Wie eine bessere H₂S-Kontrolle die Treibhausgasemissionen in der Abwasserindustrie begrenzen kann

In diesem Beitrag erfahren wir, wie eine verbesserte Überwachung und Kontrolle von Schwefelwasserstoff (H₂S) nicht nur zur Lösung von Geruchs- und Korrosionsproblemen, sondern auch zur Verringerung der Methanemissionen (CH₄) in der Abwasserindustrie beitragen kann – eine Herausforderung, die laut jüngsten Studien viel größer ist als erwartet.

Autor: Peter Madsen | Veröffentlicht am 25. Juli 2024 | Dauer: 5 min

Einführung

Neuere Studien zeigen, dass die Methanemissionen aus der Abwasserindustrie fast doppelt so hoch sind wie bisher angenommen (Zondlo et al., 2023). Das ist ein Problem, denn Methan ist ein starkes Treibhausgas (THG) mit einem Erderwärmungspotenzial, das fast 30 Mal höher ist als das von CO₂. Dies unterstreicht die dringende Notwendigkeit einer verbesserten Überwachung und von Minderungsstrategien in der gesamten Branche, um die Methanemissionen zu verringern und die UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung besser zu erreichen..

Im Zuge der Urbanisierung und der Entwicklung von Netto-Null-Plänen dürfen die Städte den Bereich der Abwasserbehandlung nicht außer Acht lassen: Mark Zondlo, 2023

Methanemissionen aus Abwasser sind doppelt so hoch wie erwartet

Methan (CH₄) wird unter anaeroben Bedingungen in Abwassersystemen erzeugt, u. a. in Druckleitungen, in anaeroben Faultürmen und in Schlammbehandlungsbereichen durch methanogene Archaeen, die organisches Material in Abwesenheit von Sauerstoff zersetzen. In ähnlicher Weise wird Schwefelwasserstoff (H₂S) von sulfatreduzierenden Bakterien erzeugt, die Sulfat unter Verwendung von organischem Material oder Wasserstoff zu Sulfid reduzieren. Beide Gase kommen daher in denselben anaeroben Umgebungen in der Abwasserindustrie vor. Wenn H₂S-Emissionen am Ende von Druckleitungen festgestellt werden, ist dies ein deutlicher Hinweis darauf, dass auch Methanemissionen vorhanden sein könnten, da beide Gase unter ähnlichen Bedingungen entstehen (Parker & Walton, 2023).

Die große Herausforderung besteht darin, dass Methan- und H₂S-Emissionen, obwohl sie höchst unerwünschte Gase sind, normalerweise nicht regelmäßig gemessen werden. Diese fehlende Überwachung bedeutet, dass sich viele Versorgungsunternehmen des vollen Ausmaßes ihrer Treibhausgasemissionen nicht bewusst sind.

Zwei neuere Studien von Forschern der Princeton University nutzten direkte Messungen und maschinelles Lernen zur Bewertung der Methanemissionen in der Abwasserindustrie (Zondlo et al., 2023). In einer Studie wurden Methanemissionsmessungen vor Ort in 63 Kläranlagen in den USA durchgeführt, während in einer anderen Studie Literaturdaten aus weltweiten Methanüberwachungsstudien analysiert wurden. Diese Studien ergaben, dass die Methanemissionen fast doppelt so hoch sind wie die aktuellen Schätzungen des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen, was die Notwendigkeit einer besseren Überwachung und Eindämmung unterstreicht (Zondlo et al., 2023).

Strategien zur Eindämmung von H₂S und CH₄

Wirksame Minderungsstrategien sind für die Verringerung der H₂S- und CH₄-Emissionen in der Abwasserindustrie von entscheidender Bedeutung, und in einer Literaturübersicht von Parker und Walton (2023) werden mehrere praktische Methoden beschrieben, die zur gleichzeitigen Bekämpfung beider Arten von Emissionen eingesetzt werden können.

Zugabe von Nitrat: Nitrat dient als alternativer Elektronenakzeptor, der die Aktivität der für die H₂S-Produktion verantwortlichen sulfatreduzierenden Bakterien hemmt. Dies wiederum schränkt die Bedingungen ein, die für Methanogene, die Methan produzieren, günstig sind. Durch die Förderung dieser mikrobiellen Prozesse kann die Zugabe von Nitrat also sowohl die H₂S- als auch die CH₄-Emissionen verringern.

Eisen-Verbindungen: Eisensalze, wie Eisen(III)-chlorid oder Eisensulfat, können H₂S wirksam kontrollieren, indem sie Sulfid als unlösliches Eisensulfid ausfallen lassen. Diese Reduzierung von H₂S kann sich auch indirekt auf die CH₄-Produktion auswirken, da beide Gase unter ähnlichen anaeroben Bedingungen entstehen. Das Vorhandensein von Eisen schafft eine aerobere Umgebung, die der CH₄-Bildung weniger förderlich ist.

Kalziumnitrat: Kalziumnitrat kann ähnlich wie andere Nitratverbindungen eingesetzt werden, um die Produktion von H₂S und CH₄ zu verringern. Es ist besonders wirksam in Umgebungen, in denen die Zugabe anderer Nitratformen weniger praktisch sein könnte.

Biofilm Unterbrechen: Bei dieser Methode werden Chemikalien intermittierend dosiert, um die Biofilmbildung und -aktivität zu stören und so die Produktion von H₂S und CH₄ zu verringern.

Die Umsetzung dieser Strategien erfordert eine genaue Überwachung, um die Dosierung und Anwendung dieser Mittel zu optimieren. Moderne H₂S-Sensoren können Echtzeitdaten liefern und ermöglichen so ein proaktives Management und eine schnelle Reaktion auf veränderte Bedingungen. Dies hilft nicht nur bei der Verringerung von Emissionen, sondern gewährleistet auch die Einhaltung von Umweltvorschriften und trägt zu Nachhaltigkeitszielen bei.

Referenzen

• Zondlo, M., et al. (2023). „Underestimation of Sector-Wide Methane Emissions from United States Wastewater Treatment.“ Environmental Science & Technology
• Parker, W. J., & Walton, J. R. (2023). „A literature-based comparison of embodied GHG emissions of forced main sewer additives with potential reductions in methane generation.“ Water Practice & Technology, Vol 18 No 12, 3387. DOI: 10.2166/wpt.2023.219
• U.S. Environmental Protection Agency (2023) – Overview of Greenhouse Gases. epa.com