Abluftreinigungsanlagen

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1 Abluftreinigungsanlagen Technik und Kosten Güstrow, 23. Oktober 2013 Dr. Horst Cielejewski, LWK NRW, Münster, FB 51

2 NRW Erlass vom Eine nach dem Stand der Technik ausreichende Wirksamkeit einer Abluftreinigungsanlage ist gegeben, wenn die Abscheideleistung für Staub mehr als 70 % beträgt die Abscheideleistung für Ammoniak mehr als 70 % beträgt hinsichtlich der Gerüche im Reingas kein Rohgasgeruch wahrnehmbar ist und die Geruchskonzentration am Reingasaustritt (biogener Geruch) kleiner oder gleich 300 GE/m³ beträgt Die ausreichende Wirksamkeit der Abluftreinigungsanlage ist im Genehmigungsantrag durch Vorlage eines Sachverständigengutachtens oder eine entsprechende Zertifizierung nachzuweisen.. eine Arbeitsgruppe wurde eingerichtet, um bei Bedarf Unklarheiten zu präzisieren und Erläuterungen vorzunehmen

3 Tierhaltungserlass NRW ( ) - Prüfschema Abluftreinigung (AR) - Stallbauvorhaben in der Schweinehaltung Bestandsanlage nicht nach 4. BImSchV (Bauscheinanlage) < Mastschweineplätze < 560 Sauenplätze < Ferkelplätze Bestandsanlage nach 4. BImSchV, Spalte Mastschweineplätze Sauenplätze Ferkelplätze Bestandsanlage nach 4. BImSchV, Spalte Mastschweineplätze 750 Sauenplätze Ferkelplätze mit Neubau Spalte 2 (Neugenehmigung) grundsätzlich keine ARA mit Neubau Spalte 1 (Neugenehmigung) Neubau + Altbestand größenunabhängig grundsätzlich mit ARA mit Neubau weiterhin Spalte 2 (Änderungsgenehmigung) grundsätzlich keine ARA mit Neubau Spalte 1 (Änderungsgenehmigung) Neubau: größenunabhängig grundsätzlich mit ARA Neubau: größenunabhängig grundsätzlich mit ARA Altbestand: ARA nur, wenn Voraussetzungen für eine nachträgliche Anordnung vorliegen

4 Tierhaltungserlass NRW ( ) - Prüfschema Abluftreinigung (ARA) - Nachträgliche Anordnungen in der Schweinehaltung Bestandsanlage nach Baurecht < Mastschweineplätze < 560 Sauenplätze < Ferkelplätze Bestandsanlage nach 4. BImSchV, Spalte MS-Plätze Sauenplätze Ferkelplätze Bestandsanlage nach 4. BImSchV, Spalte Mastschweineplätze 750 Sauenplätze Ferkelplätze Einzelställe < Spalte 1 Einzelställe > Spalte 1 keine nachträgliche Anordnung grundsätzlich keine nachträgliche Anordnung Ausnahme: Im Einzelfall aus Schutzgründen grundsätzlich keine nachträgliche Anordnung Ausnahme: Im Einzelfall auf Schutzgründen zentrale Abluftführung: grundsätzlich nachträgliche Anordnung dezentrale Abluftführung: grundsätzlich keine nachträgliche Anordnung Ausnahme: Im Einzelfall aus Schutzgründen

5 Geruch Staub NH 3 Art der Anlage Dr. Siemers Umwelttechnik GmbH X X X 3-Stufen-Kombi-Filter CLP BIG Dutchman Pig Equipment GmbH X X X 3-Stufen-Kombi-Filter RIMU Lüftungstechnik X X X Rieselbettreaktor Hagola Biofilter GmbH X X Flächenfilter 9/07 DLG Dorset Milieutechniek b. v. X X X Rieselbettreaktor 9/07 Devriecom b. v. X X X Rieselbettreaktor Kombiwäscher7/09 Uniqfill Air b. v. X X X Chemowäscher mit nachgeschalteter Wasserwäsche 7/09 I.U.S. X X X 2-stufige Kombianlage 6/10 Big Dutchman MagixX-B X X Einstufig, Chemowäscher für Geflügel 8/10 Skov Bio Flex 2 step X X 2 stufig 8/10 Skov Bio Flex 3 step X X X 3 stufig 8/10 Big Dutchman, Reventa, HelixX X X 1 stufig Chemo-Wäscher 8/ /11 I.U.S. X X X 2 stufig für Mastkälber 1/12 KWB, Inotec (X) X X 3 stufiger Kombi Luftwäscher 10/12

