UNIVERSITÄT ROSTOCK. Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät. Institut für Umweltingenieurwesen. Abschlussbericht:

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1 UNIVERSITÄT ROSTOCK Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Rostock; Satower Straße 48 Institut für Umweltingenieurwesen Abschlussbericht: Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs- und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes LAWA-Forschungsvorhaben im Rahmen des Länderfinanzierungsprogramms Wasser und Boden 2001; LAWA Projekt Nr. AA 1.01 Projektleiter: Projektbearbeiter: Dr.-Ing. Matthias Barjenbruch Dipl.-Ing. Catrin Dohse Rostock, Januar 2004

2 Vorbemerkung Das vorliegende Dokument beinhaltet verschiedene Strategien und Verfahren zur Verringerung von Geruchs- und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz. Die Aufbereitung erfolgte in Form einzelner Masken, die jeweils mit Detailinformationen hinterlegt und sinnvoll verlinkt sind. Aktive Felder sind jeweils mit blauer Schrift gekennzeichnet und beinhalten weitere Informationen zum Stichwort bzw. ermöglichen die Navigation im Dokument.

3 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 1 1 Veranlassung und Ziele In den letzten Jahren wurde die Situation der Abwasserentsorgung deutlich verbessert. So konnte der Anschlussgrad an die zentrale Abwasserbehandlung bundesweit auf ca. 93% gesteigert werden. Insbesondere durch den Einsatz von Sonderentwässerungsverfahren überwiegend der Druckentwässerung- wurden auch in den Flächenländern wirtschaftliche zentrale Lösungen geschaffen. Da bei der Erschließung neuer Wohn- und Gewerbegebiete die volle Anschlussgröße erst sukzessive erreicht wird, ist zumindest zeitweise eine unzureichende Auslastung des Kanalisationssystems unvermeidlich. Gleichzeitig ist oft der Abwasseranfall aus Industrie und Gewerbe zu hoch eingeschätzt worden. Darüber hinaus bewirkt vielfach der drastische Rückgang des häuslichen Abwasseranfalls bei gleichbleibender Schmutzfracht und die Verminderung von Regen- und Fremdwassereinträgen eine entsprechend lange Aufenthaltszeit in den Abwassersystemen. Diese geänderten Randbedingungen führen häufig zu Geruchsbelästigungen und anschließend zur Schwefelsäurekorrosion mit langfristig erheblichen Folgekosten an Bauwerken der Kanalisation. Folgende weitere Auswirkungen können durch angefaultes Abwasser auftreten: - Arbeitsschutzprobleme durch Gefährdung des Personals bei Arbeiten im Kanal - Negativer Einfluss auf die Abwasserreinigung (Verschlechterung des biologischen Abbaus, Blähschlammbildung). In jüngster Zeit kommt es immer häufiger zu Beschwerden betroffener Bürger aufgrund von Geruchsbelästigungen aus Abwasseranlagen, was zu einem angespannten Verhältnis zum Abwasserentsorgungsunternehmen führen kann. Um die Vielfalt der derzeitig angebotenen Lösungsansätze zu dieser Problematik besser bewerten zu können, wurde vom Institut für Kulturtechnik und Siedlungswasserwirtschaft der Universität Rostock und der Länderarbeitsgemeinschaftwasser (LAWA) das hier vorgestellte Projekt entwickelt. Im diesem Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Nr. AA 1.01 Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs- und Korrosionserscheinungen in Kanalnetzen des ländlichen Raumes werden Strategien sowie Verfahren zur Minimierung der Geruchsemission und der Korrosion in Abwassernetzen vorgestellt und an ausgewählten Beispielen detailliert diskutiert. Darüber hinaus wird auch auf die Möglichkeiten eines gezielten Konfliktmanagement mit Bildung einer Lenkungsgruppe eingegangen. Ziel war es, den Wasserbehörden, Abwasserentsorgern, sowie Planungsbüros ein Instrument an die Hand zu geben, mit dem gezielt geeignete Maßnahmen als Grundlage für weitere Entscheidungen ausgesucht und eingeschätzt werden können. Hierbei ist in Abstimmung mit den Fachbetreuern eine interaktive Datei entwickelt worden, mit der problembezogen, aber auch verfahrensorientiert die jeweils spezifisch geeignete Maßnahme entwickelt und bewertet werden kann. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden nachstehende Maßnahmen am Beispiel ausgewählter emissionsrelevanter Stellen in der Praxis an verschiedenen Kanalisationssystemen in Mecklenburg-Vorpommern und auch darüber hinaus untersucht, dabei lag der Anwendungsschwerpunkt im ländlichen Bereich:

4 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 2 Dosierung von eisenhaltigem Fällmittel Zugabe einer Nitratlösung Dosierung von aufbereitetem Wasserwerksschlamm Dosierung eines Kombinationsprodukts (Fällmittel und ph-wert-anhebung) Zugabe von Sauerstoff zu Beginn einer Druckleitung Verdünnung mit Trinkwasser Thiox-Verfahren (Rückoxidation von Sulfid am Ende der Druckrohrleitung) Zugabe eines Pflanzenextrakts Amorphes Abdecksystem Erprobung eines Hemmstoffes Druckluftspülung Pneumatische Abwasserhebung Biofilter in Kombination mit der Druckentwässerung Der vorliegende Abschlussbericht beinhaltet die Ergebnisse des im April 2000 beantragten Projekts und die Resultate aus dem Ergänzungsantrag LAWA-Projekt Nr. AA 1.01 vom Da während der Bearbeitungsphase parallel seitens der ATV-DVWK das Merkblatt M 154 Geruchsemissionen aus Entwässerungssystemen Vermeidung oder Verminderung aufgestellt wurde, sind über die im LAWA-Projekt untersuchten Methoden hinaus die dort enthaltenen Hinweise in die interaktive Datei aufgenommen worden, so dass insgesamt in diesem Abschlussbericht der aktuellste Stand der Technik zu Maßnahmen der Geruchs- und Korrosionsvermeidung in Kanalnetzen dargestellt wird.

5 Strategien und Verfahren zur Verringerung von Geruchs- und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz Geruchsstoffe und deren Entstehung Berücksichtigung der Geruchs- und Korrosionsproblematik in der Planung Minimierung von Geruch und Korrosion bei laufendem Betrieb Beschwerdemanagement Kanalnetz Kläranlage Technische und monetäre Bewertung (in Abhängigkeit der örtlichen Situation) Aufstellung eines Prioritätenplans Umsetzung der Maßnahmen und laufenden Kontrolle

6 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 3 2 Grundlagen 2.1 Geruchsstoffe und deren Entstehung Bei der Entstehung von Gerüchen in der Kanalisation muß zwischen primären und sekundären Geruchsstoffen (Osmogene) unterschieden werden /HÜBNER, SEIBT (1994)/. Primäre Osmogene werden mit dem Abwasser in die Kanalisation eingeleitet. Bei häuslichem Abwasser können sie nur entstehen, wenn das Abwasser zwischengespeichert wurde (Sammelgrube; z.b. beim FLAT -Verfahren). Bei gewerblichem und industriellem Abwässern treten branchentypische Geruchsstoffe auf (z.b. Schlachthof, Fischverarbeitung, Papierfabrik). Üblicherweise wird das Einleiten von Stoffen mit schädlicher oder unzumutbaren Gerüchen über die Grenzwerte der Entwässerungssatzungen geregelt. Richtwerte wichtiger Beschaffenheitskriterien liefert das ATV-DVWK A 115 (1994), in dem z.b. maximale Indirekteinleitergehalte wie 35 C, ph-wert von 6,5 bis 10, Sulfatwerte von 600 mg/l und Sulfidgehalt von 2 mg/l postuliert werden. Sekundäre Osmogene bilden sich erst in der Abwasseranlage. Man unterscheidet zwischen anaerober und aerober Osmogenbildung: Beim aeroben Abbau von Abwasserinhaltsstoffen (z.b. Eiweiße) kann es zur Emission von flüchtigen Fettsäuren, Alkoholen und Aldehyden kommen. Unter anaeroben Verhältnissen in Teilen der Abwasseranlagen ist eine Freisetzung von Schwefelverbindungen (Schwefelwasserstoff, Mercaptane, Methlysulfide etc.) möglich. Tab. 1 zeigt von ZEMAN (1991) identifizierte Leitkomponenten von Gerüchen aus Abwasseranlagen, ergänzt um einige Messungen von FRECHEN (1994). Tab. 1: Leitkomponenten für Geruchsemissionen kommunaler Kläranlagen nach ZEMAN und FRECHEN (1994) Schwefelhaltige Verbindungen Sauerstoffhaltige Verbindungen Schwefelwasserstoff Ketone Dimethypoly(1-4)sulfid Alkanole-2 (Sek. Alkohole) Thiole (Merkaptane) Alkanole-1 (Prim. Alkohole) Alkylthiophene (C1-4) Alkanale (Aldehyde) Acylthiophne (C1-4) Carbonsäuren Stickstoffhaltige Verbindungen Geosim (Dimethyldecalinol) Amine 2-Methyl-Isoborneol Carbonsäureamide Phenole Ammoniak Kresole Mono,- Di-, Trialkylpyrazine Kohlenwasserstoffe Nitrile, Isonitrile Aromaten (Benzol, Toluol, Xylol...) Indol Aliphaten (Cyclohexan, Heptan, i-octan) 2-Methyindol Halogenierte Kohlenwasserstoffe 3-Methyindol (Skatol) Per-, Trichlorethen Pyridin

7 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 4 Aufgrund des Vielstoffgemisches Abluft/Geruch ist es sehr aufwendig die in Tab. 2 aufgelisteten Einzelsubstanzen nachzuweisen. Daher bezieht man sich auf Summenparameter und Leitwerte. Hinweise zur Geruchsmessung liefert Kap Bei der Geruchsbewertung in der Praxis der Abwasserleitung wird im allgemeinen als Leitparameter der H 2 S-Gehalt herangezogen. Wichtige Eigenschaften häufig bei der Abwasserentsorgung auftretender geruchsverursachender Stoffe sind in Tab. 2 zusammengetragen. Die primären und sekundären Osmogene führen dort zu Geruchsproblemen, wo aus chemisch/physikalischen Gründen eine Freisetzung aus dem Abwasser in die Umgebungsluft erfolgt (s. Kap.2.5). Tab. 2: Wichtige Eigenschaften ausgewählter geruchsverursachender Stoffe /KOPPE, STOZECK (1999) (verändert)/ Schwefelwasserstoff Ammoniak Buttersäure Trimethyamin Skatol Summenformel H 2S NH 3 C 4H 8O 2 C 3H 9N C 9H 9N Herkunft und Entstehung Fäulnisprodukt Reduktion von SO 4 aus Industrie Harnstoff, Eiweiß Faulung; Entwässerung Hydrolyse von Fetten und anschließender anaerober Abbau menschl. Harn Fischlaken anaerob o. thermischer Proteinabbau menschl. Fäkalien aus Eiweiß durch anaerobe Bakterien Ladung anionisch kationisch anionisch kationisch kationisch Typisierung Gas; farblos Gas; farblos flüssig, farblos Gas; farblos farblose Blättchen Geruchsqualität Verhalten in Wasser Verhalten in Luft Fixierung oder Zerstörung faule Eier >500 mg/m³ geruchlos ph und Milieu abhängig oxidationsempfindlich Oxidation Fällung mit Fe Chlor H 2O 2 stechend (Salmiak) gut löslich Reagiert mit Halogenen Adsorption im Wasser Nitrifikation 2.2 Messungen von Geruchsstoffen ranzig, sauer fischartig sehr intensiv fäkalisch schwache Säure rel. stabil gegen Oxidation Salzbildung Veresterung Oxidation mit UV reaktionsträge rel. stabil gegen Oxidation Umsetzung mit Säure zu NH 4 Adsorption in Wasser biologischer Abbau Oxidation bei Sonnenlicht oxidationsempfindlich Hydrierung Verbrenung Geruch wird nach ATV-DVWK-M 154 (2002) als subjektive Empfindung des Menschen bezeichnet, die durch die verschiedensten Stoffe ( Geruchsstoffe ) hervorgerufen wird. Dabei verläuft die menschliche Wahrnehmung von Geruch in zwei aufeinanderfolgenden Schritten. Im ersten, physiologischen Schritt werden die Geruchsstoffe in der Nase ( echte Geruchsstoffe) bzw. am Trigeminus-Nerv ( unechte Geruchsstoffe z.b. H 2 S) wahrgenommen. Im zweiten, psychologischen Schritt erfolgt die Verarbeitung der dabei entstehenden Reize im Riechhirn (limbisches System).

8 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 5 Aufgrund der Vielzahl an geruchsverursachenden Einzelstoffe bietet sich die Messung von Leitparametern (z.b. H 2 S) sowie Summenparameter wie der Geruchsstoffkonzentration an. Analytische Parameter Bei der Bestimmung von analytischen Parametern beschränkt man sich in der Regel auf die Messung von Schwefelwasserstoff in der Abluft oder von Sulfid im Abwasser. Bei der Abwasserabluft-Messung können folgende Geräte mit ggf. Datenschreiber/-logger verwendet werden /ATV-DVWK M 154 (2002/: Messung der Momentankonzentration - Prüfröhrchen - Chip-Mess-System Kontinuierliche Messungen - Tragbare Mess- und Warngeräte (ggf. mit externer Gaspumpe) Ab 0,2 ppm wirkt H 2 S-Geruch belästigend. Werte < 10 ppm (MAK-Wert) können auf Dauer niemandem zugemutet werden. Es sei angemerkt, dass bei Messung des H 2 S direkt in der Luft des Abwassersystems die Ausbreitung in die Umgebung zu berücksichtigen ist, so dass z.b. im Abwasserschacht noch Restgehalte enthalten sein dürfen, ohne dass es zwangsläufig zur Geruchsbelästigung in der Umgebung kommt. Zur Bestimmung des Sulfidgehalt im Abwasser können einfache oder qualifizierte Stichproben bzw. Dauerproben herangezogen werden. Bei letzteren ist eine Konservierung mittels Zinkacetat-Lösung sinnvoll. Die Analyse kann nasschemisch nach z.b. DIN oder mittels Schnelltest erfolgen. Bei der Bewertung sind verschiedene Abwasserrandbedingungen sowie meterologische Daten zu berücksichtigen. Die Erfassung von tageszeitlichen Schwankungen erscheint sinnvoll. Eine potentielle Geruchsbelästigung hängt von der Größenordnung der Ausstrippung des Sulfiddesorption ab. Sensorische Parameter Da die analytischen Messgrößen keinen Rückschluss auf den Grad einer Geruchsbelästigung zulassen, wird bei der sensorischen Messung der Geruch als summarische Wirkungsgröße mittels Olfaktometern von Testpersonen bewertet. Dabei muss nach ATV-DVWK M 154 (2002) zwischen Emissions- und Immissionsmessungen unterschieden werden (Tab. 3).

