Biologische Entsorgungsverfahren Flashcards
Nennen Sie die wichtigsten biologischen Prozesse, die zur Abfallbehandlung eingesetzt werden! Welche Funktion haben diese Prozesse in der Natur?
Aerob und anaerob.
Den Abbau.
In welcher Form wird beim aeroben Abbau der größte Teil der in der Organik gespeicherten Energie freigesetzt? Welche Auswirkungen hat dies auf die Anwendung aerober Verfahren?
als Wärmeenergie auf niedrigem Niveau freiwerdende Energie
Die technisch kaum nutzbare freiwerdende Wärme muss aus dem Prozess abgeführt werden, um im Bereich zulässiger Milieubedingungen (max. 65 °C) zu bleiben. Wie noch zu zeigen ist, stellt die Wärmeabfuhr das Problem des aeroben Abbaus fester Substrate dar.
Warum können anaerobe Abbauprozesse nur unter Sauerstoffabschluss stattfinden?
Ein anaerober Abbau erfolgt nur unter Sauerstoffausschluss und nur bis zum Methan (Methan selbst kann nur aerob abgebaut werden). Damit wird ein erheblicher Teil des Energiegehaltes, wie beim Beispiel Glukose gezeigt, im Methan gespeichert. Das Methan kann in anderen Prozessen stofflich oder energetisch genutzt werden. Die Wärmefreisetzung spielt beim an-aeroben Prozess keine Rolle.
Warum können aerobe Mikroorganismen nur in einer Sauerstoffatmosphäre leben?
?
Wo wird beim aeroben Verfahren der Kohlenstoff festgelegt, der nicht in CO2 umgewandelt wird? Was hat dies für eine Bedeutung für die entstehenden Stoffströme?
[neue Biomasse] + „Humus“
neue “aktive” Biomasse die wieder im Kreislauf eingesetzt werden kann
In welchen beiden chemischen Verbindungen werden bei einem optimal arbeitenden anaeroben Abbau der Hauptteil des Kohlenstoffes festgelegt?
in Methan und CO2
Was bedeutet “biologische Abbaubarkeit” von Stoffen? Was hat dies für eine Bedeutung für Anwendung und Auswahl der Verfahren?
Der Begriff “biologische Abbaubarkeit” zeigt wie einfach ein Stoff abgebaut werden kann.
- biologische Aspekte und technologische Aspekte können nicht getrennt werden
- ein hoher Wassergehalt ist i.d.R. verbunden mit einem hohen Gehalt an leichtabbaubarer Organik und erfordert beim aeroben Prozess eine aufwändige Aufbereitung des Rottegutes
- die Reinigung anfallbedingt störstoffreicher Substrate (Bioabfall) ist mit vertretbarem Aufwand und hohem Effekt nur in Nassverfahren in Verbindung mit anaerober Behandlung möglich
Nennen Sie jeweils einen leicht- und einen schwerabbaubaren biogenen Stoff! Erläutern Sie, welche Konsequenz ein großer Anteil dieser Stoffe einem zu behandelnden Abfall hat!
Leicht: Zucker
(Einfach-, zweifach- und Mehrfachzucker)
Schwer: Polyphenole
Leicht abbaubare Stoffe sind geeignet für Vergärung und schwer abbaubare Stoffe sind geeignet für Kompostierung.
Für leicht abbaubare Stoffe:
von allen stets gegenwärtigen heterotrophen Mikroorganismen aerob und anaerob metabolisiert und mineralisiert
Für schwer abbaubare Stoffe:
effektiver Abbau bedarf Anreicherung spezieller Organismen, erfordert bestimmte Milieubedingungen
Benötigt man für den effektiven Abbau leicht bis mittelschwer abbaubarer biogener Stoffe eine Anreicherung besonderer Arten von Mikroorganismen? Begründen Sie Ihre Antwort!
Eigentlich nein. Es gibt schon Mikroorganismen in Biomasse, die verwendet werden können.
von allen stets gegenwärtigen heterotrophen Mikroorganismen aerob und anaerob metabolisiert und mineralisiert
Welche verschiedenen Aufgaben können mit dem Einsatz biologischer Verfahren bei der Abfallentsorgung gelöst werden?
Folie 4 zeigt, dass sich die biologischen Verfahren sowohl
− für eine Verwertung von Abfällen (Gewinnung von Biogas und Komposten),
− als auch für eine Aufbereitung von gemischten Abfällen (Gewinnung heizwertreiche Fraktion) nutzen lassen.
Warum kann man nur mit Bioabfall aus einer getrennten Sammlung schadstoffarme Qualitätskomposte erzeugen?
