Vorlesung 8 Flashcards
Gärrest und Wirtschaftsdüngeraufbereitung
Welche Stoffe gelangen durch die Düngung in die Umwelt?
- Ammoniak (Treibhausgas)
- Nitrateintrag (ins Grundwasser)
Wo ist die Nährstoffbelastung durch die Ausbringung von Wirtschaftsdünger in Deutschland am höchsten?
Besonders stark sind der Nord-Westen Deutschlands und Teile Bayerns betroffen.
Was sind die Folgen von Nährstoffen in der aquatischen Umwelt?
- Eutrophierung von Gewässern (u.a. Fischsterben)
- Nitrat in Trinkwasser (Auslösen von Blausucht, Krebserregend)
- Kostensteigerung der Trinkwasseraufbereitung
Welche rechtlichen Maßnahmen können zur Vermeidung des Nährstoffeintrags in die Umwelt umgesetzt werden?
- u.a. Begrenzung der Nährstoffmengen
- zeitliche Begrenzung der Ausbringung
Welche betrieblichen Maßnahmen können getroffen werden, um den Nährstoffeintrag in die Umwelt zu minimieren?
- Abgabe von überschüssigen Nährstoffen an andere Betriebe/Regionen
- Begrenzung der mineralischen Düngung
- Nährstoffreduzierte Futtermittel
- Effiziente und überwachte Ausbringung
Warum ist Gülle/Gärrest transportunwürdig?
- Hauptbestandteil Gärrest/Gülle: Wasser
- Bei Transport: Nährstoffanteil wesentlich geringer als Wasseranteil
Welche technischen Maßnahmen können zur Minimierung des Nährstoffeintrags getroffen werden?
- Aufkonzentrierung von Nährstoffen zur Steigerung der Transportwürdigkeit
- Aufbereitung zu (hochwertigen) Düngeprodukten
- Verringerung der Nährstoffgehalte durch biologischen Abbau (Nitrifikation und Denitrifikation)
- Thermische Entsorgung der Wirtschaftsdünger (inkl. Nährstoffe)
Was sind die Ziele der Gärrestaufbereitung?
- Nährstoffaufkonzentrierung:
- Steigerung Transportwürdigkeit
- Nährstoffentlastung der Flüssigphase
- Massereduktion (Reduktion Lagerungs-, Transport- und Verwertungskosten)
- Betriebsexterne Verwertungsmöglichkeiten (Reduktion von Flächenabhängigkeit und verwertungsrisiko)
- Steigerung der Wertschöpfung (Herstellung von Verkaufsprodukten)
- Abbau geruchsintensiver Komponenten
- Inaktivierung von Krankheitskeimen und Unkrautsamen
Ab welchen Werten muss vor der Anwendung der Düngebedarf der Kulturen sachgerecht festgestellt werden?
Werden mehr als 50 kg N_ges/ha * a oder mehr als 30 kg Phosphat/ha * a ausgebracht, ist vor der Anwendung der Düngebedarf der Kulturen sachgerecht festzustellen.
Wie berechnet sich der Düngebedarf?
[Sollwert bzw. Nährstoffbedarf der Kultur] - [im Boden verfügbare N-Mengen] +/- [Standorteigenschafften (Bodenart, Humusgehalt, Bodengüte)] +/- [Voraussuchtliche N-Nachlieferung (Fruchtfolge, Vorfrucht, Zwischenfrucht, mineralische und organische Düngung, Leguminosen N-Bildung)] = Düngebedarf
Welche Begrenzungen der Aufbringungsmenge gibt es?
- Zulässiger Nährstoffeintrag gemäß DüV
- Produktqualität (Schwermetallgehalt; DüMV, BioAbfV)
- Bodenbeschaffenheit (BBodSchV)
- Abstandsregelung (i.d.R. > 3 m zur Böschungsoberkante) gemäß DüV
- kein direkter Eintrag in oberirdische Gewässer
- kein Abschwemmen in oberirdische Gewässer
Welche Begrenzungen der Aufbringung von Wirtschaftsdünger gibt es?
- Ausbringungsverbot: Je nach Fläche und Dünger Sperrfristen von Oktober bis Februar
- Ausbringungsverbot bei Schnee, gefrorenen Boden und wassergesättigten Boden -> in der Praxis müssen Lagerkapazitäten von mindestens 6 Monaten berücksichtigt werden
- max. 170 kg Ges.-N/ha pro Jahr (ab 2018 INKLUSIVE Gärrest)
Was gilt seit der DüV 2020 bezüglich der Düngebedarfsermittlung und wie hoch sind die N- und P-Salden?
