DE102013003606B4

DE102013003606B4 - Verfahren zur Entsorgung von Gülle

Info

Publication number: DE102013003606B4
Application number: DE102013003606.2A
Authority: DE
Inventors: Hermann Josef Wilhelm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2033-03-02
Also published as: DE102013003606A1

Abstract

Verfahren zur Entsorgung von landwirtschaftlicher Gülle und zum Erhalten eines Düngers oder Kompostes, bei welchem von der Gülle die sich absetzende Dickphase und die Dünnphase oder Klarzone voneinander getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gülle vor Einleitung in einen Absetzbehälter mit einem Fällungsmittel vermischt wird, indem das Fällungsmittel in eine Leitung injiziert wird, über welche die Gülle dem Absetzbehälter zugeführt wird, und dass zumindest die aus dem Absetzbehälter abgezogene Dünnphase sowie der beim Fällungsprozess anfallende Luftstickstoff oder die hierbei anfallenden gasförmigen Stickstoffverbindungen in eine geschlossene aquatische Pflanzen-Kultureinrichtung mit gestapelten Kulturwannen geleitet wird bzw. werden, in welchen Kulturen aus Azolla angelegt sind, und dass von den Azolla-Kulturflächen regelmäßig ein Anteil ihres Kulturflächenbesatzes abgeerntet wird, und die geerntete Biomass zusammen mit der aus der Gülle abgetrennten Dickphase in einem Komposter kompostiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung von landwirtschaftlicher Gülle, bei welchem von der Gülle die sich absetzende Dickphase und die Dünnphase oder Klarzone voneinander getrennt werden, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Landwirtschaftliche Gülle kann sowohl die Gülle aus der Tierzucht, als auch bspw. biogene Gärreste aus der Biogasanlage enthalten.
Der Wassergehalt landwirtschaftlicher Gülle liegt meistens etwa zwischen 88% und 97%. Somit ergibt sich ein entsprechend hohes Volumen bei nur kleinem Feststoffanteil. Der Feststoffanteil ist energetisch und dünge- und verwertungstechnisch aber von entscheidender Bedeutung. Deshalb ist die Separation von Feststoffen und Flüssigkeit von entscheidender Bedeutung. Hierzu sind Absetzbecken bekannt, wie bspw. aus der EP 0 052 722 B1 , bei welchen die sogenannte Dickphase von der Dünnphase getrennt werden.
Dabei werden allerdings keine gelösten Bestandteile separiert. Außerdem können Schwermetalle und andere bedenkliche Stoffe durch die aus Gärresten aus Biogasanlagen bestehende landwirtschaftliche Gülle, sowie zum Beispiel andere bedenkliche Stoffe, bis hin zu Pharmazeutika aus der Tierhaltung eingeschleust werden.
Fällungsmittel allein können diese Stoffe nicht binden. Hierzu sind somit Filter notwendig.
Weiterhin entstehen bei der vorteilhaften Verwendung von Fällungsmitteln, im Übrigen auch bei der Felddüngung und in Kläranlagen sowieso, gasförmige Stickstoffverbindungen, wie Lachgas, das einen ungünstigen Klimaeffekt hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass auch bedenkliche Stoffe, die in die Gülle eingeschleppt sind, nachhaltig abfilterbar sind, und dass außerdem die Freisetzung von gasförmigen Stickstoffverbindungen unterbunden wird.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass die Gülle vor Einleitung in einen Absetzbehälter mit einem Fällungsmittel vermischt wird, indem das Fällungsmittel in eine Leitung injiziert wird, über welche die Gülle dem Absetzbehälter zugeführt wird, und dass zumindest die aus dem Absetzbehälter abgezogene Dünnphase sowie der beim Fällungsprozess anfallende Luftstickstoff oder die hierbei anfallenden gasförmigen Stickstoffverbindungen in eine geschlossene aquatische Pflanzen-Kultureinrichtung mit gestapelten Kulturwannen geleitet wird, in welchen Kulturen aus Azolla angelegt sind, und dass von den Azolla-Kulturflächen regelmäßig ein Anteil ihres Kulturflächenbesatzes abgeerntet wird, und die geerntete Biomasse zusammen mit der aus der Gülle abgetrennten Dickphase in einem Komposter kompostiert