Abbauverhalten von ausgewählten organischen Schadstoffen in

Diplomarbeit
2005/2006
Reife- Diplomarbeit
Abbauverhalten von ausgewählten
organischen Schadstoffen in
Klärschlammkomposten bei veränderten
Rotteparametern
Projektgruppe:
Baldauf Simon
Bergmeister Steffen
Projektbetreuung: DI Gisela Wenger-Oehn
Dr. Josef Mäser
In Zusammenarbeit mit: Umweltinstitut Vlbg.
ARA Bregenz
Hubert Häusle GmbH
Projektbetreuung seitens der Firma: Dr. Christoph Scheffknecht
Dominic Wäger
Wolfgang Thurnher
Chemieingenieurwesen
Umwelttechnik
Vorwort
Das Umweltinstitut führte 2002/2003 eine stichprobenartige Analyse der
organischen Schadstoffen bei den erzeugten Klärschlammkomposten in
Vlbg. durch. Es wurden unterschiedliche Analysenwerte in Abhängigkeit
von Rottedauer, Eingangsmaterial und Kompostierungstechnik ermittelt.
Aufgaben dieses Projektes waren vor allem, den Abbau der organischen
Schadstoffe bei veränderten Rotteparametern zu ermitteln so wie die
Qualitätssicherungsparameter zu analysieren. Deshalb wurde bei der ARA
Bregenz und bei der Fa. Häusle GmbH Lustenau, die unterschiedliche
Rotteverfahren haben, jeweils eine Versuchsmiete/-box zur Verfügung
gestellt. Parallel dazu wurde aus dem laufenden Betrieb des
Kompostherstellers Referenzproben gezogen. Die Proben wurden bei der
ARA Bregenz von Simon Baldauf und beim Häusle Lustenau von Steffen
Bergmeister gezogen. Aus diesen Proben wurden die notwendigen
chemischen und analytischen Untersuchungen durchgeführt. Bei diesen
Arbeiten wurden wir von den Fachleuten des Umweltinstitutes unterstützt.
Danken möchten wir dem Umweltinstitut des Landes Vorarlberg,
insbesondere Herrn Peter Singer, Herrn Hans-Jörg Kapeller, Herrn Rainer
Florineth, Herrn Ing. Walter Hämmerle und Herrn Dr. Christoph
Scheffknecht für die tatkräftige Unterstützung in allen Bereichen.
Weiterer Dank gilt der ARA Bregenz, insbesondere Herrn Domenic Wäger
und der Fa. Häusle GmbH Lustenau, insbesondere Herrn Wolfram Statzer
und Herrn Wolfgang Thurnher. Ohne die Kooperation und der zur
Verfügung gestellten Möglichkeiten, wäre dieses Projekt nicht zustande
gekommen.
Weitere Anerkennung gilt unseren Projektbetreuern Frau DI Gisela
Wenger-Oehn und Herrn Dr. Josef Mäser, ohne welche die Durchführung
des Projektes nicht möglich gewesen wäre.
Inhaltsverzeichnis
1
Problemstellung - Zielsetzung ............................................. 7
1.1
Problemstellung ..................................................................... 7
1.2
Zielsetzung............................................................................ 7
2
Grundlagen.......................................................................... 7
2.1
Kompostierung....................................................................... 7
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
Einflussfaktoren auf den Kompostierungsvorgang ..................... 10
Nährstoffverhältnis ............................................................... 10
Wassergehalt ....................................................................... 11
Sauerstoffversorgung............................................................ 11
Temperatur ......................................................................... 11
3
Untersuchungsparameter .................................................. 12
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
Kohlenwasserstoffe (KW) ...................................................... 12
Allgemeines ......................................................................... 12
Vorkommen......................................................................... 12
Grenzwert ........................................................................... 12
3.2
3.2.1
Gesamter organischer Kohlenstoff (TOC) ................................. 12
Allgemeines ......................................................................... 12
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.3.6
Polychlorierte Biphenyle (PCB) ............................................... 13
Allgemeines ......................................................................... 13
Vorkommen......................................................................... 13
PCB-Einsatz in der Vergangenheit und mögliche heutige Quellen 13
Abbaubarkeit ....................................................................... 14
Toxizität .............................................................................. 14
Grenzwert ........................................................................... 14
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.4.4
Lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS) ......................................... 15
Allgemein ............................................................................ 15
Vorkommen......................................................................... 15
Abbaubarkeit ....................................................................... 16
Toxikologie .......................................................................... 16
3.4.5
Grenzwert ........................................................................... 17
3.5
Grenzwerte.......................................................................... 17
4
Verfahren .......................................................................... 18
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
ARA Bregenz........................................................................ 18
Kompostierung in Mieten ....................................................... 18
Geräte ................................................................................ 19
Veränderung des Klärschlamm Kompostes............................... 20
Belüftungstechnik................................................................. 20
Einsatz des Klärschlammkompostes ........................................ 20
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
Fa. Häusle GmbH, Lustenau................................................... 21
Belüftungstechnik................................................................. 22
Bauliche Ausführung ............................................................. 23
Abluftreinigung .................................................................... 24
5
Versuche ........................................................................... 25
5.1
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.1.4
5.1.5
ARA Bregenz........................................................................ 25
Test: Testbox....................................................................... 25
Versuch 1: Verlängerung der Heißrottephase ........................... 25
Versuch 2: Erniedrigung des Feuchtegehaltes .......................... 25
Versuch 3: Änderung des Mischverhältnisses ........................... 25
Versuch 4: Lagerversuch ....................................................... 25
5.2
5.2.1
5.2.2
5.2.3
5.2.4
5.2.5
Häusle Lustenau................................................................... 26
Test: Testbox....................................................................... 26
Versuch 1: Verlängerung der Heißrottephase ........................... 26
Versuch 2: Veränderung des Feuchtegehaltes .......................... 26
Versuch 3: Änderung des Mischverhältnisses ........................... 26
Versuch 4: Lagerversuch ....................................................... 26
6
Probennahme – Vorbehandlung ........................................ 27
6.1
6.2
6.2.1
6.2.2
Probennahme (ÖNORM 2123) ................................................ 27
Probenanzahl ....................................................................... 28
Festlegung der Probenanzahl ................................................. 28
Ermittlung der Mindestmenge der Proben ................................ 29
6.3
Probenaufbereitung .............................................................. 29
6.4
6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.4.4
6.4.5
Bestimmung des Rottegrades im Selbsterhitzungsversuch ......... 29
Vorbemerkung ..................................................................... 29
Probenaufbereitung .............................................................. 30
Geräte ................................................................................ 30
Versuchsdurchführung .......................................................... 30
Bewertung der Ergebnisse ..................................................... 31
6.5
6.6
6.6.1
6.6.2
Trockensubstanz – EN 12880:2000......................................... 31
Glühverlust (GV) .................................................................. 31
Probe.................................................................................. 31
Durchführung ...................................................................... 32
7
Analytik ............................................................................. 32
7.1
Bestimmung des Kohlenwasserstoff-Gehalt.............................. 32
7.1.1 Anwendungsbereich.............................................................. 32
7.1.2 Störungen ........................................................................... 32
7.1.3 Definitionen ......................................................................... 32
7.1.4 Grundlage des Verfahrens ..................................................... 32
7.1.5 Reagenzien.......................................................................... 33
7.1.5.1 Herstellung der Extraktionmittel-Stammlösung ........................ 33
7.1.6 Laborgeräte ......................................................................... 33
7.1.7 Konservierung und Probenvorbereitung................................... 33
7.1.8 Durchführung ...................................................................... 34
7.2
7.2.1
7.2.2
7.2.3
7.2.4
7.2.5
7.2.6
7.2.7
7.2.8
7.2.9
Bestimmung des Karbonatgehaltes nach Scheibler ................... 35
Anwendungsbereich.............................................................. 35
Störungen ........................................................................... 36
Definitionen ......................................................................... 36
Grundlage des Verfahrens ..................................................... 36
Reagenzien und Materialien ................................................... 36
Prüfmittel und Laborgeräte .................................................... 37
Probenvorbereitung .............................................................. 37
Durchführung ...................................................................... 38
Berechnung und Darstellung der Resultate .............................. 38
7.3
7.3.1
7.3.2
7.3.3
7.3.4
7.3.5
Bestimmung des organischen Kohlenstoffs .............................. 39
Grundlagen des Verfahrens.................................................... 39
Probenvorbereitung .............................................................. 39
Geräte ................................................................................ 39
Durchführung ...................................................................... 40
Berechnung und Angabe der Ergebnisse.................................. 40
7.4
7.4.1
7.4.2
7.4.3
7.4.4
Polychlorierte Biphenyle ........................................................ 41
Analytik .............................................................................. 41
Chemikalien......................................................................... 41
Probenvorbereitung .............................................................. 41
Durchführung ...................................................................... 41
7.5
7.5.1
7.5.2
7.5.3
Lineare Alkylbenzolsulfonate .................................................. 42
Probenvorbereitung .............................................................. 42
Chemikalien......................................................................... 42
HPLC-Trennung und UV-Dedektion ......................................... 42
8
Ergebnisse und Diskussion ................................................ 43
8.1
8.2
8.3
8.4
Beurteilung
Beurteilung
Beurteilung
Beurteilung
9
Literatur ............................................................................ 63
10
Anhang .............................................................................. 64
des Rotteverlaufs ................................................ 43
der Gehalte von PCB ............................................ 50
des Gehaltes von KW ........................................... 53
der Abbaubarkeit der LAS..................................... 55
Zusammenfassung
Der anfallende Klärschlamm wird in den Vorarlbergern Klärschlammkompostierungsanlagen zum Teil vererdet. Zum Schutz der Böden muss
der erzeugte Klärschlammkompost den Vorgaben der Vorarlberger
Klärschlammverordnung entsprechen. In unserem Projekt wurde
untersucht welchen Einfluss veränderte Rottebedingungen auf den Gehalt
von organischen Schadstoffen wie Lineare Alkylbenzolsulfonate,
Polychlorierte Biphenyle und Kohlenwasserstoffe im Endprodukt
Klärschlammkompost haben.
Weiters wurde die erzeugte Güte des Klärschlammkompostes festgestellt.
Bei den Linearen Alkylbenzolsulfonaten konnte ein biologischer Abbau in
Abhängigkeit der gewählten Rotteparameter festgestellt werden.
Es wurde festgestellt, dass der Gehalt der Polychlorierten Biphenyle im
Klärschlammkompost sehr konstant ist und der Grenzwert der
Klärschlammverordnung nicht überschritten wird. Die Kohlenwasserstoffgehalte schwanken sehr stark im Klärschlammkompost.
Abstract
The obtained sewage sludge is grounded in sewage sludge composting
plants in Vorarlberg. For the protection of the soil, the quality of the
produced sewage sludge compost must correspond to sewage sludge
regulations of Vorarlberg. In our project we examined the biological
decompostion of organic harmful substances like LAS, PCB and KW by
variations of the gang conditions. Furthermore, the produced quality of
the sewage sludge compost was determined. It was stated that the PCB is
very constant contents in the sewage sludge compost and does not
exceed the limit value. The hydrocarbon values in the sewage sludge
compost vary strongly and it also the limit value were exceeded.
Problemstellung - Zielsetzung
1 Problemstellung - Zielsetzung
1.1 Problemstellung
In Vorarlberg wird ein Teil des anfallenden Klärschlamms in regionalen
Klärschlammkompostierungsanlagen
vererdet.
Der
erzeugte
Klärschlammkompost muss im Sinne einer stofflichen Verwertung und
zum Schutz der Böden den Vorgaben der Vlbg. KS-VO entsprechen. Im
Sinne des nachhaltigen Bodenschutzes wird zur Zeit eine EU-weit gültige
Klärschlamm-Richtlinie erarbeitet und damit auch die Einführung von
Grenzwerten für organische Schadstoffe wie Lineare Alkylbenzolsulfonate
(LAS), Polychlorierte Biphenyle (PCB), polycyclische aromatische
Kohlenwasserstoffe (PAK), Nonylphenole (NP) etc. diskutiert.
Das Umweltinstitut führte 2002/2003 eine stichprobenartige Analyse der
organischen Schadstoffe bei den erzeugten Klärschlammkomposten in
Vlbg. durch. Es wurden unterschiedliche Analysenwerte in Abhängigkeit
von Rottedauer, Eingangsmaterial und Kompostierungstechnik ermittelt.
1.2 Zielsetzung
Im Rahmen eines Versuchsprogramms soll abgeklärt werden, inwieweit
veränderte Rotteparameter die organischen Schadstoffe wie LAS, PCB und
KW beeinflussen. Zusätzlich werden im Rahmen der Qualitätssicherung
Parameter wie Trockensubstanz (TS), Glühverlust (GV), Gesamt
organischer Kohlenstoff (TOC) und Rottegrad des Endproduktes analysiert.
2 Grundlagen
2.1 Kompostierung
Die Kompostierung ist ein aerober Vorgang, bei dem organische Substanz
durch Mikroorganismen zu humusbildenden Substanzen abgebaut wird.
Anaerobe Zustände sind zwar nicht erwünscht, können aber nicht völlig
unterbunden werden. Als Humus bezeichnet man die dunkel gefärbte, aus
dem Abbau von Pflanzen hervorgegangene organische Substanz der
obersten pflanzentragenden Schicht des Erdbodens. Die in ihm
enthaltenen Huminstoffe sind hochmolekulare organische Substanzen
ohne einheitliche Strukturen und Bindungstypen, aus denen über lange
Zeit Nährstoffe freigesetzt werden können. Aus diesem Grund und auch
wegen anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften ist der
Humus sehr gut zum Düngen von Pflanzen geeignet. Durch den aeroben
Baldauf, Bergmeister
7
Grundlagen
Abbau bei der Kompostierung der organischen Stoffe und deren
Mineralisierung zu hauptsächlich CO2, Wasser und organischen Salzen tritt
während des Kompostierungsprozesses trotz der Biomassevermehrung
insgesamt ein Masseverlust von 40 bis 50 Prozent ein. Die Kompostierung
läuft nach der Aufbereitung des Rohmaterials (Störstoffaussortierung,
Zerkleinern, Sieben, Mischen) grundsätzlich in zwei Phasen ab, wobei der
Phasenübergang keine starre Grenze darstellt und sich verschiedene
Mikroorganismenpopulationen nacheinander ablösen. Die erste Phase, in
der leicht abbaubare Stoffe wie Kohlenhydrate und Eiweiße abgebaut
werden, wird als Intensiv- oder Vorrotte bezeichnet. Sie ist
gekennzeichnet durch:
— Überwiegende Tätigkeit mesophiler Bakterien, aber auch mesophiler
Pilzsorten mit relativ großem Stoffwechselleistungen und demzufolge
hohem Stoffumsatz (80 bis 90% des Gesamtumsatzes) Die
Intensivrotte verursacht deshalb im wesentlichen den Masseverlust
von bis zu 50%, ab 40°C erfolgt ein Übergang zu thermophilen
Bakterien, Actinomyceten (die den kreidig-weißen Belag hervorrufen)
und Pilzen
— Relativ hohe Ausnutzungsrate des angebotenen Sauerstoffes (ca.
