Biologische Umsetzung - der Abfall wird ausgewaschen


Zunächst erreicht der mechanisch aufbereitete Abfall - das sind etwa 90 Prozent der angelieferten Abfallmenge - über verschiedene Fördersysteme die Biologische Umsetzung. Die Förderrichtung der Zuführbänder lässt sich je nach Bedarf umschalten. Sie verteilen den aufbereiteten Abfall im Zeittakt auf die sechs "Perkolatoren". Der Begriff "Perkolator" leitet sich aus dem lateinischen Wort "percolare" ab und bedeutet soviel wie durchsickern lassen oder auswaschen. Der ankommende Abfall enthält bereits selbst einen Wasseranteil von rund 40 Prozent. Pro Tonne Abfall werden eineinhalb Kubikmeter Wasser zusätzlich zugegeben. Damit werden die Abfälle durchnässt und ausgewaschen. Um dafür nicht ständig Trinkwasser zu verbrauchen, zirkuliert das Waschwasser weitgehend in einem Kreislaufsystem.

Dies schont nicht nur den Verbrauch an kostbarem Trinkwasser, sondern ist mit weiteren verfahrenstechnischen Vorteilen verbunden. Beim Perkolator handelt es sich im Prinzip um eine etwa 25 Meter lange und 4,5 Meter breite, geschlossene Betonhalbschale. Ein Horizontalrührwerk wälzt die ankommenden Abfälle um, durchmischt und transportiert sie. Um eine Überbeanspruchung des Betons zu vermeiden, ist das Innere des Perkolators durch eine Stahlblech-Einlage gegen Verschleiß geschützt. Zusätzlich befindet sich am Boden des Perkolators ein sogenannter "Schubboden" oder "Spaltsiebboden". Im Zusammenspiel mit dem Rührwerk sorgt er dafür, dass der Abfall durch den Perkolator transportiert wird. Die Schubbewegung des Bodens sorgt gleichzeitig für die Reinigung der Siebspalte.

Dadurch kann das Wasser, das durch die Abfälle sickert - das Perkolationswasser - in eine Auffangwanne unter dem Perkolator abfließen. Vor allem in den vorderen zwei Dritteln des Perkolators werden die Abfälle von dem wieder zurückgeleiteten Perkolationswasser ausgewaschen. Dabei nimmt dieses Waschwasser anorganische Salze und organische Bestandteile aus dem Abfall auf. Aus den organischen, kohlenstoffhaltigen Verbindungen kann später Energie gewonnen werden. Weil die Abfälle vom Rührwerk ständig umgewälzt und durchmischt werden, sind ihre organischen Bestandteile für den Auswaschvorgang besser zugänglich. Er dauert insgesamt zwei bis drei Tage. In dieser Zeit hat der Abfall den Perkolator von der Eintragsöffnung zur Austragsöffnung durchwandert. Der nun "ausgelaugte" Abfall wird anschließend mit Pressen wieder entwässert. Mit der seinem ursprünglichen Wassergehalt entsprechenden Restfeuchte von rund 40 Prozent gelangt er danach in die Biologische Trocknung. Das abgepresste Wasser wird zusammen mit dem Perkolationswasser in mehreren Stufen aufbereitet. Diese Behandlung verfolgt zwei Ziele: Die im Waschwasser gelösten organischen Verbindungen - die Biomasse - werden genutzt, um Biogas zu erzeugen. Ein Teil des Wassers wird so behandelt, dass er den gesetzlichen Vorgaben entsprechend in die öffentliche Kanalisation eingeleitet werden kann.

Einen Teilstrom des Wassers aus dem System auszuleiten ist notwendig, damit überschüssiges Wasser entfernt wird und sich nicht zu viele Salze im Wasser anreichern. Das an organischen Verbindungen reiche Perkolationswasser enthält neben den gelösten Bestandteilen auch so genannte "Inertstoffe" wie beispielsweise Sand sowie Grob- und Faserstoffe. Deshalb muss das Waschwasser erst aufbereitet werden, bevor es die Verfahrensstufe "Vergärung" erreicht. In der so genannten "Perkolataufbereitung" werden Feststoffe entfernt, die die nachfolgende Vergärung behindern oder schädigen könnten.

