GÄRPRODUKTBEHANDLUNG

In viehintensiven Regionen Europas – z.B. in den Niederlanden, Belgien und der Bretagne, aber auch in der Gegend um Vechta-Cloppenburg – ist die Viehdichte so hoch, dass das hohe Gülleaufkommen zu deutlichen Nährstoffüberschüssen mit negativen Folgen für Grund- und Oberflächengewässer führt. Daher suchen Landwirte in einigen Regionen nach entsprechenden Behandlungsanlagen, die letztlich den Export überschüssiger Güllemengen (bzw. Nährstoffe) ermöglichen.

Die Behandlung der Roh-Gülle in Biogasanlagen ermöglicht zum Einen die Methanemissionen, die bei der offenen Güllelagerung entstehen, energetisch zu nutzen und zum Anderen die Handhabbarkeit für eine weitere Gülleaufbereitung zu verbessern. Daher gibt es ein gesteigertes Interesse an der Kombination von Güllekleinanlagen mit einer Gärproduktaufbereitung.

Da Gülle im Wesentlichen aus Wasser besteht, ist ihr Transport in Regionen mit Nährstoffbedarf sehr teuer. Verschiedene Aufbereitungstechniken ermöglichen es, die Nährstoffe aus der Gülle abzutrennen und aufzukonzentrieren um sie dann zu exportieren. Nicht immer muss die gesamte anfallende Gülle behandelt werden. Wenn eigenes Land zur Gülleausbringung vorhanden ist, könnte auch nur die Menge behandelt werden, die exportiert werden muss. Der Rest wird auf den eigenen Flächen ausgebracht.

Auf den folgenden Seiten finden Sie allgemeine Informationen über verschiedene Möglichkeiten der Gärproduktaufbereitung. Zur jeweiligen Beschreibung gelangen Sie, wenn Sie den Links in der nachfolgenden Auflistung folgen.

Darüber hinaus enthält die „Marktübersicht zu Biogas-Kleinanlagen in Europa“ (siehe Downloadbereich) weitere Informationen zu Gärrestaufbereitungsverfahren.

Separation – Möglichkeiten der Fest-Flüssig-Trennung von Gülle / Gärprodukten

Aus mehreren Gründen kann die Auftrennung der Gülle oder des Gärrestes in eine feste und eine flüssige Phase angezeigt sein. Hierfür werden in erster Linie mechanische Prozesse wie ein Pressschneckenseparator oder eine Dekanterzentrifuge eingesetzt. Damit kann die feste Phase als Basis für eine weitergehende Kompostierung oder Trocknung auf 30 % TS angereichtert werden. Die flüssige Phase kann ebenfalls weiter aufbereitet werden. Eine Ultrafiltrationsanlage oder eine Entspannungsflotation könnten z.B. genutzt werden, um die verbleibende Trockensubstanz abzuscheiden. In einem zweiten Schritt können dann Nährstoffe z.B. mittels Strippung oder durch Struvitbildung aus der verbleibenden Flüssigkeit abgetrennt werden. Durch eine geschickte Kombination der abgetrennten Nähr- und Feststoffe können gezielt Düngemittel erzeugt werden, die sich gut zum Erstatz von Kunstdünger eignen.

Pressschnecken-Separation

Pressschnecken-Separatoren werden häufig in der intensiven Tierhaltung mit ihren großen Güllemengen eingesetzt. Man findet sie auch bei vielen größeren Biogasanlagen. Dort werden sie genutzt, um eine Flüssigkeit zur Rezirkulation oder Anmaischung zu gewinnen, um das erforderliche Gärproduktlagervolumen zu reduzieren oder als erste Stufe einer weitergehenden Gärproduktaufbereitung. Pressschnecken entwässern das Ausgangsmaterial, indem ein Schneckenförderer das Material zu einem Siebmantel hin transportiert und dabei auspresst. Das Sieb mit einer Maschenweite von 0,1–1 mm hält die Feststoffe aus der ausgepressten Flüssigkeit zurück. Mit einem Pressschneckenseparator ist es möglich, die Feststoffe aus einem Ausgangsmaterial mit 4–15 % TS auf 18–35 % TS aufzukonzentrieren. Aufgrund der einfachen Trennmethode enthält die Flüssigphase jedoch einen mit 3–4 % TS recht hohen Feststoffgehalt.

