Hessisches Landeslabor Positive Auswirkungen der stofflichen Verwertung von qualitativ hochwertigen Klärschlämmen im Landbau und neue DüV

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1 Positive Auswirkungen der stofflichen Verwertung von qualitativ hochwertigen Klärschlämmen im Landbau und neue DüV Landesbetrieb Hessisches Landeslabor Abteilung IV Landwirtschaft und Umwelt Fachgebiet IV.5: Erneuerbare Energien, Boden und Sekundärrohstoffe Am Versuchsfeld 13, D Kassel Dr. Harald Schaaf Wiesbaden, den

2 Grundlagen der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung - Inhaltsangabe Wiesbaden, den Historie Wirkung organischer Düngung auf die Erträge Wertstoffe von Klärschlamm (N- und P) Schadstoffe Schadstoff-Frachten Düngeverordnung (DüV) Zukunftsaspekt Qualitätssicherung 2

3 Historische Grundlagen von Rieselfeldern zu Kläranlagen 1. Hälfte 20. Jahrhundert: Verrieselung von Roh- und Fäkalschlämmen auf Grünland und im Gemüsebau. Nach v. Boguslawski und Newrzella (1939) Auswaschungsproblematik von wasserlöslichen Makroelementen (i. b. Kalium). Nach Diez (1982) auf Münchner Rieselfeldern extreme Schwermetallakkumulationen im System Boden/Pflanze. Nach Knoll (1982) Abwasserverrieselung hygienisch bedenklich (Gefahr von Seuchen und Epidemien durch Cholera- und Typhuserreger). Folge: Bau von Kläranlagen.

4 Chemische Reinigung Fällung: Wasserlösliche Natriumphosphate, N-Verbindungen, Schwermetalle, schwer abbaubare organische Stoffe und daran gebundene organische Schadstoffe Konditionierung: Mittels Eisen- und Aluminiumsalzen, Kalk, organischen und synthetischen Polyelektrolyte

5 Einschränkung der P-Verfügbarkeit (Goldbach et al, 2006; El-Samy, 2004) Besonderer Wert von Klärschlamm hoher P-Gehalt Einschränkung: Vermehrte Zufuhr von aktiven Eisenoxiden (Überschuss an Fällungsmittel in 3. Reinigungsstufe) Abnahme wasserlösliches P bei weitem molaren Fe : P Verhältnis (1 : 0,3) geringere P-Wirksamkeit enges Fe : P Verhältnis (1 : 1,2) kein Einfluss El Samy (2004) stellt in Gefäßversuch fest, dass bei Fe : P Verhältnissen >> 0,7 Reduktion von P-Verfügbarkeit und P- Aufnahme.

6 Vergleich von Nährstoffgehalten landbaulich verwerteter niedersächsischer und hessischer Klärschlämme (Goldbach et al, 2006)

7 Wiesbaden, den

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11 N-Direktwirkung verschiedener organ. Serodünger (VDLUFA, 1996)

12 Wiesbaden, den Schwermetallgehalte verschiedener Düngemittel in mg kg -1 TM (nach Severin, 2009) Düngemittel Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn Klärschlamm nach AbfKlärV 1,47 50, ,17 23,3 67,7 835 Kompost nach BioAbfV 0,50 22,5 43,7 0,20 14,3 52,0 185 Rindergülle 0,28 7,3 44,5 0,06 5,9 7,7 270 Schweinegülle 0,40 9, ,02 10,3 6,2 858 Geflügelkot 0,25 4,4 52,6 0,02 8,1 7,2 336 Kalkammonsalpeter 0,25 8,7 4,0 0,02 3,8 21,4 38,3 Harnstoff 0,13 0,5 0,5 0,7 0,6 1,9 Triplesuperphosphat < ,3 0,04 36,3 12,0 489 Rohphosphate, diverse < ,6 15,6 1,3 199 Thomaskali 0, ,0 3,0 4,0 9,0 Kohlensaurer Kalk 0,30 7,5 8,2 0,04 6,1 5,9 41,2 Hüttenkalk 0,10 50,6 4,2 2,8 7,0 8,8 Konverterkalk < 0, ,7 < 0,02 8,9 19,0 9,5 Kaliumchlorid, ,08 3,5 2,9 0,02 1,5 0,5 3,7 12

