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Bestimmung der biogenen Kohlenstoffgehalte von Klärschlamm und Faulgas und Untersuchung von Abhängigkeiten zu Kläranlagen-Basisdaten, Abwasserwerten und Klärschlammzusammensetzung
(Umweltbundesamt, 2022) Lorenz, Gesine D.; Voerkelius, Susanne; Huxol, Stephan; Hydroisotop GmbH (Schweitenkirchen); Deutschland. Umweltbundesamt; Garvens, Hans-Jürgen
Die Studie untersucht anhand einer begrenzten Anzahl an Proben von Klärschlamm (20) und Faulgas (14) aus kommunalen Kläranlagen die Verteilung von biogenem und fossilem Kohlenstoff und mögliche Abhängigkeiten von Basisdaten der Kläranlagen. Die Bestimmung des biogenen Kohlenstoffanteils der Klärschlämme und Faulgase erfolgt nach Verbrennung zu CO2 über die Bestimmung der Kohlenstoff-14(14C)-Gehalte mit Flüssigszintillationsspektrometrie. Bei den Faulgasen wurde bereits vorhandenes CO2 mit in die Messung einbezogen, da auch dieses aus dem Abbau der organischen Fracht der Abwässer stammt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass Klärschlämme aus kommunalen Anlagen mit untergeordneten gewerblichen Abwässern (<45 %, berechnet als mittlere Auslastung der Einwohnerwerte abzüglich der angeschlossenen Einwohnerzahl) ca. 80 % biogene Kohlenstoffanteile und Faulgase ca. 85 % biogene Kohlenstoffanteile aufweisen. Der fossile Kohlenstoff ist hierbei wahrscheinlich auf schwer abbau-bare synthetische Produkte bzw. fossile Rohstoffe zurückzuführen. Kommunale Abwässer mit hohem gewerblichen Anteil (>/= 45 %) können wesentlich geringere Anteile an biogenem Kohlenstoff aufweisen. Bestimmt wurden Anteile von ca. 28 bis 71 % im Klärschlamm und ca. 11 bis 88 % im Faulgas. Numerische Abhängigkeiten zwischen Parametern des Abwassers, der Klärschlämme, der Kanalisation, oder der Größe und Verfahren der Kläranlagen und dem Anteil an biogenem Kohlenstoff konnten nicht identifiziert werden. Charakterisierungen der Klärschlämme eines Klärwerks für den biogenen Kohlenstoffanteil anhand vorhandener Daten der Kläranlagen sind nur als grobe Unterteilung hinsichtlich starker Indirekteinleitungen (>7= 45 %) insbesondere aus Industrien der Gebiete Chemie, fossile Energieträger u.Ä. sowie untergeordneter Indirekteinleitungen der genannten Industrien möglich. Initiierung und Auftrag der Studie erfolgte durch das Umweltbundesamt Berlin (Deutsche Emissionshandelsstelle). Quelle: Forschungsbericht
Biogenic and fossil carbon in sewage sludge and digester gas determined by isotope investigation
(Umweltbundesamt, 2022) Lorenz, Gesine D.; Voerkelius, Susanne; Huxol, Stephan; Garvens, Hans-Jürgen; Deutschland. Umweltbundesamt
Sewage sludge and digester gas are used as fuels in various installations including those participating in the European Emissions Trading System (ETS). Monitoring of the emissions from such fuels shall include all carbon dioxide from fossil sources. We analysed the distribution of biogenic and fossil carbon and potential dependencies from available data on the wastewater input characterisation based on a number of samples of sewage sludge (20) and digester gas (14) from a wide variety of municipal wastewater treatment plants (WWTPs) in Germany. The biogenic carbon content of the sewage sludge and digester gas samples were determined by analysing the carbon-14 (14C) content using a liquid scintillation counter (LSC) after combustion to CO2. CO2 already present in the digester gas samples was included in the analysis as this CO2 also originates from the degradation of the contents of sewage. Based on the results, we suggest the input to municipal WWTPs should be characterised by the share of sewage from industry compared to total water input expressed as inhabitants equivalent. The results of the study show that if the share of sewage from industry is below 45%, sewage sludge contains about 76% biogenic carbon while the respective digester gas contains about 83% biogenic carbon. The sewage from municipal WWTPs with higher percentages of industrial wastewater (>/= 45 %) can show significantly smaller proportions of biogenic carbon. Biogenic carbon content of about 28% to 71% were determined in sewage sludge from such wastewater plants, while the respective digester gas contained about 11% to 88% biogenic carbon. The origin of the respective carbon content was not investigated. Sources like cleaning agents and detergents and other persistent synthetic substances among others, were considered as contributors to the fossil carbon in the sewage. Wastewater from industries processing chemicals etc. and fossil fuels in particular, are responsible for higher proportions of fossil carbon in the sewage sludge and digester gas. Wastewater from food processing, paper, gastronomy and the hotel sector all show the same proportion of biogenic carbon as domestic sewage. Quelle: Forschungsbericht