Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Reduzierung der stallseitigen Ammoniak- und Geruchsemissionen zur Entlastung der Umwelt und zur Steigerung der Luftqualit\u00e4t, durch Verringerung der Verweilzeit des Fl\u00fcssigmistes, mittels Sp\u00fclrinnen. Die Sp\u00fclrinnen werden einmal t\u00e4glich mit einer aerob-biologisch aufbereiteten Fl\u00fcssigmistfraktion entleert. Zur biologischen Aufbereitung wurde bisher nur das kontinuierliche Belebungsverfahren angewandt. Zielsetzung des Projekts ist in erster Linie die Optimierung des Bioreaktorsystems zur Reduktion der Betriebs- und Investitionskosten.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen wurden in einer Versuchsanlage auf dem Betrieb B\u00f6ging in Lutten durchgef\u00fchrt. Dazu wurden zwei identische Stallabteile mit je 120 Mastpl\u00e4tzen (einstreulos, Vollspaltenboden) eingerichtet. Im Referenzabteil wird der anfallende Fl\u00fcssigmist w\u00e4hrend einer Mastperiode zwischengelagert. Im Sp\u00fclmistabteil wurde unter den Spaltenboden eine G\u00fcllesp\u00fclanlage mit V-f\u00f6rmigen Rinnen eingebaut. Jede Rinne wird einzeln hydraulisch ausgesp\u00fclt. Die Sp\u00fclfl\u00fcssigkeit wird in zwei Teilschritten durch Sedimentation und eine anschlie\u00dfende aerobe Biologie aufbereitet, wobei der biologisch behandelte Anteil der Sp\u00fclfl\u00fcssigkeit etwa 60 % betr\u00e4gt. Der \u00fcbrige Teilstrom von 40 % wird nach durchlaufender Sedimentationsstufe direkt dem Vorlagebeh\u00e4lter zugef\u00fchrt und dort mit dem Ablauf aus dem Bioreaktor vermischt.
\nZur biologischen Aufbereitung der Sp\u00fclfl\u00fcssigkeit wurde zun\u00e4chst das kontinuierliche Belebungsverfahren eingesetzt. Anschlie\u00dfend wurde das Bioreaktorsystem auf absatzweisen Betrieb umgestellt.
\nDie Sedimentation des ausgesp\u00fclten Fl\u00fcssigmistes erfolgt in einem trichterf\u00f6rmigen Sedimentationsbeh\u00e4lter. Zur Abscheidung feinsuspendierter Partikel wird in den Zulauf des Sedimenters ein Flockungsmittel zudosiert. Die Nitrifikation und der aerobe Kohlenstoffabbau als Bioreaktor erfolgt in einem begasten R\u00fchrkessel. Im Vorlagebeh\u00e4lter f\u00fcr die Sp\u00fclung wird die aus dem Bioreaktor und dem Sedimenter zulaufende Fl\u00fcssigkeit (60 zu 40) und das im Bioreaktor gebildete Nitrat zum Teil denitrifiziert. Das nach dem Sp\u00fclvorgang in der Sp\u00fclfl\u00fcssigkeit verbliebene Nitrat wird nach dem Sp\u00fclvorgang in der Vorgrube denitrifiziert. Die gesamte Anlage gilt demnach als nachgeschaltete Denitrifikationsanlage.
\nDie stallseitigen gasf\u00f6rmigen Emissionen sowie alle wichtigen Klimadaten (NH3, N20, CO2, CH4 und H20) wurden in beiden Abteilen kontinuierlich on-line erfasst. Dazu wurden Messventilatoren, photo-akustische NDIR-Gasanalyzer sowie Temperatur- und Feuchtesensoren eingesetzt.
\nDie Fl\u00fcssigmist-Aufbereitungsanlage und die Sp\u00fclentmistungsanlage im Stall wurden mit einer speicherprogrammierten Steuerung \u00fcberwacht und geregelt. Die dazugeh\u00f6rende Programm-Software wurde in der Programmiersprache STEP entwickelt und im Betrieb laufend optimiert.
\nDie Fl\u00fcssigmist-Aufbereitungsanlage und die Sp\u00fclentmistungsanlage im Stall wurden mit einer speicherprogrammierten Steuerung \u00fcberwacht und geregelt. Die dazugeh\u00f6rende Programm-Software wurde in der Programmiersprache STEP entwickelt und im Betrieb laufend optimiert. Gemessen wurden Fl\u00fcssigmistvolumenstrom, Gasvolumenstrom, Gel\u00f6st-Sauerstoffkonzentration, pH-Wert, Temperatur und die Abluftkomponenten (NH3, N20, CO2, H2O). Die Aufzeichnung der Daten erfolgte mittels Data-Logger.
\n\u00dcber die o. g. on-line-Messungen hinaus wurde die Anlage in allen Bestandteilen regelm\u00e4\u00dfig beprobt. Folgende nasschemischen Analysen wurde durchgef\u00fchrt: CSB, BSB5, Cges, Nges, NH4-N, NO2-N, NO3-N und TM.Im zeitlichen Ablauf des Projektes wurde in einer bestehenden Anlage mit kontinuierlichen Betrieb der biologischen Behandlung zun\u00e4chst die Anlage auf diskontinuierlichen Betrieb umgestellt (Mai – Juni 2000). Anschlie\u00dfend wurden die Ergebnisse w\u00e4hrend eines Mastdurchganges mit vorangegangenen Ergebnissen des kontinuierlichen Betriebes im Vergleich gestellt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bei diskontinuierlichem Betrieb der Anlage lag die NH4-N-Konzentration im Zulauf des Bioreaktors bei 800 bis 1200 mg\/l, im Ablauf bei 0 und in der Sp\u00fclfl\u00fcssigkeit bei 100 bis 400 mg\/l.