9 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 6 Tab. 3: Parameter der sensorischen Geruchsmessung /nach ATV-DVWK M 154 (2002)/ Emissionsmessungen Geruchstoffkonzentration Geruchsschwelle, bei der 50% der Probanden einen Reiz wahrnehmen [GE/m 3 ] Geruchsintensität Stärke des Geruchs nach Skala (0 kein Geruch; 6 unerträglicher Geruch Hedonische Wirkung Art des Geruchs Immissionsmessung Geruchszeitanteil (Rasterbegehung) Geruchsfahnenreichweite Belästigungserhebung nach Befragung Tönung des Geruch z.b. angenehm/unangenehm Verbale Beschreibung Geruchstunden/Jahr und Fläche Reichweite bei aktueller meteorologischer Situation Differenzierte Belästigungserfassung Bei Abwasseranlagen kann neben der Messung der Geruchsstoffkonzentration (GE/m³) auch die Berechnung der emittierten Fracht (GE/s) sinnvoll sein. Zusätzlich kann die Bestimmungen des Geruchsstoffs-Emissionspotentials (GEP) einen Hinweis auf die aus einer Abwasserprobe unter gewissen Randbedingungen ausstrippbaren Geruchsstoffe geben. Nach derzeitigen Erkenntnissen steht für ein Abwasser mit einem GEP von 500 GE 100 /m³ eine Belästigung nicht zu erwarten, während Werte von bis > GE 100 /m³ eine übermäßige Belastung charakterisieren /FRECHEN (2000)/. 2.3 Bedeutung des Schwefels Aufgrund der herausragenden Bedeutung auf die Phänome der Geruchsbildung und der Korrosion soll auf die Schwefelkomponenten näher eingegangen werden. Der Kreislauf der Schwefels mit den wichtigsten biologischen Prozessen ist in Bild 1 dargestellt. Desulfuration CH 2 O + SO 4 H 2 S + 2HCO - 3 Fäulnisbakterien Organische Schwefelverbindungen: Thioproteine, Thioaminosäuren, Kohlenhydrate, Polypeptide Desulfurikation CH 2O + SO 2-4 H 2S HCO 3 H 2 S/ HS - Dihydrogensulfid Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Thermodesulfobacterium, Desulfobacter = SRB (Schwefelwasserstoff) bzw. Hydrogensulfid (ph- und Sulfurikation S 8 chem. Oxidation temperaturabhängig) Cyanobakterien, Archaebakterien, Schwefel Thiobakterien, Thiothrix, Beggiatoa = SOB SO 2-4 Sulfat SO 3 Fäulnisbakterien O 2 Anaerobe Verhältnisse Aerobe Verhältnisse SOB: Schwefel oxidierende Bakterien SRB: Schwefel reduzierende Bakterien S + O 2 = SO 2 Chromatium, Chlorobium = SOB SO 2 Sulfit SO 2-3

10 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 7 Schwefel ist das 14. häufigste Element in der Erdkruste und tritt dort in seiner reduzierten Form als Pyrit (FeS 2 ) vermehrt auf. Schwefel bildet in seiner oxidierten Form als Sulfat in den Weltmeeren ein erhebliches Schwefelreservoir. Elementarer Schwefel liegt meist in einer Ringstruktur (S 8 ) unterschiedlicher Größe oder als Polymer mit hohem Molekulargewicht vor. Er ist praktisch nicht wasserlöslich (5 µg/kg). Das bedeutet, sobald sich elementarer Schwefel in einer wässrigen Phase bildet, ist er als Niederschlag zu beobachten. Elementarer Schwefel ist ein Industrieprodukt. Weltweit werden pro Jahr 35 Mio. t produziert. Es dient vor allen Dingen als Rohstoff für die Schwefelsäureproduktion. /FRIEDRICH (2002)/. Sulfide entstehen bei der Reduktion von oxidierten Schwefelverbindungen. In der natürlichen Umwelt geschieht das z.b. in Mooren und in der Sedimentschicht von Gewässern durch sulfatreduzierende Bakterien. Industriell werden große Mengen Sulfid in Form von Schwefelwasserstoff bei der Aufbereitung von Rohöl frei, was auch hier zu Geruchsproblemen führt. Die Löslichkeit von Sulfid in Wasser ist eher schlecht (jedoch besser als die Löslichkeit von Sauerstoff) und wird mit zunehmender Temperatur schlechter /FRIEDRICH (2002)/. In Abhängigkeit des ph-wertes und der Temperatur liegen Sulfide in einer wässrigen Lösung in einem Gleichgewicht (Bild 2) vor. Demnach kommen Sulfide in wässriger Lösung unter normalen Umweltbedingungen nur als Schwefelwasserstoff (H 2 S) und als Hydrogensulfid (HS - ) vor. Bei einem ph-wert von 7 und einer Temperatur von 10 C bestehen die Gesamtsulfide aus H 2 S und HS - zu jeweils 50 %. Bild 2: Einfluss des ph-wertes auf das Gleichgewicht Schwefelwasserstoff / Hydrogensulfid / Sulfid bei 10 C /(KLOSE 1981)/ Hydrogensulfid reagiert mit vielen Metallen und bildet unlösliche Metallsulfide (ZnS, CdS, FeS, CoS, NiS, MnS). Gelöstes H 2 S wird in Anwesenheit von geringen Konzentrationen von Sauerstoff zu elementarem Schwefel oxidiert, der in der Lösung milchig weiß ausfällt. Die allgemein anerkannte Geruchsschwelle für Schwefelwasserstoff liegt bei 0,001 ppm; im Bereich von 3-5 ppm treten schon deutliche Geruchsbelästigungen auf. Der MAK-Wert für Schwefelwasserstoff in der Luft beträgt 10 ppm, er befindet sich derzeit allerdings in der Diskussion. In England ist der MAK-Wert bereits auf 5 ppm heruntergesetzt worden. Die

11 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 8 humantoxikologische Bewertung von Schwefelwasserstoff ist in Tab. 4 zusammengestellt. Hinsichtlich der gesundheitlichen Auswirkungen liegen bisher keine qualifizierten wissenschaftlichen Daten über Langzeit-Wirkungen vor. Bei einer Exposition von 0,5 ppm H 2 S in einem Zeitraum von 14-Tagen geht man von keinerlei beeinträchtigenden Wirkungen auf den Menschen ("Non-observed-adverse-effect ) aus. Schwefelwasserstoff ist ein Gas mit höhere Dichte als Luft, so dass die Gefahr vorwiegend in den unteren Bereichen von Schächten auftritt. Tab. 4: Wirkung des H 2 S in Abhängigkeit der Konzentration in der Luft ppm H 2 S Auswirkung 0,001 Geruchsschwelle 0,1 MIK 3 5 Deutliche Geruchsbelästigung 10 MAK Wert 20 unerträglicher Geruch Ernsthafte Augenschäden > 500 Keine Geruchsempfindung Starke Wirkung auf das Zentralnervensystem Atemstillstand >1.000 Lebensgefährliche Vergiftung in wenigen Minuten > Tödlich in wenigen Sekunden Sulfat ist die Schwefelverbindung mit der höchsten Oxidationsstufe. Schwefelsäure ist die dazugehörende Säure. Sulfat wird über den Prozess der Desulfurikation reduziert. Sulfat ist das zweithäufigste Anion im Meerwasser (ca mg/l) nach Chlorid und in Flüssen (ca. 11 mg/l) nach Bicarbonat. Flüchtige Schwefelverbindungen (FSV) (Tab. 5) sind wegen ihres unangenehmen Geruchs, ihres korrosiven Charakters und ihrer Giftigkeit besonders zu beachten. Tab. 5: Flüchtige Schwefelverbindungen (HERRYGERS et al., 2000) Komponente Chem. Formel Geruchsschwelle [ppb] MAK [ppm] Geruchsart Schwefelwasserstoff H 2 S verfaulte Eier Dimethylsulfid Me 2 S 0,9 8,5 0,5 verfaulter Kohl Dimethyldisulfid Me 2 S 2 0, verfaultes Gemüse Methanthiol MeSH 0,1 3,6 < 20 Faulig Kohlendisulfid CS 2 9,6 10 verfaultes Gemüse Carbonylsulfid COS k. D. k. D. stechend faulig k. D. = keine Daten

12 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes Schwefelverbindungen in der Kanalisation Eintrag und Umsatz von Schwefelverbindungen Schwefelverbindungen werden auf vielfältige Weise in die Kanalisation eingetragen. Ein Großteil wird von der Vorbelastung aus dem Trinkwasser ( mg SO 4 2- /l) verursacht. Darüber hinaus gelangen organische Schwefelverbindungen aus Harn und Fäkalien sowie Lebensmittelresten, Wachmitteln, Tensiden oder Kosmetika in das Kanalnetz. Einwohnerspezifisch beträgt die Belastung ca. 9,2 g/(e d) /KOPPE, STOZECK (1999)/. Zusätzlich kann die industrielle Einleitung von Leim-, Gelatine und Lederfabriken bzw. Färbereien oder Papierfabriken zur Schwefelbelastung beitragen. Durch den Abbau der organischen Schwefelverbindungen (Aminosäuren) können sowohl Schwefelwasserstoff als auch organische Polysulfide entstehen. Schwefelwasserstoff entsteht unter anaeroben Bedingungen durch biogene Vorgänge, die im wesentlichen im Biofilm der Rohrleitungswandungen ablaufen /ATV-DVWK M 154 (2002)/: Desulfurikation; dissimilatorische Sulfatreduktion ( Sulfatatmung ) Reduktion von Sulfat (aus dem Trinkwasser) zu Sulfidionen: SO 4 2- S 2- ( H 2 S ) Desulfuration: Proteinabbau, Eiweißfäulnis Reduktion schwefelhaltiger Eiweiße (Thioproteine) und Detergentien durch hydrolysierende und fermentative Bakterien R-S S 2- ( H 2 S ) Im kommunalen Abwasser spielt die Desulfurikation die größere Rolle, wobei allgegenwärtige salztolerante Spezies auch unter extremen Bedingungen (5 bis 57 C) überleben und unter günstigen Verhältnissen bis zu mg H 2 S/(m 2 h) bilden können. Eine ausführliche Beschreibung der Sulfidprobleme und deren Entstehung ist in KLOSE (1981) enthalten und zusammenfassend in (Bild 3) beschrieben.

13 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes Einflussfaktoren auf die Sulfidbildung Die Einflüsse auf die Sulfidbildung sind sehr vielfältig und schwer erfassbar und sollen im nachsehenden erläutert werden. Zusammenfassend sind sie in Tab. 6 qualitativ skizziert. Sulfatgehalt Der Sulfatgehalt des Abwassers beeinflusst die Sulfidentwicklung nur, wenn nicht genügend Sulfat vorhanden ist. Wie bereits in Kap. 2.4 erwähnt, sind im heutigen Abwasser, bedingt durch den Sulfatgehalt des Trinkwassers, durch Waschmittelrückstände und Nahrungsmittel, ausreichend Sulfate enthalten. Bei folgenden Mindestwerten für den Sulfatgehalt kann es zur Einschränkung der Desulfurikation kommen: 0,15 mg/l SO 4 -S /SCHMITT (1992)/ 30 mg/l Sulfat /LOHSE (1986)/ 15 mg-s/l /KITAGAWA et al. (1998)/ Temperatureinfluss Die Temperatur beeinflusst die Aktivität der Schwefelsäure produzierenden Mikroorganismen. Durch Messungen an Druckrohrleitungen konnte mit steigender Temperatur eine erhöhte Sulfidentwicklung nachgewiesen werden (Bild 4). Bild 4: Sulfidproduktion in Abhängigkeit von der Temperatur /KITAGAWA et al. (1998)/ Organische Verschmutzung Der Einfluss der organischen Verschmutzung auf die Sulfidbildung wird in der Literatur unterschiedlich bewertet. KITAGAWA et al ermittelten in eigenen Untersuchungen keinen Zusammenhang zwischen der Sulfidproduktion und den beobachteten Bereichen des BSB 5. Andere Autoren weisen auf einen Zusammenhang zwischen den gebildeten Sulfidmengen und der Qualität des Abwassers hin. LOHSE (1986) gibt an, dass es durch die Erhöhung des CSB von 200 auf 800 mg/l zu einer Verdopplung der Sulfatreduktion kommt. Nach THISTLETHWAYTE (1972) ergibt sich eine Abhängigkeit der Sulfidentwicklungsrate vom BSB 5, die allerdings geringer ausfällt als nach LOHSE.

14 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 11 Sauerstoffgehalt Aufgrund der Atmungsaktivität der Mikroorganismen kommt es nur zur Sulfidbildung, wenn sich das Abwasser im anaeroben Milieu befindet, d.h. gelöster und Nitratsauerstoff dürfen nicht oder nur noch in sehr geringen Konzentrationen vorliegen. Sielhaut Auch über den Einfluss der Sielhaut auf die Sulfatreduktion gibt es unterschiedliche Angaben in der Literatur. KLOSE (1981) geht davon aus, dass die Sulfidentwicklung unabhängig von der Dicke der Sielhaut ist. Dagegen konnte LOHSE (1986) belegen, dass sich in der ersten Hälfte einer Druckleitung eine dickere Sielhaut als am Ende entwickelt und gleichzeitig die Schwefelumsetzung im zweiten Teil um die Hälfte bzw. zwei Drittel zurückging. Bei kleinen Rohrdurchmessern ist das Verhältnis Sielhautoberfläche zu Abwasservolumen größer als bei einem großen Rohrquerschnitt, so dass hier je Meter Leitungslänge relativ gesehen auch größere Sulfidmengen entstehen /ATV-DVWK M 154 (2003)/. ph-wert Die Desulfurikanten sind sehr ph-tolerant und ertragen ph-werte zwischen 5,5 bis 9,0. Die optimalen Lebensbedingungen für Desulfurikanten liegen in einem ph-bereich von 7 bis 8. Der ph-wert ist daher nur von geringem Einfluss auf die Sulfidbildung /SCHMITT (1992)/. Fließgeschwindigkeit HADJIANGHELOU et al. (1984). weisen auch für die Fließgeschwindigkeit mit den Werten von BOON und LISTER (1975)nach, dass diese keinen merklichen Einfluss auf die Sulfidbildung hat. Bei SCHMITT 1992 wird auf einen indirekten Einfluss der Fließgeschwindigkeit hingewiesen. Bei zu hohen Geschwindigkeiten kann sich aufgrund der Scherspannung nur eine dünne Sielhaut ausbilden, die jedoch sehr gut mit Nährstoffen versorgt wird. Bei geringeren Fließgeschwindigkeiten bildet sich eine dickere Sielhaut mit einer gleichfalls dickeren laminaren Schicht, durch die der Stofftransport behindert wird. Daher konnten in Druckrohrleitungen sowohl bei hohen als auch bei geringen Fließgeschwindigkeiten gleiche Sulfidproduktionsraten nachgewiesen werden. Fließzeit Die Aufenthaltszeit des Abwassers in der Kanalisation ist entscheidend für die Sulfidentwicklung. LOHSE (1986) stellte bei Untersuchungen fest, dass sich bei Fließzeiten bis 6 h der Sulfidgehalt des Abwassers mit steigender Aufenthaltszeit erhöht. Danach tritt eine Stagnation ein und auch bei Fließzeiten bis 15 h konnten keine höheren Sulfidgehalte gemessen werden. BOON und LISTER (1975) sowie POMEROY (1970) berücksichtigen die Fließzeit in ihren Formeln durch eine Konstante F in Abhängigkeit von der Fließzeit. Die Konstanten sind für Fließzeiten bis 5 h gültig. Eine genaue Angabe eines kritischen Alters des Abwassers bzw. einer problematischen Aufenthaltszeit kann aufgrund der vielfältigen Einflüsse nicht gemacht werden. Betriebsweise Die Betriebsweise hat einen vernachlässigbar kleinen Einfluss auf die Sulfidgehalte. Bei kontinuierlicher Betriebsweise und Fließzeiten bis 6 h liegen die Werte um 10 bis 20% höher als bei diskontinuierlichem Pumpenbetrieb. Im Vergleich mit den absoluten Sulfidgehalten im Abwasser kann diese Erhöhung vernachlässigt werden. Bei Fließzeiten ab 6 h sind die Sulfidgehalte für beide Betriebsweisen gleich /LOHSE (1986)/.