20%)
— Eine Dauer von etwa 2 bis 3 Wochen, bei gesteuerten Prozessen von
2 bis 10 Tagen
— Durch die intensive Bakterientätigkeit laufen viele exotherme
Reaktionen ab, die zu einem Temperaturmaximum im Mietenkern
von etwa 70 bis 80°C führen können.
Baldauf, Bergmeister
8
Grundlagen
Gruppe
Bedeutung
Mesophile Bakterien
Thermophile Bakterien
Thermophile
Actinomyceten
Mesophile Pilze
Thermophile Pilze
— Abbau der leicht abbaubaren Kohlenhydrate
und Proteine
— Erhöhung der Temperatur für die
nachfolgende thermo- philen
Mikroorganismen
— Abbau von Protein und Nicht-CelluloseKohlenstoff
— Angriff von Fetten und Hemicellulose
— Abbau von Hemicellulose und wahrscheinlich
auch Cellulose
— werden wegen der größeren Toleranz gegen
hohe Temperaturen in der Heißrotte
gegenüber den Pilzen dominant
— Abbau von Cellulose und Hemicellulose
— sind hauptsächlich für den Abbau von
Cellulose und Hemicellulose verantwortlich
Tab.1 : Bakterientätigkeit
— Dies bringt einen erwünschten Hygienisierungseffekt mit sich. Durch
verstärkte Frischluftzufuhr wird der Temperaturanstieg z.T. begrenzt,
um einen kollektiven Selbstmord der Bakterien zu verhindern.
— Das Ergebnis ist ein Frischekompost der für die meisten
Anwendungszwecke noch nicht eingesetzt werden kann, da die
biologischen Umsetzungen noch unvollständig sind. Der Frischekompost ist fäulnisfähig.
An die Vorrotte schließen sich die Umbauphase (Hauptrotte) – mit dem
Abbau der schwerer zugänglichen Stoffe z.B. Ligninen, Fetten und
Wachsen – und dann die Nachrotte an, die zur Erlangung von Reife- bzw.
Fertigkompost obligatorisch ist. Diese Phasen sind gekennzeichnet durch:
— Einen wesentlich verlangsamten Stoffumsatz, da in dieser Phase nur
noch überwiegend schwerer umsetzbares Material vorliegt. Die
Zusammensetzung der mikrobiellen Lebensgemeinschaften verlagert
sich von den Bakterien hin zu den Pilzen (wollig weißer Belag) und
höheren Organismen.
— Pilze sind nicht auf freies Wasser angewiesen und haben eine größere
pH-Toleranz.
Baldauf, Bergmeister
9
Grundlagen
— Der angebotene Sauerstoff wird nur noch zu etwa 5 % ausgenutzt.
— Die Dauer dieser Phase hängt von der der Kompostierungstechnik ab
und kann mit 6 bis 12 Wochen angegeben werden. In dieser
Nachrottephase findet die Humifizierung statt.
— Die Temperatur sinkt in der Miete allmählich wieder ab und nähert
sich gegen Ende der Rottezeit an die Umgebungstemperatur an.
— Das Ergebnis ist der Fertigkompost.
Wichtig für die technische Realisierung der Kompostierungsvorgänge ist,
dass durch Parameteroptimierung nur die erste Phase der bakteriellen
Tätigkeit mit Umsetzung des leicht abbaubaren Materials beschleunigt
werden
kann.
Die
Stoffwechselleistungen
der
nachfolgenden
Mikroorganismen können demgegenüber in der Nachrotte kaum
beschleunigt werden. Durch eine räumliche Trennung von Vor- und
Nachrotte kann, für beide Phasen das Sauerstoffangebot optimiert
werden.
2.2 Einflussfaktoren auf den Kompostierungsvorgang
—
—
—
—
—
—
Gehalt an organischen Substanzen und deren Abbaubarkeit,
Wassergehalt,
Struktur,
Luftbedarf,
pH-Wert und
Schadstoffgehalt
2.2.1
Nährstoffverhältnis
Für die bakterielle Tätigkeit muss das Angebot an Haupt- und
Spurennährstoffen ausgewogen sein. Hier ist besonders das C/N
Verhältnis entscheidend, da es für die Abbaugeschwindigkeit und damit für
die Qualität und Quantität des Kompostierungsvorgangs ausschlaggebend
ist. Für den Rottebeginn ist ein C/N Verhältnis 30–35:1 optimal, da ein zu
hoher N-Gehalt zu NH3-Bildung und einer anschließenden pH-WertVerschiebung führen kann. Ein zu hoher C-Gehalt hingegen kann zu einem
verlangsamten und unvollständigen Abbau führen. Beeinflusst werden
kann das C/N Verhältnis durch Zugabe von Klärschlamm oder Grünschnitt.
Baldauf, Bergmeister
10
Grundlagen
2.2.2
Wassergehalt
Der Wassergehalt ist bestimmend, weil Bakterien die Substrate nur aus
wässeriger Lösung aufnehmen können. Das Optimum liegt zu Rottebeginn
bei etwa 40 bis 65 %. Sollte ein Wassergehalt von weniger als 30%
vorliegen würde dies dazu führen, dass der Nährstofftransport
verlangsamt und schließlich blockiert würde. Die Rotte würde so zum
Stillstand kommen. Ein Wassergehalt über 70% würde zu verstopften
Poren führen und so könnten sich geruchsintensive anaerobe Verhältnisse
einstellen. Durch Zugabe von Grünschnitt oder Klärschlamm kann der
Wassergehalt bzw. die Wasserzugabe beeinflusst werden.
2.2.3
Sauerstoffversorgung
Um unerwünschte anaerobe Vorgänge zu verhindern ist ausreichende
Sauerstoffzufuhr entscheidend. Es gibt unterschiedliche Verfahren für die
Sauerstoffzufuhr
bei
der
Kompostierung,
durch
Saugbelüftung,
Pressluftbelüftung, und Umsetzung. Der Sauerstoffbedarf ist am größten
in der Abbau- und Hygienisierungsphase, dementsprechend muss hier
mehr Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden.
2.2.4
Temperatur
Die Kompostierung ist ein exothermer Prozess. Die Wärmeentwicklung auf
Grund der hohen mikrobiellen Aktivität in der Vorrotte führt zur
Temperaturerhöhung in der Rotte. Mit abnehmender mikrobieller Aktivität
beginnt die Rotte wieder auszukühlen. Es sollte darauf geachtet werden,
dass Temperaturen nicht über 60°C erreicht werden, denn dadurch wird
die Bakterienvielfalt eingeschränkt, welche für den weiteren Abbau noch
wichtig ist. Die Temperatur kann durch häufigeres Umsetzten oder die
Menge an Frischluft die durchgepresst oder -gesaugt wird beeinflusst
werden.
Baldauf, Bergmeister
11
Untersuchungsparameter
3 Untersuchungsparameter
3.1 Kohlenwasserstoffe (KW)
3.1.1
Allgemeines
Die Kohlenwasserstoffe (CnHm) sind eine Stoffgruppe von Verbindungen,
die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Die Stoffgruppe ist recht
vielfältig, es gibt mehrere Untergruppen und sehr viele Verbindungen
dieser Klasse. Die Kohlenwasserstoffe haben, vor allem als fossile
Brennstoffe, aber auch in vielen weiteren Bereichen, wie der organischen
Synthese, eine große technische Bedeutung.
3.1.2
Vorkommen
Die Kohlenwasserstoffe sind in der Natur im Erdöl, Erdgas, Steinkohle
(bzw. Steinkohlenteer) und weiteren fossilen Stoffen in größeren Mengen
enthalten. Die Kohlenwasserstoffe kommen nie in reiner Form, sondern
immer nur in Gemischen vor. Der Eintrag der Kohlenwasserstoffe in den
Klärschlammkompost erfolgt hauptsächlich durch die Einleitung von
Industrieabwässern (z.B. Textil-, Metallindustrie) in die Kläranlage.
3.1.3
Grenzwert
Der Summenparameter Kohlenwasserstoffe gibt in einer ersten Näherung
die Belastung mit Mineralöl und Mineralölprodukten wieder. Die
Kompostverordnung enthält hinsichtlich der Kohlenwasserstoffe eine
Grenzwertfestlegung von 3000mg/kg bezogen auf die Trockensubstanz.
3.2 Gesamter organischer Kohlenstoff (TOC)
3.2.1
Allgemeines
Der TOC (engl.: total organic carbon) ist ein Summenparameter und
spiegelt die Belastung organischer Stoffe wider. Der TOC wird in mg/L
angegeben und meist in automatisierten Messverfahren ermittelt.
Der TOC wird ermittelt, in dem man vom Gesamtkohlenstoffgehalt den
Karbonatgehalt subtrahiert.
Um den TOC zu erhalten, muss erst der Karbonatgehalt bestimmt werden.
Dieser wird mittels der Methode nach Scheibler (7.2) ermittelt. Um den
TOC berechnen zu können, wird der Gesamtkohlenstoffgehalt benötigt,
der mittels trockener Verbrennung (7.3) ermittelt wird.
Baldauf, Bergmeister
12
Untersuchungsparameter
3.3 Polychlorierte Biphenyle (PCB)
3.3.1
Allgemeines
Cln
Cln
Eine Verb.-Klasse C12H(10-n)Cln, MG. 189–499 (je nach Chlor-Gehalt),
die theoret. aus 209 isomeren u. homologen Vertretern besteht. In der
Praxis handelt es sich meist um schwer trennbare Gemische mit einem
Chlor-Gehalt von ca. 30–60%, die bei Einwirkung von elementarem Chlor
auf Biphenyl unter der katalyt. Wirkung von Eisen od. Eisenchlorid
entstehen.
3.3.2
Vorkommen
Obwohl der direkte PCB-Eintrag nur auf sehr begrenzten Flächen geschah
und geschieht, ist heute durch Verfrachtungen mit den globalen
Strömungen von Luft und Wasser ubiquitär. Man findet PCB in Luft, in
Gewässern, im Boden, in und auf Pflanzen, in Mensch und Tier. Durch die
Verteilung in den Umweltmedien hat PCB auch Eingang in die
Nahrungsketten gefunden. Wegen der sehr großen chemischen und
biochemischen Stabilität (Resistenz gegen biotischen und abiotischen
Abbau) und aufgrund der guten Fettlöslichkeit kommt es zu
Anreicherungen in der Nahrungskette, so dass Glieder am Ende von
Nahrungsketten, wie Raubtiere, Raubfische oder der Mensch um ein
Vielfaches höher belastet sind als Pflanzen oder Wasser.
3.3.3
3.3.3.1
-
PCB-Einsatz in
heutige Quellen
der
Vergangenheit
und
mögliche
Offene Systeme
Schmiermittel in Getriebeölen und Schraubenfetten
wasserabstoßendes Imprägnier- und Flammschutzmittel für Holz,
Papier, Stoffe und Leder
Beschichtung von Transparent- und Durchschlagpapier
Zusatzmittel in Klebstoffen, Dichtungsmassen und Fugenkitten
Dispergierungsmittel in Druckfarben, Farbpigmenten und Wachsen
u.a.m.
Baldauf, Bergmeister
13
Untersuchungsparameter
3.3.3.2
-
Geschlossene Systeme
Zusatzdielektrikum für Kondensatoren
Isolier- und Kühlflüssigkeit für Transformatoren
Hydraulische Flüssigkeit für Hubwerkzeuge, Hochdruckpumpen und
automatische Getriebe, vor allem im Bergbau
3.3.4
Abbaubarkeit
PCB sind biologisch nicht abbaubar. Die PCB können bei Temperaturen
über 1200°C und mindestens 2 Sekunden Aufenthaltsdauer in dafür
geeigneten Spezialöfen verbrennt werden. Bei Temperaturen unter 1200
können PCB zu den hochtoxischen Dioxinen und Furanen oxidiert werden.
3.3.5
Toxizität
Die PCB sind ubiquitär. Sie reichern sich vor allem im Fettgewebe von
Menschen und Tieren an und können nicht mehr ausgeschieden oder
abgebaut werden. Die Aufnahme erfolgt vorwiegend über die Haut,
Nahrung und Inhalation. Bei Vergiftungen werden u.a. Chlorakne,
Porphyrie, Schäden an der Leber u. dem Nervensystem und
Veränderungen im Blutbild beobachtet. PCB stehen außerdem im Verdacht
Krebserregend zu sein.
3.3.6
Grenzwert
Der Grenzwert laut Bundesgesetzblatt, Jahrgang 1992, Teil I
Klärschlammverordnung vom 15. April 1992 beträgt für polychlorierte
Biphenyle jeweils 0,2mg je Kilogramm Trockenmasse für die
Komponenten Nummer 28, 52, 101, 138, 153, 180
Baldauf, Bergmeister
14
Untersuchungsparameter
3.4 Lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS)
3.4.1
Allgemein
H3C
m
n CH
3
SO3- Na+
LAS bestehen aus aromatischen Sulfonsäuren, die in para-Stellung mit
linearen Alkylketten substituiert sind. Sie gehören zur Gruppe der
anionischen Tenside und sind ein Gemisch verschiedener Isomere mit
Kettenlängen zwischen 10 und 13 C-Atmen (n + m = 7 bis 10 C-Atome).
Durch ihre sowohl polare (-SO3- -Gruppe) wie auch apolare Struktur (CKette) sind sie einerseits wasserlöslich und zeigen andererseits auch eine
Affinität zu Fetten, wodurch sie ihre oberflächenaktiven Eigenschaften
erhalten.