Diese Abtrennung erfolgt in drei Schritten: In einer sich drehenden, gelochten Trommel - einer Siebtrommel - werden zunächst die Grobstoffe abgetrennt. Im zweiten Schritt scheidet ein so genannter "Sandfang" Inertstoffe, überwiegend Sand, aus der Perkolationsflüssigkeit ab. Der Sand wird in Behältern gesammelt: Je nach seiner Qualität kann er entweder verwertet werden oder muss entsorgt werden. Ein Sandfang, der auch in jeder kommunalen Kläranlage eingesetzt wird, nutzt zur Trennung von Wasser und Sand die Schwerkraft: der Sand sinkt ähnlich wie in einem Fließgewässer aufgrund des höheren Gewichtes zu Boden, während das Wasser weiterströmt.

Der dritte Schritt der Perkolataufbereitung besteht wiederum aus einer Siebtrommel mit feineren Siebmaschen. Hier werden störende Faserstoffe ausgesiebt. Zusammen mit den in der ersten Siebtrommel abgetrennten Grobstoffen werden sie entweder in die Perkolation zurückgegeben oder gelangen gleich in die nachfolgende Biologische Trocknung. Dies ist davon abhängig, ob gerade ein Trocknungstunnel befüllt wird oder nicht.

Aus Waschwasser wird Energie


Das an organischen Kohlenstoffverbindungen reiche Waschwasser aus der Perkolation wird in einer "Anaerobstufe" oder "Vergärungsstufe" genutzt. Da das Wasser in den Siebtrommeln und dem Sandfang vorgereinigt wurde, enthält es kaum noch Feststoffe. In den Biogas-Fermentern wird daraus nun unter Mithilfe von Kleinstlebewesen, so genannten Mikroorganismen, ein verwertbarer Energieträger gewonnen. Die in den Fermentern lebenden Mikroorganismen stammen beispielsweise aus kommunalem Klärschlamm und wurden hier angesiedelt, bevor die Anlage in Betrieb genommen wurde. Sie besteht aus drei baugleichen zylindrischen Behältern, den Biogas-Fermentern. Bei einem Durchmesser von fast 13 Metern und einer Gesamthöhe von mehr als 17 Metern fassen sie ein Volumen von je rund 2.000 Kubikmetern Perkolationswasser. Dort bleibt das Waschwasser etwa sechs Tage lang. Die Temperatur in den Biogas-Fermentern beträgt 33 bis 38 °C.

In diesem mittelwarmen Temperaturbereich erzeugen die eingesetzten Mikro-
organismen am effektivsten Biogas. Ein Teil der Abwärme, die aus dem Biogas bei der Elektrizitätsgewinnung im Blockheizkraftwerk entsteht, wird genutzt, um diese erforderliche Temperatur zu erzeugen. Wie entsteht nun aus dem Perkolationswasser Energie? Das Wasser enthält sehr viele organische Verbindungen. Sie liegen unter anderem in Form von in der Flüssigkeit gelösten langen und kurzen Kohlenstoffketten vor. Außerdem befinden sich im Perkolationswasser viele Stickstoffverbindungen. Sie spielen jedoch für die anaerobe Umsetzung keine wesentliche Rolle. Aus den Kohlenstoffketten können die in den Fermentern lebenden Mikroorganismen Methan und Kohlendioxid (Biogas) herstellen. Das entstehende Biogas enthält als Hauptkomponenten etwa 65 bis 75 Prozent Methan und 25 bis 35 Prozent Kohlendioxid. Aus jeder Tonne Abfall, die in den Perkolator wandert, werden in der Vergärungsstufe der MBA rund 65 bis 70 Kubikmeter Biogas gewonnen. Jährlich sind das etwa sechs Millionen Kubikmeter Biogas. Dies entspricht etwa dem Heizwert von vier Millionen Liter Heizöl, dem Wärmebedarf von etwa 1.500 Einfamilienhäusern.

