- Email: [email protected]
Stand der Technik bei der biologischen Abluftreinigung in der Intensivtierhaltung
Biotechniques for Air Pollution Abatement and Odour Control Policies A J . Dragt and J . van Ham (Editors) 0 1992 Elsevier Science Publishers B.V. All rights reserved.
237
Stand d e r Technik b e i d e r b i o l o g i s c h e n A b l u f t r e i n i g u n g i n d e r Intens iv t i e r h a l t u n g Stephan S c h i r z Fachhochschule Munster, Fachbereich Versorgungstechnik S t e g e r w a l d s t r . 39, 4430 S t e i n f u r t 1 , Bundesrepubl i k Deutschland Zusammenfassung Das R e f e r a t g i b t e i n e n O b e r b l i c k uber d i e E n t w i c k l u n g und d i e h e u t i g e Technik d e r b i o l o g i s c h e n A b l u f t r e i n i g u n g i n d e r I n t e n s i v t i e r h a l t u n g . Der "Stand d e r Technik" bestimmt dabei i n d e r Bundesrepublik Deutschland, ob e i n e Anlage genehmigungsfahig i s t oder n i c h t . AuBerdem w i r d d i s k u t i e r t , welche Anforderungen an den E i n s a t z i n d e r L a n d w i r t s c h a f t g e s t e l l t werden mussen und welcher t e c h n i s c h e r und w i r t s c h a f t l i c h e r Aufwand angeinessen erscheint.
1. ENTWICKLUNG D i e beiden Verfahren d e r b i o l o g i s c h e n A b l u f t r e i n i g u n g , f u r d i e es V D I R i c h t l i n i e n g i b t (1, 21, n a m l i c h B i o f i l t e r (VDI 3477) und Biowascher ( V D I 3478), wurden zunachst i m l a n d w i r t s c h a f t l i c h e n B e r e i c h e n t w i c k e l t , e r p r o b t und z u r S e r i e n r e i f e gebracht. Dabei g i n g es a u s s c h l i e B l i c h um d i e V e r r i n g e r u n g von Geruchsemissionen, d i e i n d e r Wohnnachbarschaft von T i e r h a l t u n g s b e t r i e b e n a u f t r a t e n . I n d i e s e r Z e i t - s e i t 1970 - l i e f d i e Welle d e r B e t r i e b s a u s s i e d l u n g e n aus. AuBerdem wurde v e r s u c h t , Nutzungsanderungen z.B. von Rindvieh- a u f Schweinehaltung, Aufstockungen und Umrustungen von F e s t - a u f Flussigmisthaltungsverfahren i n vorhandenen Altgebauden und a u f den i m O r t oder am O r t s r a n d gelegenen H o f s t e l l e n durchzufuhren. M i t d e r damit zusammenhangenden I n t e n s i v i e r u n g d e r T i e r h a l t u n g wurden d i e " o r t s u b l i c h e n " Geruchsarten und - K o n z e n t r a t i o n e n i n den D o r f e r n v e r andert. D i e n i c h t l a n d w i r t s c h a f t l i c h e n Bewohner beschwerten s i c h u b e r Geruchsbelastigungen und f o r d e r t e n AbhilfemaBnahmen. Diese konnten und konnen f u r d i e m e i s t e n F a l l e i n den V D I - R i c h t l i n i e n z u r Emissionsminderung T i e r h a l t u n g Schweine (VDI 3471) und Huhner (VDI 3472) gefunden werden (3, 4, 5 ) . Es gab und g i b t j e d o c h S t a n d o r t s i t u a t i o n e n , b e i denen a u s s c h l i e B l i c h Abl u f t r e i n i g u n g s a n l a g e n e i n e Verbesserung d e r G e r u c h s s i t u a t i o n h e r b e i f u h r e n konnen.
