Die vorliegende Arbeit befasst sich, zur Abschätzung eines energetischen Nutzens des im Rechengut enthaltenen Kohlenstoffs, mit der Entwicklung einer Methode zur repräsentativen Beprobung von Rechengut kommunaler Kläranlagen sowie der anschließenden Bilanzierung des enthaltenden Kohlenstoffgehalts. Der energetische Nutzen des Rechenguts zur anaeroben Faulung wird anhand des bilanzierten Kohlenstoffgehalts beurteilt.
Hierfür wurde zunächst eine Literaturstudie zu den gängigen Rechenarten, dem durchschnittlichen kommunalen Rechengutanfall sowie den vorhandenen Beprobungsmethoden in den Fachbereichen Boden und Abfall. Zusätzlich wurden die deutschen Wasserverbände zu Beprobungsverfahren und durchschnittlichen Rechengutanfall befragt.
Aus den Ergebnissen der Literaturstudie und der Erhebung bei den Wasserverbänden wurde ein Beprobungskonzept iin Anlehnung an die LAWA Richtlinie PN 98 sowie ein Beprobungsgerät entwickelt. Dieses Konzept wurde auf der Kläranlage Aachen - Soers validiert. Gemäß dem entwickelten Konzept werden Proben entnommen und entsprechend den Normen DIN EN 15934 und 15935 auf ihren Trockenrückstand und Glühverlust untersucht und in den Parameter "TOC" umgerechnet. Die Ergebnisse bestätigen die Anwendbarkeit des entwickelten Beprobungskonzepts. Die Ergebnisse zeigen weiterhin das Rechengut grundsätzlich für eine regenerative Nutzung in der Biogasproduktion eingesetzt werden kann.
Das Beprobungskonzept, das Beprobungsgerät, die Beprobungsergebnisse sowie die Voraussetzungen zur Anwendung von Rechengut als regenerativer Energieträger sind Bestandteil dieser Arbeit.
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
1 Literaturstudie
1.1 Definition Rechengut
1.1.1 Rechengutwaschpresse
1.2 Rechentypen
1.2.1 Mitstromrechen
1.2.1.1 Vorwärtsgeräumte Steilrechen
1.2.1.2 Filterstufenrechen
1.2.1.3 Kranbahngreiferrechen
1.2.2 Gegenstromrechen
1.2.2.1 Doppellenkerrechen
1.2.2.2 Rückwärtsgeräumte Steilrechen
1.2.3 Spiralsiebrechen
1.3 Rechengutanfall auf Kläranlagen
1.3.1 Ausbaugröße der Kläranlage
1.3.2 Zeitlicher Verlauf des Rechengutanfalls innerhalb von 24 Stunden
1.3.3 Abhängigkeit des Rechengutanfalls von der Öffnungsgeometrie
1.3.4 Zusammenfassung der Ergebnisse zum Rechengutanfall
1.4 Analyseparameter zur Charakterisierung des Rechengutes
1.4.1 Total Organic Carbon und Dissolved Organic Carbon
1.4.1.1 Trockenrückstand
1.4.1.2 Glühverlust
1.4.2 Chemischer Sauerstoffbedarf
1.4.3 Biochemischer Sauerstoffbedarf in fünf Tagen
1.5 Richtlinien zur Vorgehensweise zur Beprobung von Abfall und Haufwerken
1.5.1 LAGA - Richtlinie PN 98
1.5.1.1 Anwendungsbereich
1.5.1.2 Strategie der Probenahme
1.5.1.3 Durchführung der Probenahme
1.5.1.4 Konservierung, Verpackung und Transport
1.5.2 Übertragbarkeit auf die Beprobung von Rechengut
1.6 Regenerative Energiegewinnung durch anaerobe Faulung
2 Vergleich der praktischen Vorgehensweise bei der Rechengutbeprobung durch Kläranlagenbetreiber
2.1 Ergebnisse aus der Befragung
3 Erstellung eines Konzeptes zur Beprobung des Rechengutes
3.1 Strategie der Probenahme
3.2 Festlegung des Untersuchungsumfangs
3.2.1 Mindestanzahl der Einzel-, Misch- und Laborproben
3.2.2 Mindestvolumen der Einzel- und Laborproben
3.3 Probenahmeplan
3.3.1 Festlegung der Untersuchungsstellen
3.3.2 Probenahmegerät
3.4 Durchführung der Probe
3.4.1 Vermengung der Einzelproben zu Mischproben
3.4.2 Homogenisierung der Probe
3.5 Verjüngung der Proben
3.6 Transport und Konservierung der Laborproben
3.7 Bestimmung der Analyseparameter
4 Anwendung des Konzeptes zur Beprobung des Rechengutes
4.1 Festlegung des Untersuchungsumfangs und –stellen
4.2 Probenahmegerät
4.3 Probenentnahme von Einzelproben
4.4 Vermengung der Einzelproben zur Mischproben
4.5 Verjüngung der Mischproben zu Laborproben
4.6 Transport
5 Analyse der gewonnenen Proben
5.1 Ermittlung des Trockenrückstandes
5.2 Ermittlung des Glühverlusts
5.3 Diskussion der Analyseergebnisse
6 Kohlenstoffbilanz des Rechengutes
7 Empfehlungen
8 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Masterarbeit zielt auf die Entwicklung einer standardisierten Methode zur repräsentativen Beprobung von Rechengut aus kommunalen Kläranlagen ab, um dessen Kohlenstoffgehalt zu bilanzieren und den energetischen Nutzen für die anaerobe Faulung zu bewerten.