wird. Hierbei wird folgender Effekt genutzt, um eine vollständige Entsorgung der Gülle zu erzielen, und zugleich einen erheblich hochwertigen Dünger oder Kompost zu erhalten. Bei der Behandlung der Gülle mit Fällungsmitteln insbesondere mit u. a. Eisenchloriden werden zumeist Luftstickstoff oder gasförmige Stickstoffverbindungen wie Lachgas erzeugt. Letzteres kann bspw. auch aus einer direkt mit Gülle besprühten Ackerfläche ausgasen. Hierbei sei nur am Rande bemerkt, dass Lachgas ein langlebiges Klimagas ist. Der erfindungsgemäß genutzte Effekt ist, dass die Azolla über eine Symbiose mit Bakterien eine Stickstoffresorption aus der Gasphase durchführt. D. h. sie können Stickstoff oder Stickstoffverbindugnen direkt aus der Luft entnehmen, und dabei eine Nitratdüngung nahezu vollständig ersetzen. Somit werden bei der Kultivierung von Azolla und/oder auch Tillandsien in einem geschlossenen Photobioreaktor in Kulturwannen oder gestapelten Kulturwannen gemäß der WO 2010/043 323 A2 diese gasförmigen Stickstoffverbindungen eingeleitet und von den genannten Pflanzenkulturen vollständig aufgenommen und verstoffwechselt. Damit entsteht der Vorteil, dass keinerlei gasförmige Stickstoffverbindungen mehr freigesetzt werden, wenn auch die Abluft aus dem Absetzungsbehälter zu diesen Pflanzen-Kulturen geleitet wird.
Zunächst wird in erfindungsgemäßer Weise nach Fällung eine Dick- und Dünnphasentrennung vorgenommen.
Die Dünnphase, sowie der gasförmig abgezogene Luftstickstoff und/oder die gasförmigen Stickstoffverbindungen werden sodann der geschlossenen aquatischen Pflanzen-Kultureinrichtung zugeführt, in welcher zumindest zum Teil Azolla kultiviert sind. Hierbei wird der genannte Effekt genutzt, dass die Azolla-Kulturen aus der mit Stickstoff und gasförmigen Stickstoffverbindungen angereicherten Umgebungsluft den Stickstoff entnehmen und diesen gezielt verstoffwechseln.
So macht man sich eine biogene Bindung des bei der Fällung der Gülle anfallenden gasförmigen Stickstoffs zu nutze. Dieser Schritt führt wieder zu einer auch in höchstem Maße wertvollen Biomasseerzeugung für die nachfolgende Kompostierung.
D. h. die bei der Trennung der Gülle zerfallenden Stickstoffverbindungen werden hernach wieder biogen verstoffwechselt und für einen hochwertigen Dünger genutzt. Die entwässerte Dickphase wird ebenso mit in den Komposter eingebracht, was insgesamt zu einer raschen Kompostierung führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in ganz erheblichem Maße einfach umzusetzen und in erheblich nachhaltiger Weise zu betreiben.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Azolla aus der Gattung Azolla caroliniana Willd ist. Im Besonderen wird die neue Sorte
Azolla-caroliniana-Willd.-„Avantii”, CPVO Erteilungsnummer 29750
vorgeschlagen, weil diese von erheblichem Massezuwachs und mit üppigem Exterieur gezüchtet wurde.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass als weitere aquatische Kulturen Wasserlinsen in weiteren Kulturwannen angelegt sind, die vorzugsweise im lichtschwächeren Bereich der geschlossenen Kultureinrichtung, d. h. in den unteren Wannen der Wannenstapel angelegt sind. Diese können in lichtschwachen Zonen, bspw. im Bereich unterer Wannen im Stapel kultiviert werden, weil Wasserlinsen noch eine höhere Schwachlichteignung aufweisen. Wasserlinsen sind aber auch gute Nitratverstoffwechseler, so dass bspw. die eingeleitete Dünnphase in den Wasserlinsenkulturen das Kulturwasser sehr stark in Bezug auf Nitrate abreichern.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass von den Azolla- und Wasserlinsen-Kulturflächen regelmäßig mindestens ein Anteil ihres Kulturflächenbesatzes abgeerntet wird, und die geerntete Biomasse zusammen mit der aus der Gülle abgetrennten Dickphase in einem Komposter kompostiert wird. Dies immer dann, wenn mehr Beerntungsmenge anfällt, als man an neuem Filtersubstrat in den Durchleitfiltern benötigt.