Wie sich aus Untersuchungen ergab, waren alle bekannten Abluftreinigungsverfahren aus verschiedensten Grunden fur den Einsatz im Schweine- oder Huhnerstall ungeeignet. Entweder war die Technik zu kompl iziert oder die Kosten waren zu hoch. Erst die Entwicklung biologischer Abluftreinigungsanlagen brachte den gewunschten Erfolg. Diese Entwicklung war mit der Veroffentlichung der Forschungsarbeiten zum Biofil ter (6) und Biowascher (7) abgeschlossen. Es handelte sich dabei um technisch sehr einfache Systeme, die sowohl in der Investition als auch im Betrieb preisgunstig und leicht handhabbar sein mu6ten. Der Grund liegt darin, da6 in der Landwirtschaft die Umweltschutzkosten nicht auf die Produktpreise ubertragen und bilanziert werden konnen. Da die "Zielgruppe" au6erdem gerade die einkommensschwacheren Landwirte waren, die keine Aussiedlung ihres Betriebes mehr finanzieren konnte, wurde bei hohen Investitions- und Betriebskosten wieder eine starkere Wettbewerbsverzerrung auftreten und den Bestand der Betriebe gefahrden. 2. TECHNISCHE AUSSTATTUNG
Aus den 0.a. Zielen der Entwicklung ergaben sich in der Landwirtschaft der Bau und Betrieb von Abluftreinigungsanlagen zur Minderung von Geruchsemissionen der Systeme Biofilter und Biowascher in ausschlieR1 ich mittleren GroRenordnungen, d.h. in Baueinheiten bis maximal ca. 450 Mastschweine oder ca. 3.000 Legehennen. Bis heute wurden in der Bundesrepublik Deutschland und in den Niederlanden ca. 300 Biofilter und ca. 50 Biowascher in der Intensivtierhaltung gebaut, von denen allerdings nur noch ein geringer Teil funktionsfahig ist. Der Grund liegt einmal in dem zunehmendem Strukturwandel in der Landwirtschaft, d.h. die Betriebe muaten dicht machen und zum Anderen in der mangelnden Bereitschaft vieler Landwirte, die Anlagen ordnungsgema6 zu betrei ben (8). 2.1 Biofilter
Ein Biofilter zur Beseitigung von Geruchsstoffen aus der Stalluft wird in der Praxis seit ca. 15 Jahren gebaut - wie in Abbildung 1 dargestellt. Es handelt sich um Flachenfilter mit einer aktiven Filterschuttung 7 aus Fasertorf/Reisig, Heidekraut/Kokosfaser oder Rinde/Holzhackschnitzel bzw. anderen Kombinationen dieser Materialien. Das Filterbett hat eine Schutthohe von ca. 0,5 m - 1,O m. Die Filtervolumenbelastung liegt bei 250 - 580 m3 Abluft pro m3 Filtervolumen land Stunde. Unter dem meist nicht befahrbaren Boden aus Holzrosten oder Betonspaltenboden 6 liegt eine Druckkammer, die mit den Stallventilatoren 2 in Verbindung steht und die die Luft gleichma6ig verteilt. Die hier gezeichnete Druckkammer 4 dieht der Entstaubung der Stalluft durch einen einfachen Dusenwascher 3 mi t Umlaufwasserbetrieb 5.
239
- I
2 1
.. . .. .. ., . . . . . . . ,
.
4.
.
Stall Abluftventilator B e r i e s e l ungsanlage Druckkammer Umwal zepumpe 6 H o l z r o s t e o d e r Betonspa 1 tenboden 7 Fasertorf m i t Fichtenr e i s i g oder H e i d e k r a u t gemi sc h t
Abb. 1: B i o f i l t e r m i t NaBentstaubung i n d e r Druckkammer an einem Schweinestall (44)
I n d i e s e Druckkammer konnen auch m e h r l a g i g e E n k m a t m a t t e n z u r Trockenentstaubung eingebaut werden. Wird e i n e Trockenentstaubung vorgenommen, i s t a u f dem F i l t e r b e t t e i n e Beregnungseinrichtung zu i n s t a l l i e r e n , d i e d u r c h F e u c h t e f u h l e r an mehreren S t e l l e n d e r Anlage g e s t e u e r t w i r d . D i e j a h r l i c h e n Gesamtkosten f u r B i o f i l t e r a n l a g e n i n S c h w e i n e s t a l l e n bet r a g e n nach neuesten Kal k u l a t i o n e n b e i Neuba u 31 ,--DM/Mastplatz 10,3 DM/Mastschwein
n a c h t r . Einbau 42,-- DM/Mastplatz 14,-- DM/Mastschwein
D i e g e m i t t e l t e n I n v e s t i t i o n s k o s t e n f u r den F i l t e r l i e g e n beim Neubau a l s o m o g l i c h e r Abstimmung und I n t e g r a t i o n i n dem Baukorper b e i ca. 1,7 DM/m3 A b l u f t . Beim Umbau muB m i t 2,7 DM/m3 A b l u f t gerechnet werden (Auslegung a u f 100 m3/h * P l a t z )
240
2.2 Biowascher
Biowascher werden in und an Tierstallen als Tropfkorperanlagen nach Abbildung 2 gebaut. Es handelt sich um einstufige Anlagen. Der Tropfkorper dient dabei sowohl als Absorber wie als Trager fur die Mikroorganismen (biologischer Rasen). Die Anlagen konnen als Gegenstrom - oder Kreuzstromwascher gebaut werden. Sie hangen entweder dezentral im Stall unter jedem Ventilator an der Decke oder werden als Zentralwascher an den Gebaudefirst oder die Seitenwand gesetzt. Bei Zentralwaschern mu8 die Stallabluft s0,z.B. unterflur,abgefuhrt werden, da8 sie an einem Punkt zusammen kommt. Bei dem in Abbildung 2 dargestellten Wascher wird die Abluft 10 im Gegenstrom durch den Wascher gezogen 4 und verla8t den Stall senkrecht 11 uber Dach 5. Die Fullkorper 8 werden von einem Wasserumlauf 2-3 und einer Verteileinrichtung 7 benetzt. Wasserverluste werden durch einen Tropfenabscheider 6 minimiert. Um ein Aufsalzen des Waschwassers zu vermeiden, mu8 eine bestimmte Wassermenge in regelma8igen Abstanden aus dem Wasserbehal ter 1 abgezogen werden.