13 Cd-Gehalte im Boden des Serodüngerversuchs Meckenheim VI Angaben in mg/kg Boden (Goldbach, 2002)

14 Wiesbaden, den Cd-Eintrag über Klärschlämme, Komposte und mineralische Phosphatdünger (= Superphosphat und Triplesuperphosphat) im Ackerbau in g/ha (Schaaf, 2007) Quelle: KS KO P- Dünger*) Brüne + Ellinghaus ,5 3,0 Schaaf + Janßen ,7 4,5 Schaaf ,7 5,0 2,7 14

15 Wiesbaden, den Systemvergleich: Berechnung von Schadstoffeinträgen in verschiedenen Bewirtschaftungssystemen ohne und mit Viehhaltung Grundlage Lysimeterversuch in KS-Harleshausen LLH einheitlich 1 Boden ul aus Löss, Standort Harleshausen Nährstoffversorgung und Bodenreaktion entsprechend GK C (= optimal) entsprechend Berechnungen der N-Düngung nach dem SBA-System P, K, Mg abfuhrorientierte Düngung ph Erhaltungskalkung alle 3 Jahre mit kg ha -1 15

16 Wiesbaden, den Bewirtschaftungssystem: Ackerbau mit Serodünger als KS Nebenernteprodukte verbleiben auf dem Feld N-Dgg. nach SBA kalkulatorischer Bodenvorrat 60 kg N/ha Eingesetzte Düngemittel: KAS (27% N), TSP (46% P2O5), Kornkali (40% K2O), kohlensaurer Kalk (75% Reaktivität) Datengrundlagen: KAS, TSP, CaCO3, Klärschlamm (jeweils Severin, 2009); 60er Kornkali (Schaaf, 2005) Besonderheit: TSP angenommener Cd-Gehalt 15 mg/kg TM Fruchtfolge: KR WW WR KR WW WG Ø min. Düngung kg/ha pro Jahr: N 157, P2O5 35, K2O 75 Ø organ. Düngung: 1 t KS-TM/ha und Jahr 16

17 Wiesbaden, den Bewirtschaftungssystem: Ackerbau mit Serodünger als KS (g/ha) (GF 1 = BBodSchV, GF 2 = BioAbfV) Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn Tl As Cr VI MW 2, , GF1 6, , , GF ,

18 Bezogen auf eine abfuhrbetonte P-Gabe von 25 kg P/ha wird mit den folgenden Bedarfsdeckung erzielt: Klärschlamm 1 t TM/ha und Jahr Schweinegülle 1,2 t TM/ha und Jahr Biokompost 6 t TM/ha und Jahr

19 DüMV DüV AbfKlärV Hessisches Landeslabor b) Sperrfristen und Herbstausbringung: Entwurf: Sperrfrist Acker: Ernte letzte Hauptfrucht bis 31. Januar gilt für alle Düngemittel mit wesentlichem Gehalt an Stickstoff (Ausnahmen Kompost, Festmist, feste Gärreste: bis ) Herbstausbringung ausnahmsweise bis 1. Oktober: zu Zwischenfrüchten, Winterraps und Feldfutter bei Aussaat bis 15. September oder zu Wintergerste nach Getreidevorfrucht bei Aussaat bis 1. Oktober Maximal 30 kg Ammonium- oder 60 kg Gesamtstickstoff je ha 19

