Schlüsselwörter
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Abwasser, Vergärung, schwer abbaubare Stoffe, Energie, organische Stoffe, Biogasproduktion, Pilotanlage, Abbaubarkeitstest, Pilotversuch, Abwasser der chemisch-pharmazeutischen Industrie
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Kurzbeschreibung
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Abwasser mit einem hohen Gehalt an abbaubaren Stoffen kann vorbehandelt werden, indem es anstelle des energieintensiven Verfahrens der Belüftung mittels Vergärung vorbehandelt wird. Das entlastet nicht nur die ARA, es wird gleichzeitig auch Energie gewonnen. Über die Vergärung von hochbelasteten Abwässern aus der Lebensmittel-, der Getränke-, Stärke und Verpackungsindustrie ist bereits viel Wissen vorhanden. Für Abwasser aus der chemischen-pharmazeutischen Industrie hingegen ist das Wissen lückenhaft. Die grosse Herausforderung bei dieser Matrix sind Schwankungen der Mengen an organischen Stoffen und deren Zusammensetzung sowie das Verhalten von schwer abbaubaren Stoffen. Um hier einen Schritt weiterzukommen, soll auf der ERZO mit einer Anlage des Typs Biopaq (R) IC pilot unit der Firma Paques NL ein Pilotversuch mit Abwasser der Firma Siegfried AG durchgeführt werden. Die Pilotanlage mit einem Reaktorvolumen von 60 Litern wird kontinuierlich betrieben und mit einem Teilstrom des Industrieabwassers (60 Liter pro Tag) beschickt. Im Verlauf der Pilotierung soll der Durchsatz schrittweise erhöht werden, um das Verhalten der Anlage kennenzulernen. Die für die Beurteilung des Pilotbetriebs notwendigen Prozessparameter werden erfasst. Die Biogasproduktion und der Methangehalt werden regelmässig gemessen.
Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 04.06.2020 genehmigt.
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Ergebnisse gemäss Vertrag
(Deutsch)
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1. Erste Erfahrungen zeigen auf, ob ein stabiler Pilotbetrieb möglich ist. Die Abbauleistung ist anhand regelmässiger Analysen verschiedener Parameter (GUS, TOC, NH4-N, CSB tot, P tot, Sulfat, Biogasmenge, CH4, H2S, CO2 und ev. weiterer Parameter) beschrieben. Für ein Set von schwer abbaubaren Stoffen (2-PPAA, Didiavalo, Methadon) wurden Abbaubarkeitstest durchgeführt. Diese Werte werden mit denjenigen im Rohabwasser und im aerob behandeltem Abwasser verglichen. Der Pilotversuch wird weitergeführt, falls die Resultate bezüglich Abbauleistung, produziertem Biogas und stabiler Betriebsführung genügend sind: das heisst, dass der Abbaugrad bei über 50% liegt und dass entsprechend Biogas gebildet wird.
2. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.
3. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien
(genauere Angaben s. Beilage 2) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind
bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
4. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.
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Projektziele
(Deutsch)
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Im 6-monatigen Pilotbetrieb ist aufgezeigt, ob bzw. unter welchen Bedingungen die Vergärung von Abwasser der chemisch-pharmazeutischen Industrie eine sinnvolles Verfahren zur Vorbehandlung ist, v.a. bezüglich Abbau der organischen Belastung, dem Abbau von problematischen, schwer abbaubaren Stoffen und dem produzierten Biogas.
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Beschreibung der Resultate
(Deutsch)
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Organisch mittel bis hoch belastetes Produktionsabwasser eines Chemiebetriebes wird in einer Pilotierung auf seine anaerobe Abbaubarkeit im Hinblick auf die Entlastung der nachgeschalteten kommunalen ARA und auf die Produktion von Biogas geprüft. Die Pilotierung in einem Biopaq® IC-UASB Reaktor erfolgt bei mesophilen Bedingungen und bei einer hydraulischen Verweilzeit von rund 5 Stunden mit Originalabwasser aus der Produktion, welches starke Schwankungen der Art und der Konzentration der organischen Inhaltsstoffe aufweist.
Die anaerobe Biologie zeigt über einen Zeitraum von mehreren Monaten auch bei starken Schwankungen in der Abwasserzusammensetzung einen stabilen Betrieb ohne Ausfälle. Der Abbaugrad des gelösten CSB hängt stark von der Abwasserzusammensetzung ab. Er liegt zwischen 50 und 80 % mit einem Mittelwert von 55 % und liegt damit tiefer, als aufgrund von Vorversuchen und Literaturwerten erwartet. Ebenfalls tiefer als aufgrund von Vorversuchen zur Bestimmung des Biomethanpotenzials erwartet zeigt sich die Biogasausbeute mit durchschnittlich 0.54 Nm3 Biogas pro m3 Abwasser resp. 0.39 Nm3 Biogas pro kg abgebautem CSB. Der Methangehalt im produzierten Biogas liegt mit 76-83 % konstant auf einem unüblich hohen Niveau. Die im Fermenterauslauf stark ansteigenden Werte der Alkalinität weisen darauf hin, dass ein grosser Anteil des biogen produzierten CO2 den Fermenter in gelöster Form verlässt. Der aerobe Abbaugrad von Rest-DOC im anaerob behandelten Abwasser liegt nicht signifikant tiefer als jener im aerob vorbehandelten Abwasser.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die Pilotversuche zeigen, dass ein IC UASB Reaktor zur anaeroben Vorbehandlung des Produktionsabwassers im technischen Massstab geeignet ist. Eine signifikante Entlastung der nachgeschalteten aeroben Biologie um >50 % kann erreicht werden. Dadurch entstehen Kosteneinsparungen durch die Reduktion des Bedarfs an Belüftungsenergie und durch die reduzierte aerobe Schlammfracht. Durch die Produktion von Biomethan kann ein zusätzlicher Erlös erreicht werden. Den Erlösen und Einsparungen gegenüber stehen im Vergleich zur Ableitung des unbehandelten Abwassers erhöhte Betriebskosten. Aufgrund der fehlenden Wirtschaftlichkeit ist daher auch bei positiven ökologischen Auswirkungen nicht mit einer Umsetzung der erreichten Resultate im technischen Massstab zu rechnen.
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Weiteres Vorgehen
(Deutsch)
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Die anaerobe Vorbehandlung des Produktionsabwassers aus der chemischen Industrie erweist sich als technisch gangbarer Weg. Trotzt Reduktion des CO2-Fussabdrucks aufgrund der Substitution von Erdgas durch Biogas zeigen finanzielle Betrachtungen, dass die anaerobe Vergärung von Produktionsabwasser im untersuchten Falle nicht wirtschaftlich ist. Die Wirtschaftlichkeit kann durch eine finanzielle Abgeltung des ökologischen Mehrwertes, z.B. mit CO2-Zertifikaten, durch tiefere Reinigungskosten der Restverschmutzung oder durch reduzierte Betriebs- & Kapitalkosten verbessert werden.
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