7 8 9 10 11
Wasserbehal ter Auffangwanne Pumpe Vent i 1 ator Gebaudedach Fullkorper als Tropfenabscheider Wasserverteilungssystem Full korper Schwimmerschal ter Abl uft Reingas
c
Abb. 2: Biologischer Gegenstromwascher im Dach eines Schweinestalles ( 2 )
24 1 D i e j a h r l i c h e n Gesamtkosten f u r Biowascheranlagen i n S c h w e i n e s t a l l e n bet r a g e n nach neuesten Kal k u l a t i o n e n beim Neubau 28,-- DM/Mastplatz 9,3 DM/Mastschwein
n a c h t r . Einbau 34,-- DM/Mastplatz 11,3 DM/Mastschwein
D i e g e m i t t e l t e n I n v e s t i t i o n s k o s t e n f u r den Wascher l i e g e n beim Neubau 1 ) b e i ca. 1 , l DM/m3 A b l u f t und beim Umbau2) b e i ca. 1,5 DM/m3 A b l u f t (Auslegung a u f 100 m3/h Platz).
-
3. STAND DER TECHNIK D i e s e r B e g r i f f i s t i m Bundesimmissionsschutzgesetz f e s t g e s c h r i e b e n ( 9 ) . D o r t h e i B t es i n 5 3:
" ( 6 ) Stand d e r Technik i m Sinne d i e s e s Gesetzes i s t d e r E n t w i c k l u n g s s t a n d f o r t s c h r i t t l i c h e r Verfahren, E i n r i c h t u n g e n oder Betriebsweisen, d e r d i e p r a k t i s c h e Eignung e i n e r MaBnahme z u r Begrenzung von Emissionen g e s i c h e r t erscheinen 1aBt. Bei d e r Bestimmung des Standes d e r Technik s i n d insbesondere v e r g l e i c h b a r e Verfahren, E i n r i c h t u n g e n oder B e t r i e b s w e i s e n heranzuziehen, d i e m i t E r f o l g i m B e t r i e b e r p r o b t worden sind." Wesentlich b e i d i e s e r Formulierung i s t i m e r s t e n Satz, daB d e r j e w e i l i g e Entwicklungsstand e i n e s Verfahrens d a r g e s t e l l t werden s o l l , das f u r den Anwendungszweck i n d e r P r a x i s uberhaupt g e e i g n e t i s t . Im z w e i t e n Satz s t e h t dann, dab d i e s e s Verfahren auch m i t E r f o l g i m B e t r i e b e r p r o b t s e i n muB. Was das bedeutet, beschreiben d i e sog. 10 F e l d h a u s k r i t e r i e n ( l o ) , m i t denen f e s t g e l e g t wird, ob e i n e A b l u f t r e i n i g u n g s a n l a g e genehmigungsf a h i g i s t oder n i c h t :
1 . Wirksamkeit h i n s i c h t l i c h d e r Emissionsbegrenzung 2. Anlagensicherheit 3. An1 agenverf ugbarkei t
4. Wartungsaufwand 5. Lebensdauer d e r An1 age 6. B e r u c k s i c h t i g u n g von An- und Abfahrvorgangen 7. Energieaufwand 8. I n v e s t i t i o n s - und B e t r i e b s k o s t e n 9. P1a t z b e d a r f 10. Erzeugung neuer Emissionen
1 ) Beim Neubau wurde e i n b a u s e i t s e r s t e l l t e r Wascherkorper angenommen. 2 ) Beim Umbau w i r d d e r Wascherkorper aus K u n s t s t o f f oder M e t a l 1 von d e r Firma gel i e f e r t .
t i b e r t r a g t man d i e s e K r i t e r i e n nun a u f d i e P r a x i s von b i o l o g i s c h e n A b l u f t r e i n i g u n g s a n l a g e n i n d e r T i e r h a l t u n g , so i s t nach dem d e r z e i t i g e n Anwendungsstand f o l g e n d e s f e s t z u s t e l l e n :
- d i e h i e r d a r g e s t e l l t e n Systeme wurden a u s s c h l i e B l i c h z u r Minderung von Geruchsemissionen e n t w i c k e l t . Andere S t o f f e w i e z.B. Ammoniak konnen m i t d i e s e n Anlagen zwar g u t a b s o r b i e r t , aber n u r nach M o d i f i k a t i o n d e r V e r f a h r e n s t e c h n i k b i o l o g i s c h abgebaut werden.
