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 klarer Hinweis auf bisher unbeachtete Lachgasemissionen können erhöhte Stickstoffkonzentrationen im Ablauf der Kläranlage sein, die die Folge von instabilen biologischen Prozessen sind. Besonders eine Nitrit-Akkumulation steht in Zusammenhang mit der vermehrten Bildung von Lachgas in der Belebung. Nitrit reichert sich unter ungünstigen Bedingungen als Zwischenprodukt bei den Stickstoffumsetzungsprozessen im Ablauf an. Schon bei > 0,1 mg NO₂-N/l im Ablauf sollte das Betriebspersonal an der Verbesserung der Reinigungsleistung der Kläranlage arbeiten, weil Nitrit toxisch ist und sich sehr schädlich auf die Belebtschlammstruktur und alle Mikroorganismen auswirkt. Dies kann zu weiteren Problemen wie z.B. Flockenzerfall führen.

Die Bioserve GmbH beschäftigt sich schon seit vielen Jahren mit der Verbesserung der Stickstoffelimination auf Kläranlagen. Die Expertise unserer Firma liegt besonders in der Optimierung der biologischen Prozesse auf der Grundlage von verschiedenen chemischen, physikalischen und biologischen Untersuchungsmethoden. Dazu zählen beispielsweise photometrische Analysen, der Einsatz von Mess-Elektroden sowie mikroskopische Analysen und spezielle Gensondenanalysen. Besonders letztere Untersuchungen können oft nicht vom Anlagenpersonal in Eigenleistung erstellt werden, weil die Durchführung sehr aufwändig ist (siehe Einführung Gensondenanalyse). Mit den Gensondenanalysen können z.B. die Häufigkeit und Aktivität nitrifizierender Bakterien in einer Belebtschlammprobe nachgewiesen werden, was mittels der normalen Licht-Mikroskopie 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 eines modernen Messverfahrens, dem sogenannten NDIR (nichtdispersives Infrarotverfahren), nun das Portfolio.  Zusätzlich zu den Gaskonzentrationen werden Durchflussraten- und Temperaturwerte unter der Haube gemessen, damit die Emissionsraten genau berechnet werden können.  Wir sind der Überzeugung, dass ein ganzheitlicher Ansatz gefragt ist, bei dem sowohl die Emissionen gemessen, als auch die zugrundeliegenden Ursachen für die Störungen der biologischen Abbauprozesse richtig identifiziert werden. Nur so können die Probleme gezielt behoben und Kläranlagen klimaneutral und effizient werden.