Biologische Behandlung

Respirometrische Untersuchungen (Atmungsaktivität)

Selbsterhitzungsversuch

Aerober Abbau ● Verbleib eines reduzierten Organikanteils, Entstehung von H2O, CO2 und Wärme, Verringerung pathogener Keime ● Organismen: Bakterien, Pilze, Metazoen ● Einflussfaktoren für den biologischen Abbau: Wassergehalt, pH-Wert, Temperatur, Nährstoffe und Spurenelemente ● 3-stufiger Abbau von Organik ● Zerlegung großer Moleküle durch Hydrolyse mittels Enzymen ● Oxidation des org. Kohlenstoffs und Wasserstoffentzug ● Oxidation des Wasserstoffs mit externem Oxidationsmittel (z.B. O2 )

Anaerober Abbau ● Entstehung von CO2 und CH4 , (Wärme, Verbleib eines reduzierten Organikanteils), Verringerung pathogener Keime ● Organismen: obligat anaerobe oder fakultativ anaerobe Mikroorganismen ● 4-stufiger Abbau von Biomasse und Gasbildung ● Zerlegung großer Moleküle durch Hydrolyse mittels Enzymen ● Vergärung/Versäuerung ● Acetogenese, ● Methanbildung ● Hemmende und toxische Einflussgrößen (z.B. H2S, NH3 , Desinfektionsmittel)

● Der TR beschreibt die Verteilung von Wasser und Feststoff innerhalb der Gesamtmasse (Anteil der Trockenmasse an der gesamten Masse eines Schlammes)

● Rückstand, welcher nach Trocknung einer Probe bei 105 °C verbleibt

● Enthält auch die ursprünglich gelösten Stoffe (z. B. Salze)

● Angabe in kg/kg oder Gewichts-%

 ● Rückstand, welcher nach Filtration im Filter verbleibt und getrocknet wird

● Enthält die ursprünglich gelösten Stoffe nicht

● Angabe in kg/m

Verteilung von organischer und anorganischer Trockensubstanz innerhalb der Gesamttrockenmasse

● Massenanteil, der beim Glühen der Trockenmasse eines Schlamms unter festgelegten Bedingungen als Gas entweicht. Er wird auf die Trockenmasse bezogen und in Prozent angegeben.

● Glühverlust organische Substanz abbaubarer Anteil

● enthält auch chemisch gebundenes Wasser und flüchtige anorganische Verbindungen

● wichtig für ● Überwachung des Faulprozesses

● Berechnung der Gasausbeute

● Beurteilung der Belastung eines Faulbehälters

Massenanteil des Rückstandes, der nach dem Glühen der Trockenmasse eines Schlamms unter festgelegten Bedingungen in der Schale verbleibt. Er wird auf die Trockenmasse bezogen und in Prozent angegeben.

● Entspricht dem mineralischen Anteil ● Besteht aus Sand, Fällungsprodukten u.ä.

Anerob :

hohe Biomassebildung (~50%) rest + Energie ung 50%

Aerobe

geringe Biomassebildung (~5-10%) +rest * 90% Energie

Kompostierung ist ein oxidativer, bakterieller Ab-, Um- und Aufbau organischer Stoffe (biochemische Oxidation) ● Verbrauch von Sauerstoff ● Produktion von Kohlendioxyd (CO2 ) und Wärme ● Material besteht aus H2O, oTS und mTS

Kompostqualität ist nur über vier elementare Steuergrößen beeinflussbar ● Materialmischung der Ausgangsmaterialien ● Steuerung des Wasserhaushaltes ● Sauerstoffversorgung des rottenden Materials ● Steuerung der Rottetemperatur

Sauerstoff, Wasser , Mikroorganismen , Kompostfauna, ------>  Kohlendioxid Wärme Wasser Amoniak 

------> Bildung von Humus

Temperatur ist die klassische Steuerungsgröße bei der Kompostierung 

Anfangs- oder Initialphase (Abbauphase) ● starke Vermehrung mesophiler Organismen ● Absenkung des pH-Wertes (Ansäuerung)

Thermophile Phase (Abbauphase) ● starke Vermehrung thermophiler Organismen ● hoher Abbaugrad in einem Temperaturbereich von 45 - 55°C ● weiterer Temperaturanstieg bis 75°C; Abnahme der Organismenanzahl (Verlust der mesophilen Organismen) ● Erhöhung des pH-Wertes

Abkühlphase (Umbauphase) ● Temperaturen sinken unter 45°C mesophile Bakterien und Pilzarten werden aktiv ● Je nach Kompostierungsverfahren hält diese Phase mehrere Wochen an.

