Monitoring von Treibhausgasemissionen

Problemstellung:

Kläranlagenbetreiber stehen vor vielen neuen Herausforderungen. Zukünftig sollen unter anderem Sticksoff- und Phosphor-Grenzwerte verschärft und Anlagen möglichst klimaneutral werden. Dabei spielt die Reduzierung von Treibhausgasemissionen (THG), insbesondere der direkten Emissionen (die auf der Kläranlage entstehen) von Lachgas (N₂O) und Methan (CH₄), eine große Rolle. Diese Gase tragen nicht nur erheblich zum Klimawandel bei, sondern deuten auch auf ineffiziente oder gestörte Prozesse in der biologischen Abwasserreinigung hin. Ein bislang unterschätztes Problem, das jedoch zunehmend an Bedeutung gewinnt.

Lachgas ist ein besonders gefährliches Treibhausgas mit einem Klima-wirkungspotenzial, das 265-mal höher ist als das von CO₂. Es ist die bedeutendste ozonschädigende Substanz in der Stratosphäre und entsteht in Kläranlagen vor allem bei der Nitrifikation und Denitrifikation, wenn diese Prozesse ungewollt und/oder unvollständig ablaufen (siehe Abbildung 1).

Viele Forschungsergebnisse zeigen, dass Lachgas oft mehr als 50 % der gesamten Treibhausgasemissionen von Kläranlagen ausmacht!

Warum wir uns damit beschäftigen:

Ein Hinweis auf erhöhte Lachgasemissionen ist eine unzureichende Stickstoffeliminationsleistung(< 90 %). Die Bioserve GmbH beschäftigt sich schon seit über 20 Jahren mit der Optimierung dieser, sowie aller biologischen Prozesse bei der Abwasserbehandlung. Auf der Grundlage von verschiedenen chemischen, physikalischen und biologischen Untersuchungsmethoden, bewerten wir die Bedingungen auf der Kläranlage. Dazu zählen beispielsweise photometrische Analysen, der Einsatz von Mess-Elektroden sowie mikroskopische Analysen und spezielle Gensondenanalysen. Seit Kurzem nutzen wir auch die DNA-Sequenzierung des Kläranlagenmikrobioms zur Identifikation diverser Organismen im Belebtschlamm. Mit den Gensondenanalysen und Sequenzierungen können z. B. die Häufigkeit und Aktivität nitrifizierender Bakterien in einer Belebtschlammprobe nachgewiesen werden, was mittels der normalen Lichtmikroskopie nicht möglich ist.

Aufgrund der immer größer werdenden Bedeutung der Treibhausgasemissionen von Kläranlagen ergänzt die Messung der direkten Emissionen von CO₂, N₂O und CH₄ aus dem Belebungsbecken mittels punktueller Gasphasenmessung durch ein nichtdispersives Infrarotverfahren (NDIR) nun das Portfolio der Firma. Zusätzlich zu den Gaskonzentrationen werden Durchflussraten und Temperaturwerte unter der Haube gemessen, damit die Emissionsraten genau berechnet werden können. So ist es möglich, Emissionskennzahlen zu ermitteln und den Mikroorganismen im Belebungsbecken sozusagen beim Atmen zuzusehen!

Unser Monitoring orientiert sich an dem DWA-Merkblatt M-230-4 (bzw. dem zuvor von der Arbeitsgruppe veröffentlichten Arbeitsbericht) und wird nach diesem als Sondierungsmessung bezeichnet. Diese werden zur Überprüfung einer vorab durchgeführten Emissionseinordnung und zur Identifikation von Emissionsquellen genutzt. Dabei werden einzelne repräsentative Messpunkte definiert und jeweils eine Woche lang untersucht. Abschließend werden die Ergebnisse der THG-Messung, sowie die der weiteren Analysen und die Betriebsdaten der
Kläranlage zusammen ausgewertet.

Bei unserem THG-Monitoring nutzen wir verschiedene Untersuchungsmethoden in Kombination, um das Prozessverständnis zu vertiefen und Optimierungspotenziale aufzuzeigen. Wir sind der Überzeugung, dass ein ganzheitlicher Ansatz gefragt ist, um die zugrunde liegenden Ursachen für Störungen der biologischen Abbauprozesse richtig zu identifizieren. Nur so lassen sich gezielt Maßnahmen ergreifen, um Kläranlagen bestmöglich zu betreiben.