Im Klärschlamm stellen die LAS mengenmäßig die bedeutendsten
abiotischen Substanzen dar, weswegen sie ins Untersuchungsprogramm
aufgenommen worden sind.
3.4.2
Vorkommen
LAS sind – nach Seife – die wichtigsten Einzeltenside mit einer
Weltproduktion von 1,5 Mio. Tonnen pro Jahr. Sie werden hauptsächlich in
pulverförmiger, aber auch in flüssigen Wasch-, Spül- und Reinigungsmittel
eingesetzt.
Baldauf, Bergmeister
15
Untersuchungsparameter
3.4.3
Abbaubarkeit
Die LAS sind biologisch unter aeroben Bedingungen gut und rasch, unter
anaeroben Bedingungen nicht abbaubar. Der Abbau der freien LAS wird
überwiegend von Mikroorganismen durchgeführt.
Abb. 1: Hauptabbauweg der LAS
3.4.4
3.4.4.1
Toxikologie
Terrestrischer Lebensraum
Die akute Toxizität bei Pflanzen liegt im Bereich von 16 - 316 mg/kg, für
die Bodenfauna von 41 - >1.000 mg/kg und für Mikroorganismen von 17 >1.000 mg/kg
Für den terrestrischen Lebensraum wird im Bericht “LAS Risk Assessment
for Sludge-Amended Soils” der dänischen Umweltbehörde (DANISH EPA,
1999), u.a. festgestellt:
-
Der Abbau im Boden erfolgt relativ schnell (t1/2 = 5 - 40 Tage)
Die Biokonzentration in Pflanzen ist gering (Versuche mit 230mg
LAS/kg Boden zeigten, dass von Gerste- und Karottenkeimen
maximal 1mg LAS/kg Pflanzentrockengewicht aufgenommen wird;
eine Adsorption an Pflanzenteile ist bis zu 20mg LAS/kg
Pflanzentrockengewicht möglich).
Baldauf, Bergmeister
16
Untersuchungsparameter
-
Feldbeobachtungen
zeigten
keine
Beeinträchtigung
von
landwirtschaftlichen Bodenökosystemen bei Bodenkonzentrationen
unter 5 - 15mg LAS /kg.
3.4.4.2
Toxizität bei Mensch
Akute Toxizität:
Lineare Alkybenzolsulfonate besitzen eine geringe Systemtoxizität und
gehören zu den Haushaltsmitteln mit mäßigem Gefährdungspotential.
Nach einer Untersuchung der Vergiftungszentrale Zürich verliefen
Ingestionsunfälle bei Menschen in 76,2% der Fälle symptomlos, in 18,1%
mit
leichten
und
nur
in
5,7%
der
Fälle
mit
schweren
Vergiftungserscheinungen (DAUNDERER, 1996). Die Resorption von
kationischen und anionischen LAS durch die Haut ist gering. Als
grenzflächenaktive Stoffe sind sie jedoch fähig, den Oberflächen-Lipidfilm
der
Haut
bei
häufigem
Kontakt
anzugreifen
(Rauhigkeit,
Schuppenbildung).
Chronische Toxizität
In Untersuchungen an der Ratte zeigten LAS keine kanzerogene Wirkung.
3.4.5
Grenzwert
Für die LAS gibt es noch keinen Grenzwert. In der EU-weiten
Klärschlammrichtlinie die zurzeit erarbeitet wird gibt es einen diskutierten
Grenzwert für die LAS. Laut diesem diskutierten Grenzwert darf der
maximale Gehalt an LAS 2600mg/kg Trockensubstanz betragen.
3.5 Grenzwerte
Parameter
Literatur
KW
LAS
Kompostverordnung
3000mg/kg TS
EU-weiten
„2600mg/kg TS“
Klärschlammrichtlinie
Klärschlammverordnung 0,2mg/kg TS für die
Komponenten 28, 52,
101, 138, 153, 180
PCB
Grenzwert
Tab. 2: Grenzwerte
TS…Trockensubstanz
Baldauf, Bergmeister
17
Verfahren
4 Verfahren
4.1 ARA Bregenz
Abb. 2: Miete
4.1.1
Kompostierung in Mieten
Bei der ARA Bregenz wird Strukturmaterial und Klärschlamm im Verhältnis
2:1 mit dem Radlader gemischt. Der Klärschlamm wurde zuvor gepresst
um überschüssiges Wasser zu entfernen und der Grünschnitt wurde
zerkleinert. Dieses Gemisch wird mit Hilfe eines Miststreuers in Form einer
Dreiecksmiete unter einer befestigten und überdachten Fläche
aufgeschüttet. Durch den Miststreuer wird das Strukturmaterial mit dem
Klärschlamm vermischt. Anschließend wird mit dem Backhus Mischgerät
die Miete nochmals homogenisiert. Die durchschnittliche Rottedauer bei
der ARA Bregenz beträgt ca. sechs Wochen. Jede Woche wird das
Klärschlamm-Strukturmaterial Gemisch umgesetzt. Das Umsetzten dient
zur Homogenisierung, Belüftung und Zerkleinerung der Miete. Durch das
Umsetzen wird das Gemisch auch immer wieder reaktiviert. Nach acht
Wochen wird die Miete mit einem Radlader ausgeräumt und gesiebt. Der
größere Anteil, der hauptsächlich aus Holzstücken besteht, wird wieder als
Strukturmaterial verwendet.
Rottemenge pro Miete: 180 m3 pro Miete mit einer Schüttdichte von 0,5
das entspricht 90 t
Baldauf, Bergmeister
18
Verfahren
4.1.2
Geräte
— Miststreuer: Beim Miststreuer wurden die Walzen so montiert dass er
das Gemisch nicht auf die ganze Fläche verteilt, sondern alles in die
Mitte wirft. So kommt es zur Bildung der Dreiecksform.
— Backhus Mischgerät
Abb. 3: Backhus Mischgerät
— Radlader
— Siebanlage
Abb. 4: Siebanlage
Baldauf, Bergmeister
19
Verfahren
4.1.3
Veränderung des Klärschlamm Kompostes
Anfang
Mitte
Ende
Nach der Siebung:
4.1.4
Belüftungstechnik
Die Mieten werden über eine Saugbelüftung, die die Luft aus der
Umgebung durch die Miete saugt, belüftet. Die Abluft wird über Biofilter
gereinigt. Zusätzlich wird die Miete durch das wöchentliche Umsetzen
belüftet.
4.1.5
Einsatz des Klärschlammkompostes
-
in der Landwirtschaft als Dünger
zur Rekultivierung von nicht landwirtschaftlichen Flächen
Baldauf, Bergmeister
20
Verfahren
4.2 Fa. Häusle GmbH, Lustenau
Die künstliche Belüftung von Kompostmieten ermöglicht Schütthöhen von
mehreren Metern und führt zu beträchtlichen Platzeinsparungen. Das
eingebrachte Material steht im Verhältnis 50 Klärschlamm : 50
Strukturmaterial. Die Klärschlämme kommen von der ARA Hofsteig, ARA
Lech und ARA Vandans. Das Material wird ca. jede zweite Woche mittels
Radlader hervorgeholt, gemischt und zerkleinert. Am Ende der Rotte wird
der Kompost gesiebt. Das herausgesiebte Strukturmaterial wird wieder als
Impfmaterial zu einer frisch angesetzten Miete gegeben.
Die Mieten bestehen aus überdachten betonierten Boxen:
Abb. 5: Rottebox
Eine der 4 Boxen kann ein Volumen von ca. 2000m3 fassen. Die
Klärschlammkompostierungsanlage in Lustenau setzt jährlich 12.000t um.
Anfang
Baldauf, Bergmeister
Mitte
Ende
21
Verfahren
Abb. 6: Siebung
Die Boxen haben Belüftungsböden, über diese wird Luft und damit der
erforderliche Sauerstoff in das Kompostmaterial eingetragen. Zur
Vermeidung von Geruchsbelästigungen wird die Luft abgesaugt und durch
Abluftfilter geleitet. Auch bei künstlich belüfteten Mieten wirken sich
Zerkleinerung und Homogenisierung des Rohmaterials sowie die Zugabe
von Klärschlamm günstig aus. Da mit der Luft ständig Wasserdampf
abgeführt wird, muss der Feuchtigkeitsgehalt der Rotte kontrolliert und
gegebenenfalls das Material in der Box beregnet werden.
4.2.1
Belüftungstechnik
Ausreichend Nahrung bzw. freie Oberfläche sind durch regelmäßiges
Umsetzen bzw. Durchmischen des Rottematerials zu erreichen. Im
Rahmen
dieser
Umsetzschritte
ist
durch
geeignete
Bewässerungseinrichtungen ein Rückbefeuchten des Rottematerials gut
möglich.
Für die ausreichende Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen ist eine
Druckbelüftung vom Mietenboden aus erforderlich. Die eingeblasene
(Frisch-) Luft steigt – durch den Ausblasdruck und die Thermik innerhalb
der Miete angetrieben – im Mietenkörper nach oben und versorgt
gleichzeitig sämtliche Schichten mit Sauerstoff. Durch sehr intensive
Luftzufuhr ist damit bei ausreichender Feuchtigkeit auch ein Kühlen des
Rottematerials möglich. Die Belüftung erfolgt aktiv drückend von unten.
Als Belüftungsaggregate dienen Gebläse, die ausschließlich für
Baldauf, Bergmeister
22
Verfahren
Druckbetrieb konzipiert sind. Durch entsprechende Größe und Anzahl der
Belüftungsbohrungen ist eine nahezu gleichmäßige Luftmengenverteilung
über die ganze, belüftete Fläche zu erreichen.
4.2.2
Bauliche Ausführung
Bestehend aus:
— Belüftungselementen mit Entwässerungsfunktion
— Gebläsetechnik
— und der Steuerungstechnik
Die
Belüftungsstränge,
bestehend
aus
einzelnen,
miteinander
verschweißten Belüftungselementen, verlaufen in der Längsachse und
versorgen die Mieten vom Mietenboden aus mit genügend Frischluft.
Die Belüftungselemente sind im Beton der Rotteflächen eingebettet. Die
Belüftungselemente sind als quadratischer Kanal ausgebildet, welcher am
Ende mittels Reinigungsdeckel verschlossen ist. In der Oberfläche des
quadratischen
Kanals
wird
durch
Belüftungsbohrungen
eine
Gleichverteilung der Luft über die Länge der einzelnen Belüftungsstränge
erwirkt. Jeweils fünf Belüftungsstränge sind mit einer Gebläsestation
verbunden. Je eine Gebläsestation wiederum versorgt jeweils ein
Rottemodul und wird dementsprechend von der Steuerungstechnik
angesteuert.
Es ergibt sich eine Unterteilung der Anlage in 4 Rottemodule mit jeweils 1
Gebläse und jeweils 5 Belüftungsrinnen:
Abb. 7: Schematischer Aufbau der Anlage
Baldauf, Bergmeister
23
Verfahren
Die Belüftungselemente übernehmen gleichzeitig die Funktion als
Entwässerungselemente. Oberflächen- und Prozessabwässer, welche in
den Belüftungselementen anfallen, können am tiefsten Punkt in die
Entwässerungsrohrleitung abgeleitet werden, von wo sie in den
Prozesswassertank weiterlaufen.
4.2.3
Abluftreinigung
Die Abluft aus nachstehenden Bereichen wird erfasst:
— Manipulationshalle
— Rottemodule
Die Erfassung der Abluft erfolgt über Unterdruck, welcher über ein
zentrales Ablufterfassungsgebläse aufgebracht wird. Teile der Abluft
werden über die Zuluftgebläse zu den Rottemodulen erfasst und im
Umluftbetrieb der Rotte zugeführt.
Die gesammelte Abluft wird vom Ablufterfassungsgebläse zu den
Containerbiofiltereinheiten weiter transportiert. In diesen wird die Abluft
unter Ausnutzung mikrobiologischer Prozesse von unangenehmen, übel
riechenden Inhaltsstoffen weitgehend befreit und als gereinigte Abluft in
die Umgebung entlassen.
Die Containerbiofiltereinheiten sind zu diesem Zwecke mit einer Mischung
aus Hackschnitzel und Rinde gefüllt und werden in Abhängigkeit von der
Durchlässigkeit des Filtermaterials periodisch mit frischem Filtermaterial
ausgerüstet.
Baldauf, Bergmeister
24
Versuche
5 Versuche
5.1 ARA Bregenz
5.1.1
Test: Testbox
Um den Umgang mit dem Verfahren sowie die Probennahme zu erlernen,
wurde erst eine Testbox, bei der keine Veränderungen vorgenommen
wurden, angelegt.
5.1.2
Versuch 1: Verlängerung der Heißrottephase
Der Klärschlamm soll mit ausreichend frischem Strukturmaterial vermischt
werden damit eine höhere bzw. längere Temperaturführung der Heißrotte
erreicht wird. Da die Temperatur der Miete von der Außentemperatur
abhängig ist soll dieser Versuch in den Sommermonaten durchgeführt
werden.
5.1.3
Versuch 2: Erniedrigung
Eingangsmaterials
des
Feuchtegehaltes
des
Der Klärschlamm wird mit weitgehend trockenem Strukturmaterial
vermischt. Es wird insgesamt versucht, die Rotte „trockener“ zu fahren,
dazu wird auch überlegt, die Absaugleistung zu erhöhen. Trockenes
Strukturmaterial und eine höhere Absaugleistung werden zwangsläufig zu
einem verstärkten Austrocknen der Rotte führen. Um ein komplettes
Austrocknen der Rotte zu verhindern, muss die Rotte öfter umgesetzt
(Aufbrechen von verdichtetem Material und Rückbefeuchtung) bzw.
gegebenenfalls bewässert werden.
5.1.4
Versuch 3: Änderung des Mischverhältnisses
Der Klärschlamm wird mit einem höheren Grünschnittanteil vermischt.
Anstatt der normalen Zusammensetzung von Klärschlamm und
Strukturmaterial von 1:2 wird eine Mischung von Klärschlamm und
Strukturmaterial von 1:3 für diesen Versuch verwendet.