-
Die b i s h e r gebauten Anlagen wurden f a s t a u s s c h l i e B l i c h f u r Schweines t a l l e i n d e r GroDenordnung von 100 b i s 450 T i e r e k o n z i p i e r t . Es bes t e h t n a t u r l i c h d i e M o g l i c h k e i t , mehrere F i l t e r / W a s c h e r f u r e i n e blastanlage r n i t z.B. 3.000 Schweinen nebeneinander zu s t e l l e n . E i n e s o l c h e Anlage wurde j e d o c h b i s h e r , aus Grunden d e r W i r t s c h a f t l i c h k e i t , n i c h t gebaut.
- F u r d i e Anwendung i n H u h n e r s t a l l e n g i l t , dab es b i s h e r n u r e i n i g e wenige Versuchsanlagen g i b t , d i e n i c h t a u f e i n e n groDeren MaBstab zu u b e r t r a g e n s i n d . Der Grund l i e g t i n den s p e z i f i s c h e n Bedingungen d e r A b l u f t aus H u h n e r s t a l l e n , d i e m i t 6 m3/h und T i e r extrem grobe Mengen d a r s t e l l e n und wegen des f e t t r e i c h e n S t a u b a n t e i l s aufwenige Konditionierung erfordern. Es i s t a l s o f e s t z u s t e l l e n , daB d i e F a h i g k e i t G e r u c h s s t o f f e b i o l o g i s c h aus S t a l l a b l u f t zu e l i m i n i e r e n m i t den d a r g e s t e l l t e n A b l u f t r e i n i g u n g s systemen g r u n d s a t z l i c h b e s t e h t . AuBerdem kann d e r "Stand d e r Technik" f u r d i e Schweinehaltung b e s t a t i g t werden. GroBanlagen werden dabei aus mehreren k l e i n e r e n zusammengesetzt - schon wegen d e r Luftzusammenfuhrung. F u r H u h n e r s t a l l e (Legehennen und M a s t g e f l u g e l ) g i b t es noch k e i n e n "Stand d e r Technik", denn b e i d i e s e n T i e r a r t e n werden f a s t a u s s c h l i e B l i c h S t a l l e zwischen j e 20.000 T i e r e n und 100.000 T i e r e n b e t r i e b e n . F u r d i e s e GroBenordnungen konnte noch k e i n technisches Verfahrenskonzept gefunden werden, das d i e 1 0 F e l d h a u s - K r i t e r i e n e r f u l l t . Es wurden a l l e r d i n g s Versuche d u r c h g e f u h r t , d i e j e d o c h noch n i c h t abgeschlossen s i n d ( 1 1 ) .
4. ZUKUNFTIGE ANFORDERUNGEN D i e A b l u f t r e i n i g u n g s a n l a g e n d e r Z u k u n f t werden i n d e r weniger gegen Geruchsbelastigungen, sondern v e r s t a r k t ernissionen e i n g e s e t z t werden mussen. Diese E r k e n n t n i s den z a h l r e i c h e n Untersuchungen d e r l e t z t e n Jahre mehr
Intensivtierhaltung gegen Ammoniaks e t z t s i c h nach und mehr durch.
243 Dabei macht d e r E m i s s i o n s a n t e i l i n d e r T i e r h a l t u n g i m S t a l l b e r e i c h 30 % aus. D i e r e s t l i c h e n Emissionen gehen a u f das Konto hochstens 20 % von M i s t l a g e r u n g und -ausbringung. S o l l e n z u r E l i m i n a t i o n des g r o a t e n T e i l s d e r Ammoniakbestandteile aus Wirkungsgrad uber 90 % b i o l o g i s c h e Anlagen d e r Systeme der S t a l l u f t B i o f i l t e r / B i o w a s c h e r e i n g e s e t z t werden, mussen d i e Randbedingungen d e r V e r f a h r e n s t e c h n i k e x a k t e r bestimmt und e i n g e h a l t e n werden, a l s es b e i j e t z i g e n Auslegungen notwendig i s t .