Bisher wurden getrennt gesammelte Bioabfälle überwiegend einer alleinigen Kompostierung unterzogen. Wegen des hohen Wassergehaltes und des hohen Gehaltes an leichtabbaubaren Stoffen ist das keine optimale Lösung. Entweder ist eine aufwändige Aufbereitung der Bioabfälle nötig oder es müssen stark eingehauste Anlagen mit aufwändiger Abluftreinigung verwendet werden, um die unvermeidlichen Emissionen suboptimaler Abbauprozesse durch nach- sorgenden Umweltschutz in den Griff zu bekommen. Die Qualität der unter nichtoptimalen Bedingungen erzeugten Komposte ist außerdem schlechter.
Welche beiden Hauptaufgaben (Probleme) sind zu lösen, wenn man einen aeroben Abbau in einem Haufwerk optimal betreiben will?
Die technische Nutzung des aeroben biologischen Abbaus erfordert wie bei allen Prozessen zunächst eine Analyse. Dies soll schrittweise vom Globalen und Qualitativen bis zum quantitativen Detail dargestellt werden.
Die erste Frage, die bei systematischer Herangehensweise zu klären ist: Handelt es sich um einen natürlichen Prozess? Bereits wenige Überlegungen werden zeigen, dass das nicht der Fall ist.
Ein aerober Abbau findet in der Natur nur dort statt, wo Luftsauerstoff ungehinderten Zutritt hat, also ausschließlich an freiliegenden Oberflächen. Diese Erkenntnis ist wichtig, denn der sich spontan einstellende Prozess, der im Inneren größerer Haufwerken abläuft, ist immer der anaerobe Prozess!
Um ganze Haufwerke belüften zu können, also permanent aerobe Verhältnisse zu gewährleisten, bedarf es damit einer zusätzlichen Triebkraft! Bei Haufwerken ist die volumenspezifische Oberfläche klein. Die biochemisch produzierte Wärme kann jedoch nur über die Oberflächen abgeführt werden.
Die Nutzung des aeroben biologischen Abbaus für die Behandlung größerer Materialmengen, d.h. (dreidimensionalen) Haufwerken, ist kein natürlicher Prozess, sondern es werden natürliche Prozesse unter unnatürlichen Bedingungen genutzt.
Aus praktischen Gründen vor allem wegen der Kosten wird der „Komposthaufen“ oder das Festbett, egal in welcher Form oder technischen Ausführung, die größte Bedeutung haben. Die Wertschöpfung bei der Kompostierung ist aktuell noch immer sehr gering, da Mineraldünger ausreichend und zu günstigen Preisen zur Verfügung stehen.
Aus den Ausführungen ergibt sich zwangsläufig die Schlussfolgerung, dass die Struktur des Haufwerkes von entscheidender Bedeutung für den Prozessablauf ist. Der ideale Zustand wäre ein hinsichtlich aller Eigenschaften (stoffliche Zusammensetzung, physikalische Eigen-schaften) homogenes Haufwerk. Aufgrund der Anfalleigenschaften der zu behandelnden Abfälle wird dieser Zustand bei gemischten biogenen Abfällen nur mit erheblichen Einschränkungen erreichbar sein.
Erläutern und Begründen Sie, warum der aerobe Abbau (Kompostierung) großer Mengen biogener Abfälle nicht als ein direkt der Natur entlehnter Prozess zu betrachten ist!
Ein aerober Abbau findet in der Natur nur dort statt, wo Luftsauerstoff ungehinderten Zutritt hat, also ausschließlich an freiliegenden Oberflächen. Diese Erkenntnis ist wichtig, denn der sich spontan einstellende Prozess, der im Inneren größerer Haufwerken abläuft, ist immer der anaerobe Prozess!
Welche optimalen Eigenschaften muss ein Inputmaterial besitzen, dass einem aeroben Prozess unterzogen werden soll?
Folie 40-42
Praktisch nutzbare Makroparameter, aber auch „unscharfe“ Parameter, Expertenwissen sind: - Wassergehalt
- Schüttdichte
- pH-Wert
- Geruch und Aussehen
beispiel
Wassergehalt: 45 (bzw.50) %
pH-Wert: ≈7
Schüttdichte: ≈0,35 Mg/m3
Kann man bei einem aeroben Abbau in realen Substraten die Bildung von anaeroben Stoffwechselprodukten verhindern? Wann kann man dennoch von einem strikt aeroben Prozess sprechen?
Nein. Eigentlich nie ABER
Unter Beachtung dieser Tatsache kann man nur von einem strikt aeroben Prozess sprechen, wenn in der Wasserhülle auch die im Inneren eines Partikels anaerob gebildeten Stoffwechsel-end- und -zwischenprodukte aerob abgebaut werden. Anders ausgedrückt dürfen Produkte des anaeroben Abbaus in der Abluft nicht in signifikanten Konzentrationen enthalten sein.