Geruchsbelastungen aus industriellen Abwässern

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1 Dieser Vortrag darf unter Nennung der Quelle gern weiterverwendet/weitergegeben werden. DWA WasserWirtschafts-Kurs P/5 Behandlung von Industrie- und Gewerbeabwasser Kassel, 1. bis 3. März 2017 Geruchsbelastungen aus industriellen Abwässern Folie 1 GreenTec Awards WINNER 2016 Water & Sewage Franz-Bernd Frechen, Universität Kassel Obmann DWA FA KA 14 Emissionen von Abwasseranlagen Vice Chair, IWA Specialist Group Odour and Volatile Emissions Sprecher, VDI-Richtlinie 3885/1 und Bundessieger Gesellschaft

2 Überblick Einführung: Drei Vorbemerkungen Jeder weiß was Kann man Geruch überhaupt messen? Geruch = Schwefelwasserstoff (= Korrosion) Flüssigkeiten sind oft die originären Quelle von Gerüchen wie messen? Strategien zur Vermeidung und Verminderung von Geruch und Korrosion Bauliche und technische Maßnahmen Anwendungen und Beispiele Hinweise zur Identifikation reale Fälle Folie 2

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

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

5 Kann man Geruch überhaupt messen? Die Geruchsstoffkonzentration c od einer zu untersuchenden Gasprobe entspricht zahlenmäßig dem Verdünnungsverhältnis zwischen geruchsneutraler Luft und der zu untersuchenden Luft, welches notwendig ist, um die Geruchsschwelle zu erreichen. Geruchsschwelle 50 % der Beurteilungen lauten Geruch 50 % der Beurteilungen lauten kein Geruch Geruchsstoffkonzentration c od in Geruchseinheiten pro m³ Luft GE E /m³ Folie 5 DIN EN 13725:2003 Bestimmung der Geruchsstoffkonzentration durch Olfaktometrie

6 Olfaktometer (hier: 4-Platz-Gerät) Geruchsneutrale Luft Verdünnte Mischung Probe PC und Protokolldrucker Frechen Frechen/Franke Folie 6

7 Wirkung von Gerüchen Gesundheit, Wohlbefinden Stärke der Geruchsempfindung Gesundheitsbeeinträchtigung Gesundheitsgefährdung Unbehagen Belästigung Krankheit Tod Fall B: Geruchsstoff Fall A: kein Geruchsstoff (Geruchs) Stoffkonzentration Geruchsschwelle Fall C: H 2 S Folie 7

8 Geruch das ist doch Schwefelwasserstoff H 2 S? H 2 S ist ein in Abwassersystemen üblicher und bedeutender Geruchsstoff, der bei Faulvorgängen ohne Sauerstoff entsteht H 2 S ist sehr geruchsintensiv: 1 ppm H 2 S GE E /m 3 H 2 S kann erhebliche Schäden anrichten Frechen Wenn H 2 S vorhanden Geruch vorhanden, aber: Wenn kein H 2 S vorhanden, kann es dennoch stinken! Folie 8

9 H 2 S ist ein Teil des Geruchs Schwefelwasserstoff Es reicht also nicht aus, nur H 2 S zu messen! Folie 9

10 Exkurs: Sulfid im Abwasser Anteil (100 %) Folie 10

11 Geruch: H 2 S und NH 3 H2S-Anteil an Sulfid 100% 80% 60% 40% 20% 0% H 2 S NH ph-wert 100% 80% 60% 40% 20% 0% NH3-Anteil an [NH3+NH4] Folie 11 aus Frechen, F.-B.; Poppe, A. (2006): Geruchsentstehung und -verminderungsmaßnahmen in Kanalnetzen in: Aachener Schriften zur Stadtentwässerung, Band 9, "7. Kölner Kanalkolloquium 2006", S. 14/1 bis 14/19. Aachen 2006, ISBN , ISBN

12 Woher kommt der Geruch? Industrie Kanalisation, insbes. Druckrohrleitungen Abwasser- und Schlammbehandlung und entsorgung Hauptgeruchsstoff: Schwefelwasserstoff H 2 S Folie 12

13 Vorgänge im Kanal Sauerstoffaufnahme Sinkt bei zu geringer Sauerstoffaufnahme die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Abwasser ab (< 0,1 mg/l), so bilden sich gelöste Sulfide, HS - und H 2 S H 2 S wird emittiert Diffusion von Sulfiden Lohse 1986, zitiert in ATV-DVWK-M 154 (2003), modifiziert Folie 13