-
-
-
4.1 B i o f i l t e r F u r den B i o f i l t e r b e d e u t e t das f o l g e n d e Steuerungs- und K o n s t r u k t i o n s merkma 1e :
-
Befahrbare U n t e r k o n s t r u k t i o n e n , um das Homogenisieren des F i l t e r m a t e r i a l s zu e r l e i c h t e r n . F i l t e r m a t e r i a l m i t geringem D r u c k v e r l u s t bestehend aus organischem und i n e r t e m M a t e r i a l sowie P u f f e r u n g s s t o f f e n . Diese konnen auch a l s f e r t i g g e s c h i c h t e t e H o c h l e i s t u n g s f i l t e r i n Containern v e r s e t z t werden. E i n s a t z von V e n t i l a t o r e n m i t hohen Druckreserven, d i e e i n e n Druckv e r l u s t b i s 1000 Pa uberwinden konnen. K o n t r o l l e und Steuerung des Feuchtegehaltes r e g i s t r i e r e n d e Messung von A b l u f t t e m p e r a t u r , Temperatur, pH-Wert und D r u c k v e r l u s t regelmaOige Spulung bzw. g e r e g e l t e Zugabe von N a h r s t o f f e n .
4.2 Biowascher Der Biowascher kann n i c h t mehr a u s s c h l i e B l i c h i m T r o p f k o r p e r v e r f a h r e n b e t r i e b e n , sondern muB m i t e i n e r separaten Wasseraufbereitung k o m b i n i e r t werden. Im e i n z e l n e n s i n d dann f o l g e n d e K o n s t r u k t i o n s - und Steuerungsmerkmale zu b e r u c k s i c h t i g e n :
-
k o n t r o l l i e r t e r Wasserzu- und A b l a u f Erhohung d e r V e r w e i l z e i t des Abgases i m F u l l k o r p e r b e t t , d.h. VergroOerung d e r A u s t a u s c h f l achen
- PH-Wertsteuerung d u r c h Zugabe von P u f f e r s t o f f e n - Differenzdruckuberwachung - separate B e l u f t u n g und K o n d i t i o n i e r u n g des Umlaufwaschwassers d.h.
VergroRerung d e r Waschwasservorlage.
244 A l l e d i e s e technischen Maanahmen f u h r e n zu e i n e r Erhohung d e r I n v e s t i t i o n s und B e t r i e b s k o s t e n , d i e i n B e r e i c h e f u h r e n , d i e 100 % und hoher u b e r dem j e t z i g e n Kostenniveau l i e g e n . Damit s t e l l t s i c h e r n e u t d i e Frage, w i e d i e 10 F e l d h a u s - K r i t e r i e n e i n z u h a l t e n s i n d , bzw. ob es n i c h t e r n e u t zu e r h e b l i c h e n Wettbewerbsverzerrungen kommt. Wenn j e d o c h e i n e E G - e i n h e i t l i c h e Regelung m o g l i c h i s t , konnen auch b i o l o g i s c h e A b l u f t r e i n i g u n g s a n l a g e n e i n e n Umwel t s c h u t z b e i t r a g l i e f e r n , um d i e Ammoniakemissionen aus d e r L a n d w i r t s c h a f t zu v e r r i n g e r n . L it e r a t u r V D I 3477: B i o l o g i s c h e A b l u f t - / A b g a s r e i n i g u n g Ausgabe 2/89
V D I 3478: B i o l o g i s c h e A b l u f t - / A b g a s r e i n i g u n g Ausgabe 7/85
-
Biofilter
-
Biowascher
V D I 3471: Emissionsmindeoung T i e r h a l t u n g Schweine Ausgabe 6/86
V D I 3472: Emissionsminderung T i e r h a l t u n g Huhner Ausgabe 6/86 S c h i r z , S t . : Handhabung d e r V D I - R i c h t l i n i e n 3471 (Schweine) und 3472 (Huhner). KTBL-Arbeitspapier 126, Darmstadt 1989 Z e i s i g , H.D. und J. K r e i t m e i e r : Bau und B e t r i e b von E r d f i l t e r anlagen f u r S c h w e i n e s t a l l e . Bayer. S t a a t s m i n i s t e r i u m f u r Lande n t w i c k l u n g und Umweltfragen. Munchen 1977. Erganzungsbericht 1982 Schirz, St.: Abluftreinigungsanlagen i n der I n t e n s i v t i e r h a l t u n g . K T B L - S c h r i f t 200. Darmstadt 1975 S c h i r z , S t . : Probleme beim E i n s a t z von B i o f i l t e r n i n d e r Schweinehaltung. B i o l o y i s c h e Abgasreinigung. V D I - B e r i c h t 735 S. 255 - 265. D u s s e l d o r f 1989
Bundesirnmissionsschutzgesetz vom 15.03.1974 vom 04.10.1985.