\nIm Bioreaktor lag die Nitritkonzentration bei 0, die Nitratkonzentration bei 400 bis 1000 mg\/l. Sowohl bei diskontinuierlichem wie bei kontinuierlichem Betrieb konnte ein Ammonium-Abbaugrad von ann\u00e4hernd 96 bis 100 % fortlaufend erreicht werden. In beiden Verfahrensweisen war die Nitrifikationsrate direkt linear mit der Ammoniumkonzentration im Zulauf korreliert. Die Nitrit- und Nitratkonzentration in beiden Verfahrensweisen unterscheiden sich in den einzelnen Abschnitten der biologischen Behandlung jedoch deutlich. Auch das C\/N-Verh\u00e4ltnis im Sp\u00fclvorlagebeh\u00e4lter unterscheidet sich in beiden Verfahrensweisen. Beim Batch-Betrieb liegt der Mittelwert f\u00fcr das C\/N-Verh\u00e4ltnis h\u00f6her und auch die Schwankungen sind ausgepr\u00e4gter.
\nDie Emissionsmassenstr\u00f6me der biologischen Behandlung zeigen ebenfalls deutliche Unterschiede. Sowohl bei N2O als auch bei CH4 liegen die Massenstr\u00f6me beim Batch-Betrieb 25 bis 50 % h\u00f6her. Hinsichtlich des Stallbetriebes konnten in Bezug auf den Ammoniakmassenstrom bzw. auf die Ammoniakreduzierung bei beiden Verfahrensweisen keine signifikanten Unterschiede nachgemessen werden. In beiden Verfahren (kontinuierlich, diskontinuierlich) wurde im Vergleich zum Referenzabteil eine durch-schnittliche Reduktion der Ammoniakemission um 40 bis 45 % erreicht. Im Referenzabteil wurde in allen untersuchten Mastdurchg\u00e4ngen ein durchschnittlicher Ammoniakmassenstrom von 9 bis 10 g NH3 pro Tierplatz und Tag erreicht. Im Versuchsabteil schwankte der durchschnittliche Ammoniakmassenstrom, unabh\u00e4ngig von der untersuchten Betriebsweise, zwischen 5,5 und 6 g pro Tierplatz und Tag.
\nDurch Sedimentation und Flockung der G\u00fclle in einem Sedimentationsbeh\u00e4lter k\u00f6nnen hohe Feststoffabscheidegrade erzielt werden, die weit \u00fcber die Trennungsgrade einer mechanischen Trennung liegen. Das BSB5\/N-Verh\u00e4ltnis ist f\u00fcr die Nitrifikation von besonderer Bedeutung. Die Verl\u00e4ufe haben ebenso wie die Verl\u00e4ufe des BSB5\/CSB-Verh\u00e4ltnisses zum Ende der Mastperiode eine abnehmende Tendenz.
\nEin Vergleich der Nitrifikationsraten bei beiden Betriebsarten zeigt, dass beide Verfahren, bez\u00fcglich der Nitrifikationsrate, gleichwertig sind. Beim Batch-Betrieb k\u00f6nnte durch Verk\u00fcrzung der Bef\u00fcllphase des Bioreaktors die Nitrifikationsrate noch gesteigert werden. Nachhaltig am diskontinuierlichem Betrieb sind die im Vergleich zum kontinuierlichem Verfahren erh\u00f6hten Lachgas- und Methanemissionen aus der Be-handlungsanlage. Aus der Umstellung des Verfahrens auf chargenweiser Zuf\u00fchrung (Batch-Betrieb) ergeben sich im Vergleich zu einem kontinuierlichem Betrieb deutliche Einsparpotentiale hinsichtlich Investitions- und Betriebskosten. Die Zahl der Pumpen und Pumpenlaufzeiten k\u00f6nnen mehr als halbiert werden.
\nAuf ein Nachkl\u00e4rbecken, die R\u00fccklaufschlammpumpe und die \u00dcberschussschlammpumpe kann verzichtet werden. Sowohl beim kontinuierlichem Betrieb als auch beim Batch-Betrieb sind die Ammoniakemis-sionen aus der Abluft des Bioreaktors praktisch gleich null. F\u00fcr die Zukunft kommt es darauf an, durch Senkung des Reaktorvolumens die Kosten weiter zu senken. Dies k\u00f6nnte insbesondere durch eine Reduktion des Anteils der behandelten Fl\u00fcssigkeit in der Sp\u00fclfl\u00fcssigkeit erreicht werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die o. g. Anlage ist derzeit weiter in Betrieb und kann nach Absprache mit Prof. Dr. Ir. H. Van den Weghe besichtigt werden. Die Ergebnisse sind in mehreren Publikationen, Faltbl\u00e4ttern u.\u00e4. dokumentiert und k\u00f6nnen bei Bedarf abgerufen werden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass durch Optimierung der biologischen Behandlungsstufe das Sp\u00fclverfahren deutliche Reservepotentiale f\u00fcr ein emissionsarmes Entmistungsverfahren in der einstreulosen Schweinehaltung bietet.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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