14 Geruchsstoffe in Abwässern Geruchsstoff- Eintrag infolge Produktion Geruchsstoff- Entstehung im Abwasser Geruchs- Stoffe im Abwasser Übergang in die Kanalluft Austritt aus dem Kanal ins Freie Geruchsbelastung Geruchsbelästigung Folie 14 Je weiter links in der Prozesskette gemessen wird, desto größer sind die Einflußmöglichkeiten! Konsequenz: im Abwasser messen (und nicht erst in der Kanalluft!)

15 Noch ein Grund, im Abwasser zu messen: Normaler Kanal mit natürlicher Lüftung über die Schächte... Irgendein Messgerät (z.b. H 2 S g ) l = niedriger Luftdruck h = hoher Luftdruck h l Geruch l Geruch h Folie 15

16 Noch ein Grund, im Abwasser zu messen: Normaler Kanal mit natürlicher Lüftung über die Schächte... Irgendein Messgerät (z.b. H 2 S g ) l = niedriger Luftdruck h = hoher Luftdruck h l Geruch l Geruch h Folie 16

17 Messung von Geruchsstoffen in Flüssigkeiten GeruchsEmissionsPotenzial in Geruchseinheiten pro m³ Flüssigkeit GE E /m³ Flüssigkeit Das GeruchsEmissionsPotenzial GEP einer Flüssigkeit ist die Gesamtmenge an in einer Flüssigkeit enthaltenen Geruchsstoffen, die unter standardisierten Bedingungen aus der Flüssigkeit ausgetrieben werden können. Charakterisierung von Flüssigkeiten z.b. benötigt zur Beurteilung der Geruchsrelevanz & Identifizierung des Problems zur Einleitbegrenzung von Geruchsstoffen zur Beurteilung der Wirksamkeit der Chemikalienzugabe VDI-Richtlinie 3885 Blatt 1 GEP-Messung diese Jahr im Weißdruck! Folie 17

18 GEP-Messung: Geräte Gasaustrag / Probenahmestelle Luftraum < 15 Liter Flüssigkeit Volumen 30 Liter Membran- Tellerbelüfter (feinblasig) Luftzufuhr ca. 0,3 m Frechen Folie 18

19 GEP-Messung: Auswertung Folie 19 Geruchsstoffkonzentration c in GEE/m 3 od in E /m Luft 3 Luft Strippluft-Volumen Luftmenge in Liter in Liter Olfaktometrische olfaktometrische Meßwerte Meßergebnisse berechnet berechnet GEP = (c od -c 100 )/V p dv L Versuchsdauer Test-Dauer mit V p = 30 L extrapoliert

20 H 2 S kann Geruch als Parameter nicht ersetzen! Kommunaler Sammelkanal Fleischindustrie-Abwasser Geruch GEP: GE E /m 3 Flüssigkeit Geruch GEP: GE E /m 3 Flüssigkeit H 2 S Dimethylsulphid H 2 S Folie 20

21 Normen zur Geruchsmessung CEN/TC 264/WG 2 seit 12/1991: Standardisierung der sensorischen Geruchsmessung mit Hilfe von Testpersonen In 2003 europäische Norm: DIN EN Seit 2012 Überarbeitung VDI-Richtlinie 3885/1 seit 10/2010: Messung des Geruchsstoffemissionspotenzials von Flüssigkeiten VDI 3885/1 in 2016 verabschiedet, soll 2017 im Weißdruck erscheinen CEN/TC 264/WG 41 seit 10/2015: Geruchsquantifizierung mit Sensorsystemen Aufwand (nur Sitzungen ohne Vorbereitungszeit) ca 8 Ad/a Folie 21

22 Ergebnisse von GEP-Messungen 1. Charakterisierung von Flüssigkeiten bezüglich ihrer Geruchsrelevanz Abwasser: ( ) GE E /m 3 Flüssigkeit Frischer Überschußschlamm: ( ) GE E /m 3 Flüssigkeit Filtrat stabilisierter Schlamm: ( ) GE E /m 3 Flüssigkeit Filtrat Rohschlamm: (bis ) GE E /m 3 Flüssigkeit Werte über GE E /m 3 Flüssigkeit im Kanal gelten als kritisch aber: STARK ABHÄNGIG von der Umfeldsituation!! Folie 22

