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Verfahren zur Aufbereitung von GülleKatharina Müller, Sebastian WulfKuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL)
Thementisch „Technologien zur Gülleaufbereitung und -verwertung in NRW zur Schließung von Nährstoffkreisläufen“, Münster, 31. Januar 2019
● Überblick zu möglichen Verfahren
● Massenanteile, Nährstoffverteilung und -gehalte der Produkte
● Wirtschaftlichkeit
● Beispielprojekte
● Fazit
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Übersicht
Warum Gülle aufbereiten?
● Überschüsse in vielen Betrieben mit intensiver Tierhaltung
● Herstellung Transport- und lagerungsfähiger Dünger
● „Export“ von Nährstoffen
● Einsparung von Lagerungs- und Ausbringungskosten
● Minderung von Umweltbelastungen
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Verfahrensprinzipien der Aufbereitung
Faulung
Flüssigphase
Feststoffabtrennung
Festphase
Gülle
Gärrest
4
Eliminierung von Nährstoffen
Verfahrensprinzipien der Aufbereitung
Gülle
Gärrest
5
Faulung
Flüssigphase
Feststoffabtrennung
TrocknungEindampfung
Strippung
Flockung
Fällung
Nitrifikation / Denitrifikation
Membranverfahren
Festphase
Kompostierung
Pelletierung
Verbrennung
Separierung/Trocknung
Feststoff-separation
Feststoffe (ca. 30% TM)
flüssige Phase
Gülle, Gärrest
6
Separierung/Trocknung
Feststoff-separation
Feststoffe (ca. 30% TM)
Abluft
Trocknung
Abluftwäscher
flüssige Phase
Gülle, Gärrest
getrocknete Feststoffe
(ca. 80% TM)
ASL
Wärme
7
Strippung
Feststoff-separation
Strippung
flüssige Phase
Gülle, Gärrest
ASLflüssige Phase
Flockungsmittel
Feststoffe (ca. 30% TM)
Trocknung getrocknete Feststoffe
(ca. 80% TM)
WärmeWärme
8
Abluft
Abluftwäscher ASL
Eindampftechnik
Feststoff-separation
Brüdenwäscher
Eindampf-anlage
flüssige Phase
Gülle, Gärrest
ASLKondensat
Wärme
Konzentrat
Flockungsmittel
Feststoffe (ca. 30% TM)
Trocknung getrocknete Feststoffe
(ca. 80% TM)
Wärme
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Abluft
Abluftwäscher ASL
Membrantechnik
Feststoff-separation
Umkehrosmose
Ultrafiltration
flüssige Phase
Gülle, Gärrest
Flockungsmittel
Konzentrat
PermeatKonzentrat
Feststoffe (ca. 30% TM)
Abluft
Trocknung
Abluftwäscher
getrocknete Feststoffe
(ca. 80% TM)
ASL
Wärme
10
Massenverteilung
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Separation Bandtrockner Strippung Verdampfung Membran
Dampf/(Ab-)Wasser
ASL
Konz UO
flüssig
fest
Roth und Wulf 2017 11
Massenverteilung
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Separation Bandtrockner Strippung Verdampfung Membran
Dampf/(Ab-)Wasser
ASL
Konz UO
flüssig
fest
Roth und Wulf 2017 12
Massenverteilung
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Separation Bandtrockner Strippung Verdampfung Membran
Dampf/(Ab-)Wasser
ASL
Konz UO
flüssig
fest
Roth und Wulf 2017 13
Massenverteilung
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Separation Bandtrockner Strippung Verdampfung Membran
Dampf/(Ab-)Wasser
ASL
Konz UO
flüssig
fest
Roth und Wulf 2017 14
Nährstoffgehalte
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Kilo
gram
m je
Tonn
e
Norg
NH4-N
P2O5
Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 15
Nährstoffgehalte
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Kilo
gram
m je
Tonn
e
Norg
NH4-N
P2O5
Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 16
Nährstoffgehalte
0
10
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40
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70
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Kilo
gram
m je
Tonn
e
Norg
NH4-N
P2O5
Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 17
Nährstoffgehalte
0
10
20
30
40
50
60
70
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Kilo
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Tonn
e
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NH4-N
P2O5
Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 18
Nährstoffströme
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Tonn
en p
ro Ja
hr
Norg
NH4-N
P2O5
#REF!
Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 19
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Wirtschaftlichkeit
Entfrachtung: 100%Entfernung: 300 km
Roth und Wulf 2018
● Separierung ist ohne technische Risiken− keine Reduzierung der auszubringenden Mengen− Art des Verfahrens abhängig von weiteren Aufbereitungsschritten− für hohe Abscheideleistung (Aufbereitung Flüssigphase) häufig
Zugabe von Flockungsmitteln
● Stabilisieren der Feststoffe: Trocknung oder Kompostierung− in anderen Anwendungsbereichen etabliert − Verbrennung und Pelletierung: gewinnbringende Verwertungspfade
notwendig
Fazit
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● flüssige Phase: häufig Kombination von Verfahren um handelsfähige Dünger zu erhalten− größte Volumenreduktion bei Verdampfung und Membranverfahren − Strippung und Verdampfung benötigen Wärmequelle− Großteil der Nährstoffe verbleibt in flüssiger Phase− Vermarktung schwierig, am ehesten für ASL möglich− Verwertungs-/Entsorgungsmöglichkeiten: Verregnung,
Bewässerung, Direkteinleitung
● Wichtig für Verfahrensauswahl: systemische Herangehensweise, d. h. Gesamtkonzept betrachten− Spezifikationen der Anlage (Größe, Wärmeverfügbarkeit)− Besonderheiten des Umfelds (Vermarktungs-/Entsorgungswege,
erzielbare Erlöse)− Transport-, Verwertungskosten
Fazit
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Kumac / Weltec Biopower Kapazität: 25.000-200.000 t/a
Projekte zur Vollaufbereitung
Ansäuerung Siebbandpresse
Umkehrosmose
Flotation+Feinfilter
Wasser Feststoffe
flüssigePhase
Gülle
Schlamm
Ionenaus-tauscher
Konzentrat
Flerlage 2018 23
BioEcoSIM / Suez Kapazität: 100.000 t/a
Projekte zur Vollaufbereitung
Ansäuerung Mikrofiltration
Strippung
P-Fällung
ASL
Feststoffe
Biokohle
Trocknung
Pyrolyse
flüssigePhase
Gülle
Struvit (MAP) Wasser
Bilbao 2017 24
MemFis / BD Blue Systems Kapazität: 15.000-25.000 t/a(je Modul)
Projekte zur Vollaufbereitung
Schnecken-presse
Umkehrosmose
Ultrafiltration
Permeat Feststoffe
flüssigePhase
Gülle
Konzentrat UF
Konzentrat UO
Flockungsmittel
Rabener 2018 25
● NDM GmbH: in Bau, s. Beitrag D. Nienhaus
● Kaskum GmbH: 1 Mio. t Gülle/a, Friesoythe, geplante Fertigstellung 2020
● Weitere Konzepte: A3 Water Solutions, Vapora, Biogastechnik Süd, Bluetector, GNS, …
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Projekte zur Vollaufbereitung
● Verwertungskonzepte für alle Aufbereitungsprodukte notwendig− insbesondere für K-reiches Abwasser (für alle Verfahren nicht
abschließend gelöst)
● Unsicherheiten für Wirtschaftlichkeit− Erlöse für Aufbereitungsprodukte− Zusatzkosten für Verwertung/Entsorgung von Produkten
● Standortspezifische Umsetzbarkeit− Verwertungsmöglichkeiten ohne Aufbereitung− Vermarktungsstrukturen für Aufbereitungsprodukte− bei Aufbereitung der Flüssigphase: Verwertungsmöglichkeit für
„Abwasser“− evtl. Verfügbarkeit von Wärme
● Verschiedenste Konzepte möglich, bisher kein Standardschema
Fazit
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● Bilbao, Jennifer (2017): BioEcoSIM. Fraunhofer IGB. Online verfügbar unter https://cordis.europa.eu/docs/results/308/308637/final1-bioecosim-final-publishable-summary-report.pdf, letzter Zugriff am 29.01.2019.
● Flerlage, J. (2018): Vorstellung Kumac Gülle- und Gärrestaufbereitung. Wirtschaftsdünger 2.0, Veranstaltung des Kreisland-Volkverbands Vechta, 22.2.2018. http://www.klv-vechta.de/images/stories/18-02-22-M-AB-KLV-Vechta_Kumac_22.2.pdf, letzter Zugriff am 06.12.2018
● Rabener, M. (2018): Gülleaufbereitung mit dem Membran-Filtrationssystem MemFis. Wirtschaftsdünger 2.0, Veranstaltung des Kreisland-Volkverbands Vechta, 22.2.2018. http://www.klv-vechta.de/images/stories/MemFis-DE-kurz-180222.pdf, letzter Zugriff am 06.12.2018
● Roth, U.; Wulf, S. (2017): GÄRWERT - GÄRprodukte ökologisch optimiert und WERTorientiertaufbereiten und vermarkten. Teilvorhaben 4: Energie- und Treibhausgasbilanzen. Förderkennzeichen: 13EKF022, 22402213. Online verfügbar unter https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=22402213, letzter Zugriff am 29.01.2019.
Literatur
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Verfahren zur Aufbereitung von GülleKatharina Müller, Sebastian WulfKuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL)
Thementisch „Technologien zur Gülleaufbereitung und -verwertung in NRW zur Schließung von Nährstoffkreisläufen“, Münster, 31. Januar 2019
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Wirtschaftlichkeit
Entfrachtung: 50% PEntfernung: 300 km
Roth und Wulf 2018
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Wirtschaftlichkeit
Entfrachtung: 50% NEntfernung: 300 km
Roth und Wulf 2018
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Kosten – Effekt der Wärmeverfügbarkeit
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Kosten – Effekt der Wärmeverfügbarkeit
Kosten für Lagerung, Transport und Verwertung
des unaufbereitetenGärrests
16 €/m³ Gärrest