- N-Saldo: ab 2018 max. 50 kg N/ha (3 Jahresmittel) GILT NICHT MEHR
- P-Saldo: ab 2018 max. 10 kg P2O5/ha (6 Jahresmittel) GILT NICHT MEHR
- Düngebedarfsermittlung sieht seit der DüV 2020 keine Nährstoffüberschüsse vor
Auf welchen Wert ist die Nährstoffzufuhr begrenzt?
Der Einsatz von allen organischen und organisch-mineralischen Düngemittel einschließlich Wirtschaftsdüngern ist auf max. 170 kg Ges.-N/ha pro Jahr begrenzt
Wie hängen N-Bilanzüberschuss und Biogasanlagen zusammen?
In Nord-West Deutschland, sowie auf der grenze Bayern/BaWü kommen vermehrt Biogasanlagen vor und in genau diesen Regionen ist ein deutlicher N-Bilanzüberschuss zu vermerken (z.T. > 200 kg N/(ha LF*a)
Welche Probleme bringt die DüV mit sich?
Der Nährstoffüberschuss ist aufgrund der Restriktionen der DüV gerechnet auf die Gülleausbringungsfläche (Kreisebene) in Nord-West Deutschland und in Brandenburg sehr hoch.
Welchen Lösungsansatz kann man verfolgen, um dem Nährstoffungleichgewicht entgegenzuwirken?
Nährstoffausgleich durch überregionalen Export des Wirtschaftsdüngerns
Welche Transportkonzepte gibt es?
Verewrtung der Gülle in Biogasanlagen
- Kombiliner: Getrennte Ladekammen für Flüssig- und Feststoffe
- Gülleseparierung: Aufbereitung der Gülle in eine feste und eine flüssige Fraktion
- feste Fraktion: höhere Nährstoffdichte = effizientere Transporte
- Transportmittel: Abschiebe- oder Kipp-LKW
Welche Schadstoffe können u.a. beim Abbau organischer Masse angereichert werden?
Durch den Abbau organischer Masse kommt es u.a. zur Anreicherung von Schwermetallen (Zink und Kupfer) in Abhängigkeit des Ausgangssubstrats
-> Landwirtschaftliche Verwertung ist bei Überschreitungen nicht mehr zulässig
Welche Techniken gehören zur Aufbereitung der feste Phase?
- Trocknung
- Kompostierung
- Pelletierung
- Verbrennung
Welche Techniken gehören zur Separation?
- Schneckenpresse
- Zentrifuge
- Filterpresse
- Flotation
- Siebung
- Fällung
- Flockung
- Branntkalk
Welche Techniken gehören zur Aufbereitung der flüssigen Phase?
- Verdampfung
- Strippung
- Membranverfahren
- Nitrifikation/Denitrifikation
Mit welchen Gerätschaften erfolgt die mechanische Separierung?
Die mechanische Separierung erfolgt mittels Dekanter, Schwingsieben, Siebschneckenpresse oder Trommelpressen
Was sind die Vorteile der mechanischen Separierung?
- relativ einfache und kostengünstige Technologie, “state of the art” - Technonlogie
- Rückführung des Flüssigteils in den Fermentationsprozess möglich
- Feststoffanteil kann kostengünstiger transportiert werden
Was sind die Nachteile der mechanischen Separierung?
- nur geringe Auftrennung der Nährstoffe möglich (kaum Stickstoffreduktion möglich)
- nur beschränkte Trockensubstanzgehalte (25-30%) nach der Separierung möglich
Was ist für die Verdampfung erforderlich und welcher Stoffstrom wird dort verarbeitet?
- Zur Verdampfung ist eine vorangehende sorgfältige Abtrennung der Feststoffe (mechanische Separierung) erforderlich
- es wird der flüssige Bestandteil des Gärrestes verarbeitet
Was sind die Vorteile der Verdampfung?
- Stand der Technik
- Erzeugung eines Nährstoffkonzentrates (Verdampfungskonzentrat)
- hohe Reinigungsleistungen
- relativ geringer elektrischer Energiebedarf
Was sind die Nachteile der Verdampfung?