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass von den Azolla- und/oder Wasserlinsen-Kulturflächen regelmäßig zumindest ein Anteil ihres Kulturflächenbesatzes abgeerntet wird, und die geerntete Biomasse getrocknet und in einen Durchleitfilter als Filtersubstrat eingesetzt wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das Kulturwasser seriell von Wanne zu Wanne oder Wannengruppe zu Wannengruppe geleitet wird, so dass am Ende der seriellen Durchleitung zumindest nahezu gereinigtes Wasser ausleitbar ist.
Zur Schaffung eines geschlossenen Wärmekonzeptes für den gesamten Prozess ist vorgesehen, dass die bei der Kompostierung entstehende Wärme der aquatischen Pflanzen-Kultureinrichtung zugeführt wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der Absetzbehälter, und/oder die Zentrifuge und/oder die Kompostiereinrichtung mit in der geschlossenen Pflanzenkultureinrichtung integriert ist bzw sind. Dadurch werden keine Leitungen für die entstehenden Gase benötigt, weil diese sogleich und bestimmungsgemäß in die geschlossene Pflanzenkultureinrichtung entweichen können. Außerdem folgt diese Integration einem schlüssigen Wärmekonzept, in dem bspw. die bei der Kompostierung entstehende Wärme sogleich in der Pflanzenkulturanlage wuchs- und damit stoffwechselfördernd zur Verfügung steht.
Es ist vorgesehen, dass das Durchleitfilterelement oder die Durchleitfilterelemente als Filterlement zur Filtration der separierten Dünnphase aus der Gülle vorgesehen ist bzw. sind.
Alternativ dazu kann das Verfahren aber auch so betrieben werden, dass das Durchleitfilterelement oder die Durchleitfilterelemente als Filterlement zur Filtration von kommunalen Abwässern oder Industrieabwässern vorgesehen ist bzw. sind.
Daher ist in vorteilhafter Weise angegeben, dass das Filtersubstrat aus den genannten geernteten und getrockneten aquatischen Pflanzen durch die regelmäßige Beerntung der aquatischen Kulturen regelmäßig austauschbar ist, und das verbrauchte Filtersubstrat einer Pyrolyseeinrichtung zuführbar ist.
Ein Ausgestaltungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:
1: Eine Übersicht über die erfindungsgemäßen Prozessschritte
2: Ein Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine Übersicht über die erfindungsgemäßen Prozessschritte. Landwirtschaftliche Gülle im umfassenden Sinn, also per Definition nicht nur Gülle aus der Tierhaltung, sondern auch Gärreste aus Biogasanlagen, und ggfs. auch Abwässer aus der Tierschlachtung, sowie Silier- und Oberflächenwasser von landwirtschaftlichen Betrieben werden hier als Gülle 1 bezeichnet, die gesammelt einen Absetzbehälter 2 über eine Leitung 3 zugeführt wird. Dabei wird ein Fällungsmittel 4 an einer Injektionsstelle 5 in die Leitung 3 injiziert, so dass das Fällungsmittel sich quasi selbsttätig homogen in die einlaufende Gülle wohl dosiert einmischt. Dabei wird der Effekt genutzt, dass der durch diese Leitung durch hydrostatischen Druck oder durch Pumpung oder Ansaugung hierdurch bewegte Güllestrom an der Injektionsstelle einen Unterdruck erzeugt, der das injizierte Fällungsmittel sogar ansaugt/mitreisst. Im Absetzbehälter 2 findet dann in einer Verweilzeit sowohl eine Absetzung der bereits vor Fällungsmittelinjektion in der Gülle vorhandenen Schwebstoffe als auch eine Ausflockung der gelösten Bestandteile, die durch das Fällungsmittel entstehen gemeinsam statt. D. h. die sogenannte Dickphase setzt sich in der Regel nach unten ab, und die Klarzone oder Dünnphase befindet sich darüber. Die flüssige Klarzone – oder Dünnphase enthält auch mineralische Stoffe, die insbesondere durch den Beitrag von Gärresten aus Biogasanlagen beigetragen werden. Dies wird in einen Kulturwassermischer 9 und sodann in eine aquatische Pflanzen-Kulturanlage 10 der eingangs beschriebenen Art den Kulturwannen zugeleitet. Der Absetzbehälter 2, sowie die Abzugleitungen für die Dünnphase 6 sowie der Kulturwassermischer 9 und die aquatische Pflanzenkulturanlage 10 sind derart abgeschlossen, dass auch das im Absetzbehälter 2 entstehende Stickstoffgas sowie andere gasförmige Stickstoffverbindungen, die bei der Fällung entstehen, in die Pflanzenkulturanlage 10 mit übergeleitet werden. Dort sind entweder sämtliche Kulturwannen mit Azolla besiedelt, oder zumindest ein Teil der Wannen.