5.1.5
Versuch 4: Lagerversuch
Der Klärschlammkompost wird nach der Rottezeit von 6 Wochen nochmals
drei Monate unter einer überdachten Fläche gelagert und dann wird noch
einmal eine Probe genommen.
Baldauf, Bergmeister
25
Versuche
5.2 Häusle Lustenau
5.2.1
Test: Testbox
Um den Umgang mit dem Verfahren sowie die Probennahme zu erlernen,
wurde erst eine Testbox, bei der keine Veränderungen vorgenommen
wurden, angelegt.
5.2.2
Versuch 1: Verlängerung der Heißrottephase
Höhere bzw. Längere Temperaturführung der Heißrotte durch Einstellung
der Belüftungsparameter.
Dieser Versuch sollte wegen der Temperaturerhöhung in den
Sommermonaten stattfinden. Fand aber im November und Dezember
statt, da die Versuche länger dauerten als erwartet.
5.2.3
Versuch 2: Veränderung des Feuchtegehaltes
Eingangsmaterials, trockeneres Rottematerial
des
Nur geringfügige Änderung möglich, aufgrund der relativ hohen
Eingangsfeuchte des Klärschlamms. Vermischung mit trockenem
Eingangsmaterial vorgesehen.
Dieser Versuch konnte während den Wintermonaten nicht wie gewünscht
umgesetzt werden, da das Eingangsmaterial einen hohen Feuchtegehalt
hatte. Dies konnte nur durch eine entsprechende Einstellung der
Luftzufuhr (trockene, warme Luft) geregelt werden.
5.2.4
Versuch 3: Änderung des Mischverhältnisses
Klärschlamm wird mit reduziertem Grünschnittanteil vermischt in
Kombination mit verlängerter Rottezeit
Das Mischverhältnis belief sich immer auf 50:50. Bei diesem Versuch,
wurde ein Mischverhältnis von 75 Klärschlamm : 25 Strukturmaterial
verwendet, d.h. es wurde weniger Strukturmaterial hinzu gegeben.
5.2.5
Versuch 4: Lagerversuch
Längere Lagerzeit; Berücksichtigung der durchschnittlichen Lagerzeit vor
Auslieferung.
Dieser Versuch konnte aufgrund von zeitlichen Problemen nicht mehr
durchgeführt werden.
Baldauf, Bergmeister
26
Probennahme – Vorbehandlung
6 Probennahme – Vorbehandlung
Abb. 8: Schematische Darstellung des Ablaufs
6.1 Probennahme (ÖNORM 2123)
Bei Tonnage von 10 -100 t werden 4 – 6 qualifizierte Stichproben benötigt
(min. 8 – 12kg). Die qualifizierte Stichprobe setzt sich aus mehreren
Einzelstichproben zusammen. Aus den qualifizierten Stichproben werden
anschließend die Sammelprobe hergestellt und aus dieser die Laborprobe,
welche getrocknet und gemahlen wird.
Baldauf, Bergmeister
27
Probennahme – Vorbehandlung
6.2 Probenanzahl
6.2.1
Festlegung der Probenanzahl
Die qualifizierten Stichproben werden zu Sammelproben vereinigt.
Grundsätzlich ist aus den qualifizierten Stichproben oder Sammelproben
zumindest je 1500t Kompost eine Probe für eine nachfolgende
Untersuchung herzustellen. Bei homogenen Abfällen darf eine größere
Anzahl von qualifizierten Stichproben oder Sammelproben zur Herstellung
einer Feldprobe (die einer getrennten Untersuchung zugeführt wird)
verwendet werden, so dass die Anzahl der Untersuchungen reduziert wird.
Abb. 9: Zusammenhang zw. der Gesamtmenge der Abfallcharakterisierung und Anzahl der qualifizierten Stichproben für homogene
Abfälle
Bis 3t:
1 qualifizierte Stichprobe
> 3t bis 10t:
2 bis 3 qualifizierte Stichproben
> 10t bis 100t:
4 bis 6 qualifizierte Stichproben
> 100t bis 1500t:
7 bis 10 qualifizierte Stichproben
> 1500t bis 5000t:
11 bis 13 qualifizierte Stichproben
> 5000t: pro 1500t
eine weitere qualifizierte Stichprobe
Baldauf, Bergmeister
28
Probennahme – Vorbehandlung
Die Anzahl der Proben ist auf die nächste ganze Zahl aufzurunden.
Für heterogene Abfälle ist die Anzahl der qualifizierten Stichproben
entsprechen zu erhöhen.
ANMERKUNG:
In der Regel ist eine Verdoppelung der Anzahl der qualifizierten
Stichproben ausreichend.
6.2.2
Ermittlung der Mindestmenge der Proben
Aus jedem Probennahmeort ist eine qualifizierte Stichprobe zu
entnehmen. Die Mindestmenge für die Stichprobe ist in Abhängigkeit von
der Korngröße wie folgt festzulegen:
Probemenge [kg] = 0,06 — Größtkorn [mm]
jedoch min. 2kg für die qualifizierte Stichprobe.
6.3 Probenaufbereitung
Die Sammelprobe wird auf eine Korngröße ≤11,2mm gesiebt und
gefriergetrocknet. Die gefriergetrocknete Probe wird mit einer
Scheidemühle auf ≤2mm zerkleinert, anschließend wird mit der
Ultrazentrifugalmühle die Probe auf ≤0,25 mm zerkleinert. Die erhaltene
Probe ist die Laborprobe aus welcher der TOC, KW, PCB und LAS bestimmt
werden.
6.4 Bestimmung des Rottegrades im Selbsterhitzungsversuch
6.4.1
Vorbemerkung
Die Selbsterhitzungsfähigkeit der Kompostfrischsubstanz im Dewar-Gefäß
ermöglicht eine Aussage über den Rottegrad. Der Selbsterhitzungsversuch
muss bei einem optimalen und standardisierten Wassergehalt der Proben
durchgeführt werden. Zu trockenes oder zu feuchtes Probenmaterial führt
zu einer Überschätzung der Selbsterhitzungsfähigkeit und somit zu einer
Überschätzung des Rottegrades.
Baldauf, Bergmeister
29
Probennahme – Vorbehandlung
6.4.2
Probenaufbereitung
Siebung der frischen Orginalprobe auf ≤ 11,2mm.
6.4.3
Geräte
Dewar-Gefäß (Volumen 1,5L, Innendurchmesser 100mm)
Digitalthermometer mit Maximumanzeige
Abb. 10: Dewar-Gefäße mit Digitalthermometer
6.4.4
Versuchsdurchführung
Der Selbsterhitzungsversuch muss so bald wie möglich nach der
Probennahme angesetzt werden. Lässt sich eine Verzögerung des
Versuchsansatzes aus organisatorischen Gründen nicht vermeiden, so ist
nach einer Kühllagerung der Proben darauf zu achten, dass die
Temperatur des Probenmaterials bei Versuchsbeginn der Raumtemperatur
entspricht.
Die Dewar-Gefäße werden mit Kompost in loser Schüttung unter leichtem
Stoßen auf eine Unterlage bis zum Rand befüllt und der Fühler des
Temperaturmessgerätes im unteren Drittel des Gefäßes platziert. Die
Gefäße werden bei Raumtemperatur (ca. 20°C) offen aufgestellt. Das
Temperaturmaximum wird in der Regel nach 2 bis 5 Tagen erreicht.
Baldauf, Bergmeister
30
Probennahme – Vorbehandlung
Der Versuch endet nach Überschreitung des Temperaturmaximums und
deutlich abfallenden Temperaturen.
6.4.5
Bewertung der Ergebnisse
Die Zuordnung des Rottegrades erfolgt anhand des Temperaturmaximums
(Tmax).
Rottegrad
Tmax [°C]
Produktbezeichnung
I
II
III
IV
> 60
50,1 – 60,0
40,1 – 50,0
30,1 – 40,0
Kompostrohstoff
Frischkompost
Frischkompost
Fertigkompost
V
≤ 30
Fertigkompost
Tab. 3: Zuordnung des Rottegrades anhand des Temperaturmaximums
ANMERKUNG:
Eine weitere Möglichkeit der Rottegradbestimmung wäre der
Keimpflanzentest. Da dieser mehr Zeit und sehr viel mehr Platz in
Anspruch
nehmen
würde,
haben
wir
uns
für
den
Selbsterhitzungsversuch entschieden.
6.5 Trockensubstanz – EN 12880:2000
Die Probe wird in einem Trockenschrank bei einer Temperatur von 105 ±
5°C bis zur Massenkonstanz getrocknet. Die massenbezogene Wert für
den Trockenrückstand und den Wassergehalt wird aus der Differenz der
Masse vor und nach der Trocknung errechnet.
6.6 Glühverlust (GV), organische Substanz (BGBl. II –
Komposterverordnung)
6.6.1
Probe
Die bei ≤105°C getrocknete Laborprobe wird auf eine Korngröße von
≤0,5mm gemahlen.
Baldauf, Bergmeister
31
Analytik
6.6.2
Durchführung
≥ 5g Probe sind auf 0,01g genau in eine Veraschungsschale einzuwiegen
und bei 550°C ± 25°C bis zur Gewichtskonstanz (ca. 24h) zu veraschen.
Durch
stufenweißes
Aufheizen
ist
sicherzustellen,
dass
die
Maximaltemperatur von 575°C nicht überschritten wird.
7 Analytik
7.1 Bestimmung
des
Kohlenwasserstoff-Gehalt
in
Festproben mittels GC-FID in Anlehnung an EN ISO
9377-2:2000 und EN 14039
7.1.1
Anwendungsbereich
Diese Methode ist zur Bestimmung des Kohlenwasserstoff-Gehalts in
Klärschlammkomposten mit Gaschromatographie anwendbar.
Das Verfahren ist nicht geeignet für die quantitative Bestimmung von
flüchtigen
Mineralölbestandteilen.
Auf
der
Basis
einer
PeakMustererkennung kann eine qualitative Information zur Zusammensetzung
der Mineralölbelastung erhalten werden.
7.1.2
Störungen
Verbindungen geringer Polarität (z.B. halogenierte Kohlenwasserstoffe)
und hohe Konzentrationen polarer Stoffe können die Bestimmung stören.
Oberflächenaktive Stoffe können den Extraktionsschritt stören.
7.1.3
Definitionen
Der Kohlenwasserstoff-Gehalt nach GC-FID ist die Summe der
Konzentrationen der mit einem Kohlenwasserstoff-Lösemittel (Siedepunkt
zwischen 36°C und 69°C) extrahierbaren Stoffe, die an Florisil nicht
adsorbieren und die mit Retentionszeiten zwischen denen von n-Decan
(C10H24) und n-Tetracontan (C40H82) chromatographisch bestimmt werden
können.
7.1.4
Grundlage des Verfahrens
Die Klärschlammkompostprobe wird mit einem Extraktionsmittel extrahiert
(Hexan), und die polaren Substanzen werden in einem clean-up-Schritt
über Florisil entfernt. Ein Aliquot der gereinigten Teilprobe wird durch
Baldauf, Bergmeister
32
Analytik
Kapillargaschromatographie über eine unpolare Säule und Detektion mit
Flammenionisation (FID) analysiert. Die Gesamtpeakfläche zwischen den
Standards n-Decan und n-Tetracontan wird gemessen. Die Konzentration
an Mineralöl wird mit Hilfe eines externen Standards, bestehend aus zwei
spezifizierten Mineralölen bestimmt und als Kohlenwasserstoff-Gehalt
berechnet.
7.1.5
Reagenzien
Alle Reagenzien müssen vom Reinheitsgrad „zur Analyse“ und für diese
Untersuchung geeignet sein:
— Extraktionsmittel: Hexan, C6H14
— Natriumsulfat, wasserfrei; Na2SO4
— Magnesiumsulfat-Heptahydrat, MgSO4*7H2O
— Salpetersäure 65%, HNO3
— Aceton, C3H6O
— Florisil PR
— n-Tetracontan, C40H82
— n-Decan, C10H22
— Stickstoff 5.0
7.1.5.1
Herstellung der Extraktionmittel-Stammlösung
20mg n-Tetracontan in Hexan lösen, 20µl n-Decan zufügen und auf
1000mL auffüllen. Die Lösung fest verschlossen aufbewahren.
7.1.6
-
—
—
—
—
—
—
—
Laborgeräte
Gaschromatograph
ausgerüstet mit einem nicht-diskriminierenden Injektionssystem
(z.B.: on-column) und einem Flammenionisationsdetektor (FID).
Mikroseparator und Clean-up-Säulen
Rotavapor Büchi
Kolbenhubpipetten
100 mL und 200mL Erlenmeyerkolben
Ultraschallbad
Clean-up-Säule
Kuderna-Danish-Kolben
7.1.7
Konservierung und Probenvorbereitung
Lyophilisierte Probe
Die Probe wird im Lyophilisator gefriergetrocknet, gemahlen (ca.0,25mm)
und in Kunststoffgefäßen luftdicht aufbewahrt.
Baldauf, Bergmeister
33
Analytik
7.1.8
7.1.8.1
Durchführung
Extraktion
2g der homogenisierten Probe werden genau in einen 100mL
Erlenmeyerkolben mit Schliffstopfen eingewogen und mit 20mL 1:10
verdünnte
Extraktionsmittel-Stammlösung
(7.1.5.1)
versetzt
und
verschlossen. Die Probe wird 15 Min. im Ultraschallbad extrahiert.
7.1.8.2
Clean-up-Verfahren
Die gesamte Lösung wird in eine Clean-up-Säule, die mit 2g Florisil PR
gefüllt und mit ca. 0,5cm Natriumsulfat überschichtet ist, überführt.
Anschließend wird die Säule mit Hexan in den zur Behrotest-Apparatur
gehörenden Kuderna-Danish-Kolben durchgespült und die gewonnene
Lösung wie unter 7.1.8.3 beschrieben auf 2mL eingeengt.
Abb. 11: (v.l.n.r) Behrotest-Apparatur mit Clean-up-Säule und KudernaDanish-Kolben; Einengung mittels Stichstoffstrom
7.1.8.3
Konzentrierungsschritt
Die Extrakt-Phase wird in einem Rotationsverdampfer auf etwa 6mL
eingeengt (45°C Wasserbadtemperatur, -0,6bar). Dieses Extrakt wird
nochmals vorsichtig unter einem leichten Stickstoffstrom auf 2mL
konzentriert.