15 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 12 Tab. 6: Einflussgrößen auf die Sulfidbildung Einflussgröße Auswirkungen Sulfatgehalt Temperatur Organische Verschmutzung Sielhaut Mit steigendem Sulfatgehalt steigt die Sulfidentwicklung (Monod); Hemmung ab < 30 mg/l /LOHSE (2002)/ Mit steigender Temperatur steigt die Sulfidentwicklung Sulfidbildung nur, wenn sich das Abwasser im anaeroben Bereich (< 0,1 mg O 2 /l) befindet. i. d. R. stets vorhanden, aber anaerobes Milieu notwendig ph-wert ph-tolerant; zwischen 5,5 bis 9,0. Unterschiedliche Ergebnisse; zum Teil kein Einfluss, zum Teil fördernd Sauerstoffgehalt/Nitrat Fließgeschwindigkeit Fließzeit Betriebsweise i.a. kein merklichen Einfluss; bei geringeren Fließgeschwindigkeiten bildet sich eine dickere Sielhaut Bei langen Aufenthaltszeiten geht das Abwasser in den anaeroben Zustand über; kritische Aufenthaltszeit schwierig, (ca. >4 h) Bei kontinuierlicher Pumpenbetrieb und Fließzeiten bis 6 h liegen die Werte um 10 bis 20% höher als bei diskontinuierlichem Betrieb /LOHSE (2002)/ Abschätzende Berechnungsansätze zur Sulfidentwicklung Um die zu erwartende Geruchsentwicklung und Korrosion in Abwassersystemen abschätzen zu können, sind verschiedene empirische Ansätze zur Sulfidentwicklung aufgestellt worden. Bei Freispiegelleitungen ist die Sulfidentwicklung primär vom mit Sielhaut benetzten Rohrumfang abhängig und bei einer Begrenzung auf maximal 15% stellen sich in der Praxis keine Sulfidprobleme ein. Maßgebende Parameter für das rechnerisches Überschlagsverfahren z.b. von POMEROY (1970) zur Ermittlung des Korrosionskennwertes ZP sind der biochemische Sauerstoffbedarf BSB5 (mg O2/l), die Abwassertemperatur T ( C), die teilgefüllte Abwasserabflussmenge QT (l/s), das Sohlgefälle IS sowie ein Funktionswert f, bestehend aus der Breite des Wasserspiegels b (m), dem benetzten Rohrumfang uhydr (m) und einem Quotienten aus der teilgefüllten Abwassermenge und der Abwassermenge bei Vollfüllung. Die Bewertung des Ergebnisses der Faustformel nach POMEROY (1970) bezüglich der zu erwartenden Korrosion ist in Tab. 7 zusammengefasst. z P = 3 ( 1,8 T 36) ( BSB ) 1, ,31 Q T I S f t D f t D b QT = 1,4 u Q hy V 0,064

16 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 13 mit Z P - Pomeroy`s Kennwert für die Sulfid-Korrosion I S - Sohlgefälle der Abwasserleitung b - Breite der Abwasseroberfläche in m u hy - benetzter Rohrumfang in m Q T - Abfluss bei Teilfüllung in m³/s Q V - Abfluss bei Vollfüllung in m³/s Tab. 7: Faustformel zur Ermittlung des Korrosionskennwertes Z P in Freispiegelleitungen von Pomeroy zitiert in /THISTLETHWAYTE, (1972)/ Für die praktische Abschätzung in Druckrohrleitungen wurden international und national verschiedenen empirische Berechnungsansätze aufgestellt, die zum Teil erhebliche Abweichungen ergeben (Bild 5), was im wesentlichen durch die Eingangsparameter Parameter verursacht wird. So gehen beim Ansatz des ATV-DVWK 116 nur Fließzeit und Durchmesser ein, während andere Autoren den BSB 5, Sulfatgehalt, Temperatur, Fließzeit, Durchmesser und die Fließgeschwindigkeit berücksichtigen. Die jeweiligen Ansätze werden nachstehend beschrieben. ATV (1992) S = C t/d [mg/l] C = 2,0 für Druckleitungen C = 1,0 für drucklufgespülte Einzelleitungen t = Fließzeit in min D = Druckrohrleitungsdurchmesser in cm (ATV 1992). US EPA (1991) S 2 = S 1 + M (t 2 t 1 ) [BSB 5 1,07 (T-20) (4/D + 1,57)] [mg/l] S 2 = Sulfidkonzentration zur Zeit t 2 in mg/l M = emp. Koeffizient für den Sulfid-Oberflächenfluß in m/h (ca. 0,001 m/h) t 2 t 1 = Fließzeitdifferenz in h 4/D = 1/hydraulischer Radius von Kreisrohren

17 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 14 POMEROY d[s]/dt = 1, [BSB 5 ] (1,07) (T-20) 4/D (1 + 0,3 D) [mg/l h] C S = BSB 5 1,07 (T-20) (1 + 0,39 D) t [mg/l] F D F = 250 bei Fließzeiten zwischen 1h und 5h F = 666 bei Fließzeiten zwischen 0 und 10 min BOON und LISTER d[s]/dt = 0, [CSB] (1,07) (T-20) 4/D (1 + 0,37 D) [mg/l h] C S = CSB 1,07 (T-20) (1 + 0,37 D) + t [mg/l] f D f = 1,096 bei Fließzeiten zwischen 1h und 5h f = 2,900 bei Fließzeiten zwischen 0 und 10 min THISTLETHWAYTE d[s]/dt = 0, v [BSB 5 ] 0,8 [SO 4 ] 0,4 (1,14) (T-20) 4/D [mg/l h] C S = v [BSB 5 ] 0,8 [SO 4 ] 0,4 (1,139) (T-20) t [mg/l] 500 D d[s]/dt = Sulfidanreicherung in mg/l h C S = Sulfidkonzentration im Abwasserstrom in mg/l SO 4 = Sulfatkonzentration in mg/l T = Temperatur in C t = Fließzeit in h D = Druckleitungsdurchmesser in m 4/D = 1/hydraulischer Radius von Kreisrohren in m v = Fließgeschwindigkeit in m/s HADJIANGHELOU ET AL. S = 0,975 t/d [mg/l] S = 0,67 t 1,07 1,07 (T-20) [mg/l] D Die Autoren geben an, dass die Werte minimal die Hälfte und maximal das Doppelte vom berechneten Wert betragen können und somit ein Sicherheitsfaktor von 2 notwendig ist /HADJIANGHELOU ET AL. (1984)/.

18 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 15 NIELSEN, HVITVED-JACOBSEN und RAUNKJAER r S = 4, (COD 47) 0,49 θ (T-20) [g S/m² h] r S = Sulfidproduktion in g S/m²*h COD = Chemischer Sauerstoffbedarf für eine gefilterte Probe in g O 2 /m³ T = Temperatur in C; θ = 1,07 = Korrekturkonstante für die Temperatur /NIELSEN und HVITVED- JACOBSEN /(1988)/. Nach weiteren Messungen an Druckrohrleitungen kommen Nielsen und HVITVED-JACOBSEN und RAUNKJAER (1998) zu einer nächsten Formel zur Abschätzung der Sulfidproduktion: r S = a (COD 47) 0,5 θ (T-20) [g S/m² h] θ a = 1,03 = Korrekturkonstante für die Temperatur = Parameter a, in Abhängigkeit von der Abwasserqualität a a = 0,001 0,002 für häusliches Abwasser ohne industrielles Abwasser oder nur geringen Anteilen = 0,003 0,006 für gemischtes Abwasser häuslicher und industrieller Herkunft a = 0,007 0,01 für Abwasser mit hauptsächlich industrieller Herkunft (Nahrungsmittelindustrie) (NIELSEN et al. 1998) Sulfidentwicklung [mg/l] ATV Pomeroy; US EPA Hadjianghelou Thistlethwayte Boon und Lister Nielsen Fließzeit [h] Bild 5: Vergleich verschiedener Ansätze zur Ermittlung der theoretischen Sulfidentwicklung in Abhängigkeit der Fließzeit in einer Druckrohrleitung /DOHSE (1999)/

19 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 17 In allen Ansätzen wird die Gesamt-Sulifdmenge berechnet, die nicht unbedingt in die Kanalatmosphäre ausgestrippt werden muss. Ein Vergleich (Bild 5) zeigt, dass bei gleichen Randbedingungen (t R = 5 h) der Ansatz nach ATV ca. 50% höhere Werte liefert, so dass die verwendete Ansatz sorgfältig zu prüfen ist. 2.5 Orte des Entstehens von Geruchs- und Korrosionsproblemen Physikalische Randbedingungen für einen Gasaustritt Um das Auftreten von Geruchsemissionen aus der Kanalisation aber auch der Korrosion zu erhalten, muss der gebildete Schwefelwasserstoff zunächst aus der Flüssigphase in die Gasphase übergehen. Für den Stoffübergang bei der Desorption gilt : m = A k ( c c ) s x m - Massenstrom des übergehenden Stoffs in kg/h A - Phasengrenzfläche in m² k - Stoffdurchgangskoeffizient in kg/[m²*(kg/m³)*h] c s - Gleichgewichtskonzentration in kg/m³ c x - Konzentration in der Gasphase in kg/m³ In der Kanalluft kann sich folglich maximal die Gleichgewichtskonzentration c s einstellen. Die Gleichgewichtskonzentration ergibt sich aus dem Henry-Dalton-Gesetz zu : p i = H i x i = y i p ges p ges - Gesamtdruck m System in bar p i - Partialdruck der Gaskomponente i in bar H i - Hernry-Konstante der Gaskomponente i in bar x i - Konzentration der Komponente i in der Flüssigkeit in mol/mol y i - Konzentration der Gaskomponente i im Gas in mol/mol Der Henry-Koeffizient ist stoffsystemspezifisch und temperaturabhängig. Der Henry Koeffizient nimmt im allgemeinen und so auch beim Stoffsystem Schwefelwasserstoff und Wasser mit zunehmender Temperatur zu. Für das Stoffsystem Schwefelwasserstoff und Wasser liegt der Henry-Koeffizient bei 20 C bei 481,38 bar. Im Hinblick auf die Desorption ist nur die Konzentration des undissozierten Schwefelwasserstoffs in der Flüssigkeitzu berücksichtigen. Der Anteil des undissoziierten Schwefelwasserstoffs an der Gesamt-Konzentration von undissoziiertem Schwefelwasserstoff, Hydrogensulfid und Sulfid ist abhängig vom ph- Wert und der Temperatur (Bild 2). In Abhängigkeit vom ph-wert ergeben sich für eine Abwassertemperatur von ca. 20 C und eine Gesamt-Schwefelwasserstoffkonzentration von 10 mg/l somit die in Tabelle 2 zusammengestellten maximalen Schwefelwasserstoffkonzentrationen in der Kanalluft.

20 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 18 Tab. 8: Möglicher Schwefelwasserstoffgehalt in der Kanalluft in Abhängigkeit vom ph-wert und des im Abwasser gelösten H 2 S-Anteils bei 20 C /PFEIFFER, FRIEDRICH (2001)/ ph-wert H 2 S gelöst % max H 2 S im Gas ppm Der tatsächliche Gehalt an Schwefelwasserstoff in der Kanalluft ist nun abhängig von dem Luftwechsel in der Kanalisation und den Stoffübergangsbedingungen an der Phasengrenzfläche Abwasser - Kanalluft. Eine hohe Turbulenz und eine große Phasengrenzfläche unterstützen den Stoffübergang des Schwefelwasserstoffs vom Abwasser in die Kanalluft und eine gute Bewetterung der Kanalisation führt zu einer Verdünnung des Schwefelwasserstoffgehalts in der Kanalluft Kritische Punkte im Kanalnetz In der Kanalisation können sich je nach Ausbildung (Trenn- oder Mischsystem, Sonderentwässerungsverfahren) kritische Osmogene an verschiedenen Stellen und Randbedingungen bilden. Generell ist zu beachten, dass zur Vermeidung eines Gasaustritts anaerobes Abwasser möglichst schonend transportiert werden sollte. In Anbetracht der vielerorts geänderten Randbedingungen (nur teilweise bebaute Siedlungs- und Gewerbegebiete, verringerter spezifischer Abwasseranfall etc.) sind heutzutage die Übergabepunkte von Druckrohrleitungen mit langen Aufenthaltszeiten besonders problematisch, da hier Geruchsstoffe aus dem Abwasser mit anaeroben Milieu an die Umgebungsluft ausgasen können. Längerfristig ist hier auch mit Korrosionserscheinungen zu rechnen. Orte, an denen Abwässer mit geruchsintensiven Stoffen direkt eingeleitet wird (Industrie; Gewerbe); Indirekteinleiterkontrolle Freigefällekanäle mit geringem Gefälle, geringer Teilfüllung und langen Aufenthaltszeiten Stellen mit starken Turbulenzen (Richtungs- oder Gefällewechsel; Absturzbauwerke etc.), wenn dort anaeroben Abwasser zufließt. Bereiche, in denen sulfidhaltiges mit saurem oder warmen Abwasser zusammenfließt. Sammelbehälter (Saugräume) in Pumpstationen Dükerober- und unterhäupter, Rückstaubecken Ausmündungen von Druckleitungen 2.6 Korrosionsphänomene Unter Korrosion versteht man alle Reaktionen an nicht metallischen und metallischen Bauund Werkstoffen mit ihrer Umgebung, die durch chemische, elektrochemische oder mikrobiologische Vorgänge zu einer Beeinträchtigung des Bau/Werkstoffes führen. Nach /LOHSE (2002)/ können folgende Einwirkungen zu Korrosionserscheinungen in Abwasserbauwerken führen: - Inhaltsstoffe in Boden- und Grundwasser auf der Außenseite der Bauwerke

21 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 19 - Inhaltsstoffe im Abwasser benetzten Bereich - Inhaltsstoffe der Kanalluft oder biogene Säurebildung (BSK) oberhalb des Wasserspiegel; insbesondere die BSK kann gravierende Folgen haben, da Sulfide von mindestens wenigen Zehnteln mg/l immer im Abwasser enthalten sind. Grundsätzlich kommen in Böden vorrangig korrosiv wirkende Inhaltsstoffe wie Sulfate, Chloride, kalklösende Kohlensäure, Huminsäuren, Schwefelsäure in Betracht. Da in den Abwassersatzungen entsprechende Regelungen vorgesehen sind, sind theoretisch im kommunalem Abwasser selbst keine korrosiven Stoffe zu erwarten; die Praxis sieht allerdings anders aus /LOHSE (2002)/. Gefährdet sind vorrangig metallische Werkstoffe wie un- und niederlegierte Stähle und Gusseisen sowie zementgebundene Werkstoffe wie Beton, Mauerwerksmörtel und Faserzement. Weniger oder nicht gefährdet sind Steinzeug, Kanalklinker, Glas, hochlegierte Stähle und Kunststoffe. Im allgemeinen lässt sich Korrosion aber niemals vollständig verhindern. In der Schadensstatistik der Kanalisationssysteme steht die Korrosion ursächlich nur an sechster Stelle. Aufgrund der Korrosionsanfälligkeit und der großen Bedeutung des Werkstoffes Beton, der im Verlauf des Abwassertransports vom Anfallort bis zur Kläranlage immer an irgendeiner Stelle zum Einsatz kommen wird, ist aber im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit besondere Sorgfalt zu tragen. Hinsichtlich des Einflusses von Schwefelwasserstoff in der Kanalatmosphäre konnte in einem norwegischen Forschungsvorhaben für Beton eine Korrosionsrate von 10 mm/a bei einer Exposition von 3 ppm H 2 S und bei einer Einwirkung von 20 ppm eine Korrosionsraten von 15 mm/a ermittelt werden (T= 25 C) /WEISSENBERGER (2002)/ 2.7 Beeinträchtigung der Abwasserreinigung Durch sulfidhaltige Abwässer kann es in nicht adaptierten Belebungsanlagen in Abhängigkeit vom Sulfidgehalt des Abwassers zu geringen bis starken Störungen kommen, da bestimmte Bakterienarten durch den erhöhten Sulfidgehalt gefördert und andere Arten abgetötet werden. Im belebten Schlamm kommt es durch die Sulfide zum verstärkten Wachstum fadenbildender Bakterien, die sogenannten Blähschlamm bilden, der sich schlecht absetzt. Dadurch kann Schlamm in den Nachklärbeckenablauf und anschließend in das Gewässer gelangen, wodurch die Ablaufqualität erheblich verschlechtert wird. Zudem wird ständig Schlamm aus dem Belebungsbecken entzogen und die biologische Reinigung wird beeinträchtigt bzw. kommt zum erliegen /LOHSE (1986)/. 3 Rechtliche Aspekte Die Beurteilung und Vermeidung von Geruchsimmissionen aus Abwasseranlagen ist weder im öffentlichen noch im Privatrecht klar geregelt. Immissionen sind nach 3 Abs.2 des Bundes-Immissionsschutzgsetzes (BImSchG) auf Menschen, Tiere und Pflanzen (...) einwirkende Luftverunreinigungen, Geräusche (...), Wärme (...) und ähnliche Umwelteinwirkungen. Gerüche aus der Kanalisationssystemen zählen nach 3 Abs. 4 BImSchG zu den Luftverunreinigungen, die Veränderungen der na-