- hoher thermischer Energiebedarf und hohes Temperaturniveau
- nachfolgende Dampfreinigung (hoher pH-Wert, gasförmige Emissionen) erforderlich
- nur der Flüssigteil des Gärrestes wird verarbeitet
Wann wird die Mikro- oder Ulrtafiltration eingesetzt?
- Wird nach mechanischer Feststoffseparation auch eine Abtrennung feiner organischer und anorganischer Fraktionen gewünscht, kann eine Mikro- oder Ultrafiltration eingesetzt werden
Was sind die Vorteile der Mikro- oder Ultrafiltration?
- wenig Chemikalieneinsatz erforderlich
- stellt Vorreinigungsstufe für weitere Bearbeitungsmethoden (z.B: Umkehrosmose) dar
- gute Reinigungsleistung
Was sind die Nachteile der Mikro- oder Ultrafiltration?
- mechanische Separierung als Vorstufe erforderlich
- hohe Wartungskosten
- hoher elektrischer Energieeinsatz (Pumpstrom)
Wozu wird die Umkehrosmose eingesetzt?
- mittels Umkehrosmose können gelöste Inhaltsstoffe und Salze entfernt bzw. aufkonzentriert werden
Was sind die Vorteile der Umkehrosmose?
- Erzeugung eines Nährstoffkonzentrates
- entionisiertes Wasser kann in jedes Fließgewässer eingeleitet werden
Was sind die Nachteile der Umkehrosmose?
- hohe Installationskosten
- Chemikalieneinsatz erforderlich
- Nährstoffkonzentrat nur begrenzt als Produkt akzeptiert
Wie funktioniert die Ammoniak-Strippung und was wird dafür verarbeitet?
- Mittels Dampf oder Luft
- Zur Produktion von flüssigem oder festem Stickstoffdünger bzw. zur Reduktion des Stickstoffgehalts
- es wird der flüssige Bestandteil des Gärrestes verarbeitet
Was sind die Vorteile der Ammoniak-Strippung?
- Reduktion der Stickstoffemissionen wird möglich
- die entstandenene Ammoniumsulfatlösung (bei H2S-Einsatz) kann als Flüssigdünger eingesetzt werden
- auch ein fester Stickstoffdünger (z.B. in Kombination mit Gips) kann hergestellt werden
Was sind die Nachteile der Ammoniak-Strippung?
- Speicherung des Stickstoffs ist problematisch
- relativ hohe Wartungs- und Investitionskosten
- noch relativ kleiner Markt für ASL-Dünger
Wie funktioniert die Fällung mit Metallionen?
- Zugabe von Metallionen (Eisen- und Aluminiumsalze) und anschließende Fällung der Nährstoffe
- Anreicherung der Nährstoffe im entstehenden Schlamm (z.B. Gewinnung von Phosphatdünger)
Was sind die Vorteile der Fällung mit Metallionen?
- Gewinnung von phosphatreicher Phase
- einfaches und betriebssicheres Verfahren
Was sind die Nachteile der Fällung mit Metallionen?
- Stickstoffreduktion nicht relevant (nur Teilaufbereitung)
- schlechte Pflanzenverfügbarkeit
Wie funktioniert die Struvit-/MAP-Fällung?
- Zugabe von Magnesiumverbindungen (z.B. MgO) und anschließende Fällung der Nährstoffe als Struvit/MAP
- Anreicherung der Nährstoffe im entstehenden Schlamm (z.B. Gewinnung von Phosphatdünger)
Was sind die Vorteile der Struvit-/MAP-Fällung?
- Gewinnung von phosphatreicher Phase
- gute Pflanzenverfügbarkeit
Was sind die Nachteile der Struvit-/MAP-Fällung?
- Stickstoffreduktion wenig relevant (nur Teilaufbereitung)
- Probleme durch organische Verunreinigungen (Vorbehandlung notwendig)
Wie funktioniert die Thermo-chemische Pyrolyse?
- In einem vorgelagerten Prozessschritt wird der Gärrest separiert
- Trocknung des Feststoffanteils
- Der getrocknete Feststoffanteil wird einem Pyrolyseprozess unterworfen
Was sind die Vorteile der Thermo-chemischen Pyrolyse?
- zusätzliche Stromgewinnung möglich
Was sind die Nachteile der thermo-chemischen Pyrolyse?
- hohe Installationskosten
- viele Vor-Technologien sind erforderlich
- Trocknung der Substrate ist energie- und kostenintensiv
- nur zur Aufbereitung des Feststoffanteils des Gärrestes anwendbar
