Differenzierung des Parameters DOC im Eluat

Die jeweiligen Abbildungen finden Sie in der zugehörigen > Präsentation (PDF, 374 KB)

1. Einleitung

Der DOC im Eluat ist ein Parameter der Verordnung über die umweltverträgliche Ablagerung von Siedlungsabfällen und über biologische Abfallbehandlungsanlagen und dessen Grenzwert beträgt 300 mg/l für mechanisch biologisch behandelte Abfälle (BMU, 2001). Der DOC ist ein Summenparameter, der nichts über die Qualität des Kohlenstoffes aussagt. Ein Teil des DOC ist mikrobiell leicht abbaubarer Kohlenstoff, der in einer Deponie zur Gasbildung beiträgt. Eine weitere Fraktion ist schlecht bzw. nicht abbaubar. Im Rahmen dieser Studie wurden verschiedene Eluate auf biochemische und chemische Summenparameter untersucht, um die Reaktivität des DOC näher zu definieren.

2. Material und Methoden

2.1.Probenmaterial

Auf verschiedenen Anlagen zur Bioabfallkompostierung und MBA wurden Proben aus dem Material während der Rotte sowie im Endprodukt kurz vor der Ablagerung entnommen.

2.2 Analytische Methoden

Die Eluatherstellung erfolgte analog DIN 38414-S4 unter Beachtung der in der Ablagerungsverordnung angegebenen Modifikationen. Der Gesamtkohlenstoff (Dissolved organic carbon, DOC) im Eluat wurde an einem SHIMADZU DOC-Analyser bestimmt.

Zur Bestimmung der Atmungsaktivität, Adsorptions- und Fluoreszenzmessung wurden alle Proben auf den kleinsten DOC-Gehalt einer Eluatprobe verdünnt (143 mg/l). Dadurch wurden eventuelle Matrixeffekte in den Proben nivelliert. Als Kontroll- und Kalibriervarianten dienten eine Zucker- und eine Humisäureprobe (Roth-Chemikalien). Die Bestimmung der Atmungsaktivität erfolgte in 20 ml Fläschchen, die mit Butylstopfen gasdicht verschlossen waren. Je 1 ml des Eluates wurde in das Gefäß pipettiert, mit einer Bakteriensuspension versehen und für 73 Tage inkubiert. In regelmäßigen Abständen wurde das Headspace auf CO2 mittels Gaschromatograph untersucht. Nach der CO2 Analyse erfolgte eine Belüftung des Headspace.

Die Adsorptionsmessung bei 280 nm wurde mittels einer Huminsäure kalibriert. Je größer die Extinktion, desto mehr aromatische Komponenten enthält das Eluat und umso schlechter abbaubar ist es.

Die Fluoreszenzmessung und die Berechnung des Humifikationsindex erfolgte nach Zsolnay et al. (1999). Je größer der Humifikationsindex, umso mehr aromatische und alkanische Verbindungen weist der DOC auf.

3. Ergebnisse und Diskussion

Die Huminsäurekonzentration betrug zwischen 105 und 830 mg C/L vor der 73-tägigen aeroben Inkubation (Abbildung 1). Durch die Inkubation fand z.T. ein leichter Abbau statt, in einigen Fällen nahm die Huminsäurekonzentration durch die Inkubation zu.

Abbildung 1 (Folie 6): Anteil des Huminsäure DOC vor (schwarz) und nach (weiß) 73-tägiger Inkubation.

Der Anteil der Huminsäurefraktion in den Proben betrug zwischen 8 und 82% des Gesamt-DOC (Abbildung 2).

Abbildung 2 (Folie 6): relativer Anteil der Huminsäurekonzentration an der Gesamt-DOC-Konzentration vor (schwarz) und nach (weiß) 73-tägiger Inkubation.

Der relative Abbau durch Respiration innerhalb von 73 Tagen im Eluat wies eine große Spanne von 5 bis 81% des DOC auf (Abbildung 3).