22 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs und Korrosionserscheinungen im Kanalnetz des ländlichen Raumes 20 türlichen Zusammensetzung der Luft bewirken. Grundsätzlich sind Immissionsbelastungen als erhebliche nicht zumutbare Beeinträchtigungen zu vermeiden oder durch geeignet Maßnahmen auf ein zumutbares Maß zu verringern. Das ergibt sich aus: 1 BImSchG: Zweck dieses Gesetzes ist es, Menschen, Tiere und Pflanzen (...) vor schädlichen Umwelteinwirkungen (...) zu schützen. 6 WHG Erlaubnis und Bewilligung sind zu versagen, soweit von der Benutzung eine Beeinträchtigung des Wohls der Allgemeinheit (...) zu erwarten sind, die nicht durch Auflagen oder Maßnahmen verhütet oder ausgeglichen wird. 906, 1004 BGB: Der Eigentümer eines Grundstücks kann die Zuführung von Gasen, Dämpfen, Gerüchen, Wärme und Geräuschen verbieten, die die Benutzung seines Grundstücks beeinträchtigen. Darüber hinaus sind Abwasserkanalsysteme nach 18b WHG so zu errichten und betreiben, dass die Anforderungen an das Einleiten von Abwasser eingehalten werden. D.h. der Betrieb muss nach den anerkannten Regeln der Technik erfolgen. Allerdings gelten die oben genannten Vorschriften nur eingeschränkt und bieten vor allem nicht unbedingt Abwehr- und Beseitigungsansprüche gegen Betreiber von Abwasserkanalsystemen. So können die Rechtsansprüche aus dem WHG nur über die zuständige Behörde geltend gemacht werden, in dem der Betrieb nach den anerkannten Regel eingefordert wird. Gemäß BImSchG sind Abwasserkanäle keine nicht genehmigungspflichtigen Anlagen, da sie als kennzeichnendes Merkmale keine örtlich Begrenzung aufweisen. Die privatrechtlichen Ansprüche nach dem BGB müssen für den Einzelfall entschieden werden, wobei Geruchseinwirkungen auf ein Grundstück nur dann unwesentlich sind, wenn ein durchschnittlicher Mensch sie kaum noch empfindet. /Abschnitt nach FUNKE (2002)/

23 Planerische Maßnahmen /BARJENBRUCH (2003)/ Reduzierung der Emissionsquellen Verringerung der Anzahl von Kleinpumpwerken Begrenzung der maximalen Aufenthaltszeit nur in Abhängigkeit der Örtlichkeit ggf. Verschiebung und Vergrößerung des Problems Druckentwässerung durchgehend geschlossenes Abwassertransportsystem Reduzierung auf maximal einen Übergabepunkt mit gezielter Abluftbehandlung Integration von Druckluftspülungen möglich Vakuumentwässerung Vermeidung der H 2 S-Bildung durch aeroben Transport des Schmutzwassers begrenzte Systemlänge hohe Verlegegenauigkeit erforderlich Probleme bei Störungen bzw. Lokalisierung von Lecks Fachgerechte Dachentlüftung gezielte Bewetterung der Kanäle durch Entlüftung der Grundleitung der einzelnen Bauwerke grundsätzlich sanitärtechnischer Standard; wird in jüngster Zeit häufig eingespart Pneumatische Förderung ständig aerobe Zustände durch Verwendung von Druckluft zur Förderung des Abwassers Planerische Berücksichtigung der geruchsvermindernden Maßnahmen Fachgerechter Pumpwerksbau Berechnung der potentiellen Sulfidbildung und Korrosionsgefährdung Berücksichtigung von Maßnahmen zur Geruchsminderung bereits in der Planungsphase höherer Planungsaufwand verbunden mit höheren Investitionen Einflussnahme auf die Entscheidung zentrale o- der dezentrale Abwasserentsorgung Grundsätzlich gilt: bei aeroben Abwasser diesen Zustand erhalten und bei anaeroben Abwasser Turbulenzen vermeiden

24 Beispiel: Gezielte Abluftbehandlung an einem Übergabepunkt und Einsatz der Druckluftspülung in Druckentwässerungssystemen Parameter des Druckentwässerungssystems Länge der Druckrohrleitung DN Anzahl Pumpstationen Druckrohrspülstationen [km] [mm] [Stk.] [Stk.] Abluftbehandlung: - Befeuchtung der Luft über ein Sprühsystem (Wäscher) und - Weiterführung in den mit organischem faserigem Material gefüllten Biofilter H 2 S Gehalte im Gebläsestrom vom Kanal zum Biofilter und in der Umgebungsluft 50 cm über dem Biofilter am Hauptpumpwerk Prerow H 2 S [ppm] 40 Peaks entstehen bei Durchführung der pneumatischen Spülung Montag Mittwoch Donnerstag Freitag24.02 Werte im Gebläsestrom Werte über dem Biofilter Planerische Maßnahmen

25 Pneumatische Förderung Wirkungsweise Abwasser wird mit Hilfe von Druckluft transportiert anaerobe Zustände werden durch die Zugabe von Druckluft und somit Luftsauerstoff bei jedem Pumpvorgang aufrechterhalten O 2 -Eintrag in Abhängigkeit von der Dauer des Pumpvorgangs (Kompressorlaufzeit) zusätzlicher Lufteintrag durch Nachblasen zwischen den Pumpvorgängen möglich Erfordernisse fachgerechte Planung und Ausführung der pneumatischen Pumpwerke erforderlich Stromanschluss Handhabung einfach bei fachgerechter Planung Nebenwirkung Belästigung durch Kompressorlärm bzw. durch Geräusche in der Entspannungsleitung berücksichtigen hohe Betriebsdrücke in der Leitung durch die eingeschlossenen Luftpolster Besonderheiten hohe Investition Einsatzgebiete Druckleitungen Bewertung sehr gute Wirksamkeit bei hohen Investition Anlage / Aufbau Beispiel Planerische Maßnahmen

26 Anlage / Aufbau Pneumatische Förderung 3 1 Schmutzwasserzulauf Vorbehälter 3 Niveaumessung 4 Förder- oder Arbeitsbehälter 5 Kompressor 4 6 Druckrohrleitung mit Absperrschieber und Rückflussverhinderer Prinzipskizze pneumatische Förderanlage /NIEMANN (1998)/ Ausgeführte pneumatische Förderanlage Planerische Maßnahmen Pneumatische Förderung

27 Beispiel: Pneumatische Förderung Parameter der Teststrecke Länge DN Q t R V [m] [mm] [m³/d] [h] [m³] ,5 35,2 50,5 H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung in Abhängigkeit von der Kompressorlaufzeit je Pumpvorgang t K = 210 s t K = 180 s t K = 150 s t K = 120 s t K = 180 s H2S - Gehalt [ppm] Fr Mo Do So Mi Sa Di t K = Kompressorlaufzeit Planerische Maßnahmen Pneumatische Förderung

28 Fachgerechter Pumpwerksbau /KLOSE (2002)/ Grundregeln: - O 2 -Gehalt des einfließenden Abwassers im Sammelbehälter möglichst konstant halten - Rückstau des Abwassers im ankommenden Kanal vermeiden - Ausbildung des Auffangbehälters: - maximale Wasseroberfläche für den Sauerstoffeintrag - minimale Boden- und Wandbereichen mit ständig untergetauchter Sielhaut - Vermeidung von Feststoffablagerungen und Sielhaut durch selbstreinigendes Gefälle und ständige Bewegung des Abwassers - evtl. Ausrüstung der Pumpwerke mit zwei Sammelbehältern um bessere Anpassung des Pumpbetriebs an schwankende Abwassermengen zu ermöglichen - Ausbildung der Zuläufe in Abhängigkeit der Abwasserbeschaffenheit: - aerob: Abwasser soll in den Behälter abstürzen um einen zusätzlichen Sauerstoffeintrag zu bewirken - anaerob und sulfidhaltig: Abwasser soll unter dem Ausschaltpegel der Pumpen in den Behälter einmünden um Turbulenzen und Sulfidemission zu minimieren - Überprüfung und Umstellung der Ein- und Ausschaltpunkte der Pumpen bei sukzessivem Anstieg der Abwassermengen notwendig Sammelbehälter einer Abwasserpumpstation Abwasserzuläufe in Abhängigkeit der Abwasserbeschaffenheit Planerische Maßnahmen

29 Fachgerechte Dachentlüftung /NOWAK & SCHATTOVITS (2003)/ Natürliche Belüftung des Kanals innerstädtisch in Problemgebieten Planerische Maßnahmen

30 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs- und Berechnung der zu erwartenden Sulfidentwicklung Bereits in der Planungsphase von Abwassersystemen sollte die zu erwartende Geruchsentwicklung und Korrosion abgeschätzt werden, um ggf. geruchs- und korrosionsvermindernde Maßnahmen zu berücksichtigen. Als Entscheidungskriterium dient die zu erwartende Sulfidentwicklung, die mit Hilfe verschiedener empirischer Ansätze ermittelt werden kann. In Freispiegelleitungen ist die Sulfidentwicklung primär vom sielhautbenetzten Rohrumfang abhängig und bei einer Begrenzung auf maximal 15 % ist in der Praxis nicht mit Sulfidproblemen zu rechnen /KLOSE (2002)/. Nach POMEROY lässt sich ein Korrosionskennwert z P ermitteln, anhand dessen die zu erwartende Korrosion eingeschätzt werden kann /THISTLETHWAYTE (1972)/. z P f = 3 t D ( 1,8 T 36) ( BSB ) 1, ,31 Q T I S f b QT = 1,4 u Q hy V t D 0,064 BSB 5 T Q T Q V I S b u hy f = Biochemischer Sauerstoffbedarf [mg O 2 /l] = Abwassertemperatur [ C] = Abfluss bei Teilfüllung [l/s] = Abfluss bei Vollfüllung [l/s] = Sohlgefälle der Abwasserleitung = Wasserspiegelbreite [m] = benetzte Rohrumfang [m] = Funktionswert bestehend aus b und u hy sowie einem Quotienten aus Q T und Q V Tabelle: Korrosionskennwerte nach POMEROY in THISTLETHWAYTE (1972) zitiert < sehr geringer Sulfidgehalt keine Korrosion ~ Sulfidgehalt von wenigen 1/10 mg/l möglich schwache Korrosion im Bereich starker Turbulenz ~ im Bereich starker Turbulenz mittelstarke Korrosion ~ im Bereich starker Turbulenz starke Korrosion im Bereich starker Turbulenz sehr starke Korrosion Für die praktische Abschätzung in Druckrohrleitungen wurden international und national verschiedene empirische Berechnungsansätze aufgestellt, die zum Teil erhebliche Abweichungen ergeben. Dies wird im wesentlichen durch die Eingangsparameter verursacht. So gehen beim Ansatz des ATV-DVWK ARBEITSBLATTES 116 (1992) nur Fließzeit und Durchmesser ein, während andere Autoren den BSB 5, Sulfatgehalt, Temperatur, Fließzeit, Durchmesser und die Fließgeschwindigkeit berücksichtigen (siehe Bild 5). Als Grenzwert darf ein mittlerer Sulfidgehalt von 1,5 mg/l nicht überschritten werden /KLOSE (2002)/. Kann der Grenzwert nicht eingehalten werden, ist die Planung mit anderen hydraulischen Randbedingungen zu überarbeiten bzw. sind geruchs- und korrosionsvermindernde Maßnahmen in der Planung zu berücksichtigen. Planerische Maßnahmen

31 Beschwerdemanagement zur Geruchsminimierung Koordinierungsgruppe Geruchs- und Korrosionsminimierung Abwasserbetriebe (Gebiete, Kläranlagen) Externe (Aufsichtsbehörden, Bürgerbeteiligungen) Externe Experten (Ingenieurbüros, Universitäten) Betroffene Bürger Abwasserbetrieb Beschwerde und Annahme - Eingang (Tel. oder schriftlich + Registrierung) - Psychologie Ernstnehmen, Transparenz, etc. - Information der technischen Abteilung Beschwerdeauswertung - Örtlichkeit, - Häufigkeit - Beteiligung der Betroffenen (Uhrzeit, subj. Intensität, Länge, etc.) Situationsanalyse - Auffinden der geruchsrelevanten Punkte - Abwassermenge, Qualität, Fließzeiten - ggf. Rasterbegehungen, Olfaktometrische Messungen - ggf. Ermittlung von GE, GEP, Intensität und Häufigkeit Information - Betroffene, Öffentlichkeit, Entscheidungsträger, Aufsichtsbehörden über Ursachen, geplante Maßnahmen und Erfolge - Formen: Diskussionsveranstaltungen, Rundbriefe, etc. Aufstellen von Maßnahmen Technische und monetäre Bewertung Erstellung eines Prioritätenplans Umsetzung der Maßnahmen und laufende Kontrolle

32 Elemente guter Informationspolitik /ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Ansprechpartner benennen Ortstermine bei Beschwerdeführern Tag der offenen Tür Neutrale Gutachter zur Datenaufnahme und Offenlegung der Messergebnisse Kein Schönreden von Problemen Rundschreiben mit neusten Informationen Pressemitteilungen Round-Table-Gespräche Beschwerdemanagement

33 Geruchsminimierung bei laufendem Betrieb im Kanalnetz Grundlagenermittlung - Auffinden der geruchsrelevanten Punkte - Abwassermenge, Qualität, Fließzeiten - ggf. Rasterbegehungen, Olfaktometrische Messungen - ggf. Ermittlung von GE, GEP, Intensität und Häufigkeit Beachtung der potenziellen Quellen im Netz - Druckunterbrecherschächte - Pumpwerke - Stellen mit geringer Fließgeschwindigkeit - Industrielle Einleiter Aufstellen von Maßnahmen - Betriebstechnische Maßnahmen - Chemisch/Biologische Maßnahmen Koordinierungsgruppe Geruchs- und Korrosionsminimierung - Abwasserbetriebe (Gebiete, Kläranlagen) - Externe (Aufsichtsbehörden, Bürgerbeteiligungen) - Externe Experten (Ingenieurbüros, Universitäten) Technische und monetäre Bewertung Erstellung eines Prioritätenplans Umsetzung der Maßnahmen und laufende Kontrolle

34 Potenzielle Quellen der Geruchsemission im Kanalnetz Ort des Entstehens Ursachen, Probleme Freispiegelkanal Anaerober Zustand durch lange Fließzeiten, geringes Gefälle, geringe Fließgeschwindigkeit, z.b. bei Trockenwetterabfluss im Mischkanal Abhängig von Bauausführung und Betrieb Absturzbauwerke Abhängig vom zufließenden Abwasser Anaerob Geruch Aerob kein Geruch bei angefaultem Abwasser oder kritischen Indirekteinleitern reicht der O 2 -Eintrag nicht aus, um Geruchsbelästigungen auszuschließen Abzweigebauwerke Richtungs- oder Gefällewechsel Abwasserpumpwerke Lange Standzeiten im Sammelbehälter führen zur Ausbildung eines anaeroben Milieus Ausstrippung von Geruchsstoffen durch Befüllen des Sammelbehälters oberhalb des Minimalwasserstandes Übergabepunkt von Druckleitungen Abwasser aus Druckleitungen ist bei langen Fließzeiten ggf. angefault Geruchsstoffe und H 2 S werden ausgestrippt Korrosion, Geruchsbelästigung der Anwohner Industrielle Einleiter mit Geruchsstoffen belastetes Abwasser mit hoher Temperatur Indirekteinleiterkontrolle wirkt dem entgegen Übergabeschacht: Druck- Freispiegelleitung /KLOSE (2002)/ Zuluft Abluft Turbulenz Korrosion Richtig: - geringe Turbulenzen - Druckleitung gefüllt - Be- und Entlüftung vorhanden Falsch: - starke Turbulenzen - Druckleitungsscheitel nicht benetzt - keine Be- und Entlüftung

