Projekt 08781/01

Förderschwerpunkt Bioabfallverwertung (3): Minimierung von gasförmigen und flüssigen Emissionen bei der Kompostierung organischer Abfallstoffe durch prozeßtechnische Maßnahmen

Projektdurchführung

Christian-Albrechts-Universität zu KielÖkologiezentrumFachabteilung Ökotechnik und Ökosystementwicklung
Olshausenstr. 40
24098 Kiel

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Kompostierung getrennt erfasster organischer Abfälle verursacht in der Intensivrotte prozessbedingte Emissionen organischer (VOC) und anorganischer Stoffe auf dem Wasser- und Luftpfad, die eine aufwendige technische Nachbehandlung von Abwässern und Abluft erzwingen. Eine Verminderung der Quellstärke dieser Stoffströme soll eine Umweltentlastung von luftgetragenen Schadstoffen bewirken. Verfahrenstechnische Untersuchungen sollen die Minderungspotentiale im Labor- und in der Realtechnik quantitativ erfassen und die Basis für eine wissenschaftliche, betriebspraktische, umwelttechnische und ökonomische Beurteilung liefern.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn Modellkompostierungen im Labormaßstab wurden emissionsmindernde Modifikationen des Rottegemisches entwickelt und die positiven Ergebnisse zur Validierung in den technischen Maßstab übertragen. Es wurden qualitative und quantitative Daten zum Emissionsgeschehen und zum Prozessverlauf erhoben und Auswirkungen der Modifikationen auf die Betriebspraxis, die Anlagenkapazität und die spezifischen Betriebskosten erfasst und quantifiziert und den erzielbaren Minderungseffekten gegenübergestellt. Durch begleitende Analysen der chemischen Bioabfall-Zusammensetzung werden die Schwankungsbreiten kritischer, insbesondere rasch abbaubarer und leichtflüchtiger, Abfallinhaltsstoffe erfasst. Hieraus werden Abschätzungen der notwendigen Eingriffstiefe prozessintegrierter Emissionsminderungsstrategien entwickelt.
Im Berichtszeitraum wurden Emissionsuntersuchungen an Labor-Kompostreaktoren (30L) und in der Realtechnik an Herhof-Rotteboxen (50m³) unter Verwendung von authentischem Material durchgeführt. Die analytischen Methoden zur qualitativen und quantitativen Erfassung von anorganischen und organischen Emissionen auf dem Wasser- und Gaspfad wurden an die Erfordernisse der Kompostierungstechnik angepasst und in beiden Untersuchungsmaßstäben zur Anwendung gebracht.


