Emissionsminderung. VDI Wissensforum, Seminar. Stuttgart, 14./15. Mai Franz Bernd Frechen, Universität Kassel

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1 VDI Wissensforum, Seminar Gerüche in der Außenluft Messen, Bewerten, Mindern Stuttgart, 14./15. Mai 2013 Emissionsminderung an Kanalisation i und Kläranlagenl Franz Bernd Frechen, Universität Kassel Obmann, DWA Fachausschuss KA 14 Emissionen von Abwasseranlagen Sprecher, VDI AG 3885/1 Messung des Geruchs Emissionspotenzials von Flüssigkeiten Vice Chair, IWA Specialist Group Odour and Volatile Emissions und Bundessieger Gesellschaft Folie 1

2 Überblick Einführung: 3 vorschnelle Ut Urteile Jeder weiß was Kann man Geruch überhaupt messen? Geruch = Schwefelwasserstoff (= Korrosion) Flüssigkeiten sind oft die originären Quelle von Gerüchen wie messen? Strategien zur Vermeidung und Verminderung von Geruch Bauliche und technische Maßnahmen Anwendungen und Beispiele Folie 2

3 Jeder weiß was... wir haben es mit vielen Experten zu tun: Wer war der Übeltäter Der Kanal? Die Kläranlage? Folie 3

4 Jeder weiß was... wir haben es mit vielen Experten zu tun: Folie 4

5 Kann man Geruch überhaupt messen? JA! Dietmar MANNEBECK! Folie 5

6 Geruch das ist doch Schwefelwasserstoff H 2 S? H 2 S it ist ein in Abwassersystemen üblicher und bd bedeutender d Geruchsstoff, der bei Faulvorgängen ohne Sauerstoff entsteht H 2 S ist sehr geruchsintensiv: 1 ppm H 2 S GE E /m 3 H 2 S kann erhebliche Schäden anrichten 2 Frechen Wenn H 2 S vorhanden Geruch vorhanden, aber: Wenn kein H 2 S vorhanden, kann es dennoch stinken! Folie 6

7 H 2 S ist ein Teil des Geruchs Schwefelwasserstoff Es reicht also nicht aus, nur H 2 S zu messen! 2 Folie 7

8 Woher kommt der Geruch? Industrie Kanalisation, insbes. Druckrohrleitungen Abwasser und Schlammbehandlung und entsorgung Hauptgeruchsstoff: pg Schwefelwasserstoff H 2S Folie 8

9 Geruchsstoffe in Abwässern Geruchsstoff Eintrag infolge Produktion Geruchsstoff Entstehung im Abwasser Austritt aus dem Kanal ins Freie Geruchs Stoffe im Abwasser Übergang g in die Kanalluft Geruchs be lastung Geruchs belästi gung Folie 9 Je weiter links in der Prozesskette gemessen wird, desto größer sind die Einflußmöglichkeiten! Konsequenz: im Abwasser messen (und nicht erst in der Kanal luft!)

10 Noch ein Grund, im Abwasser zu messen: Normaler Kanal mit natürlicher Lüftung über die Schächte... Irgendein Messgerät (z.b. H 2 S g ) l = niedriger Luftdruck h = hoher Luftdruck h l Geruch Geruch l h Folie 10

11 Noch ein Grund, im Abwasser zu messen: Normaler Kanal mit natürlicher Lüftung über die Schächte... Irgendein Messgerät (z.b. H 2 S g ) l = niedriger Luftdruck h = hoher Luftdruck h l Geruch Geruch l h Folie 11

12 Messung von Geruchsstoffen in Flüssigkeiten GeruchsEmissionsPotenzial in Geruchseinheiten pro m³ Flüssigkeit GE E /m³ Flüssigkeit Das GeruchsEmissionsPotenzial GEP einer Flüssigkeit ist die Gesamtmenge an in einer Flüssigkeit enthaltenen Geruchsstoffen, die unter standardisierten Bedingungen aus der Flüssigkeit ausgetrieben werden können. Charakterisierung von Flüssigkeiten z.b. benötigt zur Beurteilung der Geruchsrelevanz & Identifizierung des Problems zur Einleitbegrenzung von Geruchsstoffen zur Beurteilung der Wirksamkeit der Chemikalienzugabe VDI Richtlinie 3885 Blatt1 GEP Messung in Bearbeitung! Folie 12