35 Monetäre Bewertung der eingesetzten Maßnahmen zur Geruchsminimierung Bei Ermittlung der tatsächlichen Kosten einer Maßnahme zur Geruchs- und Korrosionsminimierung müssen die Investitionen und die laufenden Kosten Berücksichtigung finden: Investitionen - Probebetrieb Test der Wirksamkeit und intensive Betreuung durch die produktliefernde Firma - Bau- und Sonderleistungen Beton- und Erdarbeiten, Elektroanschluss, Verlegung der Dosierleitung - Kauf der Dosieranlage - Ermittlung der jährlichen Investition über die Abschreibung (Abschreibungszeiträume 5 bis 10 Jahre) Laufende Kosten - Miete der Dosieranlage Schalt- und Steueranlage für die Dosiertechnik, Container und Dosiertechnik, Lagercontainer und Auffangwanne - Wartungsvertrag - Produktverbrauch - Produktlieferung und verteilung an die Dosierstellen Für einen objektiven Vergleich der Maßnahmen sollten folgende Punkte Beachtung finden: - Lieferpartien gleicher Größe bzw. Wirkstoffmengen vergleichen - bei Eigenleistung (z.b. Verteilung der Produkte an die verschiedenen Dosierstellen in Eigenregie) diese ebenfalls in der Kostenbetrachtung berücksichtigen (Personalbedarf) Geruchsminimierung Kanalnetz Beschwerdemanagement

36 Aufstellung eines Prioritätenplans Das Schweriner Beispiel /LANGE, REINHARDT (2002)/ Ausgangspunkt ist eine umfangreiche Bestandsaufnahme der technischen Gegebenheiten und sonstigen Umfeldbedingungen: Korrosionszustand der Schächte und Pumpwerke, Abwassermengen, Fließwege, Fließgeschwindigkeiten, Pumpintervalle, Aufenthaltszeiten in Druckrohrleitungen, Sielhautbildung, Netzvermaschung, Verfallungen, Verwirbelungen, Indirekteinleiter, Umfeld. Durch Auswertung der Bestandsaufnahme lassen sich die primären und sekundären Geruchsquellen selektieren, bewerten und in Prioritätenkategorien einordnen: Priorität 1 - hohe H 2 S-Konzentration - große Abwassermengen mit hoher H 2 S-Fracht - lange tägliche Einwirkzeiten - massive Belästigung der Bevölkerung und Beschwerden - Korrosionserscheinungen - kritische örtliche Lage - akuter Handlungsbedarf Priorität 2 - mäßige H 2 S-Konzentration - keine drängenden Beschwerden - beginnende Korrosion - unkritische örtliche Lage - kurze Einwirkzeit der Ausgasungen auf die Umgebung - mittelfristiger Handlungsbedarf - weitere Beobachtung erforderlich Priorität 3 - geringe H 2 S-Konzentration - vernachlässigbare H 2 S-Frachten - keine Beeinträchtigungen - keine bzw. unwesentliche Korrosionserscheinungen - kein Handlungsbedarf Priorität 4 - keine H 2 S-Emission - keine schwefelsäurebedingte Korrosion - kein Handlungsbedarf 151 Hauspumpstationen Die Ergebnisse werden in einem Strangschema dargestellt. Kläranlage Schwerin Süd Druckrohrleitung Freigefälleleitung Druckunterbrecherschacht Pumpwerk Lankower See Beschwerdemanagement Geruchsminimierung Kanalnetz PW PW PW PW DUS PW PW DUS PW PW PW PW DUS DUS DUS PW DUS DUS DUS PW DUS PW DUS PW PW DUS PW PW diverse Hauspumpstationen DUS PW DUS Priorität 1 Priorität 2 Priorität 3 Priorität 4

37 Betriebstechnische Maßnahmen /BARJENBRUCH (2003)/ Reinigung des Kanals Reinigung des Kanals Spülung und Zugabe von Hemmstoffen - AS & FS System Clean Product Gezielte Ausstrippung mit Abluftbehandlung Konstruktive O 2 - Anreicherung Ausstrippung bei Fließwechsel - Absturz - Unterdruckbelüftung Punktuelle Abluftbehandlung - Biofilter mit Zwangsbelüftung - Biofilter ohne Zwangsbelüftung - Biologische Wäscher - Chemische Wäscher oxidierend - Chemische Wäscher absorbierend Gezielter Einsatz von Gestaltungselementen - Absturz - Kaskaden - Verwirbelungen zum Frischhalten problematisch bei fehlendem Geländegefälle Druckbelüftung Einblasen von Druckluft zur Verhinderung anaerober Zustände Belüftung von Pumpensümpfen Filtereinsätze Behandlung der Abluft über Vor-Ort-Biofilter, die im Schacht eingesetzt werden Restgeruchsabsorber Formverschlusssysteme Abdecksysteme Amorphes Abdecksystem UNITECHNICS GmbH Verkleinerung von Rohrquerschnitten Verkürzung der Aufenthaltszeiten hydraulische Begrenzung Beachtung zukünftiger Entwicklung Fremdwasserzugabe Zugabe von Brunnen/ Trink/ Oberflächenwasser Druckluftspülung System Bühler - Einsatz von Kompressoren zum Einblasen von Druckluft zur Reduzierung der Aufenthaltszeiten des Abwassers in der Druckrohrleitung Biologische Kurzzeit- Behandlung Zugabe von Leca-Ton Kugeln (z.z. im Versuch) Einbau von Scheibentauchkörpern in den Pumpensumpf Zugabe in vorgelagertes Pumpwerk Abrasion der Sielhaut während des Pumpbetriebs Geruchsminimierung Kanalnetz

38 Reinigung des Kanals Kanal- und Schachtreinigung /ATV-A 147 (1993)/ - Kanal- und Schachtreinigung mit kombiniertem Hochdruck-Spül-und Saugfahrzeug - Kanal- und Schachtreinigung mit kombiniertem Hochdruck-Spülfahrzeug - Kanalreinigung mit Seilzugwinde - Kanalreinigung mit Spülschild - Kanalreinigung mit Schwallspülung - Kanalreinigung von Hand mit anderen Techniken Verfahren der Kanalreinigung /ATV-DVWK (2004)/ Winde 1 Zugwinde Windenreiningung Winde 2 Rückholwinde Mechanische Verfahren System Sielwolf (Kupczik) Rüstwagen 1 Rüstwagen 2 Seil Kanalreinigungsbürsten Umlenkrolle Kanaleimer Wurzelschneider Schlammpumpe Sielwolf Hochdruckspülverfahren Wurzelbeseitigung mit einem Bohrgerät Hochdruck- Spülfahrzeug Zugseilwinde Fließrichtung Hochdruckdüse Absaugung Arbeitsrichtung: Phase 1 Phase 2 Wurzelschneidgerät Wurzeleinwuchs Betriebstechnische Maßnahmen

39 Spülung und anschließende Zugabe von Hemmstoffen Wirkungsweise Entfernung des Biofilms und der Ausbildung einer Schutzschicht Korrosionsvermindernde Wirkung durch Anhebung des ph-wertes an der Kanalwandung Erfordernisse entsprechend ausgerüsteter Spülwagen Möglichkeit die Druckrohrleitung mechanisch zu reinigen Besonderheiten Verfahrenskombination Produktaufwand empfohlenes Mischungsverhältnis der Spülung 1:19 Einsatzgebiete Freispiegel- und Druckleitungen als Korrosionsschutz in Schächten (Reinigung und Ausspritzen der Schächte mit AS & FS) Bewertung Einsatz als Sofortmaßnahme und bei saisonalen Belastungen Wirksamkeit zeitlich begrenzt Beispiel Betriebstechnische Maßnahmen

40 Beispiel System Clean Product (Antischimmel spezial und Fettlöser spezial AS & FS) Parameter der Teststrecke Länge DN Q t R V Mischungsverhältnis Einwirkzeit [m] [mm] [m³/d] [h] [m³] (Produkt : Wasser) [h] ,3 1,7 1 : 19 ca. 1 Theoretische Wirkung bei Spülung und Einsatz eines Hemmstoffs Hemmwirkung der Produkte AS & FS 8,0 Sauerstoffgehalt [mg O 2/l] 6,0 4,0 2,0 0, Zeit [s] Referenzmessung Probe 1:5 Probe 1:10 Probe 1:19 Probe 1:50 H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung ohne Maßnahmen H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung bei Spülung und Einsatz der Produkte AS & FS H2S - Gehalte [ppm] H2S - Gehalte [ppm] Donnerstag Sonnabend Montag Wochentag 0 Do Sa Mo Mi Fr So Di Do Sa Wochentag Zeitspanne zwischen Spülung und der erneuten H 2S-Emission: 11 Tage Betriebstechnische Maßnahmen Spülung und anschließende Zugabe von Hemmstoffen

41 Unterdruckbelüftung Wirkungsweise H 2 S wird am Übergabeschacht gezielt ausgestrippt ausstrippbare Menge durch Gasgleichgewicht begrenzt Unterdruckbelüftung mit Hilfe konstruktiver Maßnahmen unter Ausnutzung des Venturieffektes (z.b. System Unger) Unterdruckbelüftung durch Einsatz elektrischer Energie (Zwangsbelüftung, Verwirbelungsaggregat, System SAE Schwerin) anschließende Behandlung der Abluft in Biofiltern Nachhaltiges Verfahren, da die anorganischen Schwefelverbindungen aus dem Abwasser entfernt werden und somit das Geruchsbildungspotenzial in den nachfolgenden Haltungen deutlich reduziert wird. Erfordernisse Besonderheiten ggf. Stromanschluss ggf. Platz für externen Biofilter Korrosionsschutz für den Schacht erforderlich Handhabung Wartung und Überwachung der Biofilter erforderlich (siehe Biofilter) Nebenwirkung geringfügig erhöhter hydraulischer Widerstand evtl. Eintrag des ausgestrippten H 2 S in den Freispiegelkanal Produktaufwand ggf. Energiekosten Investition Einsatzgebiete Druckunterbrecherschächten Bewertung begrenzte Ausstrippung von H 2 S erhöhter Wartungsaufwand durch Biofilter Aufbau mit elektrischer Energie Aufbau ohne elektrische Energie Betriebstechnische Maßnahmen

42 Anlage / Aufbau Unterdruckbelüftung mit elektrischer Energie /SAE SCHWERIN (1999)/ Betriebstechnische Maßnahmen Unterdruckbelüftung

43 Anlage / Aufbau Unterdruckbelüftung ohne elektrische Energie (System Unger) 1 Luftkammer und Injektor 2 Mischrohr und Leiblech 3 Prallhaube 4 Freigefälleklappe mit Abluftklappe 5 Leiter aus GFK mit ausklappbarem Auftritt 8 Zuluftleitung 10 Zulauf 11 Druckleitung 12 Bypass 13 Abdeckung 14 Schieber Betriebstechnische Maßnahmen Unterdruckbelüftung

44 Biofilter mit Zwangsbelüftung /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Geruchsstoffe werden an geeignete Trägermaterialien gebunden und durch Mikroorganismen zu Wasser, CO 2 und Biomasse umgesetzt Feuchtegehalt des Trägermaterial >50 M.-% höhere Feuchte erforderlich, wenn durch Abbau von H 2 S die Gefahr der Versäuerung besteht Erfordernisse / Besonderheiten offene und geschlossene Bauweisen möglich geschlossene Bauweise mit Abluftstrom von oben nach unten sichert gute Feuchteverteilung im Filtermaterial geschlossene, isolierte Bauweise ist vorteilhaft: geringe Temperaturunterschiede, kein Austrocknen, kein Kondensat Trägermaterial: Rindenmulch, Wurzelholz, Torf, Holzhäcksel, Kompost, Lava, Blähton, Heidekraut, Kokosfasern Werkstoffe: Rostfreier Stahl, korrosionsgeschützter Stahl, Kunststoffe, Beton mit Korrosionsschutz Befeuchtungsdüsen über dem Trägermaterial Stromanschluss Wasseranschluss und -ablauf Handhabung Biofiltermaterialien sind unkritisch in der Handhabung Regelmäßige Wartung erforderlich, um Filtermaterial je nach Art und Witterung feucht zu halten Standzeit des Trägermaterials: 2 bis 5 Jahre Biofiltermaterial kann i.d.r. als Bioabfall entsorgt werden, da keine kritischen Inhaltsstoffe aus der Abluftbehandlung vorhanden Nebenwirkung Emissionsort wird ggf. verlagert Besonderheiten Mikroorganismen benötigen zum bestmöglichen Geruchsstoffabbau optimale Feuchtigkeits-, ph-wert-, Sauerstoff-, Temperatur- und Nährstoffbedingungen je feiner und komplexer die Filtermaterialstruktur, desto besser der Geruchsabbau und höher der Aufwand für Filterwartung und Feuchteregulierung bei Vernässung nimmt die Abbauleistung ab und der Druckverlust steigt entstehende Säuren müssen abgeleitet und neutralisiert werden Wirksamkeit (Geruchsminderung) an Originalabluft prüfen Einsatzgebiete Freispiegelleitungen, Pumpwerke, Übergabeschächte Bewertung wirksam bei regelmäßiger Wartung (zeitweise Austausch des Materials) Energiebedarf und ggf. Chemikalienbedarf beachten Aufbau Betriebstechnische Maßnahmen

45 Anlage / Aufbau - Biofilter mit Zwangsbelüftung /VDI-RICHTLINIE 3477 (1989)/ Filtermaterial Reingas Luftverteilungssystem Betriebstechnische Maßnahmen Biofilter mit Zwangsbelüftung

46 Biofilter ohne Zwangsbelüftung /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Geruchsstoffe werden an geeignete Trägermaterialien gebunden und durch Mikroorganismen zu Wasser, CO 2 und Biomasse umgesetzt Feuchtegehalt des Trägermaterial >50 M.-% höhere Feuchte erforderlich, wenn durch Abbau von H 2 S die Gefahr der Versäuerung besteht Erfordernisse / Besonderheiten Schachtfilter: Behälter mit Biofiltermaterial wird i.d.r. in den Schacht eingehängt Pumpwerkfilter: durch Wasserspiegelwechsel wird Biofilter beschickt Trägermaterial: Rindenmulch, Wurzelholz, Torf, Holzhäcksel, Kompost, Lava, Blähton, Heidekraut, Kokosfasern Werkstoffe: Rostfreier Stahl, korrosionsgeschützter Stahl, Kunststoffe Befeuchtungsdüsen über dem Trägermaterial Wasseranschluss und -ablauf Handhabung Biofiltermaterialien sind unkritisch in der Handhabung Regelmäßige Wartung erforderlich, um Filtermaterial je nach Art und Witterung feucht zu halten Standzeit des Trägermaterials: 2 bis 5 Jahre Biofiltermaterial kann i.d.r. als Bioabfall entsorgt werden, da keine kritischen Inhaltsstoffe aus der Abluftbehandlung vorhanden Nebenwirkung Emissionsort wird ggf. verlagert Be- und Entlüftung von Bauwerken wird behindert Besonderheiten Anwendung primär als Sofortmaßnahme Mikroorganismen benötigen zum bestmöglichen Geruchsstoffabbau optimale Feuchtigkeits-, ph-wert-, Sauerstoff-, Temperatur- und Nährstoffbedingungen je feiner und komplexer die Filtermaterialstruktur, desto besser der Geruchsabbau und höher der Aufwand für Filterwartung und Feuchteregulierung bei Vernässung nimmt die Abbauleistung ab und der Druckverlust steigt entstehende Säuren müssen abgeleitet und neutralisiert werden Wirksamkeit (Geruchsminderung) an Originalabluft prüfen Einsatzgebiete Freispiegelleitungen, Pumpwerke, Übergabeschächte Bewertung üblicherweise Verlagerung des Problems auf die nächsten Schächte Aufbau Betriebstechnische Maßnahmen

