Dezentrale Verarbeitung von Gülle Biores IIb 1
Gliederung 1 Separationsversuche 2 Nährstoffgehalte 1 Schweinegülle 2 Rindergülle 3 Gärrest 3 Was bedeutet Abscheidegrad? 4 Abscheidegrade 1 Schweinegülle 2 Rindergülle 3 Gärrest 5 Durchsatzleistungen 6 Stromverbräuche 7 Güllealterung und Biogas 1 Schweinegülle 2 Rindergülle 8 Verpilzungsversuch 9 Zusammenfassung 2
1 Separationsversuche Separiert wurde möglichst frische Schweinegülle, Rindergülle und NaWaRo-Gärrest am Betrieb Bioenergie Beerlage GmbH & Co.KG in Billerbeck Separation mit dem Klass Wendelfilter in zwei verschiedenen Einstellungen Analysenprogramm: Nährstoffanalyse (N, P, K, MgO, CaO) Biogaserträge (nach VDI 4630 im Batch-Versuch) Summenparameter (ph, Leitfähigkeit, Redox-Potenziale) Einfluss der Güllealterung und Abscheidegrade 3
1 Separationsversuche 4 www.f h-muenster.de/egu
1 Separationsversuche 5
2 Nährstoffgehalte in der Schweinegülle Nährstoffgehalt [% v. FS] 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 (Schweinegülle Roh) 0 20 40 60 80 Güllealter [d] 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Verlauf der Nährstoffgehalte (Schweinegülle Filtrat) 0 20 40 60 80 Güllealter [d] 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 (Schweingülle Feststoff) 0 20 40 60 80 Güllealter [d] N-Gesamt Phosphor (P2O5) Calcium (CaO) NH4-N Kalium (K2O) Magnesium (MgO) 6
2 Trockensubstanzgehalte - Schweinegülle 25 (Schweinegülle Roh) 25 Veränderung des Trockensubstanzgehaltes (Schweinegülle Filtrat) 25 (Schweinegülle Feststoff) Trockensubstanzgehalt [% v. FS] 20 15 10 5 0 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 Güllealter [d] 0 20 40 60 80 Güllealter [d] 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 Güllealter [d] 7
2 Nährstoffgehalte - Schweinegülle Nährstoffgehalte in der Rohgülle haben sich über dem untersuchten Zeitraum nur wenig verändert Nährstoffgehalte in den festen Fraktionen aus der Separation haben sich verändert 20 % höhere P 2 O 5 -Konzentration 300 % höhere CaO-Konzentration MgO, K 2 O, N Ges und NH 4 -N zeigen wenig Aufkonzentrierung Erzielbarer TS-Gehalt stieg mit dem Güllealter von ca. 10 % auf ca 19 % Nährstoffgehalte in den flüssigen Fraktionen aus der Separation sind konstant und unabhängig von Einstellungen und Güllealter 8
2 Nährstoffgehalte - Rindergülle (Rindergülle Roh) Verlauf der Nährstoffgehalte (Rindergülle Filtrat) (Rindergülle Feststoff) 1,00 1,00 1,00 Nährstoffgehalt [% v. FS] 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0 20 40 60 0,00 80 Güllealter [d] 0,00 0 20 40 60 80 Güllealter [d] 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0 20 40 60 80 Güllealter [d] N-Gesamt Phosphor (P2O5) Calcium (CaO) NH4-N Kalium (K2O) Magnesium (MgO) 9
2 Nährstoffgehalte - Rindergülle (Rindergülle Roh) Veränderung des Trockensubstanzgehaltes (Rindergülle Filtrat) (Rindergülle Feststoff) 25 25 25 Trockensubstanz [% v. FS] 20 15 10 5 20 15 10 5 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 0 0 20 40 60 80 0 0 20 40 60 80 Güllealter [d] Güllealter [d] Güllealter [d] 10
2 Nährstoffgehalte Rindergülle Nährstoffgehalte in der Rindergülle verändern sich über die Zeit nur wenig Die Nährstoffgehalte in der festen Fraktion verändern sich über die Zeit, die Analysenwerte schwanken Ein Steigen der CaO-Gehalte, wie bei der Schweinegülle, wird hier nicht beobachtet Die erreichbaren Trockensubstanzgehalte sinken mit dem Güllealter Die Nährstoffgehalte der flüssigen Fraktion bleiben trotz Alterung und Ändern der Einstellungen konstant 11
3 Was bedeutet Abscheidegrad? Abscheidegrad beschreibt das prozentuale Verhältnis der Aufteilung in zwei Teile eines Ganzen 12