Abbildung 3 (Folie 3): DOC (mg/L) im frischen Eluat und Respiration innerhalb von 73 Tagen (aerober Abbau).

Dagegen korrelierte der absolute DOC-Abbau durch Respiration mit dem Anfangs-DOC. Bei der ausschließlichen Betrachtung des Nicht-Huminsäure DOC verbesserte sich die Korrelation, insbesondere bei niedrigen DOC-Gehalten (Abbildungen 4 & 5).

Abbildung 4 (Folie 5): Korrelation DOC zu Beginn und aerober C-Abbau durch Respiration

Abbildung 5 (Folie 5): Korrelation Nicht-Huminsäure DOC zu Beginn und aerober C-Abbau durch Respiration

Zwischen der Konzentration der Huminsäure und des relativen aeroben Kohlenstoffabbaus zeigte sich keine Korrelation (Abbildung 6).

Abbildung 6: Zusammenhang zwischen Huminsäurekonzentration und Respiration innerhalb von 73 Tagen (aerober Abbau). (nicht in der Präsentation enthalten)

Im frischen und auf einheitliche 10 mg C/L verdünnten Eluat variierte die Extinktion der Proben bei 280 nm zwischen 0,03 und 0,4. Der Humifikationsindex (HIX) variierte zwischen 1,2 und 27,5. Hier waren sowohl die Extinktion als auch HIX negativ signifikant mit der Atmungsaktivität korreliert (Abbildungen 7 & 8). Die Extinktion und HIX sind linear signifikant korreliert (Abbildung 9). Durch eine Adsorptionsmessung bei 280 nm bzw. durch eine Fluoreszenzmessung könnte die Atmungsaktivität der hier untersuchten Eluate abgeschätzt werden.

Abbildung 7 (Folie 4): Zusammenhang zwischen Atmungsaktivität und Extinktion bei 280nm. Kurvenanpassung: y = 72,2538 * e^–0,0791x

Abbildung 8 (Folie 4): Zusammenhang zwischen Atmungsaktivität und HIX. Kurvenanpassung:
y = 76,24 * e^–5,537x

Abbildung 9: Zusammenhang zwischen Extinktion und HIX (nicht in der Präsentation enthalten)

4. Schlussfolgerung

Eine einfache Differenzierung des DOC in eine leicht und schwer abbaubare Fraktion kann durch eine photometrische Messung bei 280 nm durchgeführt und als Huminsäureäquivalente (schwer abbaubar) dargestellt werden. Diese Fraktion scheint sehr stabil zu sein. Allerdings kann mit den vorliegenden Ergebnissen keine Aussage darüber getroffen werden, inwieweit Huminsäureäquivalente während der aeroben Inkubation abgebaut werden und dafür neue Huminsäuren gebildet werden. Die vorliegenden Ergebnisse deuten darauf hin.

Da die photometrische Messung bei 280 nm einfacher durchzuführen ist als die Fluoreszenzmessung, erscheint die photometrische Methode als Basis für einen Schnelltest zur biologischen Abbaubarkeit von Eluaten geeignet.

Durch weitere Analysen sollte überprüft werden, ob die aerobe biologische Abbaubarkeit von Eluaten -wie hier dargestellt- abgeschätzt werden kann.

Literatur

[1] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit 2001: Verordnung über die umweltverträgliche Ablagerung von Siedlungsabfällen und über biologische Abfallbehandlungsanlagen (Fortschreibung 2006)

[2] Zsolnay, A., Baigar, E., Jimenez, M., Steinweg, B., Saccomandi, F. 1999: Differentiating with fluorescence spectroscopy the sources of dissolved organic matter insoils subjected to drying. Chemosphere 38 (1): 45-50.

Autoren:

Dr. Carsten Cuhls
Gewitra GmbH
Zur Bettfedernfabrik 1
D-30451 Hannover

Carsten Hafermann & PD Dr. Joachim Clemens
Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz, Abteilung Pflanzenernährung,
Karlrobert-Kreiten-Straße 13
53115 Bonn