BG B1. I S. 1950
i n d e r Fassung
Feldhaus, G.: F e s t s t e l l e n und B e u r t e i l e n des "Standes d e r Technik" b e i d e r R i c h t l i n i e n a r b e i t . VDI-Manuskript S. 57 - 63, D u s s e l d o r f 1981 S c h i r z , S t . : B i o l o g i s c h e A b l u f t r e i n i g u n g . KTBL/VDI-Sonderv e r o f f e n t l i c h u n g : Ammoniak i n d e r Umwelt. Darmstadt 1990.
237
Stand d e r Technik b e i d e r b i o l o g i s c h e n A b l u f t r e i n i g u n g i n d e r Intens iv t i e r h a l t u n g Stephan S c h i r z Fachhochschule Munster, Fachbereich Versorgungstechnik S t e g e r w a l d s t r . 39, 4430 S t e i n f u r t 1 , Bundesrepubl i k Deutschland Zusammenfassung Das R e f e r a t g i b t e i n e n O b e r b l i c k uber d i e E n t w i c k l u n g und d i e h e u t i g e Technik d e r b i o l o g i s c h e n A b l u f t r e i n i g u n g i n d e r I n t e n s i v t i e r h a l t u n g . Der "Stand d e r Technik" bestimmt dabei i n d e r Bundesrepublik Deutschland, ob e i n e Anlage genehmigungsfahig i s t oder n i c h t . AuBerdem w i r d d i s k u t i e r t , welche Anforderungen an den E i n s a t z i n d e r L a n d w i r t s c h a f t g e s t e l l t werden mussen und welcher t e c h n i s c h e r und w i r t s c h a f t l i c h e r Aufwand angeinessen erscheint.
1. ENTWICKLUNG D i e beiden Verfahren d e r b i o l o g i s c h e n A b l u f t r e i n i g u n g , f u r d i e es V D I R i c h t l i n i e n g i b t (1, 21, n a m l i c h B i o f i l t e r (VDI 3477) und Biowascher ( V D I 3478), wurden zunachst i m l a n d w i r t s c h a f t l i c h e n B e r e i c h e n t w i c k e l t , e r p r o b t und z u r S e r i e n r e i f e gebracht. Dabei g i n g es a u s s c h l i e B l i c h um d i e V e r r i n g e r u n g von Geruchsemissionen, d i e i n d e r Wohnnachbarschaft von T i e r h a l t u n g s b e t r i e b e n a u f t r a t e n . I n d i e s e r Z e i t - s e i t 1970 - l i e f d i e Welle d e r B e t r i e b s a u s s i e d l u n g e n aus. AuBerdem wurde v e r s u c h t , Nutzungsanderungen z.B. von Rindvieh- a u f Schweinehaltung, Aufstockungen und Umrustungen von F e s t - a u f Flussigmisthaltungsverfahren i n vorhandenen Altgebauden und a u f den i m O r t oder am O r t s r a n d gelegenen H o f s t e l l e n durchzufuhren. M i t d e r damit zusammenhangenden I n t e n s i v i e r u n g d e r T i e r h a l t u n g wurden d i e " o r t s u b l i c h e n " Geruchsarten und - K o n z e n t r a t i o n e n i n den D o r f e r n v e r andert. D i e n i c h t l a n d w i r t s c h a f t l i c h e n Bewohner beschwerten s i c h u b e r Geruchsbelastigungen und f o r d e r t e n AbhilfemaBnahmen. Diese konnten und konnen f u r d i e m e i s t e n F a l l e i n den V D I - R i c h t l i n i e n z u r Emissionsminderung T i e r h a l t u n g Schweine (VDI 3471) und Huhner (VDI 3472) gefunden werden (3, 4, 5 ) . Es gab und g i b t j e d o c h S t a n d o r t s i t u a t i o n e n , b e i denen a u s s c h l i e B l i c h Abl u f t r e i n i g u n g s a n l a g e n e i n e Verbesserung d e r G e r u c h s s i t u a t i o n h e r b e i f u h r e n konnen.