Ergebnisse und Diskussion

Emissionsuntersuchungen wurden an Labor-Kompostreaktoren (30L) und in der Betriebspraxis (50m³) durchgeführt. Als Datengrundlage standen Analysen an folgenden Prozessmedien zur Verfügung:
Prozesskondensate: pH-Wert; NH4-N; TOC; saure und basische extrahierbare organische Stoffe (>C6)mit GC-Analyse; Headspace-GC der niedermolekularen VOC, Aldehyde nach der Diphenylhydrazin-Methode
Prozessabgas: CO2 und O2; NH3; Methan; Aldehyde und Ketone als 2,4-Dinitrophenylhydrazinderivate, Adsorptions-GC der Komponenten >C5 und olfaktometrische Geruchsschwellenbestimmung nach VDI 3881 (Unterauftragnehmer)
Rottematerial: Physikalisch-chemische Daten, Rottegrad nach LAGA M10 (hierzu wurden ergänzende methodische Untersuchungen durchgeführt), Stickstoffverbindungen; Fette, Kohlenhydrate; Energieinhalt
Rohstoffe: zusätzlich wasserdampfflüchtige organische Inhaltsstoffe (Analytik wie Kondensate)
Im Labormaßstab wurden Effekte verschiedener Rotteführungen auf das Emissionsgeschehen nach folgenden Variationen analysiert: i) Variation im Gehalt an organisch gebundenem Stickstoff im Bioabfall (Protein); ii) Addition von N-armen Zuschlagstoffen (Stroh) und N-armem Kohlenstoffsubstrat (Fett), iii) Zugabe abbauresistenter Strukturstoffe, iv) Zugabe von Bentonit als Adsorbens, v) Zugabe von Reif- und Frischkomposten. Sensitivitätstests erfolgten durch Störgrößenaufschaltung in Form hoher Dosierungen von Fett oder Protein, verschiedener Belüftungstechniken (u.a. Hypoxische Belüftung mit 10% v/v O2)
In der technischen Dimension wurden zwei Versuchsblöcke aus je vier Versuchspaaren in Rotteboxen mit doppeltem Boxendurchgang und vierwöchiger Nachrotte ausgeführt. Die ersten Versuche dienten zur Feststellung und Beseitigung technischer Schwachstellen und zur Erarbeitung einer guten Kompostierpraxis (Standardkompostierung) im Kooperationsbetrieb. In der zweiten Versuchsgruppe wurden emissionsmindernde Prozessführungen, soweit mit den Betriebsvorgaben und den Qualitätskriterien für güteüberwachte Komposte vereinbar, in der Praxis erprobt.
In Zusammenarbeit mit dem Anlagenbetreiber wurden die Effekte von Minderungsstrategien durch ligno-zellulosehaltiges Kohlenstoffsubstrat (Stroh), Reifkompost-Rückführung und Adsorbens-Zugabe (Bentonit) auf den Anlagendurchsatz und die Produktivität im Sinne von Kosten- und Personaleinsatz und spezifischem Flächenbedarf für die Reifkomposterzeugung untersucht. In einer abschließenden Synthesephase wurden die Ergebnisse auf verallgemeinerbare Prinzipien untersucht, wobei das Bioabfall-Monitoring und verfahrenstechnische Daten besonders berücksichtigt wurden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

· Weppen, P., U. Gudladt, A. Willert (1998): Die Rottegradbestimmung von Kompost in DEWAR-Gefässen - eine kalorimetrische Interpretation, Journal of thermal Analysis, 52: pp. 81-91
· Weppen, P., U. Gudladt, A. Willert (1998): Determination of compost maturity using DEWAR-Vessels according to LAGA M10, VAAM-Frühjahrstagung 1998
· Gudladt, U., R. Korten, P. Weppen, A. Willert (1998): Statusseminar, Osnabrück, November 1998· B. Christiansen (1997): Examensarbeit für das Fach Chemie an der Humboldt-Universität, Berlin


Fazit

Die Kompostierung in Reaktoren vom Typ Herhof-Rottebox wird üblicherweise auf 7 Tage Rottedauer beschränkt. Diese Verfahrensweise sichert eine Produkthygienisierung kann aber nicht als kontrollierte Rotte bis zu einem definierten Produktzustand angesehen werden. Auch die zweimalige, 7tägige Boxen-Rotte führte nicht zu einem Zwischenprodukt mit ausreichender Reife für eine passive Nachrotte in offenen Mieten.
Im Labormaßstab ließen sich Emissionen von organischem Kohlenstoff (VOC) im Kondensatwasser durch Modifikation des Rottegemisches um 50-70%, bezogen auf die eingesetzte Bioabfallmenge, mindern. Die NH4+-N-Emission konnte um 50-95% gedrosselt werden. Durch Zugabe von Proteinen zum Rottegemisch ließ sie sich um 500% steigern. Die erforderlichen Zuschlagstoffmengen für Minderungsmaßnahmen bewegten sich üblicherweise oberhalb der Standard-Kompostierung und überschritten dabei vereinzelt praxistaugliche Größenordnungen (Stroh) oder akzeptable Kostenvorstellungen (Na-Bentonit). In Praxisversuchen wurden quantitative Zahlen für die Quellstärke und Frachten von luft- und wasserbelastenden Stoffen ermittelt, die eine Abschätzung der Umweltwirkungen oder Nachsorgekosten einer Kompostierung gestatten. Das Ziel einer Emissionsminderung um mindestens eine Größenordnung wurde in der Praxis nicht erreicht.