6 KBO CH, 2008/10

7 KBO CH, 2008/10

8 KBO CH, 2008/10 2 Lösungen!

9 Lösung A - mit Säure Schwefelsäure + Ammoniak = Ammoniumsulfatlösung im Säurewäscher : Abscheidung von 1000 kg NH 3 erfordern ca kg H 2 SO 4 (96%) BSP: 2,1 kg NH 3 (70% von 2,9 kg/mp), 5 6 kg Säure/MP, 4 5 /MP*a Lagerkapazität Abwasser 50 bis 150 l/mp*a??? abhängig von Grenzwerten für Abschlämmung, ph, Leitfähigkeit?? Nährstoffgehalte: >30 kg N, >30 kg S?? (5 Gew% N und 6 Gew% S Mindestgehalte bislang für Inverkehrbringen ASL aus Abluftreinigung Tierhaltung)

10 2 NH 3 + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 Hinweise zum sicheren Umgang mit Schwefelsäure: Geeignete Schutzausrüstung tragen. Kontakt mit den Augen und Haut vermeiden. Dämpfe, Sprühnebel und Gas nicht einatmen. Notfallaugenduschen sollten in unmittelbarer Nähe verfügbar sein. Beim Verdünnen immer das Produkt dem Wasser beigeben. Nie das Wasser dem Produkt beigeben. Lagerbedingungen: Behälter dicht verschlossen, an einem kühlen und gut belüfteten Ort aufbewahren. Produkt ist hygroskopisch. Anforderung an Lagerräume und Behälter: An einem Ort mit säuresicherem Boden aufbewahren. Lagerung: Im Originalbehälter. Zusammenlagerungshinweise: Getrennt lagern von: Brennbaren Stoffen, Nahrungsmitteln, Getränke und Tiernahrung fernhalten Kontakt mit Haut, Augen und Kleidung vermeiden. Gas/Rauch/Dampf/Aerosol nicht einatmen. Atemschutz: Bei Auftreten von Dämpfen und Aerosolen. Empfohlen: Kombinationsfilter E-P2 Handschutz: Schutzhandschuhe. Das Handschuhmaterial muss undurchlässig und beständig gegen das Produkt/die Zubereitung sein. Handschuhmaterial: Butylkautschuk (480 min; 0,5 mm)k, Fluorkautschuk (120 min; > 0,5 mm). Augenschutz: Dichtschließende Schutzbrille. Körperschutz: Arbeitsschutzkleidung, säurebeständig. ASL: wegen Betonkorrosion keine Lagerung in Beton-Lagerbehältern. Geeignete Behälter = mit Zulassungsbescheinigung! verwenden (häufig GFK, Kunststoffe)

11 Betonkorrosion durch chemischen Angriff

12 Lösung B - biologisch Nitrifikationsgleichung Gesamt: NH3 + 2 O2 NO3 - + H2O + H + Schritt 1) durch Nitrosomonas NH3 + H + + O2 NH2OH + H2O Hydroxylamin, hemmend ab 5 mg N je l Schritt 2) durch Nitrosomonas NH2OH + O2 NO2 - + H2O + H + Schritt 3) durch Nitrobacter Nitrit, hemmend ab 100 mg/l Salpetrige Säure hemmend ab 0,22 mg/l NO2 - + ½ O2 NO3 - AquaCare Sellner Nitrifikation

13 Hahne, vti, KONN Abluftreinigung 2011

14 Waschwasserqualität bei biologischen Systemen ph-einstellung auf 6,5 6,8 langsam und nur bei guter Durchmischung vornehmen Bei zu starker Dosierung droht Zerstörung des Kohlensäure-Gleichgewichtes mit der Folge einer starken ph-wertabsenkung Die übermäßige Absenkung des ph-wertes führt zur Freisetzung von Stickoxiden Beispiel Versauerung durch Ammoniakabbau: NH (in Lösung) > NH 4 + NH (biol. Oxidation)--> HNO 3 ---> ph sinkt! Ammoniak-oxidierende Mikroorganismen haben eine Verdopplungszeit von 82,6 h bei einer Temperatur von 10 C. Hahne, vti, KONN Abluftreinigung 2011

15 Nach den vorliegenden Ergebnissen muss für die Abscheidung eines Kilogramms NH3-N bei einem auf ph 6,5 geregelten Rieselbettreaktor mit einem Schwefelsäureverbrauch von 1,2 kg (96 %) im Jahresdurchschnitt gerechnet werden. Der Säureverbrauch kann durch die Anhebung der minimalen Waschwassertemperatur auf Werte über 14 C deutlich reduziert werden. Ab Waschwassertemperaturen über 17 C dürfte der Säureverbrauch bei NH3-N-Volumenbelastungen von 130 bis 265 g/m³ d praktisch vernachlässigbar sein. Die Vermeidung unnötiger Wärmeverluste im Rahmen der Abluftreinigung sollte daher unbedingt beachtet werden. Die Integration der Abluftreinigungsanlage in das Stallgebäude wäre diesbezüglich sicher die beste Lösung angesichts von Lufttemperaturen zwischen 16 und 32 C in der Schweinemast. Alternativ sollte die Wärmedämmung des Rieselbettreaktors und die Vorwärmung von Frischwasser durch Wärmetauscher oder thermische Solaranlagen genau geprüft werden. Hahne, Landtechnik 1/2009