Wie sich aus Untersuchungen ergab, waren alle bekannten Abluftreinigungsverfahren aus verschiedensten Grunden fur den Einsatz im Schweine- oder Huhnerstall ungeeignet. Entweder war die Technik zu kompl iziert oder die Kosten waren zu hoch. Erst die Entwicklung biologischer Abluftreinigungsanlagen brachte den gewunschten Erfolg. Diese Entwicklung war mit der Veroffentlichung der Forschungsarbeiten zum Biofil ter (6) und Biowascher (7) abgeschlossen. Es handelte sich dabei um technisch sehr einfache Systeme, die sowohl in der Investition als auch im Betrieb preisgunstig und leicht handhabbar sein mu6ten. Der Grund liegt darin, da6 in der Landwirtschaft die Umweltschutzkosten nicht auf die Produktpreise ubertragen und bilanziert werden konnen. Da die "Zielgruppe" au6erdem gerade die einkommensschwacheren Landwirte waren, die keine Aussiedlung ihres Betriebes mehr finanzieren konnte, wurde bei hohen Investitions- und Betriebskosten wieder eine starkere Wettbewerbsverzerrung auftreten und den Bestand der Betriebe gefahrden. 2. TECHNISCHE AUSSTATTUNG
Aus den 0.a. Zielen der Entwicklung ergaben sich in der Landwirtschaft der Bau und Betrieb von Abluftreinigungsanlagen zur Minderung von Geruchsemissionen der Systeme Biofilter und Biowascher in ausschlieR1 ich mittleren GroRenordnungen, d.h. in Baueinheiten bis maximal ca. 450 Mastschweine oder ca. 3.000 Legehennen. Bis heute wurden in der Bundesrepublik Deutschland und in den Niederlanden ca. 300 Biofilter und ca. 50 Biowascher in der Intensivtierhaltung gebaut, von denen allerdings nur noch ein geringer Teil funktionsfahig ist. Der Grund liegt einmal in dem zunehmendem Strukturwandel in der Landwirtschaft, d.h. die Betriebe muaten dicht machen und zum Anderen in der mangelnden Bereitschaft vieler Landwirte, die Anlagen ordnungsgema6 zu betrei ben (8). 2.1 Biofilter
Ein Biofilter zur Beseitigung von Geruchsstoffen aus der Stalluft wird in der Praxis seit ca. 15 Jahren gebaut - wie in Abbildung 1 dargestellt. Es handelt sich um Flachenfilter mit einer aktiven Filterschuttung 7 aus Fasertorf/Reisig, Heidekraut/Kokosfaser oder Rinde/Holzhackschnitzel bzw. anderen Kombinationen dieser Materialien. Das Filterbett hat eine Schutthohe von ca. 0,5 m - 1,O m. Die Filtervolumenbelastung liegt bei 250 - 580 m3 Abluft pro m3 Filtervolumen land Stunde. Unter dem meist nicht befahrbaren Boden aus Holzrosten oder Betonspaltenboden 6 liegt eine Druckkammer, die mit den Stallventilatoren 2 in Verbindung steht und die die Luft gleichma6ig verteilt. Die hier gezeichnete Druckkammer 4 dieht der Entstaubung der Stalluft durch einen einfachen Dusenwascher 3 mi t Umlaufwasserbetrieb 5.
239
- I
2 1
.. . .. .. ., . . . . . . . ,
.
4.
.
Stall Abluftventilator B e r i e s e l ungsanlage Druckkammer Umwal zepumpe 6 H o l z r o s t e o d e r Betonspa 1 tenboden 7 Fasertorf m i t Fichtenr e i s i g oder H e i d e k r a u t gemi sc h t
Abb. 1: B i o f i l t e r m i t NaBentstaubung i n d e r Druckkammer an einem Schweinestall (44)
I n d i e s e Druckkammer konnen auch m e h r l a g i g e E n k m a t m a t t e n z u r Trockenentstaubung eingebaut werden. Wird e i n e Trockenentstaubung vorgenommen, i s t a u f dem F i l t e r b e t t e i n e Beregnungseinrichtung zu i n s t a l l i e r e n , d i e d u r c h F e u c h t e f u h l e r an mehreren S t e l l e n d e r Anlage g e s t e u e r t w i r d . D i e j a h r l i c h e n Gesamtkosten f u r B i o f i l t e r a n l a g e n i n S c h w e i n e s t a l l e n bet r a g e n nach neuesten Kal k u l a t i o n e n b e i Neuba u 31 ,--DM/Mastplatz 10,3 DM/Mastschwein
n a c h t r . Einbau 42,-- DM/Mastplatz 14,-- DM/Mastschwein
D i e g e m i t t e l t e n I n v e s t i t i o n s k o s t e n f u r den F i l t e r l i e g e n beim Neubau a l s o m o g l i c h e r Abstimmung und I n t e g r a t i o n i n dem Baukorper b e i ca. 1,7 DM/m3 A b l u f t . Beim Umbau muB m i t 2,7 DM/m3 A b l u f t gerechnet werden (Auslegung a u f 100 m3/h * P l a t z )
240
2.2 Biowascher
Biowascher werden in und an Tierstallen als Tropfkorperanlagen nach Abbildung 2 gebaut. Es handelt sich um einstufige Anlagen. Der Tropfkorper dient dabei sowohl als Absorber wie als Trager fur die Mikroorganismen (biologischer Rasen). Die Anlagen konnen als Gegenstrom - oder Kreuzstromwascher gebaut werden. Sie hangen entweder dezentral im Stall unter jedem Ventilator an der Decke oder werden als Zentralwascher an den Gebaudefirst oder die Seitenwand gesetzt. Bei Zentralwaschern mu8 die Stallabluft s0,z.B. unterflur,abgefuhrt werden, da8 sie an einem Punkt zusammen kommt. Bei dem in Abbildung 2 dargestellten Wascher wird die Abluft 10 im Gegenstrom durch den Wascher gezogen 4 und verla8t den Stall senkrecht 11 uber Dach 5. Die Fullkorper 8 werden von einem Wasserumlauf 2-3 und einer Verteileinrichtung 7 benetzt. Wasserverluste werden durch einen Tropfenabscheider 6 minimiert. Um ein Aufsalzen des Waschwassers zu vermeiden, mu8 eine bestimmte Wassermenge in regelma8igen Abstanden aus dem Wasserbehal ter 1 abgezogen werden.