23 Druckrohrleitungen: Beispiel aus einer Kommune GEP in GE E /m 3 Flüssigkeit y = 90117x ,9 R² = 0,9805 Da in Druckrohrleitungen kein freier Wasserspiegel existiert, über den eine Belüftung des Abwassers erfolgen könnte, ist das Milieu sehr schnell anaerob: Bildung von H 2 S und anderen Geruchsstoffen! Daher auch bei eigentlich harmlosem Abwasser sehr schnell starker Anstieg des GEP (bis zu mehreren Mio GE E /m 3 ) Beispiel: unkritisches kommunales Abwasser nach unterschiedlich langer Aufenthaltszeit in einer Druckrohrleitung Aufenthaltszeit Druckrohrleitung in h Folie 23

24 Ergebnisse von GEP-Messungen 1. Charakterisierung von Flüssigkeiten bezüglich ihrer Geruchsrelevanz 2. Charakterisierung von verschiedenen bisher gemessenen industriellen Abwässern (Grenzwertfestlegung + Überwachung (bald) nach VDI 3885/1 möglich) Brauerei: Chemische Industrie: Papierindustrie: Gerberei: Fleischindustrie: Hefeindustrie: bis GE E /m 3 Flüssigkeit bis GE E /m 3 Flüssigkeit bis GE E /m 3 Flüssigkeit bis GE E /m 3 Flüssigkeit bis GE E /m 3 Flüssigkeit bis GE E /m 3 Flüssigkeit Folie 24

25 Wesentliche Prinzipien im Kanal Einleitung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern Bildung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern: Bildung von Sulfid verhindern Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten, Milieu in der Sielhaut nicht anaerob werden lassen: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Bildung der Geruchsstoffe verhindern -> Anaerobe Zustände vermeiden, Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Hat sich bereits Sulfid gebildet: Ausfällen, z.b. durch Dosieren von Eisensalzen, Eisenhydroxidschlamm Haben sich bereits Geruchsstoffe gebildet: Oxidieren, z.b. durch Dosieren von Wasserstoffperoxid H 2 O 2 o.ä. Maskierung (?) Folie 25

26 Wesentliche Prinzipien im Kanal Einleitung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern Bildung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern: Bildung von Sulfid verhindern Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten, Milieu in der Sielhaut nicht anaerob werden lassen: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Bildung der Geruchsstoffe verhindern -> Anaerobe Zustände vermeiden, Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Hat sich bereits Sulfid gebildet: Ausfällen, z.b. durch Dosieren von Eisensalzen, Eisenhydroxidschlamm Haben sich bereits Geruchsstoffe gebildet: Oxidieren, z.b. durch Dosieren von Wasserstoffperoxid H 2 O 2 o.ä. Maskierung (?) Folie 26

27 Wesentliche Prinzipien im Kanal Einleitung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern Bildung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern: Bildung von Sulfid verhindern Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten, Milieu 1 in der Sielhaut nicht anaerob werden lassen: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Bildung der Geruchsstoffe verhindern -> Anaerobe Zustände vermeiden, Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Hat sich bereits Sulfid gebildet: Ausfällen, z.b. durch Dosieren von Eisensalzen, Eisenhydroxidschlamm Haben sich bereits Geruchsstoffe gebildet: Oxidieren, z.b. durch Dosieren von Wasserstoffperoxid H 2 O 2 o.ä. Maskierung (?) Folie 27

28 Wesentliche Prinzipien im Kanal Einleitung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern Bildung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern: Bildung von Sulfid verhindern Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten, Milieu 1 in der Sielhaut nicht anaerob werden lassen: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Bildung der Geruchsstoffe verhindern -> Anaerobe Zustände vermeiden, Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Hat sich bereits Sulfid gebildet: Ausfällen, z.b. durch Dosieren von Eisensalzen, Eisenhydroxidschlamm 2 Haben sich bereits Geruchsstoffe gebildet: Oxidieren, z.b. durch Dosieren von Wasserstoffperoxid H 2 O 2 o.ä. Maskierung (?) Folie 28