16 In allen untersuchten Abluftreinigungssystemen wurde neben dem NH 3 -Abbau eine Bildung von N 2 O und NO festgestellt. Bis zu 17 % des abgebauten NH 3 - Stickstoffs wurde zu N 2 O und bis 15 % wurde zu NO und umgesetzt. Nur im 3-stufigen Kombinationssystem fand bei der NH 3 -Abscheidung durch den Säurewäscher keine Spurengasbildung statt. Dies war darauf zurückzuführen, dass es hier, bedingt durch den niedrigen ph-wert, nicht zu einem biologischen Umsatz (Nitrifikation) des gelösten Ammoniums (NH4 + ) kam. In den meisten Abluftreinigungssystemen fiel mehr oder weniger viel Sickerbzw. Wäscherwasser an, welches regelmäßig mit der Gülle des Betriebs entsorgt wurde. In Laboruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass mit dieser Praxis nochmals bis zu 4 % des abgeschiedenen NH 3 -Stickstoffs als N 2 O in die Atmosphäre gelangen können. Extrem hohe N 2 O -Konzentrationen von rund 10 ppm, die in der Abluft eines Schweinestalls wenige Stunden nach Einleiten des kompletten ausgetauschten Wäscherwassers in die unterflur gelagerte Gülle gemessen wurden, deuten an, dass dies auch in der Praxis der Fall ist. Wäscher und Sickerwasser sollten separat von der Gülle gelagert und entsorgt werden. TRIMBORN, M. (2006): Uni Bonn, Schriftenreihe USL Nr. 138

17 KBO CH, 2008/10

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20 2-stufige Lösung biologisch DLG 5944

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22 Dr. Siemers 2 stufig DLG ,4/2,6/0,46 21,4 4,0 29,7 4,9 NH 4 /5,8 NO 3 /9,6 SO 4 Sulfatkorrosion 20,4/3/0, Pa à 86 m³/h Türgang

23 Chemo- und Biowäscher (Uniqfill) 2-stufig chemisch KBO CH, 2008/10

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26 Prinzip einstufige Anlage Säure KBO CH, 2008/10

27 Devrie BCA 70/90 Abluftwäscher Kombiwäscher Rieselbettfilter nach DLG Prüfbericht 5879

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30 DEVRIE Wäscher Sauen 1 Sauen 2 Mastschweine 0,9 0,9 0,9 24,75 22,275 74,25 66, ,8 4,9 6,7 29,2 18,7 25,

31 Kenndaten Rieselbettreaktor: System RIMU Lüftungstechnik Hahne, vti, Möglichkeiten und Grenzen der Abluftreinigung

32 Kenndaten Rieselbettreaktor: System Dorset ohne Säure zur Steuerung Hahne, vti, Möglichkeiten und Grenzen der Abluftreinigung

33 Mikroorganismen, die Staub und Gerüche abbauen, unterscheiden sich fundamental von denen, die Ammoniak oxidieren (Kohlenstoffquelle, Sauerstoffverwertung, Wachstumsgeschwindigkeit). Ihren unterschiedlichen Ansprüchen in einem einstufigen Verfahren gerecht zu werden, ist schwierig. Hahne Grundlagen

34 heterotrophe Bakterien nitrifizierende Bakterien Parameter optimal IST Optimal IST Abbaubare C-Quelle hoch konzentriert leicht abbaubar gering konzentriert schwer abbaubar gering C aus CO 2 ; nur, wenn wenig Staub Temperatur C 9 24 C C 9 24 C Ø<15 C Nährstoffe C:N:P=100:5:1 zuviel N N:P=10:1 C aus CO2 P-Mangel bei wenig Staub Mikronährstoffe sicherstellen unbekannt sicherstellen aus Staub und Wasser? ph-wert schwach alkalisch schwankend schlecht geregelt schwach alkalisch Schwankend, schlecht geregelt, Kontra NH 3 Sauerstoff >0,5 mg/l ungeregelt >2mg/l ungeregelt Hemmstoffe keine Desinfektionsmittel? Ammoniak keine Desinfektionsmittel Nitratbildner häufig höher, kontra < 2 mg/l NH 3 Nitrat-Bildung Hahne, Grundlagen der biologischen Abluftreinigung.

