Forschungsbericht Nr. 138 - Umweltverträgliche und ...

1.2 N-Dynamik am Biofilter
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Verschiedene Untersuchungen an Labor-Biofiltern zeigten NH3-Abscheideleistungen von
über 90 % bis hin zu einer vollständigen NH3-Abscheidung aus der behandelten Luft (HARTI-
KAINEN et al. 1996, CHUNG & HUANG 1998, LIANG et al. 2000, JOSHI et al. 2000, KIM et al.
2002, SHERIDAN et al. 2002, LEE et al. 2002, CHOI et al. 2003). Die NH3-Abscheidung im
Biofilter beruht zunächst auf der Lösung des NH3 im Biofilm des Filtermaterials. Hier steht
das NH3 in Abhängigkeit vom pH-Wert im Gleichgewicht mit NH4 + (vergl. Abbildung 14 S.
31). Durch Nitrifikation werden die NH3- und NH4 + -Konzentration im Biofilm gering gehalten,
ansonsten wäre die Sorptionskapazität des Biofilms für NH3 rasch erschöpft (SMET et al.
2000). Durch die Nitrifikation reichert sich im Biofilter zunächst Nitrat an. Während des
weiteren Betriebs des Biofilters kann es auch zu einer Anreicherung von Nitrit kommen,
wobei die Nitritkonzentrationen zum Teil deutlich über den Nitratkonzentrationen liegen
(JOSHI et al. 2000, KIM et al. 2000, CHUNG et al. 2001).
Die hohen Nitrit-Konzentrationen sind auf eine unvollständige Nitrifikation zurückzuführen
(Hemmung der Nitrobacter, bzw. der Oxidation des Nitrits zu Nitrat), wobei noch nicht eindeutig
geklärt ist, wodurch diese Hemmung hervorgerufen wird. Während SMET et al. (2000)
die Hemmung der Nitrifikation auf osmotische Effekte des NH4 + und NO3 - zurückführen und
selbst bei Rohgaskonzentrationen von bis zu 400 ppm keinen Einfluss von NH3 auf die Nitrifikation
fanden, gehen HARTIKAINEN et al. (1996) und WECHHUYSEN et al. (1994) von einem
toxischen Effekt des freien NH3 im Biofilm bei einer zu hohen NH3-Konzentration im Rohgas
aus, ein Effekt, der auch bei Biofiltern im Bereich der Abwasserreinigung zu erhöhten Nitritkonzentrationen
führt (VILLAVERDE et al. 2000, HWANG et al. 2000). So fanden ANTHONISEN
et al. (1976), dass Nitrosomonas (Oxidation von NH3 zu NO2 - ) bei Konzentrationen an freiem
NH3 von 10 - 150 mg NH3-N/l gehemmt werden, Nitrobacter (Oxidation von NO2 - zu NO3 - )
aber schon bei 0,1 - 1,1 mg NH3-N/l.
Nach Bilanzierung der Stickstoffflüsse im Biofilter wurden nur etwa 60 – 80 % des abgebauten
NH3 im Biofilter wiedergefunden (JOSHI et al. 2000, SMET et al. 2000, DEMEESTERE et
al. 2002). MALHAUTIER et al. (2003) vermuteten, dass diese geringen Wiederfindungsraten
auf gasförmige Verluste im Zuge von Denitrifikationsvorgängen im Biofilter zurückzuführen
sind. JOSHI et al. (2000) konnten im Reingas N2O und NO nachweisen, diese Gase aber nicht
bilanzieren. HAHNE & VORLOP (2001) fanden hohe N2O- und NO-Konzentrationen im Reingas
eines Biofilter unter O2-reduzierten Bedingungen, weshalb sie diese Gasverluste ebenfalls
auf Denitrifikationsvorgänge zurückführten. Sie fanden, dass bis zu 6 % des NH3 zu NO und
bis 20 % zu N2O abgebaut werden. Untersuchungen von CLEMENS & CUHLS (2000) an Biofiltern
von mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen (MBA) zeigten, dass diese
Biofilter generell eine relevante Quelle von NO und N2O darstellen. Im Mittel wurden etwa