47 Anlage / Aufbau - Biofilter ohne Zwangsbelüftung Typen des Biofilters PFEZI air clean /UGN (2001)/ 1. Montagering mit Dichtungsgummi einsetzen 2. nach unten in die Nuten drücken 3. Patrone mit der Flachseite zu den Steigbügeln ausrichten 4. Belfor-Filterpatrone in den Montagering einsetzen 5. Belfor-Filterpatrone eingesetzt 6. Sandfang einlegen fertig! Belfor Biofilterpatronen für Kanalschächte /EISMANN, STÖBE (2001)/ Betriebstechnische Maßnahmen Biofilter ohne Zwangsbelüftung

48 Biologischer Wäscher /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Abluftstrom wird innig mit Waschflüssigkeit in Kontakt gebracht und die Geruchsstoffe absorbiert bei hoher Geruchsstoffkonzentration einsetzbar Geruchsstoffe werden in Wasser oder auf Füllkörpern biologisch abgebaut Erfordernisse Besonderheiten verschiedene Bauweisen möglich Werkstoffe: Rostfreier Stahl, korrosionsgeschützter Stahl, Kunststoffe ggf. Dosieranlagen für Nährstoffe oder/und zur ph-wert- Regelung Stromanschluss Wasseranschluss und -ablauf Handhabung ggf. Chemikalien zur ph-wert-einstellung für den Betrieb im neutralen Milieu erforderlich ggf. Chemikalien zur Nährstoffergänzung erforderlich Nebenwirkung evtl. Verkalkung bei geringem Wasserdurchsatz Bildung von Aerosolen möglich Besonderheiten Vorprüfung der Wirksamkeit erforderlich I. d. R. Nachbehandlung mit anderen Verfahren notwendig, da die Verweilzeit der Abluft im Wäscher bei normaler Baugröße für die Geruchsabscheidung nicht ausreichend ist. volumenbezogene Abbauleistung von Biowäschern liegt in der Größenordnung der von Biofiltern Wirksamkeit (Geruchsminderung) an Originalabluft prüfen Einsatzgebiete Freispiegelleitung, Pumpwerk, Druckunterbrecherschacht Bewertung i.d.r. zu aufwendig für das Kanalnetz Aufbau Betriebstechnische Maßnahmen

49 Anlage / Aufbau Biologischer Wäscher Reingas Prallflächen Bedüsungsleitung Rohgas Belebungsbecken mit Belüftung Betriebstechnische Maßnahmen Biologischer Wäscher

50 Chemischer Wäscher absorbierend /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise chemische Absorption von Schwefelwasserstoff Minderung weiterer geruchsintensiver Stoffe, z.b. der von Säuren, durch Neutralisation Waschflüssigkeit wird i. d. R. mit Düsen versprüht oder über ein Festbett verrieselt Adsorptionsgleichgewicht zwischen den Geruchsstoffen Abluft und Flüssigkeit stellt sich ein Erfordernisse Besonderheiten Ein- und mehrstufige Verfahren möglich (Gegen-, Gleichoder Kreuzstromwäscher) Werkstoffe: Rostfreier Stahl, korrosionsgeschützter Stahl, Kunststoffe Platz für Dosieranlage und Möglichkeit der Zudosierung Stromanschluss Wasseranschluss Handhabung Wassergefährdungspotential beachten ph-wert > 10, Produkt ist ätzend Gefahrgut: Kennzeichnungspflicht im Straßenverkehr Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Abstimmung mit zuständiger Wasserbehörde sinnvoll verbrauchte Waschlösung muss kontinuierlich ergänzt werden Nebenwirkung geruchsbelastete Waschlösung muss ggf. getrennt entsorgt werden Kohlendioxid der Luft wird ebenfalls absorbiert und bewirkt einen Mehrverbrauch Besonderheiten Wirkungsgrad stark von der Geruchsstoffzusammensetzung abhängig je geringer die Geruchsstoffkonzentration in der Abluft, desto längere Verweilzeit der Abluft im Wäscher erforderlich Wirksamkeit (Geruchsminderung) an Originalabluft prüfen Einsatzstoffe Natronlauge (NaOH) Einsatzgebiete Freispiegelleitung, Pumpwerk, Druckunterbrecherschacht Bewertung i.d.r. zu aufwendig für das Kanalnetz Betriebstechnische Maßnahmen

51 Chemischer Wäscher oxidierend /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Flüssigkeit wird in innigen Kontakt mit der Abluft gebracht und die Geruchsstoffe absorbiert und oxidiert Adsorptionsgleichgewicht zwischen den Geruchsstoffen Abluft und Flüssigkeit stellt sich ein Waschflüssigkeit wird i. d. R. mit Düsen versprüht oder über ein Festbett verrieselt alle oxidierbaren Bestandteile der Abluft werden oxidiert Erfordernisse Besonderheiten Ein- und mehrstufige Verfahren möglich (Gegen-, Gleichoder Kreuzstromwäscher) Werkstoffe: Rostfreier Stahl, korrosionsgeschützter Stahl, Kunststoffe Platz für Dosieranlage Stromanschluss Wasseranschluss Handhabung Wassergefährdungspotential gegeben Gefahrgut: Kennzeichnungspflicht im Straßenverkehr Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Abstimmung mit zuständiger Wasserbehörde sinnvoll MAK Werte beachten Nebenwirkung Austrag der Wäscherlösung als Aerosol möglich ggf. hoher Chemikalienbedarf Anfall von belastetem Abwasser Besonderheiten je geringer die Geruchsstoffkonzentration in der Abluft, desto längere Verweilzeit der Abluft im Wäscher erforderlich bei Einsatz von entstehen keine Nebenprodukte, da Ozon und Wasserstoffperoxid zerfallen Einsatz von Natriumhypochlorid wegen der Bildung chlororganischer Substanzen heute nicht mehr üblich Wirksamkeit (Geruchsminderung) an Originalabluft prüfen Einsatzstoffe Wasserstoffperoxyd Chlor Ozon Einsatzgebiete Freispiegelleitung, Pumpwerk, Druckunterbrecherschacht Bewertung i.d.r. zu aufwendig für das Kanalnetz Betriebstechnische Maßnahmen

52 Formverschlusssystem Emissionssperrventil /NACH GLIESCHE (2000); BARJENBRUCH (2003)/ Wirkungsweise bei Luftströmen von innen (Kanalisation) nach außen (Schachtumgebung) schließen sich parallel wirkende Ventilklappen aus Kunststofffolie und verhindern den Austritt osmogener Kanalluft bei Luftströmen von außen nach innen öffnen sich die Ventilklappen und ermöglichen das Einströmen von Frischluft in den Kanalraum Differenzdruck von 1 Pa (0,098 mm WS) in beide Richtungen Erfordernisse Besonderheiten Oberflächenwasser wird selbsttätig über Bodenventile durchgelassen Selbstreinigung bei Starkregen Sandfang erforderlich Einsatz nicht unmittelbar vor und hinter Druckrohren bzw. Fallschächten möglich keine dauerhafte Sonneneinstrahlung bzw. Temperaturen über 50 C Handhabung Gewicht ca. 3,5 kg Nebenwirkung Verschiebung des Geruchsproblems Korrosion wird nicht vermieden, da H 2 S in der Kanalluft verbleibt Produktaufwand Investition Einsatzgebiete Schächten geringe Betriebskosten (Wartung) Bewertung Einsatz nur bei ordnungsgemäßer Dachentlüftung sinnvoll Korrosionsschutz der Schächte erforderlich Aufbau Betriebstechnische Maßnahmen

53 Anlage / Aufbau Formverschlusssystem Emissionssperrventil /GLIESCHE (2000)/ Außenraum Schachtdeckel Sandfangschlitz Auflagefläche des Sandfangschlitzes Sandfang Dichtungsring Ventilklappe Steigeisen Schachtraum ESV2 Bodenventil Betriebstechnische Maßnahmen Emissionssperrventil

54 Amorphes Abdecksystem: UNITECHNICS GmbH - Umwelttechnische Systeme Wirkungsweise Ausstrippung von H 2 S wird verhindert Verminderung der Korrosion im Pumpwerk durch die trockene Umgebungsluft Begrenzung der Geruchsbelästigung lokal am Einsatzort ggf. findet biologischer Abbau statt (noch nicht nachgewiesen) Erfordernisse Besonderheiten Einsatz in Pumpwerken, Schächten Einlauf muss angepasst, d.h. unter die Schüttung geführt werden, Vermeidung starker Turbulenzen einmaliger Einbau Handhabung Reinigung problemlos möglich eigene Spültechnik und Saugfahrzeuge können für Wartung genutzt werden Nebenwirkung Pumpe liegt unterhalb der Schüttung und ist nicht mehr sichtbar Fettabbau im Pumpwerk wird begünstigt, da die Schüttung den fettabbauenden Mikroorganismen als Trägermaterial dient - dadurch Reduzierung der Wartungskosten Probleme bei starken Zulaufspitzen (Mischwasserkanal) Produktaufwand Investition geringe Betriebskosten (Wartung) Einsatzgebiete Pumpwerk, Schächte Bewertung Wirksamkeit an Pumpwerken nachgewiesen (Verlagerung von H 2 S in unterhalbliegende Kanalabschnitte möglich) Aufbau Beispiel Betriebstechnische Maßnahmen

55 Anlage / Aufbau Amorphes Abdecksystem: UNITECHNICS GmbH - Umwelttechnische Systeme Pumpwerk mit amorphem Abdecksystem Betriebstechnische Maßnahmen Amorphes Abdecksystem

56 Beispiel Amorphes Abdecksystem: UNITECHNICS GmbH - Umwelttechnische Systeme Teststrecke: PW DUS Vorschacht PW Druckrohrleitung PE-HD L = 407,70 m = 73,6 mm d i Freispiegelleitung Stzg. L = 500,00 m = 200 mm d i Messungen H 2 S Gehalte im Vorschacht und im Pumpwerk mit amorphem Abdecksystem Vorschacht: Peaks bis 761 ppm Pumpwerk: Peaks bis 498 ppm H 2 S - Gehalte [ppm] Mo Mi Fr So Di Do Sa Mo Mi Fr Vorschacht Pumpwerk über amorpher Schüttung H 2 S Peaks im Pumpwerk sind bedingt durch starke Niederschläge und daraus resultierenden Turbulenzen Betriebstechnische Maßnahmen Amorphes Abdecksystem

57 Zugabe von Brunnen-, Trink- oder Oberflächenwasser /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Verdünnung Kurzfristige Reduzierung der Sulfidkonzentration im Abwasser und der H 2 S-Bildung vorübergehende Erhöhung der Sauerstoffkonzentration Austrag von Ablagerungen durch den Spülvorgang Erfordernisse Wasser- und Abgabenrechtliche Vorprüfung grundsätzlich Entnahme- und Einleitererlaubnis erforderlich Möglichkeit der Zudosierung ggf. Eintrag durch Pumpen Stromanschluss Handhabung Problemlos Nebenwirkung Erhöhung der Abwassermenge, die bei Hydraulik des Netzes berücksichtigt werden muss Verdünnung des Abwassers und somit mögliche Auswirkungen auf die Reinigungsleistung der Kläranlage Besonderheiten höhere Betriebskosten (z.b. Energiekosten) mögliche Erhöhung der Abwasserabgabe Eintrag von Keimen in das Trinkwassernetz verhindern teuer (bei Trinkwasser) Einsatzgebiete Freispiegelleitungen, Pumpwerke, Druckleitungen Bewertung nur als kurzfristige Problemlösung denkbar genehmigungspflichtig (Verdünnung) Beispiel Betriebstechnische Maßnahmen

58 Beispiel Zugabe von Trinkwasser (Brunnen- oder Oberflächenwasser) Parameter der Teststrecke Länge DN Q t R V Dosiermenge [m] [mm] [m³/d] [h] [m³] [kg/m³] ) 9,6 38,9 612,6 1) Abwasseranfall 2002 H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung ohne Maßnahmen H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung bei Zugabe von Trinkwasser H 2S - Gehalt [ppm] H 2S - Gehalt [ppm] Montag Mittwoch Freitag Sonntag Wochentag 0 Montag Mittwoch Freitag Sonntag Wochentag Betriebstechnische Maßnahmen Zugabe von Brunnen,- oder Oberflächenwasser

59 Druckluftspülung System Bühler Wirkungsweise Reduzierung der Aufenthaltszeit des Abwassers in der Druckrohrleitung Ablösung der Sielhaut durch turbulente Strömung und Vermeidung der erneuten Sielhautbildung (τ > 4 N/m²) Anreicherung des verbleibenden Abwassers in der Druckrohrleitung mit Luftsauerstoff und somit Vermeidung anaerober Abbauprozesse Erfordernisse Hochpunkte dürfen nicht entlüftet werden ggf. größere Pumpen (Frequenzumrichter) Kompressor und Druckkessel, um Luftspülung mit 4 bis 7 bar zu realisieren Platz um die Spülstation aufzubauen Stromanschluss Handhabung einfach Nebenwirkung Durch die eingeleitete Luft verändern sich die Fließbedingungen und manometrischen Förderhöhen, so dass ein Leistungsnachweis der Pumpen für die veränderten Bedingungen notwendig ist. Belästigung durch Kompressorlärm berücksichtigen Besonderheiten höhere Investition Kosten durch erforderliche TÜV Überprüfung und Abnahme alle 2 Jahre geringe Energiekosten 4-5 Cent/m³ (Firmenangabe) Einsatzgebiete Druckleitungen Bewertung gute Wirkung bereits bei der Planung berücksichtigen! Anlage / Aufbau Beispiel Betriebstechnische Maßnahmen

60 Anlage / Aufbau System Bühler Betriebstechnische Maßnahmen System Bühler

61 Beispiel: Druckluftspülung System Bühler Parameter der Teststrecke (nach der Projektbeschreibung: Sanierung des Pumpwerks der Stadt Bingen, Ingenieurbüro Bühler) Länge DN Q t R V [m] [mm] [m³/d] [h] [m³] / 85 1) 4 / 1,8 1) 129,4 1) Durchschnittliche Tages- und Nachtzuflüsse H 2 S - Entwicklung und Sauerstoffgehalte bei Einsatz des Systems Bühler 0,5 Pumpwerk 4 Druckunterbrecherschacht H 2 S - Gehalt [mg/l] 0,4 0,3 0,2 0,1 H 2 S - Gehalt [mg/l] , Zeit [d] H2S-Gehalt 2000 H2S-Gehalt Zeit [d] H2S-Gehalt 2000 H2S-Gehalt 2002 Druckunterbrecherschacht Druckunterbrecherschacht - Ze hr un g [m g/( l*h )] O Zeit [d] O2 - Zehrung 2000 O2 - Zehrung Mittelwert: 8,1 mg/l - Mittelwert: 5,4 mg/(l*h) Werte im Jahr 2000: gemessen vor der Sanierung des Pumpwerks Werte im Jahr 2002: gemessen nach der Sanierung und bei Einsatz der Druckluftspülung nach dem System Bühler O 2 - Gehalt [mg/l] O2 - Gehalt Mittelwert: 3,3 mg/l O2 - Gehalt Mittelwert: 4,4 mg/l Betriebstechnische Maßnahmen Druckluftspülung System Bühler