- Entwicklung eines repräsentativen Beprobungskonzepts basierend auf der LAGA-Richtlinie PN 98.
- Konstruktion eines elektronisch betriebenen Probenahmegeräts für die Entnahme von Rechengutproben.
- Experimentelle Bestimmung der Parameter Trockenrückstand, Glühverlust und daraus resultierendem TOC.
- Untersuchung der praktischen Vorgehensweise bei der Rechengutbeprobung durch Kläranlagenbetreiber.
- Eignungsprüfung des Rechenguts als Substrat für die anaerobe Faulung mittels Kohlenstoff- und Nährstoffbilanzierung.
Auszug aus dem Buch
1.2 Rechentypen
Rechenanlagen, welche am Zulauf einer Kläranlage angeordnet sind, werden zur Entfernung von gröberen Feststoffen und zum Schutz vor Schäden und Verstopfung der nachfolgenden Anlagenteile wie Maschinen, Pumpen u. ä. eingesetzt (Pinnekamp, 2011; ATV e.V., 1983). Dabei werden sie in Mitstrom- und Gegenstromrechen unterteilt. Für diese Rechenanlagen ist eine Durchgangsweite, der Abstand zwischen den Gitterstäben, zwischen 10 mm und 100 mm in der DIN 19554 festgelegt (Kunz, 1995). Die Rechen können anhand ihrer Durchgangsweiten in Grobrechen, Feinrechen und Feinstrechen eingeteilt werden. In Abbildung 1-3 werden die Unterscheidung sowie die Einsatzorte der Rechentypen gezeigt.
Der Rechengutanfall hängt quantitativ von der Durchgangsweite ab (Kunz, 1995). Grobe Fest- und Schwebstoffe im Abwasser, wie Fäkalstoffe, Toilettenpapier, kürzere Fasern sowie Laub und tote Ratten, werden beim Durchfließen vom Rechen zurückgehalten (ATV e.V., 1983; Pinnekamp, 2011; Kunz, 1995). Wenn die Durchgangsweite kleiner ist als die Ausmaße der Feststoffe oder diese quer zum Rechen angeströmt werden, stellt sich ein Rückhalteeffekt ein. Demzufolge ist die Orientierung zum Rechen beim Anströmen der Feststoffe für die Belegungsintensität des Rechens, vor allem nach dem Räumen von diesem, von Bedeutung. Die Intensität der Rückhaltung verstärkt sich mit zunehmender Belegung des Rechens. Daher wird der Rückhalteeffekt neben der Durchgangsweite und dem Anströmverhalten auch von der Filterfläche des zurückgehaltenen Rechengutes beeinflusst (ATV e.V., 1983). Der Rechengutanfall ist somit auch qualitativ abhängig von der Durchgangsweite.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Literaturstudie: Untersuchung der Grundlagen zu Rechentypen, dem Rechengutanfall und den geltenden Richtlinien zur Probenahme von inhomogenen Abfällen.
2 Vergleich der praktischen Vorgehensweise bei der Rechengutbeprobung durch Kläranlagenbetreiber: Analyse einer Umfrage unter 146 Kläranlagen, die eine fehlende Standardisierung der Beprobung aufdeckt.