Hier greift nun folgender Prozess. Ammonium aus der Gülle wird bei der Fällung umgesetzt und es entstehen dabei Luftstickstoff und gasförmige Stickstoffverbindungen wie bspw. Lachgas. Gleichzeitig verarmt die Dünnphase an Ammonium und generell an Gesamtstickstoff. Eigentlich würde damit der Düngewert der abgezogenen Dünnphase für die aquatischen Kulturen sinken. Gleichzeitig sind gasförmige Stickstoffverbindungen wie Lachgas und andere Stickoxide klimabedenklich. Dies macht sich nun das erfindungsgemäße Verfahren zu nutze, in der folgenden Weise. Die ammoniumverarmte Dünnphase wird den Azolla-Kulturen zusammen mit den mitgeschleppten gasförmigen Stickstoffverbindungen und dem gasförmigen Stickstoff zugeführt. Die Azolla ist in der Lage gasförmigen Stickstoff aufzunehmen und dabei die Aufnahme von gelösten Stickstoffverbindungen zu substitutieren. Dies macht man sich in der Kombination aller Merkmale zu nutze. Im Ergebnis wird eine Güllefällung vorgenommen, bei der die entstehenden gasförmigen Stickstoffverbindungen sofort wieder biogen verstoffwechselt werden.
Darüber hinaus gehen die Stoffströme noch in der Weise weiter, indem man die aus dem Absetzbehälter abgezogene Dickphase weiter entwässert, bspw in einer Zentrifuge 7 oder einer Siebeinrichtung, und die dabei nochmal abgetropfte Dünnphase 8 oder Klarzone ebenfalls dem Kulturwassermischer 9 zuleitet, und die entwässerte Dickphase 12 dann bspw. in die Kompostierung 13 gibt. Die in der aquatischen Kulturanlage 10 regelmäßig entnehmbare Azolla-Ernte 11 kann dabei ebenfalls der Kompostiereinrichtung 13 beigegeben werden, insbesondere um dem Kompost so auch wieder den notwendigen Stickstoff zuzuführen.
So entsteht eine schlüssige Gülleverwertung bei der insbesondere unter ökologischen Aspekten hochwertige Produkte aus der Gülle erzeugt werden, und außerdem die Freisetzung von gasförmigen Stickstoffverbindungen erheblich reduziert bis gänzlich beseitigt wird.
Im Gegensatz dazu ist eine direkte Ausbringung von Gülle auf Ackerflächen ineffektiv, weil die scharfe Gülle die Ackerflächer verätzt, und eine Auswaschung durch Regen die Gülle zu schnell ins Grundwasser spült. Außerdem entsteht nach der Ausbringung von Gülle auf Ackerfläche durch die bakteriologische Aktivität im Boden ebenfalls Lachgas als klimaschädliches Gas in nicht unerheblichen Mengen.
Vorteilhaft ist, die Kompostiereinrichtung 13 sowie ggfs. auch den Absetzbehälter 2 sogleich mit in die geschlossene aquatische Pflanzenkultureinrichtung 10 zu integrieren. Dies hat den erheblichen Vorteil, dass die genannten, im Prozess entstehenden gasförmigen Stickstoffverbindungen und der gasförmige Stickstoff ohne Leitungssystem gleich in die aquatische Pflanzenkultureinrichtung entgasen, die mit einer geschlossenen Glas- oder Folieneindeckung versehen ist.
Weiterhin können in der Pflanzenkultureinrichtung auch Tillandsien kultiviert sein, die gänzlich ohne Kulturwanne auskommen und sich aus der Luftfeuchte, sowie dem gasförmigen Stickstoff ernähren.
Hinzu kommt, dass die Ausbringung von Gülle ohnehin bei weitem nicht ganzjährig erlaubt ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden alle genannten Probleme in Gänze gelöst.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ebenfalls Gülle oder anderes Abwasser einem Tropfdispenser 22 zuführbar ist, der das Abwasser oder die Gülle Durchleitfilterelementen 23 zuführt, welche mit getrockneter und gemahlener Azolla als Filtersubstrat befüllt sind.
Azolla-Mehl hat eine große Aufnahmefähigkeit und resobiert unter anderem sogar Schwermetalle, wie sie aus Gärresten aus der Biogasanlagen stammen können.