3 Was bedeutet Abscheidegrad? Würde man einen Behälter mit Rohgülle ohne Bearbeitung in zwei Behälter aufteilen, so hätte man einen Abscheidegrad von 50 % für die Rohmasse und ebenso für Phosphor. Links sind beide Rohmassen gleich aufgeteilt, mit jeweils einem Abscheidegrad von 50 %. Rechts sind beide Rohmassen unterschiedlich aufgeteilt. Stellen aber das selbe dar! 13
3 Was bedeutet Abscheidegrad? Wichtig ist das Verhältnis zwischen Abscheidegrad eines Nährstoffes und der Rohmasseabscheidung Hierdurch wird ein Aufkonzentrierungsfaktor definiert Ist dieser größer als 1, so reichert sich ein Stoff an Separation 14
2 Abscheidegrade - Schweinegülle Separiert wurde mit zwei verschiedenen Einstellungen Trocken (Feststoffoptimiert) Feucht (Durchsatzoptimiert) Die Abscheidegrade in die feste Fraktion der Separation steigen mit dem Alter der Schweinegülle P 2 O 5 -Abscheidegrad von bis zu 18,8 % bei Rohmasse- Abscheidegrad von nur 4,29 % 15
2 Abscheidegrade - Schweinegülle 16
Aufkonzentrierungsfaktoren Aufkonzentrierung des Phosphorgehaltes in die feste Fraktion Tag 70 4,38 Tag 28 3,87 Güllealter [d] Tag 14 Tag 7 2,86 3,60 Tag 0 2,40 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 Aufkonzentrierungsfaktor (P 2 O 5 -Abscheidegrad / Rohmasseabscheidung) [-] 17
Aufkonzentrierungsfaktoren Vergleich der Aufkonzentrierungsfaktoren verschiedener Technologien für Phosphor Zentrifugen 5,32 Klass Wendelfilter Projekt Biores 4,38 Pressschnecken 3,00 0 1 2 3 4 5 6 Aufkonzentrierungsfaktor (P 2 O 5 -Abscheidegrade / Rohmasse- Abscheidung) [-] 18
Besonderheit Schweinegülle Beginnende Vermadung bei der frischen Gülle Puppenbildung ab Tag 14 verbessert den Feststoffaustrag bei der Separation 19
2 Abscheidegrade - Rindergülle Separiert wurde mit zwei verschiedenen Einstellungen Trocken (Feststoffoptimiert) Feucht (Durchsatzoptimiert) Die höchste Phospor-Abscheidung (= 56,6 %) findet sich an Tag 7 Insgesamt werden aufgrund der höheren Rohmasse- Abscheidung auch anteilig mehr Nährstoffe abgeschieden Unterschiede in den Abscheidegraden nach Güllealter sind hier weniger zu erkennen als es bei der Schweinegülle der Fall ist 20
2 Abscheidegrade - Rindergülle 21
Aufkonzentrierungsfaktoren Aufkonzentrierung des Phosphorgehaltes in die feste Fraktion Tag 70 1,53 Güllealter [d] Tag 28 Tag 14 1,35 1,56 Tag 7 1,59 Tag 0 1,67-0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 Aufkonzentrierungsfaktor (P 2 O 5 -Abscheidegrad / Rohmasse- Abscheidung) [-] 22
2 Abscheidegrade - Rindergülle Bei der Separation von Rindergülle werden aufgrund der höheren Trockensubstanzgehalte höhere Abscheidegrade in die feste Fraktion erreicht Die Effizienz der Abscheidung ist bei der Rindergülle weniger vom Güllealter abhängig, als es bei der Schweinegülle der Fall ist 23
Besonderheit Rindergülle Hohe biologische Aktivität der Rindergülle 24
2 Nährstoffgehalte - Gärrest Die Nährstoffgehalte sind im Verpilzungsversuch von separierten Gärresten nicht konstant und ändern sich über die Zeit Beide Separationsvarianten können in den Nährstoffgehalten unterschieden werden Interessant sind die CaO-Gehalte und die offensichtliche Verstoffwechslung von Stickstoff Ebenso ist die Nachtrocknung durch Stehenlassen deutlich in den TS-Analysen erkennbar 25
2 Nährstoffgehalte - Gärrest Verlauf der Nährstoffgehalte (Gärrest Verpilzungsversuch) 1,20 Nähstoffgehalte [% v. FS] 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0 20 40 60 80 N-Gesamt Phosphor (P2O5) Kalium (K2O) Calcium (CaO) Magnesium (MgO) Güllealter [d] FS = Frischsubstanz 26
2 Nährstoffgehalte - Gärrest Veränderung der Trockensubstanz (Gärrest Verpilzungsversuch) 30,00 Trockensubstanz [% v. FS] 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Güllealter [d] FS = Frischsubstanz 27