29 Wesentliche Prinzipien im Kanal Einleitung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern Bildung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern: Bildung von Sulfid verhindern Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten, Milieu 1 in der Sielhaut nicht anaerob werden lassen: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Bildung der Geruchsstoffe verhindern -> Anaerobe Zustände vermeiden, Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Hat sich bereits Sulfid gebildet: Ausfällen, z.b. durch Dosieren von Eisensalzen, Eisenhydroxidschlamm 2 Haben sich bereits Geruchsstoffe gebildet: Oxidieren, z.b. durch Dosieren von Wasserstoffperoxid H 2 O 2 o.ä. Maskierung (?) 3 Folie 29

30 Wesentliche Prinzipien im Kanal Einleitung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern Bildung von Sulfid/Geruchsstoffen verhindern: Bildung von Sulfid verhindern Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten, Milieu 1 in der Sielhaut nicht anaerob werden lassen: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Bildung der Geruchsstoffe verhindern -> Anaerobe Zustände vermeiden, Sauerstoffgehalt ausreichend hoch halten: Dosieren von z.b. Nitratverbindungen ( CaNO 3 etc.), O 2, Luft... Hat sich bereits Sulfid gebildet: Ausfällen, z.b. durch Dosieren von Eisensalzen, Eisenhydroxidschlamm 2 Haben sich bereits Geruchsstoffe gebildet: Oxidieren, z.b. durch Dosieren von Wasserstoffperoxid H 2 O 2 o.ä. Maskierung (?) 3 Folie 30

31 Warum Dosierregelung? Folie 31

32 Warum Dosierregelung? Chemikalien- Verbrauch 100 % Folie 32

33 Warum Dosierregelung? Chemikalien- Verbrauch 100 % 63 % Folie 33

34 Warum Dosierregelung? Chemikalien- Verbrauch 100 % 63 % 42 % Folie 34

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

36 Sensor Folie 36

37 Forschung in Berlin, Hannover Frechen DESEE DESEE Folie 37

38 Erster SGM in Hannover Frechen DESEE DESEE Folie 38

39 Erster SGM in Hannover Folie 39

40 Sulfid und Geruch Sensorwert / Sulfid [10 mg/l] Sensor S1 MW aus 11 ohne Spülung Sulfid x 10 Datum / Uhrzeit Folie 40

41 Was kann ein SGM entscheiden? H 2 S vorhanden J FeCl 2 dosieren N GEP > Sollwert J H 2 O 2 dosieren N okay Folie 41

42 Von der Steuerung... SGM Störgrößenmessung Ausstripp- Reaktoren Dosierstoff-Tank Dosierstoff- Ventil Gasanalyse-Geräte SGM Regelgrößenmessung SGM Ausstripp- Reaktoren Reglereinheit Probenstrom- Zuführung Probenstrom- Zuführung Folie 42

43 ... zur Regelung Übergeordnete selbstlernende Regeleinheit SGM Regelgrößenmessung SGM SGM Störgrößenmessung Ausstripp- Reaktoren Dosierstoff-Tank Dosierstoff- Ventil Gasanalyse-Geräte Reglereinheit Ausstripp- Reaktoren Probenstrom- Zuführung Probenstrom- Zuführung Folie 43

44 Emissionsminderung Übersicht Minderungsmaßnahmen minimize impact minimize emission onsite nose clamps transmission walls, trees location, distance emission condition s stack, chimney combat symptoms collection of air encapsulate exhaust air treat air so called simple measures for minimization / avoidance odour emissio n odour generatio n combat causes Folie 44

45 Emissionsminderung Übersicht Minderungsmaßnahmen onsite nose clamps transmission walls, trees location, distance emission condition s stack, chimney combat symptoms collection of air encapsulate exhaust air treat air so called simple measures for minimization / avoidance odour emissio n odour generatio n combat causes Folie 45

46 Emissionsminderung Übersicht Minderungsmaßnahmen nose clamps walls, trees location, distance stack, chimney combat symptoms collection of air encapsulate exhaust air treat air so called simple measures for minimization / avoidance odour emissio n odour generatio n combat causes Folie 46

47 Emissionsminderung Übersicht Minderungsmaßnahmen collection of air encapsulate so called simple measures for minimization / avoidance combat symptoms exhaust air treat air odour emission odour generation combat causes Folie 47

