Anaerobe Behandlung von Braunwasser und Klärschlamm unter Berücksichtigung von Co-Substraten

Dissertation, Berlin, Technische Universität Berlin, 2014

Die anaerobe Umsetzung von kohlenstoffreichen Substraten zählt in der Natur zu den wichtigsten Abbauvorgängen. Auf Kläranlagen mit anaerober Faulung wird so der anfallende Klärschlamm stabilisiert. Dabei wird Biogas gewonnen, das zu Wärme und elektrischer Energie umgewandelt werden kann. Kläranlagen sind der größte kommunale Stromverbraucher. Durch freie Faulraumkapazitäten ist die Annahme von energiereichen Co-Substraten eine Möglichkeit, die energetische Bilanz von Kläranlagen zu verbessern. Als Co-Substrate kommen verschiedene Biomassen in Betracht, die im Vorfeld eines dauerhaften großtechnischen Einsatzes auf ihre Eignung hin geprüft werden sollten. Zum einen wurden in dieser Arbeit Versuche mit Fettabscheiderinhalten auf dem Klärwerk Waßmannsdorf durchgeführt und ausgewertet. Dabei wurde die gute Wirkung dieser Substrate auf die Steigerung der spezifischen Biogasproduktion nachgewiesen. Allerdings müssen bei der Annahme diverse Randbedingungen eingehalten werden. Eine Vorbehandlung der Fettabscheiderinhalte ist aufgrund des hohen Störstoffanteils unerlässlich. Weiterhin zeigte sich der Einfluss einer gleichmäßigen Beschickung auf einen störungsfreien Anlagenbetrieb. Ebenfalls müssen Minimalverweilzeiten eingehalten werden, damit der Abbaugrad optimiert wird, da sonst beispielsweise Mindererträge an Biogas und Mehrverbrauche von Flockungshilfsmittel die Folge sind. Zum anderen wurde die Einbettung des anaeroben Abbaus in einem neuartigen Sanitärsystem untersucht. Zur Behandlung von Braunwasser kam hier ebenfalls die anaerobe Faulung zum Einsatz. Dazu wurden auf dem Klärwerk Stahnsdorf der Berliner Wasserbetriebe an der Biogasanlage des "Sanitation Concepts for Separate Treatment"-Projektes (SCST) Untersuchungen zur mesophilen Vergärung durchgeführt. Es zeigte sich die starke Abhängigkeit der oTR-Raumbelastung und -Konzentration, die bei der anaeroben Behandlung eine wichtige Rolle spielen. Der Spülwasserverbrauch wurde durch eine Vakuum–No-Mix–Toilette minimiert, brachte jedoch nicht ausreichende Konzentrationen. Unter anderem auch aus diesem Grund wurde hier Küchenbioabfälle als ein Co-Substrat getestet. Deutlich wurde das einwohnerspezifisch wesentlich höhere Potenzial der Küchenbioabfälle gegenüber den Fettabscheiderinhalten. Eine entscheidende Rolle bei der optimalen Gasausbeute der Küchenbioabfälle spielt der Zerkleinerungsgrad. Dies wurde in Laborversuchen nachgewiesen. Anhand der ermittelten Daten wurden die Biogaspotenziale aus den betrachteten Substraten, Klärschlamm, Braunwasser, Fettabscheiderinhalte und Küchenbioabfälle, bestimmt und verglichen. Bei der Auswahl der mit zu vergärenden Substrate war der Zusammenhang zwischen Basissubstrat und Co-Substrat von großer Wichtigkeit. Dies bedeutet für die konventionelle Abwasserreinigung, dass die Fettabscheiderinhalte vor der Abtrennung Bestandteil des Abwassers waren. Zur Verhinderung von Schäden am Kanalnetz durch biogene Schwefelsäurekorrosion werden diese ab einer bestimmten Größenordnung abgetrennt. Bei den neuartigen Sanitärsystemen stammen die Küchenbioabfälle – wie das Braunwasser auch – aus nahezu der gleichen Quelle, den Wohnungen