eine gedruckte Fassung kann dort ebenfalls kostenlos bestellt werden.

Quelle: Umweltbundesamt

EU-Kommission verklagt die Stadt Hamm

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Brüssel/Hamm. Weil die Stadt Hamm 2003 dem Lippeverband einen Auftrag zur Sammlung und Entsorgung ohne vorherige Ausschreibung erteilt hat, wird sie nun von der EU-Kommission vor dem Europäischen Gerichtshof verklagt.

Die EU-Kommission will sich nicht länger hinhalten lassen und zieht deshalb gegen die Stadt Hamm vor den Europäischen Gerichtshof. Die EU-Beamten werfen der Kommune vor, sich bei der Vergabe eines Abwasserauftrags im Jahr 2003 nicht an die Regeln des Binnenmarkts gehalten zu haben, indem sie ihn einem Zweckverband ohne Ausschreibung zuschanzten.

Zankapfel ist ein Auftrag zur Sammlung und Entsorgung von Abwässern. Die deutschen Behörden verteidigen den Verzicht auf eine Ausschreibung mit dem Argument, die Kommune habe die öffentliche Aufgabe lediglich „innerhalb der öffentlichen Verwaltungsorganisation Deutschlands übertragen“. Das sieht Brüssel anders. Der Zweckverband habe schließlich auch private Mitglieder, könne daher gar nicht Bestandteil der Verwaltung sein. Zudem würden die Leistungen durch die Stadt vergütet. 2008 erhielt der Lippeverband nach EU-Angaben 18 Millionen Euro, das entspreche einer „beachtlichen Gewinnmarge von mehr als einer Million Euro“. Trotzdem seien die Wassergebühren für die Bürger der Stadt in den vergangenen zwei Jahren nicht gesenkt worden.

Wettbewerb wurde eingeschränkt

Hamm hätte den Auftrag getreu der europäischen Regeln ausschreiben müssen…mehr:
http://www.derwesten.de/nachrichten/EU-Kommission-verklagt-die-Stadt-Hamm-id3065679.html

Hydrothermale Karbonisierung (HTC) – was ist denn das?

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Die TerraNova Anlagen beruhen auf dem Prinzip der Hydrothermalen Karbonisierung (HTC). Dieses von Prof. Dr. Bergius in den 1920er Jahren entdeckte Verfahren wurde vom Max-Planck Institut Potsdam um Prof. Dr. Antonietti auf heutige Relevanz hin weiter untersucht.
Während der HTC wird wässrige Biomasse in hermetischem Abschluss in einen kohleähnlichen Schlamm gewandelt. Dieser Prozess ist exotherm, d.h. die Stoffwandlung kann durch geschickte Prozessführung ohne Energiezufuhr geschehen.

Da der TerraNova Prozess 100% der in der Biomasse vorhandenen chemischen Energie verfügbar macht, ist er konkurrierenden Verfahren wie dem der Biogaserzeugung überlegen, in welchem die Gärreste noch etwa die Hälfte der Energie enthalten. Zudem wird die ganze Biomasse verwertet, nicht nur selektierte Pflanzenteile wie beispielsweise die Saaten.
Weiterhin ist der TerraNova Prozess als rein chemisch-katalytisches Verfahren unempfindlich im Betrieb, selbst bei starker Variation der Eingangsstoffe.

Der Brennwert der entstandenen TerraNova Kohle variiert mit der verwerteten Biomasse. Er erreicht Werte, die deutlich über denen von handelsüblicher Braunkohle liegen:

Reis:  26.386 J/g (7,33 kWh/kg) 
Orangenschalen:  25.886 J/g (7,19 kWh/kg) 
Lebensmittelreste:  25.000 – 30.000 J/g (6,8 – 8,6 kWh/kg) 
Braunkohle:  20.000 J/g (5,7kWh/kg) 

Quelle: http://www.terranova-energy.com/prozess.php