13 GEP Messung: Geräte Gasaustrag / Probenahmestelle Luftraum < 15 Liter Flüssigkeit Volumen 30 Liter Membran- Tellerbelüfter (feinblasig) i Luftzufuhr ca. 0,3 m Frechen Folie 13

14 GEP Messung: Auswertung Folie 14 m Luft 3 Luft on c od in GE E /m on in GEE/m 3 L zentrati entratio offkonze uchssto Geru Olfaktometrische olfaktometrische Meßwerte Meßergebnisse berechnet berechnet GEP = (c od cc 100 )/V p dv L Versuchsdauer Test-Dauer mit V p = 30 L extrapoliert Strippluft Volumen in Liter Luftmenge in Liter

15 H 2 S kann Geruch als Parameter nicht ersetzen! Kommunaler Sammelkanal Fleischindustrie Abwasser Geruch GEP: GE E /m 3 Flüssigkeit Geruch GEP: GE E /m 3 Flüssigkeit H 2 S H 2 S Dimethylsulphid Folie 15

16 Ergebnisse von GEP Messungen 1. Charakterisierung von Flüssigkeiten bezüglich ihrer Geruchsrelevanz Abwasser: ( ) GE E /m 3 Flüssigkeit Frischer Überschußschlamm: ( ) GE E/m 3 Flüssigkeit Filtrat stabilisierter Schlamm: ( ) GE E /m 3 Flüssigkeit Filtrat Rohschlamm: (bis ) GE E /m 3 Flüssigkeit Werte über GE E /m 3 Flüssigkeit im Kanal gelten als kritisch Folie 16

17 Ergebnisse von GEP Messungen 1. Charakterisierung von Flüssigkeiten bezüglich ihrer Geruchsrelevanz 2. Charakterisierung von verschiedenen bisher gemessenen industriellen Abwässern (Grenzwertfestlegung + Überwachung (bald) nach VDI 3885/1 möglich) Brauerei: bis GE E E/ /m 3 Flüssigkeit Chemische Industrie: bis GE E /m 3 Flüssigkeit Papierindustrie: bis GE 3 E /m Flüssigkeit i Gerberei: bis GE E /m 3 Flüssigkeit Fleischindustrie: bis GE E /m 3 Flüssigkeit Hefeindustrie: bis GE E /m 3 Flüssigkeit Folie 17

18 Wesentliche Prinzipien im Kanal Einleitung it von Sulfid/Geruchsstoffen ff verhindern Bildung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern: Sulfidbildung verhindern Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten, Milieu in der Sielhaut nicht anaerob werden lassen: z.b. Dosieren von Nitratverbindungen ( Nutriox Nutriox etc.) Anaerobe Zustände vermeiden Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten Hat sich bereits Sulfid gebildet: Ausfällen von Sulfiden, z.b. durch Dosieren von Eisensalzen, Eisenhydroxid schlamm Haben sich bereits Geruchsstoffe gebildet: Oidi Oxidieren der Geruchsstoffe, z.b. durch hdosieren von Wasserstoffperoxid H 2 O 2 o.ä. Maskierung (?) Wenn alles nix hilft: Kapseln, fortleiten, behandeln Folie 18

19 Bauliche Maßnahmen Freispiegelleitungen Abluft Zuluft Abluftventilator Zuluftventilator künstliche Be- und Entlüftung einer Freispiegelleitung mit Untersturzbauwerk [Thistlethwayte, D.K.B. 1979] Folie 19

20 Druckrohrleitungen: Beispiel aus einer Kommune E/m 3 Flüss sigkeit GEP in GE E y = 90117x ,9 R² = 0, Aufenthaltszeit Druckrohrleitung in h Folie 20

21 Bauliche Maßnahmen Druck /Freispiegelleitungen falsch: - starke Turbulenzen - Druckleitungsscheitel nicht benetzt - keine Be- und dentlüftung richtig: - geringe Turbulenzen - Druckleitung gefüllt - Be- und Entlüftung vorhanden Korrosion Zuluft Abluft Turbulenzen Übergabeschacht Druck-/ Freispiegelleitung [Thistlethwayte, D.K.B. 1979] Folie 21