62 Biologische Kurzzeitbehandlung mittels Scheibentauchkörper /FREUDENTHAL, SEKOULOV, KAPINOS (2003)/ Wirkungsweise durch eine kurzzeitige aerob-biologische Behandlung des Abwassers sollen vorrangig leichtabbaubare Substanzen abgebaut werden Substrat für die sulfatreduzierenden Bakterien wird reduziert, wodurch die Sulfidbildung limitiert werden soll Erfordernisse Besonderheiten aerob-biologische Behandlung des Abwassers direkt vor Einleitung in die Druckrohrleitung Integration in die Räumlichkeiten des Pumpwerks, z.b. anliegende Freiflächen bzw. Pumpensumpf grundsätzlich sind Biofilmverfahren mit verstopfungsfreien Trägermaterialien zur Behandlung des Abwassers einsetzbar Scheibentauchkörper mit glattem Scheibenmaterial wurde bisher getestet Stromanschluss Wasseranschluss für die Spülung der Anlage Handhabung regelmäßig hoher Wartungsaufwand erhöhter Aufwand für die Wiederinbetriebnahme nach Stillstandszeiten durch Fettablagerungen Nebenwirkung geringe CSB-Reduzierung (< 5%) Besonderheiten wenig Erfahrungen leicht abbaubaren Stoffe werden bei längeren Verweilzeiten durch den Vorgang der Hydrolyse neu gebildet hohe Beanspruchung der einzelnen Anlagenkomponenten Einsatzgebiete Pumpwerk mit Wirkung auf die Druckrohrleitung Bewertung Wirksamkeit eingeschränkt, da Hauptteil der Desulfurikation auf Grundlage von SO 4 stattfindet erheblicher betrieblicher Aufwand zusätzlicher Energiebedarf Aufbau Beispiel Betriebstechnische Maßnahmen

63 Anlage / Aufbau Biologische Kurzzeitbehandlung mittels Scheibentauchkörper /FREUDENTHAL, SEKOULOV, KAPINOS (2003)/ Scheibentauchkörper, eingebaut im Pumpensumpf eines Pumpwerks biologische Reinigungseinheit Sammelkanal Druckrohrleitung Pumpensumpf Betriebstechnische Maßnahmen Biologische Kurzzeitbehandlung

64 Beispiel Biologische Kurzzeitbehandlung mittels Scheibentauchkörper /FREUDENTHAL, SEKOULOV, KAPINOS (2003)/ H 2 S-Konzentration mit und ohne Betrieb des Scheibentauchkörpers (STK) H2S [ppm] :00 10:00 14:00 18:00 22:00 02:00 06:00 10:00 14:00 18:00 mit STK-Betrieb ohne STK-Betrieb Betriebstechnische Maßnahmen Biologische Kurzzeitbehandlung

65 Chemisch / Biologische Verfahren /nach BARJENBRUCH (2003)/ Oxidationsmittel { Ermittlung des Sauerstoffbedarfs } Technischer Sauerstoff Zugabe von O 2 nach dem Thiox Verfahren Nitratdosierung in Form von Ca(NO 3 ) 2 O 2 -Begasung mit dem Drausy - Verfahren Ozon (O 3 ) Wasserstoffperoxyd (H 2 O 2 ) Kaliumpermanganat (KMnO 4 ) Chlorbleichlauge (NaCl+NaOCl) Natriumhypochlorid (NaOCl) Fällmittel Eisensalze Wasserwerkschlamm - Aufbereiteter Wasserwerkschlamm - Wasserwerkschlamm ph-wert-regulatoren Kalkhydrat / Kalkmilch Natronlauge Natriumaluminat Kombinationsprodukte Fällmittel + ph-wert-regulatoren - ABS Kanalprogramm Nitrat + Aluminiumsalze - Anaerite - Nicasal Biologische Wirkstoffe Biokatalysatoren Mikroorganismen Enzyme - POCO Geruchskorrigentien maskierende oder kompensierende Mittel Geruchsminimierung Kanalnetz

66 Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs- und Sauerstoffzehrung Der Sauerstoffverbrauch während des Abwassertransportes resultiert aus der Zehrung im Abwasser und der Zehrung in der Sielhaut. In frischem häuslichen Abwasser liegt die Sauerstoffzehrung zwischen 2 4 mg O 2 /(l h). In altem Abwasser wurden Sauerstoffzehrungsraten von 15 bis 25 mg O 2 /(l h) ermittelt, wobei die Zehrungsraten nicht mit dem Gehalt an organischer Trockensubstanz oder der Konzentration an organischen Verschmutzungsparametern korrelieren. Maßgebend ist der Metabolismus Bakterien, d.h. die Vermehrung der Mikroorganismen während des Alterns des Abwassers beeinflusst die Zehrung /ECKER (2003)/. Insbesondere in Druckleitungen mit geringen Durchmessern ist die Sauerstoffzehrung in der Sielhaut von erheblicher Bedeutung. Diese ist abhängig vom Trockenmassegehalt der Sielhaut und wird somit beeinflusst durch das Verhältnis der Rohroberfläche zum Abwasservolumen (Tabelle). Als Maximum für die Sauerstoffzehrung in der Sielhaut kann ein Wert von 700 mg O 2 /(m² h) angesehen werden /NACH ECKER (2003)/. Der Sauerstoffbedarf um die Sulfidbildung zu verhindern kann nach LOHSE (2002) oder wie in der Tabelle gezeigt, direkt aus der Zehrung in der Sielhaut und im Abwasser berechnet werden. OC = D z,024 π D L z + 4 Q Abw 0 Sh 24 O 2 1 kg d ( c ) OC = erforderliche Sauerstoffmenge [kg/d] D = Rohrinnendurchmesser [m] L = Leitungslänge [m] Z Sh = Sauerstoffzehrung in der Sielhautfläche, ermittelbar durch Zehrungsmessungen, bei 20 C überwiegend 0,5 bis 1,0 [g O 2 /(m² h)] Z Sh = Sauerstoffzehrung im Abwasser, ermittelbar durch Zehrungsmessungen, bei 20 C überwiegend für 2 bzw. 10 bzw. 20 Stunden altes Abwasser 7 bzw. 15 bzw. 17 [g O 2 /(m³ h)] Q 24 = über 24 Stunden gemittelter Förderstrom [m³/h] C O2 = Sauerstoffgehalt im Abwasser am Druckleitungsbeginn [mg/l] Sauerstoffzehrung und Sauerstoffverbrauch in einer Druckrohrleitung /NACH ECKER (2003)/ DN Volumen Zehrung in der Sielhaut Zehrung Abwasser Zehrung gesamt Oberfläche Sauerstoffbedarf 2) mm m²/m m³/m mg/m h 1) mg/l h mg/l h mg/l h kg/h 80 0,25 0, , ,31 0, , ,63 0, ,03 1) für eine angenommene Zehrung von 700 mg O 2 /(m² h) 2) für ein angenommenes Leitungsvolumen V DL = 1 m³

67 Eigene Untersuchungen zur Sauerstoffzehrung im Abwasser an verschiedenen Druckrohrleitungen (Abwassertransport mit Tauchmotorpumpen) zeigte, dass die Zehrungsraten des Abwassers im Pumpensumpf von 3,3 bis 4,9 mg O 2 /(l h) mit den Literaturangaben übereinstimmen. An den Ausmündungen der Druckrohrleitungen wurden Zehrungsraten zwischen 6,3 und 15,6 mg O 2 /(l h) gemessen, wobei kein Zusammenhang zwischen den jeweilig eingesetzten Verfahren zur Geruchsminimierung und den Zehrungsraten festgestellt werden konnte. Weitere Zehrungsversuche an einer pneumatischen Förderanlage ergaben, dass sich die Zehrungsraten durch den Abwassertransport mit Druckluft nur minimal erhöhen [von 4,7 auf 5,0 mg O 2 /(l h)].

68 Dosierung von Technischem Sauerstoff /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Aufrechterhaltung des aeroben Milieus und somit Verhinderung von anaeroben Stoffwechselvorgängen und mikrobiologischer Schwefelwasserstoffproduktion vorhandene Sulfid wird oxidiert Erfordernisse Platz für die Dosieranlage vorzugsweise in steigenden Druckleitungsabschnitten anwendbar Möglichkeit der Zudosierung (am Pumpwerk in die Druckrohrleitung / Druckseite) Stromanschluss Handhabung reiner Sauerstoff ist ein Gefahrstoff und wirkt brandfördernd Transport und Lagerung in flüssiger Form in Überdruckbehältern, möglichst bei tiefen Temperaturen Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Nebenwirkung in nicht entlüfteten Druckleitungen können sich Gaspolster bilden, die zur Beeinträchtigung der Fließvorgänge führen. in Sauerstoff übersättigten Bereichen besteht erhöhte Brandgefahr Belästigung durch Kompressorlärm möglich Besonderheiten Bildung diverser Geruchsstoffe wird vermieden (insbesondere organische Säuren) durch die biologische Aktivität werden organische Kohlenstoffquellen verbraucht und stehen auf der Kläranlage für die Denitrifikation nicht mehr zur Verfügung (BSB 5 wird reduziert) Verfahren ist durch die begrenzte Löslichkeit von Sauerstoff im Abwasser limitiert Dosierung während der Pumpenlaufzeiten oder Pumpenstillstandszeiten möglich, aber während der Pumpenlaufzeiten effektiver Einsatzgebiete Pumpwerk, Druckleitungen Bewertung gute Wirksamkeit bei enger Bebauung Brandgefahr beachten Anlage / Aufbau Beispiel Chemisch / Biologische Verfahren

69 $ #!! " Abschlussbericht zum LAWA-Forschungsvorhaben Bewertung von Maßnahmen zur Verringerung von Geruchs- und Anlage / Aufbau Dosierung Technischer Sauerstoff (Beispiel Fa. Linde) Verdampfer O 2-Mess-und Steuereinheit Entlüftung Sauerstofftank Freispiegelleitung Abwasserzulauf Abwasserdruckleitung Niveau- Steuerung Sauerstoff- Einspeisevorrichtung Abwasserpumpe Dosierempfehlung Linde: %$& 400 d = + z2 6 π z 1 7 d 10 l kg O d 2 2 O V O v = Sauerstoffverbrauch der Mikroorganismen d = Durchmesser der Druckrohrleitung l = Länge der Druckrohrleitung z 1 = mittlere Zehrung der suspendierten Bakterien (siehe Tabelle) z 2 = mittlere Zehrung der Sielhautbakterien (siehe Tabelle) Richtwerte für die Zehrung in Abhängigkeit von der Abwassertemperatur Abwassertemperatur [ C] Z 1 [g O 2 /m 3 h] Z 2 [g O 2 /m 2 h] 0,25 0,35 0,4 0,45 siehe auch Sauerstoffzehrung Chemisch / Biologische Verfahren Technischer Sauerstoff

70 Beispiel Dosierung von Technischem Sauerstoff Teststrecke: PW Zierow Dosierstation für O 2 PW Hoben Dosierstation für O 2 DUS Wendorf Druckrohrleitung DN 150 Druckrohrleitung DN m m Messung Parameter der Teststrecke Länge DN Q t R V Dosiermenge [m] [mm] [m³/d] [h] [m³] [kg/m³] ,8 63,6 0, ,9 48,4 0,18 H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung bei Dosierung von Technischem Sauerstoff 5 2,5 H 2 S - Gehalt [ppm] ,0 1,5 1,0 0,5 Sauerstoffgehalt [mg/l] 0 0, H2S Datum O2 Ablauf Chemisch / Biologische Verfahren Dosierung von Technischem Sauerstoff

71 Zugabe von Reinsauerstoff nach dem Thiox - Verfahren Wirkungsweise Zugabe eines Elektronenakzeptors (O 2 ) und Anreicherung schwefeloxidierender Bakterien am Ende der Druckrohrleitung Vorhandene Sulfid wird oxidiert und somit die Desorption von H 2 S verhindert Erfordernisse Platz für die Dosieranlage (ca. 2m x 2m x 2m), ggf. im freien Gelände Möglichkeit der Zudosierung in angemessenem Abstand vom Auslauf der Druckrohrleitung (eventuell Setzen einer Anbohrschelle erforderlich) Stromanschluss oder Solarmodul (220 V AC) Handhabung Reiner Sauerstoff ist ein Gefahrstoff und wirkt brandfördernd Lieferung in 300 bar Flaschenbündeln Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Nebenwirkung Druckanstieg in der Rohrleitung um 0,2 bis 0,3 bar Besonderheiten Verbrauch richtet sich nur nach der Sulfidmenge, die oxidiert werden muss und dem Zehrungspotential in dem letzten Teilstück der Druckrohrleitung geringerer Verbrauch als bei Dosierung am Pumpwerk Dosierung erfolgt temperaturabhängig Verfahren durch die Löslichkeit von Sauerstoff im Abwasser nicht limitiert, da die Dosiermengen geringer sind als die Löslichkeit von O 2 im Abwasser Einsatzgebiete Druckrohrleitungen Bewertung gute Wirksamkeit Einschränkung durch die Anforderung der Dosierstelle Anlage / Aufbau Beispiel Chemisch / Biologische Verfahren

72 Anlage / Aufbau Zugabe von O 2 nach dem Thiox Verfahren (Versuchsstation) Chemisch / Biologische Verfahren Zugabe von O 2 nach dem Thiox - Verfahren

73 Beispiel Zugabe von O 2 nach dem Thiox - Verfahren Teststrecke: PW Dosierstation für O 2 DUS Druckrohrleitung DN 100 Druckrohrleitung DN m m Parameter der Teststrecke Länge DN Q t R V Dosiermenge [m] [mm] [m³/d] [h] [m³] [kg/m³] ,7 55 0,013 bis 0,052 H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung ohne Maßnahmen H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung bei Zugabe von O 2 nach dem Thiox - Verfahren H 2 S - Gehalt [ppm] H 2 S - Gehalt [ppm] Sonnabend Sonntag Montag Wochentag 0 Mo Mi Do Sa Wochentag Chemisch / Biologische Verfahren Zugabe von O 2 nach dem Thiox - Verfahren

74 Nitratdosierung in Form von Ca(NO 3 ) 2 /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Einstellung eines anoxischen Milieus und somit Verhinderung von anaeroben Stoffwechselvorgängen und mikrobiologischer Schwefelwasserstoffproduktion Erfordernisse Platz für die Dosieranlage des Flüssigprodukts Möglichkeit der Zudosierung an einem Ort, wo eine Reaktionszeit > 40 Minuten gewährleistet werden kann doppelwandige Lagerbehälter oder oberirdische einwandige Behälter mit Auffangwanne erforderlich Stromanschluss Wasseranschluss für die Reinigung Handhabung schwach wassergefährdend (WGK 1) kein Gefahrgut R 36 - reizt die Augen ph - Wert 5 bis 7 Gefahrenpotenzial ist vernachlässigbar Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Nitratkomponente wird biologisch abgebaut Nebenwirkung In nicht entlüfteten Druckleitungen können sich durch die Stickstoffentstehung Gaspolster bilden, die zur Beeinträchtigung der Fließvorgänge führen. Besonderheiten durch die biologische Aktivität werden organische Kohlenstoffquellen verbraucht und stehen auf der Kläranlage für die Denitrifikation nicht mehr zur Verfügung Erhöhung der Säurekapazität keine Bildung relevanter Geruchsstoffe, insbesondere organischer Säuren Reaktionszeiten beachten wirkt nicht auf unterhalb liegende Strecke patentiertes Verfahren mit guter Betreuung aber höheren Kosten Einsatzgebiete Freispiegelleitung, Druckleitung Bewertung sehr gute Wirksamkeit schnelle Problemlösung ungeeignet bei nicht entlüfteter Druckrohrleitung Anlage / Aufbau Beispiel Chemisch / Biologische Verfahren

75 Anlage / Aufbau Nitratdosierung in Form von Ca(NO 3 ) 2 - Nutriox TM N- Box und Schwefelwasserstoff- Analüsator 1 H 2 S Analysator 2 Probesammler 3 N- Box- Controller 4 Vakuumpumpe 5 Kompressor 6 Probenehmer /FIRMENBROSCHÜRE HYDRO CHEMTECH / Dosier-Controller (N-BOX) und Vorratsbehälter im Feld Chemisch / Biologische Verfahren Nitratdosierung in Form von Ca(NO 3 ) 2