Baldauf, Bergmeister
34
Analytik
Abb. 12: Rotavapor Büchi
7.2 Bestimmung des Karbonatgehaltes nach Scheibler
nach ÖNORM L 1084 – 99
7.2.1
Anwendungsbereich
Die Methode nach Scheibler ist grundsätzlich für jeden Humus geeignet.
Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Einwaage zu variieren ist.
Baldauf, Bergmeister
35
Analytik
7.2.2
Störungen
Sulfide im Humus erhöhen den Gasdruck durch Freisetzung von H2S,
einige Karbonate wie Dolomite setzen sich bei Kälte nur schwer um. Es ist
deshalb darauf zu achten, dass konstante Temperaturverhältnisse
herrschen, damit es zu keiner Veränderung der Ergebnisse kommen kann.
7.2.3
Definitionen
Die
Methode
nach
Scheibler
umfasst
die
Bestimmung
des
Karbonatgehaltes primär als CaCO3, es können jedoch auch Karbonate in
Form von Mg-, Fe- sowie Na2CO3 auftreten.
Die Angabe des mineralischen Karbonates erfolgt jedoch als CaCO3.
7.2.4
Grundlage des Verfahrens
Bei dem Verfahren handelt es sich um eine volumetrische Messung des
durch Zerstörung mittels HCl freigesetzten CO2 nach der folgenden
Gleichung:
CaCO3
+
2HCl
→
CaCl2
+
H2O
+
CO2
Das CO2 wird in einem geschlossenen System bei Druckausgleich
gegenüber der Atmosphäre mittels Wassersäule volumetrisch gemessen
und unter Berücksichtigung des atmosphärischen Druckes und der
Lufttemperatur auf die den CO2 äquivalenten Menge CaCO3 umgerechnet.
7.2.5
-
Reagenzien und Materialien
HCl 37% (d 20/20= 1,9g/mL), ätzend
für die Analyse wird deionisiertes H2O verwendet
Baldauf, Bergmeister
36
Analytik
7.2.6
—
—
—
—
—
—
Prüfmittel und Laborgeräte
Scheibler Apparatur
Erlenmeyerkolben, 250mL Enghals
Reaktionsgefäße, Zylindrische Form Glas
Präzisionsthermometer
Präzisionsbarometer
Präzisionswaage
Abb. 13: Scheibler Apparatur
7.2.7
Probenvorbereitung
Die Probe wird mittels Lyophilisator getrocknet und anschließend
gemahlen. Eine einheitliche Korngröße von einem Grobanteil <2mm zur
Analyse ist anzustreben, durch feinere Fraktionierung ist eine
Verfälschung der Ergebnisse wahrscheinlich (Karbonate, Oberflächenvergrößerung).
Baldauf, Bergmeister
37
Analytik
7.2.8
Durchführung
Die aus der Vorprobe ermittelte Einwaage (ca. 0,35g) wird in einem
Erlenmeyerkolben auf zwei Kommastellen genau eingewogen und das
Gewicht notiert. Die Bodenprobe wird im Kolben mit einigen Millilitern
deionisiertem Wasser befeuchtet, um die Luft aus den Bodenzwischenräumen zu verdrängen. Anschließend gibt man 10mL HCl in das
Reaktionsgefäß und stellt es so in den Erlenmeyerkolben, das keine Säure
in die Probe gelangt. In der Zwischenzeit werden die Niveaugefäße soweit
vertikal verschoben, bis die Wassersäule auf der Skalierung bei 0 liegt
(dies geschieht bei geöffnetem Ausgleichshahn). Anschließend wird der
Ausgleichshahn geschlossen, das System ist nun „dicht“. Durch
Schrägstellen des Erlenmeyerkolbens tritt die Reaktionsflüssigkeit aus und
wird durch Schwenken des Kolbens zur Gänze mit der Probe vereinigt. Das
durch die Reaktion entstehende CO2 verdrängt nun soviel Wasser aus der
Messbürette, bis ein Gleichgewicht hergestellt ist. Die Reaktion ist
abgeschlossen, wenn das Volumen konstant bleibt (mindestens 30 min.).
In regelmäßigen Abständen werden die Kolben geschwenkt. Nach
Beendigung der Analyse ist durch wiederum vertikales Verschieben der
Niveaugefäße eine Gleichstellung mit Wassersäule und Wasseroberkante
im Niveaugefäß herzustellen. Anschließend werden auf der Skala die
Milliliter verdrängte Wassersäule sowie die Raumtemperatur und der
Luftdruck abgelesen.
7.2.9
Berechnung und Darstellung der Resultate
Das gemessene Volumen des CO2 wird unter Berücksichtigung von
Luftdruck und Raumtemperatur in mg CO2 umgerechnet. Mit dem
stöchiometrischen Umrechnungsfaktor von 2,274 wird der CO2-Gehalt in
CaCO3 umgerechnet.
Formel zur Berechnung des CO32--Gehaltes
mL(CO2 ) ⋅ Tabellenwert aus Lit. ⋅ 2,274 ⋅100
= Masse an CaCO3 in %
EW in mg
Baldauf, Bergmeister
38
Analytik
7.3 Bestimmung des organischen Kohlenstoffs durch
trockene Verbrennung
7.3.1
Grundlagen des Verfahrens
Der organische Kohlenstoff wird als Differenz des Gesamtkohlenstoffs und
des Karbonatkohlenstoffs ermittelt. Die Bestimmung des Gesamtkohlenstoffgehaltes erfolgt durch Überführung in CO2 durch vollständige
Oxidation auf trockenem Weg mit Sauerstoffüberschuss und durch
thermische Dissoziation der Karbonate. Anschließend erfolgt die
Bestimmung des gebildeten Kohlendioxids. Es wird in der Regel
(geräteabhängig) mit einer Temperatur von über 1000°C gearbeitet.
Die Menge der organischen Substanz („Humus“) wird aus dem Gehalt an
organischem Kohlenstoff errechnet.
7.3.2
Probenvorbereitung
Homogenisierung durch Feinvermahlung (Ø 0,25mm) ist bei Einwaagen
unter einem Gramm erforderlich und umso bedeutender, je kleiner die
Einwaage ist.
7.3.3
Geräte
— Elementaranalysenapparatur für Kohlenstoff – LECO CN-2000
— Waage, geeignet für den durch das Analysengerät vorgegebenen
Einwaagebereich
Abb. 14: Elementaranalysenapparatur für Kohlenstoff – LECO CN-2000
Baldauf, Bergmeister
39
Analytik
7.3.4
Durchführung
Die Verfahrensweise hat die Arbeitsvorschrift des Geräteherstellers
einschließlich des Kalibrierungsvorganges zu berücksichtigen. Die
Analysenprobe ist in den Verbrennungsofen einzubringen und unter
Sauerstoffüberschuss zu verbrennen.
ANMERKUNG:
Zur Bestimmung des Gesamtkohlenstoffs ist bei Anwesenheit von
Karbonaten eine Temperatur von mehr als 1000°C notwendig.
Manche Karbonate werden erst bei hohen Temperaturen und langen
Zersetzungszeiten vollständig erfasst. Dies gilt besonders bei hohen
Karbonatgehalten und nicht fein vermahlenden Proben.
Die analytische Bestimmung des entstandenen CO2 richtet sich nach dem
zur Verfügung stehenden Gerät (z.B. konduktometrisch nach Absorption in
Natronlauge, IR-Absorption oder Gaschromatographie mit Wärmeleitfähigkeits-Detektor).
ANMERKUNG:
Mittels dem LECO CN-2000 wurde der Stickstoffgehalt in den Proben
automatisch mit ermittelt.
7.3.5
Berechnung und Angabe der Ergebnisse
Die Angaben der Ergebnisse erfolgt als Massenanteil Kohlenstoff in % auf
zwei signifikanten Stellen. Sie ist auf die Masse des lufttrockenen oder
ofentrockenen Feinboden zu beziehen, die Bezugsbasis ist anzugeben.
Bei Karbonathaltigen Humus ist der anorganische Kohlenstoff (=
Karbonatkohlenstoff) abzuziehen. Dazu wird der als Calciumkarbonat
berechnete Karbonatgehalt (nach ÖNORM L 1084) mit dem
stöchiometrischen Faktor 0,12 multipliziert.
m(CaCO3 ) in % ⋅ 0,12 = C Carbonat in %
TOC = CGesamt – CKarbonat
Baldauf, Bergmeister
40
Analytik
7.4 Polychlorierte Biphenyle
7.4.1
Analytik
Die Verfahren basieren auf DIN 51527 Teil 1, DIN 38407 Teil 2und ISO/TC
190/SC 3 N2 Rev. 3
7.4.2
-
-
Chemikalien
Kieselgel: Kieselgel 60, 0,063-0,200mm, wird 16 Stunden bei 200°C
getrocknet, im Exsikkator über Silicagel abgekühlt
Silbernitrat/Kieselgelmischung: 10g Silbernitrat in 40ml Wasser
gelöst und portionsweise in 90 g aktiviertes Kieselgel gegeben. Die
Mischung wird so lange geschüttelt, bis keine Klumpen mehr
vorhanden sind und anschließend im Trockenschrank innerhalb von
fünf Stunden von 70°C auf 120°C aufgeheizt
Silbernitrat
Natriumsulfat, wasserfrei
interner Standard: enthält 0,50µg/mL PCB 209 in i – Octan
Keeper: enthält 20mg/L Dodecan in n-Hexan
n-Hexan
7.4.3
Probenvorbereitung
Die Proben werden lyophilisiert, gemahlen (0,25mm) und wie folgt weiter
verarbeitet:
7.4.4
Durchführung
4,00g Einwaage in Extraktionshülse geben, und mit 0,50mL internem
Standard versetzen. Nun wird eine Soxhlet-Extraktion mit ca. 80mL nHexan durchgeführt. Die Extraktion ist so ausgelegt das sie 80-100
Extraktionszyklen durchläuft, was einer Extraktionszeit von 8-12 Stunden
entspricht. Zu dem erhaltenen Extrakt werden 100µL Keeper
hinzugegeben, anschließend wird mit dem Rotavapor der Extrakt auf 35mL (t=40°C, p= ca. 650mbar) eingeengt. Der eingeengte Rohextrakt
wird quantitativ in einen 10mL Messkolben überführt und mit n-Hexan zur
Marke aufgefüllt. Der Rohextrakt wird nun über eine Kieselgel/AgNO3Säule (0,5cm Natriumsulfat wasserfrei, 2,0g Kieselgel/Silbernitrat, 0,5cm
Natriumsulfat wasserfrei) gereinigt. Dazu wird die Säule mit 2 mal 4mL nHexan gespült, dann 2mL Rohextrakt auf die Säule gegeben und mit 2 mal
2mL n-Hexan nachgespült und mit 40mL n-Hexan eluiert. Der
aufgereinigte Extrakt wird am Rotavapor auf 1-2mL eingeengt und
Baldauf, Bergmeister
41
Analytik
quantitativ in einen 5mL Messkolben überführt und bis zur Marke mit nHexan aufgefüllt. Dieser aufgereinigte Extrakt wird nun im Kapillargaschromatograph mit Elektroneneinfangdetektor analysiert.
7.5 Lineare Alkylbenzolsulfonate
7.5.1
Probenvorbereitung
Von der gemahlenen gefriergetrockneten Probe wird 1g mit 10mL
Methanol in 40mL Fläschchen gegeben und das Fläschchen verschlossen.
Anschließend wird die Probe unter Einwirkung von Ultraschall bei 60°C
eine Stunde extrahiert, wobei der Bodensatz nach ca. 15min. intensiv
aufgeschüttelt wird. Von dem erkalteten Überstand (1h bei 4°C) werden
dann 250µL in einen 5mL Messkolben überführt und der Extrakt mit einer
0,1mol/L. methanolischen Natriumperchloratlösung (Methanol – Wasser
1:1) auf 5mL aufgefüllt. Die Messlösung wird vor der HPLC-Analyse über
ein Einmalfilter filtriert.
7.5.2
-
Chemikalien
Methanol
Natriumperchlorat-1-Hydrat
7.5.3
HPLC-Trennung und UV-Dedektion
Die LAS-Homologen werden isokratisch mit Wasser-Methanol in
Gegenwart von Natriumperchlorat an einer RP-C8-Phase von einander
getrennt. Durch die Verwendung von Methanol anstelle von Acetonitril
wird die Auftrennung der isomeren Verbindungen unterbunden und
dadurch die quantitative Auswertung bezogen auf die Summe an LAS
vereinfacht. Die Gegenwart von Natriumperchlorat ist notwendig, um die
Löslichkeit der LAS im Eluenten herabzusetzen und damit ihre Retention
zu erhöhen. Die Konzentration an Natriumperchlorat im Eluenten sollte
hierzu mindestens 0,1mol/L betragen.
Der Nachweis der LAS-Homologen erfolgt durch UV-Detektion. Dabei gilt
die Anwesenheit einer Verbindung als nachgewiesen, wenn ihre
Retentionszeit in dem Chromatogramm der Probe im Toleranzbereich von
± 0,15min. mit der Retentionszeit der Referenzsubstanz übereinstimmt
und das Anregungsspektrum der Verbindung eine Übereinstimmung mit
dem Spektrum der Referenzsubstanz von mindestens 95% aufweist.
Baldauf, Bergmeister
42
Ergebnisse und Diskussion
8 Ergebnisse und Diskussion
8.1 Beurteilung des Rotteverlaufs
Eine optimale Rotte hat einen Temperaturverlauf wie in Abbildung 19
dargestellt. Bei einer optimalen Rotte wird der TOC (Gesamter organischer
Kohlenstoff) Gehalt sehr stark verringert. Da die Rotte zu einer
Mineralisierung führt, wird der Abbau des TOC (Gesamter organischer
Kohlenstoff) durch eine Abnahme des Glühverlustes bestätigt. Am Ende
einer idealen Rotte wird die Güte eines Fertigkompostes erreicht.