Durch die Biogasbildung werden dem Waschwasser viele der gelösten organischen Verbindungen entzogen. Ein großer Teil dieses Wassers kann nun direkt wieder als "Waschwasser" in die Perkolatoren zurückgegeben werden. Dies hat den Vorteil, dass nur sehr geringe Mengen an Trinkwasser benötigt werden. Ein kleinerer Teil des im Biogas-Fermenter behandelten Wassers wird gereinigt. Dabei werden die noch im Wasser verbliebenen organischen Inhaltsstoffe weiter abgebaut und es verlässt die Anlage. Es ist notwendig, einen Teil Wassers aus dem Kreislaufsystem auszuleiten, weil sich sonst zu viele Salze im Perkolationswasser ansammeln würden. Eine zu hohe Salzkonzentration in den Biogas-Fermentern würde die Mikrooganismen schädigen und die Biogasproduktion zum Erliegen bringen. Da es sich bei der Anaerobstufe um ein biologisches System handelt, beschränkt sich die "Pflege" im Wesentlichen auf die Einhaltung der für die Mikroorganismen passenden Rahmenbedingungen. Dies gilt vor allem für die Temperatur und den Säurewert. Damit die Methanbakterien optimal Biogas produzieren können, findet eine "Geburtenkontrolle" über das Schlammalter und den regelmäßigen Schlammabzug aus den Fermentern statt. Er kann wie kommunaler Klärschlamm verwertet oder entsorgt werden. Damit die Anlage vor unerwünschten Zwischenfällen bei der Gasproduktion geschützt ist, sind am Reaktorsystem zur Sicherheit Über- und Unterdrucksicherungen und zahlreiche Messstellen eingebaut. Sie überprüfen Gasqualität, Temperatur und Druck. Um auch dann die notwendigen Kontrollmechanismen zur Verfügung zu haben, wenn ein Teil des Systems ausfällt, sind sie jeweils doppelt vorhanden. Aus dem in der Vergärung entstandenen Biogas wird in einem Blockheizkraftwerk Energie in Form von Elektrizität und Wärme gewonnen.

Dieses Kraftwerk ist auf der Deponie bereits vorhanden. Dort wird das Biogas zusammen mit dem Deponiegas genutzt, um die Motoren anzutreiben. Dies ist vorteilhaft, weil die Deponiegasproduktion auf Grund der heute geltenden gesetzlichen Bestimmungen rückläufig ist: auf der Deponie Kahlenberg werden seit Juni 2005 nur noch Abfälle eingelagert, die praktisch kein Deponiegas mehr bilden. Durch die gemeinsame Verbrennung des Bio- und Deponiegases können die im Kraftwerk vorhandenen Motoren trotzdem vollständig genutzt werden und ihr Betrieb bleibt wirtschaftlich. Mit der aus der Abfallbehandlung gewonnenen Biogasmenge kann eine elektrische Leistung von etwa 1,5 Megawatt - dies entspricht etwa dem Strombedarf von 3.500 Vier- Personen-Haushalten - sowie eine Abwärmeleistung von 3 Megawatt erzeugt werden. Die Gesamtanlage produziert damit mehr Elektroenergie, als sie verbraucht und kann den anfallenden Überschuss ins öffentliche Stromnetz abgeben.

Mit der zusätzlich produzierten Abwärme des Blockheizkraftwerks werden zwei Neu-
baugebiete, ein bestehendes Wohngebiet, Kindergarten, Rathaus und Bürgerhaus in Ringsheim mit Fernwärme versorgt.


Ein Teil des Wassers, mit dem die Abfälle im Perkolator ausgewaschen wurden, wird aus der Anlage entfernt. Damit wird eine zu hohe Salzkonzentration im Perkolationswasser vermieden. Bevor es jedoch in die Kanalisation eingeleitet wird, muss das Waschwasser nochmals in zwei Stufen behandelt werden. Bei diesem Reinigungsvorgang werden die im Wasser noch vorhandenen kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Verbindungen, überwiegend Ammonium- und Nitratstickstoff, entfernt. Nach diesen Reinigungsvorgängen ist das Abwasser sauber genug, um über die Kanalisation ausgeleitet zu werden.

Die erste Stufe der Abwasseraufbereitung ist die so genannte "SBR-Stufe" (Sequencing Batch Reactor). Was passiert in dieser Reinigungsstufe? Auch hierbei handelt es sich um ein biologisches Reinigungssystem, bei dem winzige Lebewesen den "größten Teil der Arbeit" verrichten. Im Gegensatz zu den Bewohnern der Anaerobstufe braucht ein Teil der hier eingesetzten Mikroorganismen Luftsauerstoff zum Leben. Diesen erhalten sie aus der Hallenabluft, die ihnen zugeleitet wird. Als Abbauprodukte entstehen bei den Stoffwechselvorgängen dieser Kleinstlebewesen Kohlendioxid und Nitrat. Daneben gibt es bei der Abwasserreinigung einen so genannten "anoxischen Prozess". Die an ihm beteiligten Mikroorganismen kommen ohne Luftsauerstoff aus. Sie beziehen den Sauerstoff für ihren Stoffwechsel aus chemischen Verbindungen wie Nitrat. Dies hat die günstige Nebenwirkung, dass dabei elementarer Stickstoff als Endprodukt entsteht.