35 Analysewerte Waschwasser [mg je l = g je m³] Wäscher Sauen 1 Wäscher Sauen2 Wäscher Mast Rieselbett* Biofilter* Wurzelholz Biofilter* Stroh Ammonium Ammonium-N Nitrat Nitrat-N Nitrit Nitrit-N Gesamt-N *=USL Bonn, Bericht 138, Mitteilungen Trimborn

36 Anmerkungen aus DLG-Prüfberichten HaltungsVO, DIN in der Regel eingehalten d.h.: keine Überbelegung, relativ große Luftmengen, geringe Schadgasgehalte, z.b. < 20 ppm NH 3 alle DLG-Prüfungen fanden an Prototyp-Anlagen statt mit z.t. gravierenden Anpassungen und technischen Veränderungen im Verlauf der Prüfung: Leitfähigkeit gesenkt von 26 auf 16 bzw. 11 ms/cm, um Abscheidung sicher zu erreichen Leitfähigkeit gesenkt von 20 auf 15 ms/cm für sichere Abscheidung Filterpakete verändert, Pumpenleistung und Intervalle angepasst durch Stalldesinfektion, Wäscherbiologie für 4 Wochen zusammengebrochen Schaumproblem Säuredosierung ausgefallen ohne Säure in 1.Stufe keine sichere NH 3 -Abscheidung, Winter zu kalt Filterwände austauschen nach2/4/>5 Jahren N-Bilanzierung nicht immer plausibel

37 Landkreis Vechta: Insgesamt 240 Anlagen vorhanden 75 % Wäscher, 25 % Biofilter In den Jahren 2008, 2009 und 2010 wurden im Landkreis Vechta jeweils etwa 20 % der vorhandenen Anlagen überprüft. Nur zertifizierte Anlagen, Ausnahme Flächenfilter Die Überprüfungen wurden eine Woche vorher angemeldet Bei Wäschern mit Messungen für Ammoniak und ph-wert Es wurden kaum Daten ausgelesen Ergebnis: 35 % geringe Mängel bis gut 45 % erhebliche Mängel 20 % schwere Mängel bis funktionslos Lamping, Kreis Vechta, KONN Abluftreinigung 2011

38 Häufig vorgefundene Fehler Steuerung arbeitet mit falschem ph-wert, Sonde nicht kalibriert keine Säure vorhanden Wäscherwände verdreckt Spülleitungen und Düsen verstopft abgesackte Wurzelholzschüttungen Bioschüttungen nicht ausreichend befeuchtet Standzeiten der Bioschüttungen überschritten Hauptursachen mangelnde Wartung und Kontrolle durch den Betreiber mangelnde Unterweisung durch Anlagenhersteller Anlage ist wartungsunfreundlich installiert zu geringe Materialstandzeiten Lamping, Kreis Vechta, KONN Abluftreinigung 2011

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40 Überprüfung in den Niederlanden in der Provinz Noord Brabant 63 Säurewäscher 100 % 13 Wäscher waren nicht vorhanden 20,6 % 12 Wäscher waren nicht in Betrieb 19,1 % 28 Wäscher erfüllten nicht alle Anforderungen 44,4 % 10 Wäscher erfüllten alle Anforderungen, davon 3 mit zu wenig Säure 15,9 % 4,8 % Aarnink et al, KONN Abluftreinigung 2011

41 Grimm. Düsse, r

42 Voraussetzungen für die Kostenberechnung Mastplätze ARA Investition von. bis AfA, Zins, Reparatur 13% 13% 13% 2xWartung/a ,7 Umtriebe/a Arbeit 10 min/d + 10 h/a für 15 /h 15 min/d + 20 h/a für 15 /h Strom Lüftung: 20 bis 100 kwh je Mastplatz * a, 0,25 /kwh (DLG) davon Mehrverbrauch ARA: 4 oder 10 oder 25 kwh/mp * a Strom Pumpen 20 oder 30 oder 60 kwh/mp * a (nach DLG) Säure: 0,5 oder 1,2 oder 2,5 kg je kg NH 3, 0,80 /kg Säure Je MP müssen jährlich 2,1 kg NH 3 abgeschieden werden (70%)

43 Voraussetzungen für die Kostenberechnung Abwasser Gülle Abschlämmung m³/mp*a 0,3 0,85 2,5 Güllelager 40 /m³, AfA u.dergl., 4 % 0,45 1,35 4,00 Ausbringung 2,50 /m³ 0,75 2,13 6,25 Abgabe (Aufpreis) 7,50 /m³ 2,25 6,37 18,75 Gesamt je Mastplatz 3,45 9,85 29,00 Gesamt je Schwein (2,7 Umtriebe/a) 1,28 3,65 10,74

44 Mehrkosten Abluftreinigung Anzahl Mastplätze