Temperaturverlauf der Mieten mit veränderten Parametern
ARA Bregenz
90
80
70
Temp. [°C]
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Woche(n)
Testbox
Heißrotte
Mischungsverhältnis
Feuchtigkeitsänderung
Abb. 15: Temperaturverlauf der unter 5.1 beschriebenen Versuche
Baldauf, Bergmeister
43
Ergebnisse und Diskussion
Temperaturverlauf der Referenzen ARA Bregenz
90
80
70
Temp. [°C]
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Woche(n)
Ref. Testbox
Ref. Heißrotte
Ref. Feuchtigkeitsänderung
Ref. Mischverhältnis
Abb. 16: Temperaturverlauf Referenzen von den unter 5.1 beschriebenen
Versuche
Temperaturverlauf der Rotteboxen mit veränderten
Parametern Häusle Lustenau
90
80
70
Temp. [°C]
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Woche(n)
Testbox
Heißrotte
Feuchtigkeitsänderung
Mischverhältnis
Abb. 17: Temperaturverlauf der unter 5.2 beschriebenen Versuche
Baldauf, Bergmeister
44
Ergebnisse und Diskussion
Temperarturverlauf der Referenzen
Häusle Lustenau
90
80
70
Temp. [°C]
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Woche(n)
Ref. Heißrotte
Ref. Feuchtigkeitsänderung
Ref. Mischverhältnis
Abb. 18: Temperaturverlauf Referenzen von den unter 5.2 beschriebenen
Versuche
Abb. 19: idealer Temperaturverlauf einer Rotte
Anhand des Temperaturverlaufs ist zu erkennen, dass die Temperaturverläufe von Häusle Lustenau dem Temperaturverlauf einer idealen Rotte
sehr nahe kommen.
Baldauf, Bergmeister
45
Baldauf, Bergmeister
GV
La
ge
La rv.
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Gew. - %
Ergebnisse und Diskussion
TOC
ARA Bregenz
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
Abb. 20: Gesamter organischer Kohlenstoff, der unter 5.1 beschriebenen
Versuche
GV / TS
ARA Bregenz
80
70
60
50
40
30
20
10
0
TS
Abb. 21: Glühverlust und TS in Prozent der unter 5.1 beschriebenen
Versuche
46
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M
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Baldauf, Bergmeister
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GV
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Gew. - %
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Gew. - %
Ergebnisse und Diskussion
TOC
Häusle Lustenau
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
Abb. 22: Gesamter organischer Kohlenstoff der unter 5.2 beschriebenen
Versuche
GV / TS
Häusle Lustenau
80
70
60
50
40
30
20
10
0
TS
Abb. 23: Glühverlust und TS in Prozent der unter 5.2 beschriebenen
Versuche
47
Ergebnisse und Diskussion
ARA Bregenz Allgemein:
Bei der ARA Bregenz wurden ein TOC von durchschnittlich 28% zu Beginn
der Rotte und ein TOC von durchschnittlich 24% bei den Referenzmieten
gemessen. Der TOC Gehalt wurde durch den Rottevorgang im
Durchschnitt um rund 12% verringert und der Glühverlust wurde um
durchschnittlich 9% reduziert.
ARA Bregenz Versuch 1 (Verlängerung der Heißrottephase):
Beim Versuch der Heißrotte konnten durch die Messungen nur minimale
Abweichungen zwischen den Referenzmieten und der Versuchsmiete
festgestellt werden. Die erreichte Güte des Versuchkompostes entsprach
dem des standardisierten Verfahrens der ARA Bregenz.
ARA Bregenz Versuch 2 (Veränderung des Feuchtegehaltes):
Beim Versuch der Erniedrigung des Feuchtegehaltes wurde ein TOC Abbau
von rund 8% und ein Reduktion des Glühverlusts von 6% erreicht. Die
Qualität des erzeugten Kompostes bei den Referenzmieten war besser als
beim Versuch 2.
ARA Bregenz Versuch 3 (Veränderung des Mischverhältnis):
Beim Versuch, bei dem das standardisierte Mischungsverhältnis verändert
wurde, konnte ein TOC Abbau von 22% und eine Reduktion des
Glühverlustes von 29% beobachtet werden. Die Veränderung des
Mischungsverhältnisses brachte einen wesentlich besseren Abbau als die
Referenzmieten.
Baldauf, Bergmeister
48
Ergebnisse und Diskussion
Häusle Allgemein:
Bei Häusle Lustenau wurden Anfangswerte von TOC von durchschnittlich
27% auf Endwerte von durchschnittlich 21% TOC abgebaut. Es erfolgte
ein Abbau des organischen Materials durch die Rotte. Der TOC Gehalt
wurde durch den Rottevorgang im Durchschnitt um rund 22% reduziert
und der Glühverlust wurde um durchschnittlich 20% verringert.
Häusle Lustenau Versuch 1 (Heißrotte):
Bei dem Versuch wurde ein TOC Abbau von 30% erreicht und der
Glühverlust um rund 36% reduziert. Der Versuch der Heißrotte führte zu
besserem Abbau als die Referenzmieten.
Häusle Lustenau Versuch 2 (Veränderung des Feuchtegehaltes):
Bei dem Versuch wurde ein TOC Abbau von rund 16% erreicht. Die
Reduktion des Glühverlustes beträgt rund 23%, welcher einem
standardisierten Rottevorgang von Häusle Lustenau entsprechen würde.
Die geringe Reduktion des TOC’s ist möglicherweise auf Grund der
schwankenden Messwerte auf eine Probeninhomogenität zurückzuführen.
Häusle Lustenau Versuch 3 (Veränderung des Mischverhältnis):
Bei dem Versuch konnte eine geringere Reduktion des TOC Gehaltes, als
vergleichsweise bei den Referenzmieten erzielt werden.
Häusle Lustenau und ARA Bregenz im Vergleich:
Im Vergleich der unterschiedlichen Rotteverfahren von ARA Bregenz und
Häusle Lustenau konnte festgestellt werden dass der durchschnittliche
Abbau des TOC’s beim gesteuerten Verfahren von Häusle Lustenau rund
22% bei den Referenzmieten beträgt und die Reduktion des Glühverlustes
durchschnittlich rund 20% beträgt. Bei dem nur begrenzt steuerbaren
Verfahren der ARA Bregenz beträgt die durchschnittliche Reduktion des
TOC’s rund 12% und die Reduktion des Glühverlustes durchschnittlich
rund 9% bei den Referenzmieten.
Rottegrad:
Die Rottegradbestimmung erfolgte bei jeder Probe vom Häusle Lustenau
und ARA Bregenz und es war zu erkennen, dass mit fortschreitender Rotte
der Rottegrad zunimmt. Am Ende jeder Rotte wurde die Qualität eines
Fertigkompostes erreicht.
Baldauf, Bergmeister
49
Ergebnisse und Diskussion
Trockensubstanz:
Bei der Bestimmung des Trockenrückstandes war zu erkennen, dass die
ARA Bregenz durchschnittlich bei Ende der Rotte um 7% höher war als
Häusle Lustenau. Teilweise wurden auch höhere Temperaturen über
längere Zeiträume während der Rotte bei der ARA festgestellt.
8.2 Beurteilung der Gehalte von PCB
Es wurden nur die Endproben untersucht, da nicht von einem Abbau
ausgegangen werden kann.
Summe 6 PCB's in KS-Kompost
60
50
µg/kg im TR
40
30
20
10
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Abb. 24: Summe 6 PCB’s in KS-Kompost von Häusle und ARA
Baldauf, Bergmeister
50
Ergebnisse und Diskussion
HCB und PCB's in KS-Kompost ARA Bregenz
18
ARA Test E
16
ARA Ref E
ARA Versuch 1E
ARA Ref 1E
14
ARA Versuch 2E
ARA Ref 2E
ARA Versuch 3E
µg/kg im TR
12
ARA Ref 3E
10
8
6
4
2
0
HCB
PCB 28
PCB 52
PCB 101
PCB 153
PCB 138
PCB 180
PCB 138
PCB 180
Abb. 25: PCB’S im Kompost der ARA Bregenz
HCB und PCB's in KS-Kompst Häusle
18
16
Häusle Test E
Häusle Versuch 1E
Häusle Ref 1E
14
Häusle Versuch 2E
Häusle Ref 2E
Häusle Versuch 3E
µg/kg im TR
12
Häusle Ref 3E
10
8
6
4
2
0
HCB
PCB 28
PCB 52
PCB 101
PCB 153
Abb. 26: PCB’s Häusle
Baldauf, Bergmeister
51
Ergebnisse und Diskussion
Häusle Lustenau und ARA Bregenz im Vergleich:
Keine der Mieten hat den Grenzwert der Klärschlammverordnung von
0,2mg/kg TS überschritten. Der Gehalt an PCB betrug bei der ARA
Bregenz durchschnittlich rund 41µg/kg TS und bei Häusle Lustenau
durchschnittlich rund 54µg/kg TS.
Der PCB Gehalt schwankte bei den Mieten bei Häusle Lustenau und ARA
Bregenz nur minimal.
Die PCB Gehalte im Endprodukt Kompost von Häusle Lustenau sind um
rund 28% höher als die der ARA Bregenz. Der Gehalt an PCB im KSKompost wird zum Großteil durch den Gehalt an PCB im eingesetzten
Klärschlamm bestimmt.
Die PCB sind ein Summenparameter. An den Abbildung 23 und 22 kann
man erkennen, dass die Konzentration der einzelnen PCB Kongenere stark
schwanken. In Summe jedoch keine Grenzwertüberschreitungen
festgestellt werden können.
Die Endgehalte sind bei allen Versuchen ähnlich, d.h. die Veränderungen
der Rotteparameter haben keinen Einfluss auf den PCB-Gehalt im
Endprodukt.
Baldauf, Bergmeister
52
Ergebnisse und Diskussion
8.3 Beurteilung des Gehaltes von KW
Der Gehalt der Kohlenwasserstoffe wurde über den Rotteverlauf bestimmt.
Der Grenzwert der Kohlenwasserstoffe beträgt 3000mg/kg TS gemäß
Kompostverordnung. Evtl. ist der Abbau nur eingeschränkt mit
spezialisierten Mikroorganismen möglich.
KW-Gehalt
ARA Bregenz
4500
4000
3500
mg/kg TS
3000
2500
2000
1500
1000
500
Abb. 27: Kohlenwasserstoffgehalt in
(Versuchsbeschreibung siehe Anhang)
Baldauf, Bergmeister
mg/kg
bezogen
auf
La
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La rv.
ge 1
rv
.
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TS
53
Ergebnisse und Diskussion
KW-Gehalt
Häusle Lustenau
4500
4000
3500
mg/kg TS
3000
2500
2000
1500
1000
500
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Abb. 28: Kohlenwasserstoffgehalt in mg/kg bezogen auf die TS
ARA Bregenz:
Der KW Gehalt hat bei der ARA Bregenz einmal den Grenzwert der
Kompostverordnung (3000mg/kg TS) um rund 8% überschritten. Bei den
nachfolgenden Messungen dieser Miete befand sich der KW Gehalt wieder
unterhalb des Grenzwertes.
Die KW Werte schwanken sehr stark. Es ist sowohl eine Zu- als auch eine
Abnahme der KW über den Rotteverlauf feststellbar. Die Werte schwanken
auch stark innerhalb der einzelnen Versuche und Referenzmieten. Bei dem
Referenzversuch 2 der ARA Bregenz schwanken die Kohlenwasserstoff
Werte zwischen 228 und 1158 mg/kg TS. Die schwankenden Werte sind
nicht eindeutig erklärbar, da von einem unmittelbaren Abbau der KW
durch Mikroorganismen nicht ausgegangen werden kann.
Häusle Lustenau:
Der KW Gehalt war dreimal über dem Grenzwert der Kompostverordnung
dies aber innerhalb einer Miete. Bei den nachfolgenden Werten war der
Kohlenwasserstoff Gehalt geringerer als bei der ersten Grenzwertüberschreitung. Die höchste Grenzwertüberschreitung betrug 30%.
Häusle Lustenau und ARA Bregenz im Vergleich:
Im Vergleich von ARA Bregenz und Häusle Lustenau kann man sehen,
dass die Werte bei der ARA Bregenz stärker schwanken als die von Häusle
Lustenau. Bei der Referenzmiete der ARA Bregenz schwanken die Werte
Baldauf, Bergmeister
54
Ergebnisse und Diskussion
um rund 52% und bei Häusle Lustenau schwanken die Werte bei der
Referenzmiete 3 um rund 42% und bei den anderen Mieten von ARA
Bregenz und Häusle Lustenau ist die Variation geringer. Es konnte eine
höhere Variation bei der ARA Bregenz als beim Häusle Lustenau
festgestellt werden.
8.4 Beurteilung der Abbaubarkeit der LAS
LAS Abbau bei der Klärschlammkompostierung von
ARA Bregenz
3000
Gehalt an LAS in mg/kg TS
2500
2000
1500
1000
500
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Abb. 29: LAS Abbau bei der ARA Bregenz
Baldauf, Bergmeister
55
Ergebnisse und Diskussion
LAS Abbau bei der Klärschlammkompostierung von
Häusle Lustenau
3000
Gehalt an LAS in mg/kg TS
2500
2000
1500
1000
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1M
ef
1
R
R
ef
E
M
ch
Ve
1A
rs
uc
h
1M
V
er
su
ch
1E
Ve
rs
u
Te
st
Te
st
Te
st
A
0
Abb. 30: LAS Abbau bei dem Häusle Lustenau
ARA Bregenz:
Es konnte ein Abbau der LAS Gehalte festgestellt werden. Bei der ARA
Bregenz würde der vorgeschlagene Grenzwert aus der EU weiten
Klärschlammrichtlinie einmal zu Beginn einer Rotte überschritten werden,
durch die Rotte wurden die LAS unter den Grenzwert abgebaut. Bei der
ARA Bregenz fand durchschnittlich ein Abbau von 73% bei den
Referenzmieten statt. Die LAS wurden zwischen der Anfangsprobe und
nach der Hälfte der Rotte um 63% abgebaut und ab der Hälfte der Rotte
und der Endprobe um 9% abgebaut wird. Wie man daraus sieht werden
die LAS hauptsächlich in der Abbau- und Hygienisierungsphase abgebaut.
Als Endwerte wurden durchschnittlich bei den Referenzmieten Gehalte von
387,93 mg/kg TS gemessen.
ARA Bregenz Versuch 1:
Beim Versuch der Heißrotte wurden 52% des LAS Gehaltes abgebaut. In
der Abbau- und Hygienisierungsphase, in der hauptsächlich LAS abgebaut
werden, konnte nur ein sehr geringer Abbau festgestellt werden. Der
Hauptabbau erfolgte erst in der nachfolgenden Phase und betrug ca. 50%.