76 Beispiel Nitratdosierung in Form von Ca(NO 3 ) 2 - Nutriox TM Parameter der Teststrecke Länge DN Q t R V Dosiermenge [m] [mm] [m³/d] [h] [m³] [kg/m³] ) 9,6 38,9 0,36 1) Abwasseranfall 2002 H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung ohne Maßnahmen H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung bei Dosierung von Nutriox TM H 2S - Gehalt [ppm] H 2 S - Gehalt [ppm] Beginn Dosierung Stromausfall Montag Mittwoch Freitag Sonntag Wochentag 0 Dienstag Donnerstag Samstag Montag Wochentag Chemisch / Biologische Verfahren Nitratdosierung in Form von Ca(NO 3 ) 2

77 Belüftung mit dem Drausy Verfahren: Drausy GmbH (Druck ausgleichendes System) /FREYSTEIN (2003), HÖTZL (2001)/ Wirkungsweise längs gelochter Schlauch zur linearen Verteilung von Gasen bei Drücken von 1 4 bar Schlauch wird in die Leitung eingezogen und verbleibt dort, anschließend wird Luftsauerstoff bzw. das Oxidationsmittel gleichmäßig über diesen Schlauch verteilt gleiche Austrittsmenge an jedem Mikroloch unabhängig vom Druck Aufrechterhaltung des aeroben Milieus und somit Verhinderung von anaeroben Stoffwechselvorgängen und mikrobiologischer Schwefelwasserstoffproduktion Erfordernisse Zugänglichkeit und Befahrbarkeit der Transportwege mit Saugwagen Anpassung der Entlüftungsarmaturen an den höheren Lufteintrag, um Lufteinschlüsse zu vermeiden Leistungsfähige Kompressoranlage, da der Belüftungsschlauch immer unter Druck stehen muss Möglichkeit, einen Molch einzubringen, da der aufgeblasene Schlauch durch den Druck des Abwassers mit Hilfe eines Molchs eingezogen wird Handhabung Einbringen des Schlauches ist sehr aufwendig Nebenwirkung in nicht entlüfteten Druckleitungen können sich Gaspolster bilden, die zur Beeinträchtigung der Fließvorgänge führen mögliche Geräuschbelästigung durch den Kompressor Besonderheiten Verminderung der Dosiermengen durch die lineare Einbringung durch die biologische Aktivität werden organische Kohlenstoffquellen verbraucht und stehen auf der Kläranlage für die Denitrifikation nicht mehr zur Verfügung (BSB 5 wird reduziert) Schlauch verbleibt als Fremdkörper in der Leitung und die Gefahr der Verzopfung besteht Referenz Wasser- und Abwasserzweckverband Oberharz Berliner Wasserbetriebe Einsatzgebiete Druckleitungen Bewertung problematische Schlaucheinbringung Fremdkörper im Kanal Chemisch / Biologische Verfahren

78 Oxidation durch Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Wasserstoffperoxid ist ein starkes Oxidationsmittel neben Sulfid werden auch andere Geruchsstoffe oxidiert Sauerstoff kann für aerobe Abbauprozesse genutzt werden Erfordernisse Platz für die Dosieranlage Möglichkeit der Zudosierung Strom für den Betrieb Entlüftung des Lagerortes Handhabung Wassergefährdungsklasse 1 (WGK 1) Gefahrgut: Kennzeichnungspflicht im Straßenverkehr ph Wert 1 (ätzend) Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Explosionsgefahr Nebenwirkung begrenzte Haltbarkeit (Produkt zersetzt sich) Besonderheiten Explosionsgefahr durch Peroxidbildung Einsatzgebiete Freispiegelleitung, Pumpwerk Bewertung gute Wirksamkeit sehr problematische Handhabung Anlage Chemisch / Biologische Verfahren

79 Anlage / Aufbau Dosierung von Wasserstoffperoxid Chemisch / Biologische Verfahren Dosierung von Wasserstoffperoxid

80 Fällung mit Eisensalz / Eisensalzlösungen /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Selektives, chemisches Verfahren Bildung von elementarem Schwefel und schwerlöslichem Eisensulfid - Sulfide werden unabhängig von der Bindungs- o- der Wertigkeitsstufe des Eisensalzes direkt chemisch gebunden nachhaltiges Verfahren, da der Schwefel gebunden wird und in den unteren Haltungen nicht mehr zur Geruchs- und Korrosionsentwicklung beitragen kann organische Schwefelverbindungen bleiben weitestgehend unberührt kurze Reaktionszeiten zusätzliche Schlamm muss abgetrennt werden (Kläranlage) Erfordernisse Platz für die Dosieranlage des Flüssigprodukts Möglichkeit der Zudosierung an einem Ort, wo noch kein H 2 S in die Gasphase ausgetreten ist Stromanschluss Wasseranschluss für die Reinigung Handhabung Wassergefährdungsklasse 1 (WGK 1) Gefahrgut: Kennzeichnungspflicht im Straßenverkehr ph Wert 1 (ätzend) Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Nebenwirkung Schlammablagerungen im Kanalnetz und in Druckleitungen möglich schlechtes Absetzverhalten des Eisensulfids bedingt Weiterleitung bis in den biologischen Teil der Kläranlage Eisen wird oxidiert und steht zur Phosphatfällung zur Verfügung bei dreiwertigem Eisen und Überdosierung auch P-Fällung im Netz möglich Besonderheiten Anwendung bei ph < 6 nicht wirksam Wirkung nur auf Schwefelwasserstoff, nicht auf andere Geruchsstoffe gute Anpassung der Dosiermenge möglich, da strenge stöchiometrische Reaktion der Eisensalze mit den Sulfiden und keine Konkurrenzreaktionen im Abwasser Produkte Eisen-II-sulfat Eisen-II-chlorid-Lösung und Eisen-III-chlorid-Lösung Eisen-III-chloridsulfat-Lösung Einsatzgebiete Freispiegelleitungen, Druckleitungen, Pumpwerke Bewertung gute Wirksamkeit, auch unterhalb der Dosierstelle Vorschriften für die Handhabung beachten Anlage / Aufbau Beispiel Chemisch / Biologische Verfahren

81 Anlage / Aufbau Dosierung von Eisensalzen IBC Box zur Dosierung von FERRIFLOC, HKT Kunststoff Rundbehälter, aus PEHD als Auffangwanne /THIELEMANN (2001)/ Chemisch / Biologische Verfahren Dosierung von Eisensalzen

82 Beispiel Dosierung von Eisen(III)-chloridsulfatlösung - FERRIFLOC Parameter der Teststrecke Länge DN Q t R V Dosiermenge [m] [mm] [m³/d] [h] [m³] [kg/m³] ) 9,6 38,9 0,42 1) Abwasseranfall 2002 H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung ohne Maßnahmen H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung bei Dosierung von FERRIFLOC H 2S - Gehalt [ppm] H 2S - Gehalt [ ppm] Montag Mittwoch Freitag Sonntag Wochentag Montag Mittwoch Freitag Sonntag Wochentag Chemisch / Biologische Verfahren Dosierung von Eisensalzen

83 Fällung mit Eisenhydroxidschlamm /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Bildung von elementarem Schwefel und schwerlöslichem Eisensulfid - Sulfide werden unabhängig von der Bindungsoder Wertigkeitsstufe des Eisensalzes direkt chemisch gebunden nachhaltiges Verfahren, da der Schwefel gebunden wird und in den unteren Haltungen nicht mehr zur Geruchs- und Korrosionsentwicklung beitragen kann organische Schwefelverbindungen bleiben weitestgehend unberührt zusätzliche Schlamm muss abgetrennt werden (Kläranlage) Erfordernisse kontinuierlicher Anfall oder Zwischenspeicher Platz für die Dosieranlage des Flüssigprodukts Rührwerk (bei Wasserwerkschlamm) Möglichkeit der Zudosierung an einem Ort, wo noch kein H 2 S in die Gasphase ausgetreten ist Stromanschluss Wasseranschluss für die Reinigung Handhabung nicht wassergefährdend (WGK 0) kein Gefahrgut neutraler ph Wert Gefahrenpotenzial ist vernachlässigbar Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Nebenwirkung Schlammablagerungen im Kanalnetz und in Druckleitungen möglich Schlechtes Absetzverhalten des Eisensulfids bedingt Weiterleitung bis in den biologischen Teil der Kläranlage Eisen wird oxidiert und steht zur Phosphatfällung zur Verfügung Besonderheiten Anwendung bei ph < 6 nicht wirksam Wirkung nur auf Schwefelwasserstoff, nicht auf andere Geruchsstoffe Anpassung der Dosiermengen gut möglich, da Reaktion zwischen Eisensalzen und Sulfiden stöchiometrisch verläuft, Konkurrenzreaktionen treten nicht auf Produkte Wasserwerkschlamm Anlage Beispiel Aufbereiteter Wasserwerkschlamm Anlage Beispiel Einsatzgebiete Freispiegelleitungen, Druckleitungen, Pumpwerke Bewertung Zusätzliche Feststoffe Transport / Entfernung zur Dosierstelle Chemisch / Biologische Verfahren

84 Anlage / Aufbau Dosierung aufbereitetem Wasserwerkschlamm GoSil -O-Mat zur Dosierung von GoSil 100 Produkteigenschaften von GoSil : - rotbraune, niedrigviskose Suspension - ph-wert ca. 3 - Eisengehalt mind. 50 mg/l - toxikologisch und ökologisch unbedenklich - unterliegt keinen Transportvorschriften Chemisch / Biologische Verfahren Dosierung von Eisenhydroxidschlamm

85 Beispiel Dosierung von aufbereitetem Wasserwerkschlamm GoSil 100 Parameter der Teststrecke Länge DN Q t R V Dosiermenge [m] [mm] [m³/d] [h] [m³] [kg/m³] ) 9,6 38,9 0,91 1) Abwasseranfall 2002 H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung ohne Maßnahmen H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung bei Dosierung von GoSil H 2S - Gehalt [ppm] H2S - Gehalt [ppm] Montag Mittwoch Freitag Sonntag Wochentag 0 Donnerstag Sonnabend Montag Mittwoch Wochentag Chemisch / Biologische Verfahren Dosierung von Eisenhydroxidschlamm

86 Anlage / Aufbau Dosierung von Wasserwerkschlamm /DAMMAN (2000)/ Chemisch / Biologische Verfahren Dosierung von Eisenhydroxidschlamm

87 Beispiel Dosierung von Wasserwerkschlamm /DAMMAN (2002)/ Parameter des Einsatzgebietes und der Dosierung: - ausgedehntes Druckentwässerungssystem mit anschließendem Freispiegelkanal - Geruchsemissionen an Pumpwerken und Druckrohrleitungseinmündungen - Eisenschlamm kommt aus Grundwasserwerk (2.500 m³/a, 5-8% Feststoffgehalt) - weitgehende Reduktion des dreiwertigen Eisens, Oxidation eines Teils des Sulfids und Fällung des gelösten Sulfids durch zweiwertiges Eisen auf 30 Minuten Fließweg - Bau der Dosierstation auf dem Gelände des Wasserwerks - Befüllung des Vorlagebehälters erfolgt automatisch, wobei Grobstoffe abgetrennt werden - permanente Homogenisierung des Schlammes durch Rührwerke - dosierte Feststofffracht wird über magnetische-induktive Durchflussmessung und Sonde zur Feststoffmessung ermittelt - Dosierung erfolgt nach ausgearbeiteter Tagesganglinie des Eisenbedarfs zur Sulfidbindung H 2 S - Entwicklung in der Druckrohrleitung bei Dosierung von Wasserwerkschlamm 100 Schwefelwasserstoff [ppm] Eisenschlammdosierung 0 00:00 08:00 16:00 00:00 08:00 16:00 00:00 08:00 16:00 Zeit [h] Chemisch / Biologische Verfahren Dosierung von Eisenhydroxidschlamm

88 Anhebung des ph - Wertes /NACH ATV-DVWK-M 154 (2003)/ Wirkungsweise Dissoziationsgleichgewicht von Schwefelwasserstoff wird durch die ph Wertanhebung (' 9) verschoben, wodurch wenig oder kein strippbarer Schwefelwasserstoff mehr vorliegt (siehe Bild) organische Schwefelverbindungen bleiben weitestgehend unberührt Vermeidung der Sulfidbildung bei ph Werten > ca.9 kurze Reaktionszeiten Erfordernisse Platz für die Dosieranlage des Flüssigprodukts Möglichkeit der Zudosierung an einem Ort, wo noch kein H 2 S in die Gasphase ausgetreten ist Stromanschluss Wasseranschluss für die Reinigung Handhabung Wassergefährdungsklasse 1 (WGK 1) Gefahrgut: Kennzeichnungspflicht im Straßenverkehr ph Wert ( 10 (ätzend) Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Nebenwirkung andere Geruchsstoffe können ggf. ausstrippen, da sich das Dissoziationsgleichgewicht anderer Abwasserbestandteile (z.b. Ammoniak) ebenfalls ändert Ausfällungen in Abhängigkeit vom ph Wert möglich Einfluss auf die Abwasserreinigung möglich Besonderheiten keine Wirkung auf bereits vorliegende Sulfidmengen bei Absenkung des ph Wertes durch Verdünnung mit frischem Abwasser und Versäuerung im anaeroben Milieu, verlagert sich der Ort der Geruchsentwicklung und weitere Dosierstellen sind ggf. notwendig. Wirkung nur auf Schwefelwasserstoff, nicht auf andere Geruchsstoffe Stöchiometrische Überdosierung notwendig, da Fällungsreaktionen mit anderen Abwasserinhaltsstoffen möglich Produkte Natriumaluminat NaAl(OH) 4 Natronlauge NaOH (Wirtschaftlichkeit prüfen; aus Gewässerschutzgründen fraglich, da Aufsalzung des Abwassers stattfindet) Kalkmilch Ca(OH) 2 (Einsatzmengen 60 bis 80 g Kalk / m³ Abwasser [König u.a. 1983]) Einsatzgebiete Freispiegelleitungen, Druckleitungen, Pumpwerke Bewertung nicht wirksam bei anschließenden Zusammenflüssen Gefahr der Ausstrippung von Ammoniak Chemisch / Biologische Verfahren

89 Kombination von ph - Wert - Anhebung und Fällmitteleinsatz: ABS Kanalprogramm Wirkungsweise Dissoziationsgleichgewicht von Schwefelwasserstoff wird durch die ph Wertanhebung verschoben, wodurch wenig oder kein strippbarer Schwefelwasserstoff mehr vorliegt Vermeidung der Sulfidbildung bei ph Werten > ca.9 Abtötung der Sielhaut Bildung von schwerlöslichem Eisensulfid durch Zugabe von Eisensalzen Erfordernisse Platz für die Dosieranlage des Flüssigprodukts Stromanschluss Wasseranschluss für die Reinigung Handhabung Wassergefährdungsklasse 1 (WGK 1) Gefahrgut: Kennzeichnungspflicht im Straßenverkehr ph Wert < 14 (ätzend) R-Sätze: R22, R34, R 35 Beachtung der gesetzlichen Vorschriften zur Lagerung wassergefährdender Stoffe (WHG, VAwS) Nebenwirkung geringere Aufsalzung des Abwassers als bei Einsatz von Eisenprodukten geringe Schlammbildung als bei Einsatz von Eisenprodukten geringe Phosphatfällung, da geringe Dosiermengen an FeCl 3 und Aluminium Besonderheiten Behandlung von bereits angefaultem Abwasser möglich Wirkung nur auf Schwefelwasserstoff, nicht auf andere Geruchsstoffe Produkte Natriumaluminatlösung NaAl(OH) 4 Eisen(III)-chlorid-Lösung Einsatzgebiete Freispiegelleitungen, Druckleitungen, Pumpwerke Bewertung Vorschriften für die Handhabung beachten nur eingeschränkte Wirksamkeit an der Versuchsstrecke bewährtes Produkt an anderen Standorten Anlage / Aufbau Beispiel Chemisch / Biologische Verfahren

90 Anlage / Aufbau ABS Kanalprogramm (Abwassertechnisches Beratungs- und Servicebüro Steding) Chemisch / Biologische Verfahren ABS - Kanalprogramm