Bei Schneckenseparatoren bestehen die Transportschnecke und das Sieb häufig aus Edelstahl, um die Standzeiten zu erhöhen. Das Gehäuse ist dagegen in der Regel aus Grauguss, bei höherwertigen Geräten wird jedoch auch Edelstahl oder Edelstahlguss eingesetzt.

Die gesamte Anlage besteht aus dem eigentlichen Separator, dem Podest und der Prozesssteuerung. Die installierte elektrische Antriebsleistung liegt üblicherweise in einer Größenordnung von 3–11 kW.

Wird der Separator nicht kontinuierlich betrieben, sollte geprüft werden, ob der Einsatz einer gemieteten mobilen Separationseinheit wirtschaftlich sinnvoller ist.

Dekanterzentrifuge

Dekanter sind – in Abhängigkeit der Eigenschaften des Ausgangsmaterials – in der Lage, mehr Feststoffe abzutrennen als Pressschneckenseparatoren. Sie arbeiten auch nach einem anderen physikalischen Prinzip. Während Pressschnecken das Ausgangsmaterial mechanisch auspressen, nutzen Dekanter die Zentrifugalkraft zur Feststoffabtrennung. Aufgrund ihrer hohen Betriebskosten werden Dekanter nicht bei kleinen Biogasanlagen eingesetzt.

Kompostierung – Der feste Anteil der Gülle wird kompostiert

Die Kompostierung ist ein biologischer Prozess, bei dem organisches Material durch Mikroorganismen unter Anwesenheit von Luft (aerober Prozess) in ein humusähnliches Material umgewandelt wird. Während dieses Prozesses werden Prozesswärme, Wasser, CO2 und Gerüche freigesetzt. Die Abbauvorgänge führen zusammen mit der Wasserfreisetzung zu einem steigenden TS-Gehalt und einem geringeren Volumen im Endprodukt (Melse et al., 2004).

Auf dem Markt werden unterschiedliche Gülle- / Mist-Kompostierungsanlagen angeboten. Zunächst wird die Gülle zunächst in eine feste und eine flüssige Phase separiert. Die feste Phase wird in einer Rottetrommel kompostiert, während die dünne Phase gelagert wird. Da der Kompostierungsvorgang Sauerstoff benötigt, wird dieser aktiv zugeführt – sei es durch eine gezielte Lufteinblasung oder durch eine regelmäßige mechanische Umsetzung des Ausgangsmaterials. Wichtig für eine gute biologische Umsetzung ist unter anderem ausreichend vorhandenes Strukturmaterial, da dies für eine bessere Porenstruktur und damit für eine verbesserte Luftdurchlässigkeit des Materials sorgt. Fehlt diese Struktur, so kann Stroh unter die separierte feste Phase gemischt und der Prozess so gestartet werden. Durch die mikrobiellen Abbauvorgänge wird Wärme freigesetzt. Wenn die Kompostierung optimal geführt wird, entstehen Prozesstemperaturen von bis zu über 70°C, wodurch das Endprodukt ein hygienisiertes Material ist, das sich gut zur Bodenverbesserung und Langzeitdüngung eignet.

Trocknung – Höhere Transportwürdigkeit durch Gärresttrocknung

Für die Gärresttrocknung können einige, schon in anderen Bereichen zur Trocknung etablierte Verfahren angewendet werden. Dies sind z.B. Trommel-, Band- oder Schubwendetrockner. In den meisten Trocknersystemen wird die Wärme durch heiße Luft übertragen, die das Trockengut über- oder durchströmt. Hierfür bietet sich bei Biogasanlagen die Nutzung von Abwärme an, falls diese nicht anderweitig genutzt werden kann. Das in der Festphase enthaltene Ammonium geht bei der Trocknung zum großen Teil als Ammoniak in die Trocknerabluft über. Aus diesem Grund kann zur Verhinderung von Ammoniakemissionen eine Abluftbehandlung notwendig sein. Ebenso kann es zur Emission von Geruchsstoffen kommen, die nach Möglichkeit in einer gekoppelten Abluftreinigung aus dem Abluftstrom entfernt werden sollten. Trockensubstanzgehalte von mindestens 80% in der Festphase sind durch die Trocknung erreichbar. Hierdurch wird sie lager- und transportfähig [FNR 2013[1]].

