KompaGG-N - Komplettaufbereitung von Gülle und Gärresten: Verfahrensentwicklung unter Berücksichtigung regionaler Stoffstromkonzepte für Nähr- und Schadstoffe

Das Ziel des Forschungsprojekts KompaGG-N war die Untersuchung verschiedener Techniken zur Auf-bereitung von Gülle und Gärrest, wodurch eine Basis zur Ableitung robuster und wirtschaftlicher Ver-fahrensempfehlungen geschaffen werden sollte. In dem Verbundprojekt bestehend aus wissenschaftlichen Einrichtungen (ISAH, DVGW-EBI) und Industrieunternehmen (BIORESTEC GmbH, E&P Anlagenbau GmbH) standen die Fraktionierte Eindampfung und die Deammonifikation im Fokus, die sowohl als Verfahrenskette als auch zum Teil als Stand-Alone-Verfahren untersucht wurden. Untersucht wurden im Rahmen der Bewertung von Verfahren(sketten) neben der Stickstoffelimination bzw. -rückgewinnung auch der Einfluss der Feststoffabtrennung durch Membranfiltration (MF) und der Rückhalt von Antibiotika und Antibiotikaresistenzgenen (ARG) durch die verschiedenen Verfahren.

Die Fraktionierte Eindampfung (SEQUESTA) der Fa. BIORESTEC erzeugt aus separiertem Gärrest oder separierter Gülle Kondensate mit unterschiedlichem Ammoniumgehalt. Infolge des im Vergleich zu Wasser niedrigeren Dampfdrucks von Ammoniak wird zu Beginn der Eindampfung eine wässrige Ammoniaklösung mit einem Gehalt von etwa 20 – 50 g/l Ammoniumstickstoff hergestellt (Fraktion 1). Der Gehalt an Ammoniumstickstoff konnte per Rektifikation auf bi zu 240 g/l erhöht werden. Die erste Fraktion kann also zur Düngemittelherstellung oder auch außerhalb der Landwirtschaft eingesetzt werden (z.B. chemische Industrie, Rauchgasreinigung). Die weiteren Kondensate sind in Bezug auf Stickstoff bereits deutlich abgereichert. In Kombination mit einer Umkehrosmose eignet sich das Verfahren zur Vollaufbereitung von Gülle oder Gärresten.

In Bezug auf die Deammonifikation (als Grundlage diente das TERRMOAX®-Verfahren der Fa. E&P) konnte über labor- und halbtechnische Untersuchungen gezeigt werden, dass die Verfahrenstechnik aus dem Abwasserbereich auf die Direktbehandlung von Gülle und Gärrest übertragen werden kann und die Deammonifikation auch für das aus der Eindampfung resultierende Kondensat mit geringen CSB-Gehalten gut einsetzbar ist. Im Rahmen des Substratscreenings wurden keine substratspezifischen Hemmungen der ammoniumoxidierenden Bakterien (AOB) festgestellt und eine Adaption an hohe NH₃-Gehalte beobachtet, sodass die hohen Stickstoffgehalte der Substrate bei angepasster Betriebsführung und Regelungsstrategie zu keinen Problemen führen. Im Projekt wurde die Deammonifikation a) zur Stickstoffminderung von Schweinegülle als Stand-Alone-Modul erfolgreich betrieben und b) zur Nachbehandlung der bei der fraktionierten Eindampfung anfallenden, nicht verwertbaren Kondensatfraktionen. Für beide Anwendungsfälle wurden Verfahrenskonzepte entwickelt und erfolgreich erprobt. Aufgrund des je nach Abtrenngrad, Aufstallung und Speicherung in den Güllen zum Teil noch in hohen Mengen vorhandenen Chemischen Sauerstoff Bedarfs (CSB) sieht das verfahrenstechnische Konzept der Teilentfrachtung von Gülle drei Verfahrensstufen vor. Die Ausführung der Nitritationsstufe als Ausschwemmreaktor hat sich hierbei als vorzugswürdig erwiesen. Für die Auslegung einer Teilentfrachtung können Raumumsatzraten von 1,1 kg NH4- N/(m³*d) angesetzt werden. Eine Abreicherung auf Einleiterqualität ist möglich, aber aufgrund der benötigten Beckenvolumen nicht wirtschaftlich. Für die Behandlung des aus der Eindampfung resultierenden Kondensats ist die einstufige Verfahrensausführung als Sequencing-Batch-Reaktors (SBR) vor-zugswürdig. Mit der Deammonifikation konnte für das Kondensat eine N-Elimination von 88 % erreicht werden, allerdings ist eine Stützung der Säurekapazität erforderlich. Der gelöste CSB wurde im Mittel um 90 % gesenkt und lag im Ablauf konstant bei etwa 40 mg/l, sodass keine Einschränkungen in der Einleitfähigkeit durch refraktären CSB zu erwarten sind.

Bei der Untersuchung der Feststoffe zeigte die Deammonifikation keine Beeinflussung der Umsatzrate durch Feststoffe im Zulauf und auch für die Fraktionierte Eindampfung ergaben sich keine Vorteile einer Filtration gegenüber herkömmlichen Pressschnecken. Aufgrund des hohen Energiebedarfs ist die Membranfiltration für die Gesamtverfahrenskette daher vernachlässigbar. Allerdings konnte im Pilotmaßstab mittels keramischer Mikrofiltrationsmembran eine Reduktion des Gesamtfeststoffgehalts um mehr als 98 %, ein Phosphatrückhalt von 82 % und eine CSB-Abreicherung von 80 % erreicht werden. Bei der Kombination aus Mikrofiltration und Vakuumeindampfung von Schweinegülle konnte eine Reduktion der ARG-Konzentrationen um das 100- bis 104-fache beobachtet und mehr als 99,99 % der ARGs entfernt werden. Auch beim Einsatz der Fraktionierten Eindampfung und der Deammonifikation als einzelne Prozessstufen konnte eine Reduktion der ARG nachgewiesen werden, wenn auch in deutlich geringerem Maßstab als bei der Membranfiltration. Zusätzliche Behandlungsprozesse sind also erforderlich, um taxonomische ARGs im Endprodukt weiter zu reduzieren.

Gefördert wurde das Projekt KompaGG-N im Rahmen des Förderprogramms "KMU-innovativ" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

Der vollständige Abschlussbericht kann hier in vier Teilen heruntergeladen werden. Er besteht aus dem Gesamtbericht sowie den Anhängen A (Fraktionierte Eindampfung), B (Biologische Behandlung und Szenairenanalyse) und C (Membranverfahren und ARG/ARB).