Hierbei gilt es anzumerken, dass bei diesem Versuch auch der TOC Abbau
und die Werte für den GV weit unter den Mittelwerten der Referenzmieten
lagen.
Baldauf, Bergmeister
56
Ergebnisse und Diskussion
ARA Bregenz Versuch 2:
Beim
Versuch
der
Erniedrigung
des
Feuchtegehaltes
des
Eingangsmaterials wurden rund 90% des LAS Gehaltes abgebaut. Der
Endwert des Versuches ist um 49% geringer als der durchschnittlichen
Endwert der Referenzmieten. In der ersten Phase werden 75% und in der
zweiten Phase 14% der LAS abgebaut. Der Abbau beim Versuch der
Erniedrigung des Feuchtegehaltes des Eingangsmaterials erreicht einen
höheren Abbau des LAS Gehaltes als die Referenzmieten.
ARA Bregenz Versuch 3:
Beim Versuch der Veränderung des Mischungsverhältnisses wurde ein
Abbau der LAS von 82% festgestellt. In der ersten Phase wurden 64%
und in der zweiten Phase 14% abgebaut. Bei Versuch 3 wurde ein
stetigerer Abbau als vergleichsweise bei den Referenzmieten festgestellt.
Der Endgehalt an LAS war vergleichsweise höher als der der Referenzmieten.
Häusle Lustenau:
Es konnte ein Abbau der LAS Gehalte festgestellt werden. Beim Häusle
Lustenau wurde der vorgeschlagene Grenzwert aus der EU weiten
Klärschlammrichtlinie nie überschritten. Es fand ein durchschnittlicher
Abbau von 73% bei den Referenzmieten statt. Die LAS wurden zwischen
der Anfangsprobe und nach der Hälfte der Rotte um 56% abgebaut und ab
der Hälfte der Rotte und der Endprobe um 39% abgebaut. Wie man
daraus sieht werden die LAS Gehalte stetig über die Rottezeit abgebaut.
Als Endwerte wurden durchschnittlich bei den Referenzmieten Gehalte von
607,01 mg/kg TS gemessen.
Häusle Lustenau Versuch 1:
Beim Versuch der Heißrotte wurden 81% der LAS abgebaut, der
Hauptabbau in der ersten Phasen betrug 70% und in der 2. Phase 36%.
Durch den Versuch der Heißrotte wird der Abbau der LAS sehr begünstigt.
Der Endwert ist um einiges niedriger als vergleichsweise der Durchschnitt
der Referenzmieten.
Häusle Lustenau Versuch 2:
Beim
Versuch
der
Erniedrigung
des
Feuchtegehaltes
des
Eingangsmaterials wurden rund 79% des LAS Gehaltes abgebaut. Der
Endwert des Versuches weicht nicht sehr vom durchschnittlichen Endwert
der Referenzmieten ab. In der ersten Phase werden 62% und in der
zweiten Phase 44% der LAS abgebaut. Der Abbau beim Versuch der
Baldauf, Bergmeister
57
Ergebnisse und Diskussion
Erniedrigung des Feuchtegehaltes des Eingangsmaterials erreicht keinen
wesentlich höheren Abbau des LAS Gehaltes als die Referenzmieten.
Häusle Lustenau Versuch 3:
Beim Versuch der Veränderung des Mischungsverhältnisses wurde ein
Abbau der LAS von 68% festgestellt In der ersten Phase wurden 62% und
in der zweiten Phase 16% abgebaut.
Wie bei allen Versuchen lag der Endwert der einzelnen Versuche auch hier
immer unter den durchschnittlichen Endwert der Referenzen. Es konnte
nur ein geringerer Abbau der LAS Gehalte festgestellt werden.
Anmerkung:
Bei ARA Bregenz konnte durch den Versuch 3 der Veränderung des
Mischverhältnisses ein höherer Abbau des Gesamten organischen
Kohlenstoffs und der Linearen Alkylbenzolsulfonate nachgewiesen werden,
als bei den standardisierten Rotteverfahren.
Bei der Fa. Häusle Lustenau stellte sich der Versuch 1 mit der längeren
Heißrottephase am idealsten heraus. Bei diesem Versuch ist ein stetiger
Abbau des TOC Gehaltes und damit auch der LAS Gehalte erzielt worden.
Baldauf, Bergmeister
58
Ergebnisse und Diskussion
ARA Bregenz
Datum
Dauer
[d]
TS
[%]
GV
[%]
CO32[%]
C-tot
[%]
CaCO3
[%]
TOC
[%]
N-tot
[%]
Tmax
[°C]
Rottegrad
Test A
27.04.2005
37,91
61,50
0,52
31,00
4,31
30,48
1,97
42,6
III
Test M
27.05.2005
53,17
50,30
0,81
26,60
6,79
25,79
2,08
29,0
V
Test E
22.06.2005
60,30
48,11
0,42
25,70
3,50
25,28
2,17
30,5
IV
Ref A
11.05.2005
37,12
55,63
0,72
29,00
5,96
28,28
2,17
45,4
III
Ref M
01.06.2005
48,78
52,75
0,73
25,20
6,07
24,47
2,06
30,8
IV
Ref E
22.06.2005
58,25
45,86
0,77
25,80
6,42
25,03
2,24
31,9
IV
Versuch 1A
01.07.2005
45,61
61,13
0,72
29,80
5,99
29,08
2,09
63,7
I
Versuch 1M
21.07.2005
54,08
57,46
0,42
29,10
3,50
28,68
2,21
50,1
II
73,21
55,02
0,74
26,20
6,13
25,46
2,30
24,1
V
38,97
61,47
0,62
29,20
5,14
28,58
2,31
50,4
II
Versuch 1E
11.08.2005
Ref 1A
06.07.2005
28.07.2005
Ref 1E
18.08.2005
19.08.2005
42
42
44
54,27
53,43
1,03
26,60
8,59
25,57
2,30
36,2
IV
60,49
56,91
0,82
25,70
6,81
24,88
2,49
30,0
V
41,83
58,04
1,00
28,00
8,37
27,00
2,24
47,7
III
Feuchtigkeitsänderung
Ref 1M
57
Versuch 2A
Misch-verhältnis
Heißrotte
Test
Probe
Versuch 3A
20.10.2005
39,05
60,92
0,75
29,30
6,24
28,55
1,87
50,2
II
Versuch 3M
10.11.2005
51,53
51,74
1,07
23,70
8,91
22,63
1,97
25,8
V
Versuch 2M
15.09.2005
Versuch 2E
10.10.2005
53
57,96
50,01
0,90
25,00
7,47
24,10
2,49
26,3
V
63,88
54,49
0,75
25,40
6,25
24,65
2,55
22,5
V
Ref 2A
26.08.2005
37,74
55,14
0,57
28,30
4,77
27,73
2,45
54,2
II
Ref 2M
23.09.2005
56,44
56,57
0,87
26,50
7,26
25,63
2,52
27,0
V
Ref 2E
20.10.2005
64,80
56,95
0,76
24,70
6,30
23,94
2,59
22,9
V
56
Versuch 3E
02.12.2005
57,54
43,30
1,03
23,20
8,62
22,17
2,14
21,7
V
Ref 3A
27.10.2005
44
37,43
57,19
0,63
29,20
5,25
28,57
2,04
43,3
III
Ref 3M
17.11.2005
46,05
50,12
1,10
25,70
9,14
24,60
2,11
28,8
V
Ref 3E
07.12.2005
47,75
49,21
1,13
26,50
9,43
25,37
2,19
21,1
V
Lagerv. 1
21.11.2005
66,10
49,41
0,86
23,90
7,14
23,04
2,45
22,4
V
Lagerv. 2
19.01.2006
63,97
53,28
0,83
25,60
6,93
24,80
2,40
23,3
V
42
LAS
[mg/kg TS]
Probenanzahl
2355
573
180
2790
822
282
52
2207
2158
1044
1606
591
509
52
1942
479
198
1155
339
265
52
2306
827
414
1109
566
495
52
50
406
20
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
20
Tab. 4: Ergebnisse – ARA Bregenz
Baldauf, Bergmeister
59
Ergebnisse und Diskussion
ARA Bregenz
Probe
HCB
[µg/kg TS]
PCB 28
[µg/kg TS]
PCB 52
[µg/kg TS]
PCB 101
[µg/kg TS]
PCB 153
[µg/kg TS]
PCB 138
[µg/kg TS]
PCB 180
[µg/kg TS]
Summe 6 Cong.
[µg/kg TS]
Test A
Test
Test M
Test E
0,43
3,2
4,8
5,5
9,6
10
6,6
39,7
0,46
3,9
5
6,4
9,4
11
7
42,7
Ref A
Ref M
Ref E
Heißrotte
Versuch 1A
Versuch 1M
Versuch 1E
4
5,1
5,4
10
10
6,5
41
0,41
3,9
5,9
5,4
8,5
12
6,7
42,4
Ref 1M
Ref 1E
Feuchtigkeitsänderung
0,44
Ref 1A
Versuch 2A
Versuch 2M
Versuch 2E
0,35
3,9
4,9
6,9
8,7
9,1
7,3
40,8
0,25
3,3
4,7
5,6
10
11
6,4
41
Ref 2A
Ref 2M
Ref 2E
Mischverhältnis
Versuch 3A
Versuch 3M
Versuch 3E
0,27
3,5
5,5
6,1
8,6
10
6,9
40,6
0,39
3,8
4,3
6,2
7,4
9,5
5,5
36,7
Ref 3A
Ref 3M
Ref 3E
Lagerv. 1
Lagerv. 2
KW-Gehalt
[mg/kg TS]
1400
1000
1600
2900
1400
1100
200
300
1200
800
1900
2600
2500
800
1200
3200
2400
2100
1600
700
1300
300
1300
1200
200
3000
Tab. 5: Ergebnisse – ARA Bregenz
Baldauf, Bergmeister
60
Ergebnisse und Diskussion
Häusle Lustenau
Test A
Datum
Dauer
[d]
28.04.2005
Test M
12.05.2005
Test E
09.06.2005
Versuch 1A
10.11.2005
Verusch 1M
07.12.2005
Versuch 1E
22.12.2005
43
43
CO32[%]
TS
[%]
GV
[%]
C-tot
[%]
CaCO3
[%]
37,22
53,85
0,95
28,90
7,92
43,29
50,76
2,40
28,80
7,71
29,16
44,71
1,01
27,30
8,40
34,01
63,56
1,07
29,50
8,89
33,19
54,19
3,76
25,20
12,04
49,46
40,49
1,13
21,00
9,43
Ref 1A
07.12.2005
42,71
54,42
1,09
26,90
9,08
Ref 1M
22.12.2005
39,22
50,94
2,23
27,50
7,14
Ref 1E
12.01.2006
48,50
42,70
1,52
21,50
12,65
Feuchtigkeitsänderung
37
Versuch 2A
Versuch 2E
20.02.2006
47,96
48,99
1,49
31,00
12,39
Ref 2A
12.01.2006
34,21
56,85
1,39
30,80
11,61
Ref 2M
31.01.2006
31,14
51,33
3,66
26,00
11,72
Ref 2E
20.02.2006
46,11
47,28
1,43
22,00
11,95
Misch-verhältnis
Heißrotte
Test
Probe
12.01.2006
36,43
63,68
1,44
31,40
12,04
Versuch 2M
31.01.2006
33,81
58,31
3,56
26,60
11,40
Versuch 3A
04.07.2005
39,77
55,78
0,92
27,90
7,69
Versuch 3M
18.08.2005
53,04
48,69
3,88
24,90
12,44
58,78
36,89
1,06
22,10
8,82
37,07
51,93
1,12
26,70
9,31
50,01
54,47
3,46
23,80
11,09
57,49
41,12
1,42
23,30
11,81
Versuch 3E
08.09.2005
Ref 3A
27.07.2005
Ref 3M
18.08.2005
Ref 3E
08.09.2005
40
40
67
44
TOC
[%]
N-tot
[%]
Tmax
[°C]
Rottegrad
27,95
27,87
26,29
2,13
54,2
II
2,01
47,2
III
2,23
30,6
IV
28,43
23,76
19,87
25,81
26,64
20,6
2,19
54,2
II
1,91
22,0
V
1,66
20,1
V
2,17
33,4
IV
2,24
35,1
IV
1,80
25,9
V
29,96
25,2
29,5
29,41
24,6
20,6
1,72
33,3
IV
1,90
23,9
V
2,50
24,9
V
1,71
32,3
IV
1,83
24,7
V
2,02
23,5
V
26,98
23,41
21,04
25,58
22,47
21,88
2,06
45,5
III
2,10
27,5
V
1,97
27,7
V
1,91
54,1
II
1,91
29,8
V
2,04
27,2
V
LAS
[mg/kg TS]
Probenanzahl
2370
1718
600
23
2378
718
460
2522
1010
445
26
2516
960
536
2271
1329
835
17
1793
689
582
2099
717
541
20
35
26
24
24
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
Tab. 6: Ergebnisse – Häusle Lustenau
Baldauf, Bergmeister
61
Ergebnisse und Diskussion
Häusle Lustenau
Heißrotte
Test
Probe
HCB
[µg/kg
TS]
PCB 28
[µg/kg TS]
PCB 52
[µg/kg TS]
PCB 101
[µg/kg TS]
PCB 153
[µg/kg TS]
PCB 138
[µg/kg TS]
PCB 180
[µg/kg TS]
Summe 6 Cong.