 

[1] Autorenteam: Leitfaden Biogas – von der Gewinnung zur Nutzung. Herausgeber Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, 6. Auflage, 244 Seiten, Gülzow, 2013

Ammoniakstrippung – Die Herstellung von Ammoniumsulfat (anerkanntes Düngemittel)

Bei der Stickstoffstrippung handelt es sich um einen weitverbreiteten industriellen Prozess. Obwohl verschiedene Techniken existieren, basieren sie alle auf den gleichen Grundlagen: In der Strippkolonne wird Ammoniak mittels optimiertem pH-Wert und optimierter Temperatur aus dem Trägermaterial in die Gasphase überführt. Aus dieser wird er in einer Waschkolonne unter dem Einsatz von Schwefelsäure ausgewaschen.

Ammoniak durch Strippung an Schwefelsäure zu binden ist z.B. in der Deutschen und Niederländischen Landwirtschaft weit verbreitet. Ein Einsatzgebiet sind zum Beispiel große Schweinemastställe, wo die saure Abluftwäsche die Freisetzung von Ammoniak in die Umgebungsluft verhindert. Das Endprodukt dieser sauren Wäsche ist ein als chemischer Dünger anerkannter flüssiger Stickstoffdünger. Wenn der Prozess mit einer entsprechend hohen Temperatur geführt wird, kann er valorisiert werden.

Struvitfällung – Herstellung eines kombinierten Stickstoff-Phosphat-Düngers

Die Struviterzeugung basiert auf der Phosphatfällung, einem häufig auf Kläranlagen zur Abscheidung von Stickstoff und Phosphat aus Abwasser eingesetzten Verfahren. Dabei wird das Phosphat an Magnesium und Stickstoff gebunden und Struvit (Mg (NH4) PO4 • 6 (H2O)) entsteht. Struvit ist ein mineralischer Kristall. Wird Struvit aus Gülle oder Gärprodukt erzeugt, so enthält es nach der eigentlichen Fällung immer noch organische Partikel und kann nicht direkt vermarktet werden. Dies ist erst nach einer Hygienisierung möglich.

Im Prinzip funktioniert die Phosphatfällung folgendermaßen:

In einen Behälter werden Gülle, bzw. Gärrest, Natronlauge und Magnesiumchlorid gepumpt. In diesem Behälter reagiert das Orthophosphat, also das frei-verfügbare Phosphat im Medium, mit dem Ammonium und dem Magnesium und formt dabei einen Kristall. Durch weitere Reaktionen mit Phosphat, Ammonium und Magnesium wächst der Kristall. Ist er groß genug, so wird er aus dem Gemisch abgetrennt und gewaschen, so dass reines Struvit den Prozess verlässt. Wird es zudem durch Wärmezufuhr hygienisiert, kann es extern vermarktet werden. Durch die Struvitproduktion werden Nährstoffe aufkonzentriert, wodurch sich das Transportaufkommen beim Nährstoffexport vermindert.

Die EU-Richtlinie über tierische Nebenprodukte (Verordnung (EG) 1069/2009) verbietet den Export und Transport von nicht-hygienisierter Gülle außerhalb des eigenen Betriebs. Wenn Nährstoffe exportiert werden müssen, ist eine Hygienisierung also unumgänglich. Dies kann einerseits durch die Prozessführung der Vergärung erreicht werden, allerdings können folgende Verfahren auch so ausgelegt werden, dass sie die EU-Vorgaben zur Hygienisierung erfüllen oder die ausgeschleusten Nährstoffe in einer Qualität vorliegen, die einen Export ohne Weiteres zulassen:

  1. Kompostierung – Der feste Anteil der Gülle wird kompostiert
  2. Trocknung – Höhere Transportwürdigkeit durch Gärresttrocknung
  3. Ammoniakstrippung – Hier ist das Gärprodukt selbst nicht hygienisiert, aber das erzeugte Ammoniumsulfat ist ein anerkanntes Düngemittel

 

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