22 Bauliche Maßnahmen Pumpwerke Zuläufe in Abwasserpumpwerken [Thistlethwayte, D.K.B. 1979] Folie 22

23 Betriebliche Maßnahmen O 2 -Haushalt stützen Oxidation der Geruchsstoffe Binden der Geruchsstoffe ph-wert- anhebung Geruchsneutralisation -adsorption Kapselung/Ab- luftbehandlung Folie 23

24 Betriebliche Maßnahmen O 2 -Haushalt stützen Sauerstoffhaushalt stützen durch: Nitratverbindungent Wasserstoffperoxid Luftsauerstoff t ff Flüssigsauerstoff Folie 24

25 Betriebliche Maßnahmen O 2 -Haushalt stützen Oxidation der Geruchsstoffe Oxidation bereits entstandener Geruchsstoffe: Nitratverbindungent Wasserstoffperoxid Luftsauerstoff t ff Flüssigsauerstoff Folie 25

26 Betriebliche Maßnahmen O 2 -Haushalt stützen Oxidation der Geruchsstoffe Binden der Geruchsstoffe Binden der Geruchsstoffe: Fällung z. B. durch Eisenchloridsulfat, Eisenhydroxidschlamm Folie 26

27 Warum Dosierregelung? Folie 27

28 Warum Dosierregelung? Folie 28

29 Warum Dosierregelung? Che emikalien n- Verb brauch 100 % Folie 29

30 Warum Dosierregelung? Che emikalien n- Verb brauch 100 % Folie 30

31 Warum Dosierregelung? Che emikalien n- Verb brauch 100 % 63 % Folie 31

32 Warum Dosierregelung? Che emikalien n- Verb brauch 100 % 63 % Folie 32

33 Warum Dosierregelung? Che emikalien n- Verb brauch 100 % 63 % 42 % Folie 33

34 Forschung gemeinsam mit BWB und KWB DESEE Frechen DESEE Folie 34

35 einige bisher untersuchte enasen (Auswahl) Frechen z.b. Projekte Köln, Wien, Berlin u.a. Zu elektronischen Nasen siehe bei untenstehender Internetadresse unter Publikationen Vorträge Frechen Folie 35

36 Mathematische Auswertung Mth Mathematische ti h Auswertung von Rohdaten itd ist der wichtigste ihti t Schritt beim Einsatz von enasen. Methoden zielen ab auf: Qualifizierung i ( welche At Art von Geruch hitdi ist dies ) Quantifizierung ( GE E /m 3 ) S10 (methanealiph) S1 (aromatic) 100% 80% 60% S2 (broadr.) AK Bottrop Schwarzbach S9 (sulphur, chlor) 40% 20% S3 (aromatic) Druckrohrleitung 0% S8 (broad, alcohol) l) S4 (hydrogen) Biogasanlage: Mais- Silo (feucht) S7 (sulphur, organic) S5 (arom-aliph) aliph) Bauernhof: Gülletank S6 (broad, methane) Legende: S1 S10 sind die Sensoren des Multisensormessgerätes Folie 36

37 Datenpool FG SWW (03/2013) Folie 37 Dt Datenpool ldes FG SWW: 5 verschiedene enasen 3 olfaktometrische Labore Unterschiedliche Geruchsherkunft Projekt enase Zeitbereich Olfaktometrie Geruchsherkunft Anzahl Wien A 2005 Lab 1 Abwasser 382 Wien B 2005 Lab 1 Abwasser 156 Hilter A 4/2008 5/2008 Lab 2 Abwasser 40 Emscherkanal A 1/2007 1/2008 Lab 2 Abwasser 150 Biofilter C 2009 Lab 2 Abwasser 12 GEP mit Abwasser A,A 2010 Lab 2 Abwasser 88 Sicherheitsforschung 1 A,A 2007 Drogen/Sprengstoffe (8) Sicherheitsforschung h h 2 A,A 2010 Drogen/Sprengstoffe (40) lab test C 2009 Schefelwasserstoff (20) Verden A,A 2010/2011/2012 / Lab 3 Abwasser 110 Aachen A,A 2011 Lab 3 Abwasser 156 Berlin A,B,D,E 2011/2012 Lab 3 Abwasser 1429 Stand 10/2012 Gesamt mit Olfaktometrie