[µg/kg TS]
Test A
3900
Test M
Test E
KW-Gehalt
[mg/kg TS]
3400
0,33
4,1
6,2
6,5
14
17
8,6
56,4
3400
Versuch 1A
1800
Versuch 1M
2000
Versuch 1E
0,47
4,4
5,3
7,2
13
15
9,3
54,2
1000
Ref 1A
1200
Ref 1M
1700
Feuchtigkeitsänderung
Versuch 2A
Misch-verhältnis
Ref 1E
Versuch 3A
0,55
4,4
6
7,7
13
15
8,6
54,7
1400
Versuch 2M
Versuch 2E
1500
2000
0,34
4,4
5,1
7,9
15
15
9,7
57,1
1700
Ref 2A
1700
Ref 2M
2300
Ref 2E
0,49
3,9
5,1
6,7
14
14
8
51,7
1700
Versuch 3M
Versuch 3E
1800
2100
0,58
4,3
5,9
7,8
15
15
9,1
57,1
1600
Ref 3A
2500
Ref 3M
1000
Ref 3E
0,36
3,7
6,3
6,4
12
13
8,4
49,8
2600
Tab. 7: Ergebnisse – Häusle Lustenau
Baldauf, Bergmeister
62
Literatur
9 Literatur
— BGBl. II – Ausgegeben am 14. August 2001 – Nr.292
— Renner, Kauch und Schribertschnig, Siedlungswasserbau 2,
Abwasser- und Abfalltechnik
— Chemische Bodenuntersuchungen (ÖNORM L 1080, Ausgabe: 199904-01)
— Bestimmung
des
organischen
Kohlenstoffs
durch
trockene
Verbrennung
— Chemische Bodenuntersuchungen (ÖNORM L 1084, Ausgabe: 199904-01)
— Bestimmung von Karbonat
— DIN EN ISO 9377-2:2000, Bestimmung des KohlenwasserstoffGehalt
— ÖN EN 14039, Bestimmung des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen von
C10 bis C40 mittels Gaschromatographie
— Umweltbundesamt LAS in der Umwelt
— Umweltbundesamt
Hormonell
wirksame
Substanzen
in
Klärschlämmen
— Bundesgesetzblatt Teil 1 Z 5702 A Klärschlammverordnung
— Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umel und
Wasserwirtschaft Studie "Stand der Technik der Kompostierung"
— Matthias Bank Basiswissen Umwelttechnik
Baldauf, Bergmeister
63
Anhang
Datum
Bergmeister
10 Anhang
Aufgabe
28.04.05
120 Häusle – Probennahme
30 UWI – Probenvorbereitung
04.05.05
09.05.05
12.05.05
120
90
100
40
50
UWI – Probe (ARA) mahlen
UWI – Probe (Häusle) mahlen
Häusle – Probennahme
Häusle – Referenzprobennahme
UWI – Probenvorbereitung
09.06.05
40
70
160
30
50
90
Häusle – Probennahme
UWI - Probenvorbereitung
UWI – Probe mahlen
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
UWI – Probe mahlen / GV
40
40
140
30
30
60
30
100
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
UWI – Proben mahlen (ARA + Häusle)
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
UWI – Probe mahlen
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
20.06.05
04.07.05
12.07.05
13.07.05
18.07.05
27.07.05
08.08.05
11.08.05
18.08.05
40 Häusle – Probennahme
80 UWI – Probenvorbereitung
30.08.05
06.09.05
08.09.05
60
40
60
60
60
UWI – Probe mahlen
UWI – Besprechung
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
UWI – Probe mahlen
24.11.05
240
60
60
450
KW - Bestimmung
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
KW - Bestimmung
25.11.05
240 KW - Bestimmung
13.09.05
27.10.05
10.11.05
Baldauf, Bergmeister
64
Datum
Bergmeister
Anhang
27.11.05
270 KW - Bestimmung
28.11.05
07.12.05
300
60
80
80
KW - Bestimmung
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
UWI – Besprechung
80
60
60
60
UWI – Glühverlust
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
15.12.05
22.12.05
25.12.05
26.12.05
27.12.05
29.12.05
02.01.06
Aufgabe
Berichterstellung
60
60
60
90
30
260
400
200
Berichterstellung
Berichterstellung
Berichterstellung
Besprechung bei Häusle
Besprechung im UWI
KW – Bestimmung
TOC - / KW – Bestimmung und GV
TOC - Bestimmung und Probe mahlen
06.01.06
07.01.06
12.01.06
160
70
60
80
Berichterstellung
Berichterstellung
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
13.01.06
14.01.06
18.01.06
23.01.06
120
490
200
210
Berichterstellung
Berichterstellung
UWI – Probe mahlen
Böhler – Probe mahlen
25.01.06
26.01.06
28.01.06
300 TOC - Bestimmung und Probe mahlen
120 Zwischenpräsentation vorbereiten
240 Zwischenpräsentation vorbereiten
31.01.06
60
60
150
120
180
330
360
04.01.06
05.01.06
05.02.06
08.02.06
14.02.06
15.02.06
17.02.06
Häusle – Probennahme
UWI – Probenvorbereitung
Zwischenpräsentation vorbereiten
Berichterstellung
TOC - Bestimmung
KW - Bestimmung
KW - Bestimmung
Baldauf, Bergmeister
65
Datum
20.02.06
Bergmeister
Anhang
Aufgabe
60 Häusle – Probennahme
60 UWI – Probenvorbereitung
24.02.06
45 UWI – Probe holen
120 Böhler – Probe mahlen
150 UWI – Probe mahlen
01.03.06
03.03.06
04.03.06
05.03.06
360
120
120
180
TOC - / KW – Bestimmung und GV
Berichterstellung
Berichterstellung
Berichterstellung
11.03.06
16.03.06
30.03.06
31.03.06
02.04.06
180
50
120
120
120
Berichterstellung
Berichterstellung
Berichterstellung
Berichterstellung
Berichterstellung
03.04.06
04.04.06
21.04.06
180 Berichterstellung
400 Berichterstellung
420 Berichterstellung
22.04.06
23.04.06
20.04.06
300 Berichterstellung
350 Berichterstellung
180 Berichterstellung
Baldauf, Bergmeister
66
Datum
27.04.05
Baldauf
Anhang
Aufgabe
120Probenahme Probe 1a
11.05.05
27.05.05
01.06.05
22.06.05
120
120
120
120
Probenahme
Probenahme
Probenahme
Probenahme
Ref. 1a
Probe 1m
Ref. 1m
Probe 1e
22.06.05
01.07.05
06.07.05
21.07.05
120
120
120
120
Probenahme
Probenname
Probenahme
Probenahme
Ref. 1e
Probe 2a
Ref. 2a
Probe 2m
28.07.05
11.08.05
18.08.05
120 Probenahme Ref. 2m
120 Probenahme Probe 2e
120 Probenahme Ref. 2e
19.08.05
26.08.05
15.09.05
23.09.05
120
120
120
120
Probenahme
Probenahme
Probenahme
Probenahme
Probe 3a
Ref. 3a
Probe 3m
Ref. 3m
10.10.05
20.10.05
20.10.05
27.10.05
120
120
120
120
Probenahme
Probenahme
Probenahme
Probenahme
Probe 3e
Ref. 3e
Probe 4a
Ref. 4a
10.11.05
17.11.05
02.12.05
07.12.05
120
120
120
120
Probenahme
Probenahme
Probenahme
Probenahme
Probe 4m
Ref. 4m
Probe 4e
Ref. 4e
21.11.05
19.01.06
60 Probenahme Lagerversuch 1
60 Probenahme Lagerversuch 2
02.05.05
17.05.05
08.06.05
15.06.05
28.06.05
45
45
45
45
45
04.07.05
11.07.05
18.07.05
45 Probe mahlen Ref. 1e
45 Probe mahlen Probe 2a
45 Probe mahlen Ref. 2a
Probe
Probe
Probe
Probe
Probe
Baldauf, Bergmeister
mahlen
mahlen
mahlen
mahlen
mahlen
Probe 1a
Ref.1a
Probe 1m
Ref. 1m
Probe 1e
67
Datum
Baldauf
Anhang
Aufgabe
04.08.05
45 Probe mahlen Probe 2m
08.08.05
18.08.05
22.08.05
29.08.05
45
45
45
45
Probe
Probe
Probe
Probe
mahlen
mahlen
mahlen
mahlen
Ref. 2m
Probe 2e
Ref. 2e
Probe 3a
05.09.05
22.09.05
10.10.05
19.10.05
45
45
45
45
Probe
Probe
Probe
Probe
mahlen
mahlen
mahlen
mahlen
Ref. 3a
Probe 3m
Ref. 3m
Probe 3e
02.11.05
09.11.05
17.11.05
45 Probe mahlen Ref. 3e
45 Probe mahlen Probe 4a
45 Probe mahlen Ref. 4a
23.11.05
30.11.05
07.12.05
25.01.06
45
45
45
45
02.02.06
24.02.06
Probe
Probe
Probe
Probe
mahlen
mahlen
mahlen
mahlen
Probe 4m
Ref. 4m
Lagerversuch 1
Probe 4e
45 Probe mahlen Ref. 4e
165 Böhler
01.06.05
50 Glühverlust
Probe 1a, Probe 1m, Ref. 1a
29.07.05
Ref. 1m, Probe 1e, Ref 1e, Probe 2a,
25.08.05
21.09.05
90 Glühverlust
Ref 2a
70 Glühverlust
50 Glühverlust
27.10.05
28.11.05
19.12.05
50 Glühverlust
50 Glühverlust
70 Glühverlust
Ref. 3m, Probe 3e, Ref 3e
Probe 4a, Probe 4m, Ref. 4a
Probe 4e, Ref. 4m, Ref. 4e , Lager 1
24.02.06
15 Glühverlust
15.03.05
80 Schule
60 UI
70 Häusle
25.03.05
06.09.05
60 Ara
40 UI
Baldauf, Bergmeister
Probe 2m, Probe 2e, Ref. 2m, Ref. 2e
Probe 3a, Probe 3m, Ref. 3a
Lager 2
68
Datum
15.02.05
16.02.05
17.02.05
Baldauf
Anhang
Aufgabe
90 Literatur
08.01.06
120
30
60
180
Literatur
Literatur
Maturaprojektdatenblatt
Literatur
28.01.06
26.01.06
11.02.06
20.02.06
230
360
450
200
Zwischenpräsentation
Schreiben
Schreiben
Schreiben
17.03.06
18.03.06
02.04.06
60 Literatur
150 Schreiben
420 Literatur + Schreiben
03.04.06
04.04.06
420 Literatur + Schreiben
120 Schreiben
16.01.06
180 PCB
17.01.06
18.01.06
08.03.06
09.03.06
320
300
180
300
PCB
PCB
PCB
PCB
23.11.05
24.11.05
02.03.06
03.03.06
120
130
150
120
LAS
LAS
LAS
LAS
22.03.06
27.03.06
180 LAS - Auswertung
150 LAS - Auswertung
Baldauf, Bergmeister
69
Anhang
Zeitplan
Abb. 31: Zeitplan
Baldauf, Bergmeister
70
Anhang
Projektdatenblatt
Abbauverhalten von ausgewählten organischen Schadstoffen in Klärschlammkomposten bei
veränderten Rotteparametern
Abteilung:
Schwerpunkt:
Jahrgang:
Chemieingenieurwesen
Umwelttechnik / Textilchemie
5aCT/U Schuljahr: 2005/2006
Projektleiter:
Lehrer:
Schüler:
Firma:
(Lustenau)
Dauer:
Dr. Christoph Scheffknecht (Umweltinstitut Vlbg.)
DI Gisela Wenger-Oehn, Dr. Josef Mäser
Baldauf Simon, Bergmeister Steffen
Umweltinstitut Vlbg., ARA Bregenz, Hubert Häusle
Suchbegriffe:
Klärschlamm, Kompost, LAS, PCB, KW, Rotte
GmbH
&
Co
April 2005 bis Dezember/Jänner 2006
Problemstellung:
In Vorarlberg wird der anfallende Klärschlamm in regionalen Klärschlammkompostierungsanlagen
vererdet. Der erzeugte Klärschlammkompost muss im Sinne einer stofflichen Verwertung und zum
Schutz der Böden den Vorgaben der Vlbg. KS-VO entsprechen. Im Sinne des nachhaltigen
Bodenschutzes wird zur Zeit eine EU-weit gültige Klärschlamm-Richtlinie erarbeitet und damit auch
die Einführung von Grenzwerten für organische Schadstoffe wie LAS, PCB, PAK, NPE etc. diskutiert.
Das Umweltinstitut führte 2002/2003 eine stichprobenartige Analyse der organischen Schadstoffen
bei den erzeugten Klärschlammkomposten in Vlbg. durch. Es wurden unterschiedliche
Analysenwerte in Abhängigkeit von Rottedauer, Eingangsmaterial und Kompostierungstechnik
ermittelt.
Zielsetzung:
Im Rahmen eines Versuchsprogramms soll abgeklärt werden, inwieweit veränderte Rotteparameter
den Abbau von organischen Schadstoffen wie LAS, PCB und KW beeinflussen. Zusätzlich werden im
Rahmen der Qualitätssicherung Parameter wie TS, GV, TOC und Rottegrad des Endproduktes
analysiert.
Ablauf:
Kennenlernen des Betriebsablaufes der KS-Kompostierungsanlagen
Erarbeitung der theoretischen Grundlagen zum Vorkommen/Abbauverhalten von
organischen Schadstoffen in Klärschlämmen anhand von Literaturrecherche
Einarbeitung in Probennahme, geeignete chemische Analysenmethoden gemäß
Normvorschriften
Festlegung der Versuchsreihen in Zusammenarbeit mit den Betreibern der
Klärschlammkompostierungsanlagen
(Veränderung
Temperaturführung,
Feuchtigkeitsgehalt, Mischungsverhältnis; Lagerversuch)
Durchführung der Probennahme unter Berücksichtigung der Rottezeit
Durchführung der festgelegten chemischen Analysen (TS, GV, LAS, PCB, KW, TOC,
Rottegrad)
Auswertung und Diskussion der Untersuchungsergebnisse (Änderung der Parameter über
Rottezeit; Aussagen zu Abbauverhalten, Einhaltung des diskutierten EU-Grenzwertes,
Korrelation von Rotteparametern/Abbauverhalten)
Ergebnis:
Erfassung des Abbauverhaltens von organischen Schadstoffen bei veränderten Rotteparametern
Abschätzung von möglichen Veränderungen bei der Durchführung der KS-Kompostierung im Sinne
einer Einhaltung des diskutierten EU-Grenzwertes
Verwertbarkeit:
Erweiterung der Diskussionsgrundlagen in EU Arbeitsgruppe bzw. Normenausschuss
Erfassung der momentanen Ist-Werte
Baldauf, Bergmeister
71
KG
2. Version
Copyright © der Orginalausgabe 2006 by Simon Baldauf & Steffen Bergmeister