48 Abluftfortleitung Hundertwasser-Kamin Laternen-Kamine (Stadt Wien) Folie 48

49 Emissionsminderung Übersicht Minderungsmaßnahmen odour emission odour generation combat symptoms combat causes Folie 49

50 Ablufterfassung Korrosionsschutz ergreifen (auch ein hoher Luftwechsel schützt nicht vor Korrosion) Luftwechsel ausreichend groß wählen je nach Anwendung (begehbare/nicht begehbare Räume) 2-facher bis 20- facher Luftwechsel pro Stunde Unterdruck auch bei Windsog sicherstellen bei belüfteten Anlagen mit ausreichender Reserve absaugen Befüllgeschwindigkeit beachten Ex-Schutz beachten Elektro und Mechanik Sicherheitskonzept Mehrfachnutzung der Luft anstreben zur Minimierung der zu behandelnden Abluftmengen Absaugungs- und Abluftbehandlungsgesamtkonzept entwickeln Folie 50

51 Kapselung Folie 51

52 Kanalfilter: Kapselung oder Abluftbehandlung? In den Schacht eingehängte Aktivkohle- oder Biofilter Verschluss des Luftweges über Klappe Wassertasse Schwimmer Keine Zwangsdurchlüftung, basieren auf natürlicher Lüftung Folie 52

53 Kanalfilter: Kapselung oder Abluftbehandlung? Frechen Näheres siehe IKT Warentest Kanalfilter und Präsentation Frechen vom auf unter Publikationen - Vorträge (QR-Code rechts) Frechen Folie 53

54 Kanalfilter: Kapselung oder Abluftbehandlung? Frechen Frechen Folie 54

55 Schachtfilter: Geruchsmessungen Filterelement Geruchsstoffkonzentrationen roh- und reingasseitig des Schachtbiofilters Reingas in GE E /m y = 0,3657x R² = 0,7046 Folie Rohgas in GE E /m 3

56 Ablufterfassung Folie 56

57 Ablufterfassung Folie 57

58 Ablufterfassung Korrosion Folie 58

59 Ablufterfassung Absaugkonzept Gesamt-Abluft Hoher Volumenstrom, belastet Zuluft FALSCH Container Zuluft Folie 59

60 Ablufterfassung Absaugkonzept Gesamt-Abluft Hoher Volumenstrom, belastet Zuluft FALSCH Container Zuluft Hallen-Abluft Mäßiger Volumenstrom, Kaum/nicht belastet Zuluft RICHTIG Schürze Container Container-Abluft Geringer Volumenstrom, stark belastet Zuluft Folie 60

61 Bitte unter dem QR-Code nachsehen Abluftbehandlung... siehe Folie 61

62 Bitte unter dem QR-Code nachsehen Chemisch Physikalisch Biologisch Folie 62

63 Identifikation über Windrichtung Alle Windrichtungen % 4% 3% 2% % % Folie 63

64 Identifikation über Windrichtung Alle Windrichtungen % 4% 3% 2% % Kläranlage % Industriebetrieb Folie 64

65 Identifikation über Windrichtung WR mit Geruch (0,8-fach) Alle WR (6-fach) Am Gänselehen , 08:41-08: % % 10% Kläranlage % Industriebetrieb Folie 65

66 Identifikation über VOC-Bestimmung Immissionsort: Passivsammler Hintergrundbelastung 3 Monate Folie 66

67 Identifikation über VOC-Bestimmung Immissionsort: Aktivprobenahme während Belästigung Folie 67

68 Identifikation über VOC-Bestimmung Möglicher Emissionsort: Aktivprobenahme an einer Quelle Folie 68

69 Rechtliche Aspekte Emissionen Bundes-Immissionsschutzgesetz 1974 / 2002 TA Luft 1974 / 1986 / 2002 mit der Forderung: Emissionskonzentration < 500 GE E /m 3 Immissionen Raffinerie-Richtlinie 1970 Durchführungserlaß zur TA Luft 1986 Abstandserlaß für die Bauleitplanung in NRW 1998 Geruchsimmissions-Richtlinie GIRL aus 1998, zuletzt vom LAI beraten in 2008, mit der Forderung: Anteil der Jahresstunden mit Geruch < 15% / 10% Folie 69

70 Und zum Schluss Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Diese (und mehr) Vortragsfolien können Sie downloaden: Folie 70