38 Betriebliche Maßnahmen O 2 -Haushalt stützen Oxidation der Geruchsstoffe Binden der Geruchsstoffe Geruchsmaskierung Geruchsneutralisation -adsorption ph-wert- anhebung Folie 38

39 Maskierung Schlammlagerplatz Folie 39

40 Abluftbehandlung Biofilter+Maskierung (????) Folie 40

41 Maskierung Einhängen von Gelmatten Gl in die Schächte H 2 S Reduzierung schwankend, manchmal bis 50%, manchmal 0% Geruchsreduzierung unbedeutend Frechen Folie 41

42 Betriebliche Maßnahmen O 2 -Haushalt stützen Oxidation der Geruchsstoffe Binden der Geruchsstoffe ph-wert- anhebung Geruchsneutralisation -adsorption Kapselung/Ab- luftbehandlung Folie 42

43 Kapselung einfach Folie 43

44 Kanalfilter: Kapselung oder Abluftbehandlung? In den Schacht Sh hteingehängte Aktivkohle oder Biofilter Verschluss des Luftweges über Klappe Wassertasse Schwimmer Keine Zwangsdurchlüftung, basieren auf natürlicher Lüftung Folie 44

45 Kanalfilter: Kapselung oder Abluftbehandlung? F Frechen Frechen Folie 45

46 Kanalfilter: Kapselung oder Abluftbehandlung? Frechen Näheres siehe IKT Warentest Kanalfilter und Präsentation Frechen vom auf unter Publikationen - Vorträge F Frechen Folie 46

47 Kanalfilter: Kapselung oder Abluftbehandlung? Frechen Folie 47

48 Kanalfilter: Kapselung oder Abluftbehandlung? 200 Biofilter Schacht 5 / 4 Jahre 180 Aktivkohle Schacht 1 / Alter? Biofilter Schacht 2 / neu 160 Druckkennlinien 140 Pa Druck in R² = 0,9932 R² = 0,9965 R² = 0,9858 Folie Luftstrom Q in m 3 /h

49 Kanalfilter: Kapselung oder Abluftbehandlung? 200 Druckkennlinien Biofilter Schacht 5 / 4 Jahre 180 Aktivkohle Schacht 1 / Alter? Biofilter Schacht 2 / neu Biofilter Schacht 2 (Biofiltersegment einzeln) / neu Pa Druck in R² = 0,9965 R² = 0, R² = 0,9874 R² = 0,9932 Folie Luftstrom Q in m 3 /h

50 ... oder hochwirksam... (?) Frey Folie 50

51 Emissionen bei Kläranlagen Folie 51

52 Emissionen messen... aber wie beproben? Folie 52

53 ... wenn kein Abluftstrom da? Folie 53

54 Quellenkonstellationen Luftvolumenstrom messbar nicht messbar Quell lengrö öße F läche Pu unkt aktive Punktquelle aktive Flächenquelle passive Punktquelle passive Flächenquelle Folie 54

55 Probenahmebox Passivquelle Folie 55

56 Probenahme mit der Boxmethode Durch hbox überdeckte Oberfläche in m² durchgesetzter Luftvolumenstrom in m³/h Überströmung in m³/(m² h) Geruchsstoffkonzentration am Ausgang der Probenahmebox b in GE E /m³ spezifischer Geruchsstoffstrom in GE E /(m² h) Gesamtfläche in m² Ges. emittierter Geruchsstoffstrom in GE E /h VDI Richtlinie 3880 Probenahme für olfaktometrische Messungen beachten! Nur die Angabe des spezifischen Geruchsstoffstroms unter Beachtung der VDI 3880 ermöglicht Verfahrensvergleiche! Folie 56

