Kombiverfahren zur Gülleaufbereitung - GülleKOM; Teilvorhaben 1: Verfahrensentwicklung im Labormaßstab; Teilvorhaben 2: Versuchsplanung und Verfahrensbewertung; Teilvorhaben 3: Anlagenauslegung und Rührkonzept

Abstract

Im Vorhaben wurde die optimale Kombination der Verfahren zur aeroben Gülleaufbereitung und anaeroben Güllevergärung im Labormaßstab untersucht. Schwerpunkt dieser Untersuchungen war die biologisch oxidative Sickstoffreduzierung in der Flüssigphase verschiedener Güllen bei einem gleichzeitig großen Biomassezuwachs. Ziel war es durch eine ergänzende energetische Nutzung der Gülle, Verfahren zur reinen aeroben Güllebehandlung wirtschaftlich zu verbessern und durch integrierte Proteingewinnung aus Gülle ein Stickstoffrecycling in der Aerobstufe zu ermöglichen. Auf Basis der Ergebnisse aus den Laborversuchen wurden Stickstoff- und Massenbilanzen erstellt. Diese Daten dienten der Diskussion verschiedener Varianten der Einbindung der Anaerobstufe (vor oder nach Stickstoffreduzierung). Dabei stand sowohl die Energiebilanz der Kombinationslösung beider Systeme (anaerob und aerob) im Vordergrund, als auch die Nährstoffkonzentrationen im Verhältnis zum verfügbaren Kohlenstoff. Ziel war die Bewertung beider Konzepte hinsichtlich der Biogasgewinnung, Stickstoffreduzierung und Biomassegewinnung. Das optimierte Konzept zur kombinierten Gülleaufbereitung wurde mit Hilfe von Massen- und Stickstoffbilanzen auf Basis von Versuchen im Labormaßstab ermittelt und im Pilotmaßstab umgesetzt. Die optimale Kombination der aeroben und anaeroben Güllebehandlung basiert auf einer Teilstrombehandlung. Das finale Konzept für die Umsetzung im Pilotmaßstab ist das wichtigste Ergebnis des GülleKOM Projekts. Beim Betrieb des GülleKOM Verfahrens im Pilotmaßstab wurde gezeigt, dass die optimierte Kombination anaerober und aerober Güllebehandlung eine Vergärung mit maximal 10 % Verlust an Biogaspotenzial und gleichzeitig eine biologische Stickstoffentfernung ermöglicht. Es wurden 69 % des Stickstoffs aus der Schweinegülle bei der kombinierten Behandlung an der Pilotanlage in molekularen Stickstoff umgesetzt. Somit wurde der Gesamtstickstoff-Gehalt (TKN + Nitritstickstoff + Nitratstickstoff) durch die Behandlung wesentlich reduziert. Grundsätzlich war es ein Projektziel die Produktion von molekularem Stickstoff durch Fixierung des löslichen Ammoniumstickstoffes in abtrennbarer Biomasse (entspricht dem Klärschlamm einer Kläranlage) zu minimieren. Im Gegensatz zum klassischen Kläranlagenprinzip bestand hier die Maßgabe, den Anfall an Klärschlamm zu maximieren. Bei der Umsetzung des Verfahrens im Pilotmaßstab konnten nur 5,2 %, der in der Gülle enthaltenen organischen Substanz im Belebtschlamm fixiert werden. Bei der im Rahmen des Projektes durchgeführten Variante des Verfahrens, wurde der Belebtschlamm der Fermentation zugeführt, hat aber nur zu einem geringen Anteil zum Biogasertrag beigetragen. Gegenstand weiterer Forschung sollte sein, den Belebtschlammanteil zu erhöhen. Neben einer Anpassung der Betriebsparameter der aeroben Behandlung ist dafür auch eine andere Abscheide-Technik erforderlich. Unter Führung der beteiligten Anlagenplaner wurde das Konzept zur Einbindung der Aerobstufe in eine großtechnische Anlage entwickelt. Abschließend erfolgte eine ökologische und ökonomische Bewertung des Gesamtverfahrens und die Definition zusätzlicher Optimierungsschritte (Wärmenutzungskonzept). Bezogen auf einen EEG konformen Betrieb kann ein Gewinn von 5,56 €/m³ Gülle bei der Teilstrombehandlung von Schweinegülle im GülleKOM Verfahren erwirtschaftet werden.