2 Abscheidegrade - Gärrest In der Separation des Gärrestes konnten TS-Gehalte von 14 %, bzw. 16 % Trockensubstanz in der festen Fraktion erzielt werden Hierbei stellten sich Abscheidegrade für Phosphor von 54 % ein (Aufkonzentrierungsfaktor: 1,66) Tendenziell sollte möglichst frisch separiert werden 28
2 Abscheidegrade - Gärrest 29
3 Durchsatzleistungen Durchsatz [kg/h] Rindergülle Durchsatz [kg/h] Schweinegülle 30 600 500 400 300 200 100 0 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 Trockene Einstellung 276 253 230 215 186 197 162 147 130 128 90 91 83 85 68 Tag 0 Tag 7 Tag 14 Tag 28 Tag 70 1.210 1.176 936 762 896 740 451 433 386 375 19 10 35 22 40 Tag 0 Tag 7 Tag 14 Tag 28 Tag 70 Güllealter [d] 600 500 400 300 200 100 0 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 480 Feuchte Einstellung 453 427 249 232 229224 210 218 276 139 136 492 287 205 Tag 0 Tag 7 Tag 14 Tag 28 Tag 70 695 663 664 646 2.042 1.982 965 939 Rohgülle Filtrat Feststoff 1.289 1.232 32 17 61 26 57 Tag 0 Tag 7 Tag 14 Tag 28 Tag 70 Güllealter [d] Rohgülle Filtrat Feststoff
4 Stromverbrauch Spezifischer Stromverbrauch [kwh/t] 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Schweinegülle Höchste P-Abscheidung 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Rindergülle Höchste P-Abscheidung Marius Kerkering, Rohgülle [kwh/t] M.Sc. 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 lfd. Nr. 0,00 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 lfd. Nr. 31
5 Güllealterung und Biogas 25 Biogasertragsverlust durch Alterung (Schweinegülle) FM-Spezifischer Methangasertrag [m³/t FM ] 20 15 10 5 0 TS = 12,1 % TS = 12,3 % TS = 11,1 % TS = 2,8 % TS = 7,5 % TS = 2,8 % TS = 18,0 % TS = 21,4 % TS = 2,8 % 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Güllealter in Tage [d] Schweinegülle Separiert, feuchte Einstellung Separiert, trockene Einstellung 32
5 Güllealterung und Biogas 30 Biogasertragsverlust durch Alterung (Rindergülle) FM-Spezifischer Methangasertrag [m³/t FM ] 25 20 15 10 5 0 TS = 11,9 % TS = 18,3 % TS = 7,8 % TS = 19,6 % TS = 13,9 % TS = 7,2 % TS = 7,0 % 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Güllealter in Tage [d] Rindergülle Separiert, feuchte Einstellung Separiert, trockene Einstellung 33
5 Güllealterung und Biogas Die erzielbaren Biogaserträge in den Rohgüllen halbieren sich innerhalb einer Lagerung von nur 7 Tagen Die Verluste sind bei der Rindergülle größer als bei der Schweinegülle Interessanterweise erzielen feuchtere Separationen zum Teil höhere Biogaserträge als trockene Separationen, trotz geringerer TS-Werte Separation egalisiert Biogasverluste durch Lagerung! 34
6 Verpilzungsversuch Biogas-Ergebnisse stehen noch aus (bisher nach 7 Tagen stehen lassen 20 % Verluste im erzielbaren Biogasertrag) Die feuchteren Feststoffen bilden nach 70 Tagen Lagerung Pilze aus Die trockenen Feststoffe zeigen nach 70 Tagen einen Käferbefall 35
6 Verpilzungsversuch 36
7 Zusammenfassung Schweinegülle Der Biogasertrag von Rohgülle halbiert sich nach nur 7 Tagen Lagerung Der Biogasertrag von abseparierten Feststoffen aus der Schweinegülle ist unabhängig vom Güllealter Die Phosphorabscheidung steigt mit dem Güllealter und erreicht fast die Abscheideeffizienz einer Zentrifuge bei geringer Baugröße und Stromverbrauch (2,5 kwh/t Rohgülle ) Rindergülle Der Biogasertrag von Rohgülle halbiert sich auch hier nach nur 7 Tagen Lagerung Der Biogasertrag der abseparierten Feststoffe sinkt bei der Rindergülle auch mit dem Güllealter Rindergülle sollte möglichst frisch separiert werden Nährstoffabscheidung ist bei Rindergülle schwerer darstellbar Gärreste Die Separation von Gärresten dient vorrangig der Entwässerung Unterschiedliche Feuchtegrade erzeugen unterschiedliche Befallsarten (Käfer oder Pilze) Möglicherweise steigt der Abbaugrad der organischen Masse (Versuchsergebnisse stehen noch aus) 37