Bei diesem "Denitrifikation" genannten Vorgang wird der im Wasser gelöste Nitratstickstoff zu gasförmigem Stickstoff umgewandelt. Das entstandene Stickstoffgas verlässt das Wasser. Es kann gefahrlos in die Umgebung abgegeben werden, da es der Hauptbestandteil unserer natürlichen Umgebungsluft ist. Beide Mikroorganismengruppen der ersten Reinigungsstufe "vertragen" sich miteinander und können im gleichen Reaktor leben. In der ersten Stufe der Abwasserreinigung, der SBR-Stufe, laufen im Gegensatz zu der zweiten Aufbereitungsstufe die Füll- und Abbauvorgänge nacheinander ab: In einem ersten Schritt wird der Reaktor mit dem Wasser aus den Biogas-Fermentern gefüllt. Dabei beginnt die Denitrifikation, der biologische Abbau des im Abwasser bereits vorhandenen Nitrats zu gasförmigem Stickstoff. In einem zweiten Schritt wird parallel dazu der im Wasser noch vorhandene Kohlenstoff weiter zu Kohlendioxid abgebaut. Es kann ebenfalls an die Umgebung abgegeben werden.

Zeitgleich läuft ein weiterer biologischer Reinigungsvorgang, die Nitrifikation: Einige Bakterien sind in der Lage, das für viele Lebewesen giftige Ammonium in Nitrat umzuwandeln. Die zur Denitrifikation fähigen Bakterien bauen das entstandene Nitrat dann weiter zu gasförmigem Stickstoff ab. In einem dritten Schritt wird das Gemisch aus Wasser und Klärschlamm wieder voneinander getrennt. Der Schlamm setzt sich ab und das klare Wasser über dem Schlamm wird aus dem Reaktor abgezogen. Dann beginnt der Prozess mit neu eingefülltem Abwasser von vorn. Ein vollständiger Reinigungszyklus dauert etwa sechs Stunden. In der MBA Kahlenberg sind zwei parallel geschaltete SBR-Reaktoren vorhanden. Damit wird gewährleistet, dass das bei den Biogas-Fermentern anfallende Abwasser durchgängig aufgefangen und behandelt werden kann. Die Reaktoren haben bei einer Höhe und einem Durchmesser von jeweils zehn Metern ein Fassungsvermögen von etwa 700 Kubikmetern. Ein Ablaufbehälter mit einem Volumen von hundert Kubikmetern nimmt das aus den Reaktoren abgepumpte Wasser auf. Von dort aus gelangt das behandelte Wasser in die letzte Aufbereitungsstufe, bevor es in die Kanalisation eingeleitet wird. In dieser letzten Stufe laufen im Prinzip nochmals die gleichen biologischen Reinigungsschritte wie in den SBR-Reaktoren ab.

Die Abbauvorgänge erfolgen hier jedoch in nacheinander durchströmten Reaktoren. Das Fassungsvermögen dieser letzten Aufbereitungsstufe ist so groß, dass das Abwasser auch dann gereinigt werden kann, wenn die vorgeschaltete SBR-Stufe ausfallen sollte. Das Gemisch aus Schlamm und Wasser wird hier mit einer Membranfiltrationsanlage vollständig getrennt. Es entsteht ein klares, feststofffreies Wasser. Der abgetrennte Schlamm wird wieder in den Prozess zurückgefahren und steht so erneut für den biologischen Abbau zur Verfügung. Zusätzlich wird das vorgereinigte Wasser noch mit Aktivkohle nachbehandelt. Bei der Aktivkohle handelt es sich um ein schwarzes, sehr feinkörniges Material mit einer hohen spezifischen Oberfläche: Je nach der eingesetzten Aktivkohle beträgt ihre aktive Oberfläche pro Kilogramm 1.000.000 bis 1.500.000 Quadratmeter. Das entspricht einer Fläche von bis zu 200 Fußballfeldern!

Auf der Aktivkohle werden alle noch verbliebenen organischen Bestandteile soweit festgehalten ("adsorbiert"), dass die erforderlichen Grenzwerte eingehalten werden. Die Salze bleiben im Wasser gelöst.

Das aufbereitete Wasser ist völlig klar und die in Form von Salzen darin enthaltenen Mineralien werden mit in die Kanalisation eingeleitet. Von dort aus können sie ihren weiten Weg zur Nordsee antreten.