Das durchgeleitete gefilterte Wasser wird sodann der geschlossenen aquatischen Pflanzenkulturanlage 10 zugeführt. Die dabei entnommene Erntemenge 11 wird anders als im ersten Beispiel nicht einer Kompostierung zugeführt, sondern getrocknet und bildet somit wieder nachwachsendes neues Filtersubstrat, was gegen das verbrauchte Filtersubstrat in den Durchleitfiltern 23 regelmäßig getauscht wird.
Das entnommene verbrauchte Filtersubstrat kann dabei wieder verschiedenen Verwendungen zugeführt werden. Im vorliegenden Beispiel ist dies eine Pyrolyse 25 mit Erzeugung von Pyrolysegas 31 als Energieträger, sowie einer Möglichkeit bspw. der Schwermetallabscheidung.
Wenn in der Pflanzenkultureinrichtung auch bspw. noch Wasserlinsen mitkultiviert werden, so kann bei einer seriellen Durchleitung des Kulturwassers am Ende sogar vorgereinigtes Wasser abgezogen werden.
Bezugszeichenliste

1: Gülle
2: Absetzbehälter
3: Leitung
4: Fällungsmittel
5: Injektionsstelle
6: Flüssigphase, Dünnphase, Klarzone
7: Zentrifuge für Dickphase
8: Dünnphase aus Zentrifuge
9: Kulturwassermischer
10: aquatische Pflanzenkultureinrichtung
11: Ernte/regelmäßig entnehmbare Azolla-Ernte
12: Dickphase
13: Kompostiereinrichtung/Schnellkomposter
20: Trocknung
21: Mehl, Mahlung der Ernte
22: Tropfdispenser
23: Durchleitfilter
24: Auffangwanne
25: Entnommens verbrauchtes Filtersubstrat zur Pyrolyse und Metallabscheidung
30: gereinigtes Wasser
31: Pyrolysegas/Synthesegas

Claims

Verfahren zur Entsorgung von landwirtschaftlicher Gülle und zum Erhalten eines Düngers oder Kompostes, bei welchem von der Gülle die sich absetzende Dickphase und die Dünnphase oder Klarzone voneinander getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gülle vor Einleitung in einen Absetzbehälter mit einem Fällungsmittel vermischt wird, indem das Fällungsmittel in eine Leitung injiziert wird, über welche die Gülle dem Absetzbehälter zugeführt wird, und dass zumindest die aus dem Absetzbehälter abgezogene Dünnphase sowie der beim Fällungsprozess anfallende Luftstickstoff oder die hierbei anfallenden gasförmigen Stickstoffverbindungen in eine geschlossene aquatische Pflanzen-Kultureinrichtung mit gestapelten Kulturwannen geleitet wird bzw. werden, in welchen Kulturen aus Azolla angelegt sind, und dass von den Azolla-Kulturflächen regelmäßig ein Anteil ihres Kulturflächenbesatzes abgeerntet wird, und die geerntete Biomass zusammen mit der aus der Gülle abgetrennten Dickphase in einem Komposter kompostiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulturen aus Azolla und hängenden Kulturen aus Tsilandsien bestehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Azolla aus der Gattung Azolla caroliniana Willd ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere aquatische Kulturen Wasserlinsen in weiteren Kulturwannen angelegt sind, die vorzugsweise im lichtschwächeren Bereich der geschlossenen Kultureinrichtung, d. h. in den unteren Wannen der Wannenstapel angelegt sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch von den Wasserlinsen-Kulturflächen regelmäßig mindestens ein Anteil ihres Kulturflächenbesatzes abgeerntet wird, und die geerntete Biomasse zusammen mit der aus der Gülle abgetrennten Dickphase in einem Komposter kompostiert wird.
Verfahren nach Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von den Azolla- und/oder Wasserlinsen-Kulturflächen regelmäßig zumindest eines Anteil ihres Kulturflächenbesatzes abgeerntet wird, und die geerntete Biomasse getrocknet und in einen Durchleitfilter als Filtersubstrat eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kulturwasser seriell von Wanne zu Wanne oder Wannengruppe zu Wannengruppe geleitet wird, so dass am Ende der seriellen Durchleitung zumindest nahezu gereinigtes Wasser ausleitbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Kompostierung entstehende Wärme der aquatischen Pflanzen-Kultureinrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Absetzbehälter und/oder die Zentrifuge und/oder die Kompostiereinrichtung mit in der geschlossenen Pflanzenkultureinrichtung integriert sind, um integrierte thermische Ströme und Stoffströme zu generieren.