Reifephase (Aufbauphase) ● Weitere Abkühlung, Besiedlung durch Bodentiere (Zerkleinerung von Pflanzenteilen, Durchmischung und Durchlüftung des Substrates, Stabilisierung der Humusstoffe) ● Bildung von Ton-HumusKomplexen ● Beginn der Mineralisation

Statische Verfahren (ohne Umsetzung) (<5) ● Container-/ Boxenkompostierung ● Mietenrotte ohne Umsetzen ● Zeilen-/ Tunnelverfahren

Quasi-dynamische Verfahren ( >=5) ● Mietenrotte mit Umsetzen ● Klappbodenzellen mit Umsetzen ● Container-/ Boxenkompostierung mit Umsetzen ● Zeilen-/ Tunnelverfahren mit Umsetzen

Dynamische Verfahren (kontinuierliche Bewegung) ● künstlich belüftete Tunnelreaktoren ● künstlich belüftete Rottetrommeln 

älteste und einfachste Form der Kompostierung das am häufigsten eingesetzte Verfahren (50 % der in Deutschland installierten Behandlungskapazität) 

 großes Oberflächen/Volumen-Verhältnis

● geringe Diffusionswege von Zu- und Abluft zum Mietenrand

● bei ausreichendem Luftporenvolumen ist keine Zwangsbelüftung erforderlich

● hoher Flächenbedarf: 1,5 bis 2 m2 /Mg Kompostrohstoff

● Intensivrottedauer: ● ohne Umsetzen, mit künstlicher Belüftung: 12-16 Wochen ● ohne Umsetzen, ohne künstliche Belüftung: 20-25 Wochen ● mit Umsetzen, mit künstlicher Belüftung: 6-12 Wochen 

Rotteprozess erfolgt im gekapselten Raum

i.d.R. Zwangsbelüftung erforderlich

Intensivrottedauer: 4 bis 12 Wochen

Automatische Umsetzung

Intensivrottesysteme ● Verkürzung der Rottezeiten ● Steigerung der Leistung

Rottetrommel ● nur für leicht abbaubare organische Inhaltsstoffe ● kein Ligninabbau ● Sickerwasser zur Befeuchtung der Mieten in Nachrotte ● u.U. bis zu 4 Monaten Nachbehandlung in der Nachrotte

Turmkompostierung ● Temperaturprofil über die Höhe ● 14 Tage im Turm ● 4 Wochen Nachrotte in Mieten

TS > 20% 

Vorteile :• geringer Energiebedarf für Erwärmung, da weniger H2O zu erwärmen ist • höhere spezifische Raumbelastung möglich • geringerer Aufwand zur Produktenwässerung

Nachteile:

unvollständige Durchmischung • lokal erhöhte Toxin- und Salzgehalte sowie Stoffwechselzwischenprodukte • erschwerte Diffusion • verminderter Abbaugrad 

TS bis 10% (15%)

Vorteile: einfachere Betriebsführung • begünstigter Stoffaustausch im flüssigen Medium • Vermeidung lokaler Unterversorgung und lokaler Anreicherung mit Zwischenprodukten und Toxinen • Störstoffe können abgeschieden werden • Homogener Schlamm

Nachteile : höhere Energie notwendig • Im Vergleich zur Trockenfermentation größere Reaktorvolumina

Vorteile : schneller Abbau • kürzere Verweilzeiten • vollständiger Umsatz • höhere Gasproduktion • Hygienisierung