57 Emissionen bei Kläranlagen Flächenquellen Messergebnisse werden in GE E /(m 2 h) angegeben NUR solche Angaben sind bei Flächenquellen vergleich und verwertbar Anlagenteil Spezifischer Geruchsstoffstrom q spez [GE E /(m² h)] Zulauf (bis zu ) Vorklärung (bis zu ) Belebung 300 bis Rohschlammeindicker (bis zu ) Stabilisierter Schlamm bis Gerbereiabwasser bis Folie 57

58 Emissionsminderung bei Kläranlagen Übersicht Minderungsmaßnahmen Folie 58

59 Abluftfortleitung Hundertwasser-Kamin Laternen-Kamine (Stadt Wien) Folie 59

60 Emissionsminderung bei Kläranlagen betrieblich Überlastungen vermeiden Sauerstoffversorgung sicherstellen SAUBERKEIT Prozeß optimieren Verfahrenstechnik ändern kritische Stoffe beschleunigt behandeln Ausfallsicherheit erhöhen Folie 60

61 Emissionsminderung bei Kläranlagen baulich Verringerung der Turbulenz Absturzhöhe bei Einleitungen Einstau Überfallrinnen Leitbleche statt Absturz eingeblasene Luftmenge optimieren Verkleinerung emittierender Oberflächen schnelle Entsorgung von Reststoffen kleine Volumina (z.b. Grobentschlammung statt Vorklärung) kleine Oberflächen (durch größere Tiefe) Kapseln/Einhausen Folie 61

62 Ablufterfassung Luftwechsel ausreichend ih groß wählen je nach Anwendung (begehbare/nicht begehbare Räume) 2 facher bis 20 facher Luftwechsel pro Stunde Unterdruck auch bei Windsog sicherstellen bei belüfteten Anlagen mit ausreichender Reserve absaugen Befüllgeschwindigkeit beachten Ex Schutz beachten Elektro und Mechanik Sicherheitskonzept Folie 62

63 Ablufterfassung Korrosionsschutz ergreifen (auch ein hoher h Luftwechsel schützt nicht vor Korrosion) Mehrfachnutzung der Luft anstreben zur Minimierung der zu behandelnden Abluftmengen Absaugungs und Abluftbehandlungsgesamtkonzept entwickeln Folie 63

64 Ablufterfassung Folie 64

65 Ablufterfassung Folie 65

66 Ablufterfassung Korrosion Folie 66

67 Ablufterfassung Absaugkonzept Gesamt Abluft Hoher Volumenstrom, belastet Zuluft FALSCH Container Zuluft Folie 67

68 Ablufterfassung Absaugkonzept Gesamt Abluft Hoher Volumenstrom, belastet Zuluft FALSCH Container Zuluft Hallen Abluft Mäßiger Volumenstrom, Kaum/nicht belastet RICHTIG Zuluft Container Schürze Container Abluft Geringer Vl Volumenstrom, stark belastet Zuluft Folie 68

69 Abluftbehandlung Chemisch h chemischer Wäscher ein, zwei, drei oder vierstufig, Kreuzstrom, Venturi, Verrieselung Verbrennung (katalytisch oder) thermisch Ozonisierung im Haupt oder Teilstrom Physikalisch Aktivkohlefilter Folie 69

70 Abluftbehandlung Biologisch i Einblasen in ein Belebungsbecken als einfachste Maßnahme bei vorhandenem Belebungsbecken Biowäscher in verschiedenen Bauformen und unterschiedlicher Anordnung des biologischen Reaktionsraumes: Hauptstrom separater Behälter Biofilter als verbreiteste Maßnahme auch gefördert durch die GIRL mit verschiedenen Füllmaterialien; Vorreinigung beachten Folie 70

71 Trends in der Abluftbehandlung Separierung typischer Abluftströme t und angepaßte Behandlung: große Vl Volumenströme tö mit geringer Konzentration ti (Raumluft etc.) kleine Volumenströme mit hoher Konzentration mehrstufige Verfahren vor allem: Wäscher mit Biofilter Folie 71

72 ... und wenn das nicht reicht: use the Vend A Scent zu finden in einer Bar in Dublin auf der Damentoilette... Frechen Folie 72

73 Und zum Schluss Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! k Diese (und mehr) Vortragsfolien können Sie downloaden: kassel.de\fb14\siwawi \ (oder einfach mit Google & Co: Frechen Kassel..) Folie 73