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Druckbelüftung beschleunigt biologischen Abbau

Ausschwemmungen von organischen Schadstoffen und Schwermetallen sowie Methangasemissionen können noch 100 Jahre nach der Stilllegung einer Mülldeponie Mensch und Umwelt gefährden. In der langwierigen Nachsorgezeit müssen Sickerwasser und Deponiegase deshalb aufgefangen und gereinigt werden. Auf einem Teilbereich einer geschlossenen Mülldeponie in Konstanz führt das Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart nun einen Pilotversuch zur Verkürzung der Nachsorgezeit durch. In dem auf fünf Jahre angesetzten Projekt wird der Abfall über drei Jahre unter Druck belüftet, um den biologischen Abbau zu beschleunigen. Ein System zur Sickerwasser-Rückführung soll dabei die Austrocknung des Abfalls verhindern, während der Biofilter die entstehenden Deponiegase reinigt.

Prof. Dr. Martin Kranert leitet den Lehrstuhl für Abfallwirtschaft und Abluft an der Universität Stuttgart. © ISWA, Universität Stuttgart

Seit Mitte 2005 darf unbehandelter Hausmüll in Deutschland nicht mehr deponiert werden. Infolgedessen mussten viele Mülldeponien wie auch die Konstanzer Kreismülldeponie Dorfweiher geschlossen werden. Doch Niederschläge können noch bis zu 100 Jahre später Gifte wie Quecksilber und andere Schwermetalle sowie organisch belastete Sickerwässer aus dem Abfall lösen und auswaschen, weshalb das Wasser aufgefangen und gereinigt werden muss. In der mit hohen Kosten verbundenen Nachsorgezeit müssen aber auch die beim biologischen Abbau entstehenden Deponiegasemissionen weitestgehend minimiert werden. „Mit unserem Pilotversuch auf der Konstanzer Kreismülldeponie Dorfweiher testen wir, wie sich ein anaerober Deponiekörper verhält, wenn er aerobisiert wird. Damit wollen wir die Nachsorgezeit verkürzen und so unter anderem das Risiko einer Umweltbelastung reduzieren“, sagt Prof. Dr. Martin Kranert, Leiter des Lehrstuhls für Abfallwirtschaft und Abluft an der Universität Stuttgart.

Das Projekt begann bereits 2009 und wird Ende dieses Jahres in eine zweijährige Monitoringphase eintreten. An dem Projekt sind eine Vielzahl von Mitarbeitern des Instituts für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft der Universität Stuttgart beschäftigt. Es wird vom Landkreis Konstanz mitfinanziert, vom Land Baden-Württemberg gefördert sowie vom Landkreis Konstanz, dem Umweltministerium Baden-Württemberg und dem Regierungspräsidium Freiburg begleitet.

Sauerstoffzufuhr erhöht mikrobielle Aktivität

Untersucht wird der aerobe und anaerobe Abbau im 12.000 Quadratmeter umfassenden Betriebsabschnitt IV der ehemaligen Konstanzer Kreismülldeponie Dorfweiher. Darin lagern 72.000 Kubikmeter Abfall mit hohem Anteil an organischen Substanzen aus Hausmüll und Kompostwerken. „Wir beschleunigen den biologischen Abbau des Abfalls durch periodische Druckbelüftung. Die Sauerstoffzufuhr erhöht die mikrobielle Aktivität, also den bakteriellen Abbau, und reduziert gleichzeitig die Methangasentstehung“, erklärt Kranert. Hierfür leiten 80 sogenannte Belüftungslanzen in jeweils zehn Metern Abstand zueinander intervallartig Luft in den Abfallhaufen. Die zur Belüftung eingesetzten Gebläse erzeugen in den Lanzen bis zu 4,5 bar Druck.

Ein System zur Sickerwasserrückführung sowie eine zusätzliche Bewässerungsanlage sollten den hohen Feuchtigkeitsverlust ausgleichen, der durch die Belüftung entsteht. „Tatsächlich haben wir das zweite Bewässerungssystem aufgrund von erheblichen niederschlagsbedingten Wasseransammlungen aber noch nicht gebraucht. Wir mussten mit Druckluftstößen sogar Wasser aus dem Müllberg pressen“, fährt Kranert fort. Auch in der anfänglichen Aerobisierungsphase wurde durch den erhöhten mikrobiellen Abbau viel Wasser freigesetzt. Das belastete Wasser wird aufgefangen und über die Sickerwasserreinigungsanlage gereinigt.