Nachteil :höherer CO2 -Anteil • niedriger CH4 -Anteil • höherer N2 -Anteil • erhöhter Energiebedarf

einfachere Prozessführung • geringerer Energiebedarf zur Aufheizung

größeres Reaktionsvolumen als thermophil • keine gesicherte Hygienisierung

Abbau in einem Reaktor; Kompromiss zwischen den verschiedenen Milieubedingungen

Vorteile :• Einfacher Betrieb • Keine zwischengeschaltete Phasenseparation

Nachteile Größeres spezifisches Reaktorvolumen • Geringfügig höherer Energiebedarf

Hydrolyse und Säurebildung sowie die Schritte der Essigsäure- und Methanbildung in räumlich voneinander getrennten Reaktoren 

Weitgehende Trennung der Mikroorganismengesellschaften • Entkopplung der Hydrolyse als geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Methanbildung • Kurze Verweilzeiten im Methanreaktor

Größerer apparatetechnischer Aufwand • Bei kleineren Anlagen nicht geeignet

Kompostierung                                                                                                                                 Vergärung 

aerob Zugabe von Strukturmaterial exotherm (Selbsterhitzung)                                                  anaerob leicht exotherm 

strukturreich, ligninhaltig, Wassergehalt < 70 %                                                      strukturarm, ligninarm hoher Wassergehalt 

40 – 60 %                                                                                                                                                 60 – 95 %

ca. 8 – 12 Wochen                                                                                                 ca. 20 Tage (anaerob), zzgl. 4 – 6 Wochen Nachrotte 

energieintensiv (Belüftung)                                                                                                       energieunabhängig

0,4 – 1,9 m³/Mg                                                                                                                    0,1 – 1,2 m²/Mg (geringer Platzbedarf für                                                                                                                                             Vergärung, mit Nachrotte nur geringe  Vorteile

Abwasser: gering Geruch: hoch                                                     Abwasser: hauptsächlich bei Nassfermentation Geruch: geringer

in Abhängigkeit vom Durchsatz ca. 65 – 100 €/Mg bei Kompost, ca. 65 €/Mg bei Frischkompost

in Abhängigkeit vom Durchsatz ca. 70 – 200 €/Mg (bei mittleren Anlagen vergleichbar mit Kompostierung) 

– Verwertung von Bioabfällen auf landwirtschaftlich, forstwirtschaftlich und gärtnerisch genutzten Böden

– zur Förderung einer nachhaltigen Entwicklung der Energieversorgung, Schonung fossiler Energieressourcen und Weiterentwicklung von Technologien zur Stromerzeugung aus EE

Erzeugung von Strom aus Biomasse (zum EEG)

 – Inverkehrbringen von Düngemitteln, Bodenhilfsstoffen, Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln 

– Anwendung von Düngemitteln, Bodenhilfsstoffen, Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln

Genehmigungsverfahren

● Genehmigung nach BauGB (und jeweils geltender Landesbauordnung)

● Genehmigung nach BImSchG (mit 4. BImSchV)

Biochemische Initialphase ● Hochpolymere Verbindungen werden durch Hydrolyse und Oxidation enzymatisch gespalten.

Mechanische Zerteilungs- und Mischungsphase ● Vermischung angegriffener Substanzen durch Makro- und Mikrofauna

Mikrobielle Umbauphase ● Enzymatische Spaltung organischer Verbindungen in ihre Grundbausteine CO2 und H2O, Mineralstoffe und Energie (teilweise reaktionsfähige Spaltprodukte)

Temperatur [°C] Rottegrad Kompostart

Vorrotte

> 60 I Kompostrohstoff

50 – 60 II Frischkompost

Nachrotte

40 – 50 III Fertigkompost

30 – 40 IV Fertigkompost

20 – 30 V Spezialkompost

Gas                       Anteil in Vol.-%

Methan (CH4 )               50 – 75

Kohlendioxid (CO2)       25 – 50

Stickstoff (N2 )                    < 3  

Sauerstoff (O2 )                  < 1  

Wasserstoff (H2 )               < 1

Schwefelwasserstoff (H2S) < 1

Ammoniak (NH3 )                < 1

Durchschnittliche Biogasdichte: ρBiogas = 1,22 kg/m3 N

Biogas ist vollständig wasserdampfgesättigt