20 DüMV DüV AbfKlärV Hessisches Landeslabor c) Nährstoffvergleich aktuell: Entwurf: (ab 2018) N-Überschuss max. 60 kg je ha und Jahr im Mittel der letzten drei Jahre P 2 O 5 -Überschuss max. 20 kg je ha und Jahr im Mittel der letzten sechs Jahre N-Überschuss max. 50 kg je ha und Jahr im Mittel der letzten drei Jahre P 2 O 5 -Überschuss max.10 kg je ha und Jahr im Mittel der letzten sechs Jahre 20

21 Wiesbaden, den KS-/Grünkomposte und N-Lieferung gem. DüV Kompostierung beider Mischungspartner Material ist hygienisch einwandfrei Das entstandene Kompostgemisch kann im dreijährigen Wechsel mit einer N-Lieferung auch zusammengefasst von 510 kg N/ha ausgebracht werden. Die Sperrfristen entsprechen denen von Stallmisten, d.h. von 15. November bis 15. Januar des Folgejahres also moderat. Im Frühjahr dann allerdings Flüssigschlammverwertung zu Getreide. 21

22 Wiesbaden, den Möglichkeiten zur Herbstausbringung von Klärschlamm zu Silomais (unter Berücksichtigung Stoffstrombilanz) Mischung von entwässertem Klärschlamm mit gut gerottetem Grüngutkompost (Verhältnis 1:1) und Kompostierung des Gemisches. Material arm an Ammonium-N, so dass die Gabe auf eine maximal tolerablem Lieferung idr von 30 kg NH4-N/ha limitiert ist. Etablierung einer Zwischenfrucht mit hohem N-Eignungsvermögen. In der Düngeplanung vollständige Anrechnung der N-Lieferung aus der Zwischenfrucht. Und abschließend zur Aussaat Unterfußdüngung von mineralischem N und P in Streifenablage, was insgesamt in der Summe N-Lieferung aus der Zwischenfrucht + Unterfußdüngung zu einer Gesamt von max. 50% des Entzugs führt. 22

23 Ökologische Rahmenbedingungen (Flächenbezug) Betriebe mit mehr als 1,5 RGV/ha benötigen keine betriebsfremden organischen Dünger. In Veredlungsregionen liegen nach Brenk und Werner (1995) idr P- Überschüsse vor. Doch auch hier gibt es viehlos wirtschaftende Betriebe mit Aufnahmekapazitäten für Serodünger In Hessen stehen nach Abzug aller Flächenanteile (Boden-, Wasserschutz und Ökolandbau von ha AF noch bis ha AF zur Serodüngeranwendung zur Verfügung. Fazit: Nur noch qualitativ hochwertige Serodünger verwerten.

24 Zukunftsaspekt Qualitätssicherung Geringer Flächenpool bedeutet: Nur noch Klärschlamme, die reich an gut verfügbaren Nährstoffen und schadstoffarm sind, können künftig in der Pflanzenproduktion verwertet werden. Ortsnahe regionale Verwertungskonzepte sorgen für Transparenz beim Bürger. Sie sorgen zudem für Arbeitsplätze im ländlichen Raum. Prozesskettenorientierte QS-System sind zu installieren. Ziele dieser Systeme: - Schadstoffminimierung an der Quelle (Indirekteinleiterkontrollen, u.a.) - Optimierung des Prozesses auf der Kläranlage führt zu einem hochwertigen Klärschlammprodukten - Nachhaltige Verwertungsstrategien sorgen für Umweltverträglichkeit Bedeutet auch die Umsetzung der Nachhaltigkeitsstrategie

25 Wiesbaden, den Was ist also die Zukunftsperspektive? Meine Sichtweise ist im Wesentlichen hat für die nächsten Jahre die Flüssigschlammverwertung im Frühjahr in stehende Bestände bis EW (halbe Kläranlagenklasse 4) eine Zukunft und eine Qualitätssicherung ist eine Conditio sine qua non!! und schließlich vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!! 25

26 Wiesbaden, den Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 26