Zu sehen ist Betriebsabschnitt 4 der geschlossenen Kreismülldeponie Konstanz. Belüftungslanzen beschleunigen den biologischen Abbau des Abfalls. Der Versuchsabschnitt ist von einem Biofilter aus Schotter, Grünschnittkompost und Heidekraut bedeckt.
Belüftungslanzen beschleunigen den biologischen Abbau des Abfalls. Der Versuchsabschnitt ist von einem Biofilter aus Schotter, Grünschnittkompost und Heidekraut bedeckt. © ISWA, Universität Stuttgart

Methan wird im Biofilter umgewandelt

Neben belastetem Sickerwasser ist vor allem das beim bakteriellen Abbau entstehende Deponiegas problematisch. Es besteht hauptsächlich aus Methan und Kohlenstoffdioxid. Besonders das Methan würde in der hohen Konzentration stark zur Erderwärmung beitragen. Der Biofilter an der Deponieoberseite mit einer Dicke von eineinhalb Metern soll das Treibhausgas am Entweichen hindern. Er besteht von unten nach oben aus Schotter, Grünschnittkompost und Heidekraut. Das aufsteigende Methan wird von dem Schotter zunächst verteilt und schließlich in der 90 Zentimeter dicken Schicht aus Grünschnittkompost von Bakterien in einer Oxidationsreaktion zu Biomasse, Wasser und Kohlenstoffdioxid umgewandelt. Die oberste Abdeckungschicht aus Heidekraut reinigt zusätzlich das Deponiegas und hält die Feuchtigkeit im Biofilter. „Unter normalen Umständen bilden sich Deponiegase noch bis zu 30 Jahre nach der Stilllegung einer Deponie“, bemerkt Prof. Kranert.

Anhand aufwendiger Messverfahren verfolgen die Forscher kontinuierlich die Veränderungen im Abfallberg und im Biofilter. Die eingesetzte Technik umfasst sondenbasierte Gasmesssysteme und ein neues Laserfernmessverfahren. „Wir können eine Temperaturerhöhung beobachten, die sich im Abfallhaufen von oben nach unten ausgebreitet hat und auf eine erhöhte mikrobielle Aktivität schließen lässt“, sagt Kranert. Die mittlere Temperatur war bereits nach den ersten acht Monaten Belüftung von knapp 30 Grad Celsius auf mehr als 50 Grad Celsius angestiegen. Als direkte Folge des erhöhten aeroben Abbaus ging die Methankonzentration sowohl im Abfallberg als auch im Biofilter um mehr als zwei Drittel zurück. Die erwartete Qualitätsverbesserung des Sickerwassers blieb bislang allerdings aus. „Weil der Müll jetzt über einen viel kürzeren Zeitraum abgebaut wird, werden auch darin enthaltene Schadstoffe schneller frei“, erklärt Kranert die unerwartete Situation. Die Gesamtmenge an Schadstoffen wird damit in kürzerer Zeit ausgetragen.

Neue Oberflächenabdichtung gegen Sickerwasser

Von den 72.000 Kubikmetern Abfall im Versuchsabschnitt wurden bislang etwa sechs Prozent abgebaut. Der Müllberg hat dadurch zehn Prozent seiner ursprünglichen Höhe verloren. „Neben den Erfolgen sind vor allem die wissenschaftlichen Erkenntnisse zu den Abbauprozessen sehr wertvoll. Nach dem Ende der Auswertungszeit in zweieinhalb Jahren werden wir konkrete Daten zur Reduzierung der Nachsorgezeit haben“, sagt Kranert. Anhand der Daten wird auch bestimmt werden, welche finale Oberflächenabdichtung sich am besten für die Konstanzer Kreismülldeponie Dorfweiher eignet. Geplant ist die Entwicklung einer neuartigen Oberflächenabdichtung zur Reduzierung von einsickerndem Niederschlag.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/druckbelueftung-beschleunigt-biologischen-abbau