3 Erstellung eines Konzeptes zur Beprobung des Rechengutes: Entwicklung eines repräsentativen Beprobungsplans basierend auf der LAGA-Richtlinie unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften von Rechengut.
4 Anwendung des Konzeptes zur Beprobung des Rechengutes: Praktische Umsetzung und Validierung des entwickelten Konzepts am Beispiel der Kläranlage Aachen-Soers.
5 Analyse der gewonnenen Proben: Durchführung der Laboruntersuchungen zur Ermittlung von Trockenrückstand und Glühverlust der entnommenen Proben.
6 Kohlenstoffbilanz des Rechengutes: Berechnung des Kohlenstoffgehalts (TOC) zur Beurteilung der energetischen Verwertbarkeit des Rechenguts.
7 Empfehlungen: Zusammenfassende Bewertung der Eignung des Rechenguts als Gärsubstrat basierend auf den ermittelten Parametern.
8 Zusammenfassung und Ausblick: Resümee der Forschungsergebnisse und Empfehlungen für weiterführende Untersuchungen zur stofflichen Zusammensetzung.
Schlüsselwörter
Rechengut, Rechengutanfall, Feinrechen, Kohlenstoff, Gärung, anaerobe Faulung, Energiegewinnung, Beprobung, Probenahmekonzept, Trockenrückstand, Glühverlust, TOC, Kläranlage, Abfallanalytik, regenerative Energien
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer standardisierten, repräsentativen Methode zur Beprobung von Rechengut aus kommunalen Kläranlagen sowie der Bilanzierung dessen Kohlenstoffgehalts zur energetischen Verwertung.
Welche Themenfelder sind zentral?
Die zentralen Themenfelder umfassen die Abwasserreinigungstechnik (Rechenanlagen), Abfallbeprobungsverfahren nach geltenden Richtlinien wie der LAGA PN 98 und die energetische Nutzung von Biomasse durch anaerobe Faulung.
Was ist das primäre Ziel der Forschung?
Das Ziel ist die Erstellung eines praktikablen Konzepts, um den Kohlenstoffgehalt in Rechengut belastbar zu bestimmen und somit das Potenzial für eine Nutzung in der Biogasproduktion fundiert zu beurteilen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine Literaturstudie mit einer Befragung von Kläranlagenbetreibern kombiniert, gefolgt von der experimentellen Entwicklung und Validierung eines Probenahmegeräts sowie der Analyse der Proben im Labor gemäß DIN-Normen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die theoretischen Grundlagen der Rechentechnik, die Durchführung und Auswertung einer Befragung, die Konzeption der Beprobungsstrategie sowie die praktische Anwendung und die anschließende chemische Laboranalyse.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit?
Charakterisierende Schlüsselwörter sind Rechengut, Probenahme, Kohlenstoffbilanz, anaerobe Faulung, Energiegewinnung und Trockenrückstand.
Wie wurde das Probenahmegerät technisch umgesetzt?
Das Probenahmegerät besteht aus einem Edelstahlrohr, einer angeschweißten Lochsägen-Bohrkrone und einem Adapter für den Antrieb durch eine handelsübliche Bohrmaschine, um Rechengut über die gesamte Containertiefe zu entnehmen.
Welche Rolle spielt die LAGA-Richtlinie PN 98?
Sie dient als Basis für das entwickelte Beprobungskonzept, wobei Kriterien wie Mindestvolumen und Probenanzahl an die spezifischen Bedingungen von Rechengut angepasst wurden, da eine direkte Anwendung aufgrund der Inhomogenität schwierig ist.
Ist Rechengut grundsätzlich für die Biogasproduktion geeignet?
Ja, die Ergebnisse zeigen, dass Rechengut nach der Vorbehandlung in einer Rechengutwaschpresse die notwendigen Grenzwerte für den Trockensubstanzgehalt und den Wassergehalt für eine anaerobe Vergärung erfüllt.
Welche Empfehlung gibt die Autorin für die Zukunft?
Es wird empfohlen, ergänzend zum Kohlenstoffgehalt auch den Stickstoff-, Phosphor- und Schwefelgehalt zu analysieren, um das Nährstoffverhältnis genau zu bestimmen und die Notwendigkeit von Zuschlagstoffen für eine optimale Vergärung zu prüfen.
- Arbeit zitieren
- Cathrin Wittler (Autor:in), 2015, Methoden zur Beprobung von Rechengut kommunaler Kläranlagen und Bilanzierung des Kohlenstoffanteils, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/340106