7 8 9 10 11
Wasserbehal ter Auffangwanne Pumpe Vent i 1 ator Gebaudedach Fullkorper als Tropfenabscheider Wasserverteilungssystem Full korper Schwimmerschal ter Abl uft Reingas
c
Abb. 2: Biologischer Gegenstromwascher im Dach eines Schweinestalles ( 2 )
24 1 D i e j a h r l i c h e n Gesamtkosten f u r Biowascheranlagen i n S c h w e i n e s t a l l e n bet r a g e n nach neuesten Kal k u l a t i o n e n beim Neubau 28,-- DM/Mastplatz 9,3 DM/Mastschwein
n a c h t r . Einbau 34,-- DM/Mastplatz 11,3 DM/Mastschwein
D i e g e m i t t e l t e n I n v e s t i t i o n s k o s t e n f u r den Wascher l i e g e n beim Neubau 1 ) b e i ca. 1 , l DM/m3 A b l u f t und beim Umbau2) b e i ca. 1,5 DM/m3 A b l u f t (Auslegung a u f 100 m3/h Platz).
-
3. STAND DER TECHNIK D i e s e r B e g r i f f i s t i m Bundesimmissionsschutzgesetz f e s t g e s c h r i e b e n ( 9 ) . D o r t h e i B t es i n 5 3:
" ( 6 ) Stand d e r Technik i m Sinne d i e s e s Gesetzes i s t d e r E n t w i c k l u n g s s t a n d f o r t s c h r i t t l i c h e r Verfahren, E i n r i c h t u n g e n oder Betriebsweisen, d e r d i e p r a k t i s c h e Eignung e i n e r MaBnahme z u r Begrenzung von Emissionen g e s i c h e r t erscheinen 1aBt. Bei d e r Bestimmung des Standes d e r Technik s i n d insbesondere v e r g l e i c h b a r e Verfahren, E i n r i c h t u n g e n oder B e t r i e b s w e i s e n heranzuziehen, d i e m i t E r f o l g i m B e t r i e b e r p r o b t worden sind." Wesentlich b e i d i e s e r Formulierung i s t i m e r s t e n Satz, daB d e r j e w e i l i g e Entwicklungsstand e i n e s Verfahrens d a r g e s t e l l t werden s o l l , das f u r den Anwendungszweck i n d e r P r a x i s uberhaupt g e e i g n e t i s t . Im z w e i t e n Satz s t e h t dann, dab d i e s e s Verfahren auch m i t E r f o l g i m B e t r i e b e r p r o b t s e i n muB. Was das bedeutet, beschreiben d i e sog. 10 F e l d h a u s k r i t e r i e n ( l o ) , m i t denen f e s t g e l e g t wird, ob e i n e A b l u f t r e i n i g u n g s a n l a g e genehmigungsf a h i g i s t oder n i c h t :
1 . Wirksamkeit h i n s i c h t l i c h d e r Emissionsbegrenzung 2. Anlagensicherheit 3. An1 agenverf ugbarkei t
4. Wartungsaufwand 5. Lebensdauer d e r An1 age 6. B e r u c k s i c h t i g u n g von An- und Abfahrvorgangen 7. Energieaufwand 8. I n v e s t i t i o n s - und B e t r i e b s k o s t e n 9. P1a t z b e d a r f 10. Erzeugung neuer Emissionen
1 ) Beim Neubau wurde e i n b a u s e i t s e r s t e l l t e r Wascherkorper angenommen. 2 ) Beim Umbau w i r d d e r Wascherkorper aus K u n s t s t o f f oder M e t a l 1 von d e r Firma gel i e f e r t .
t i b e r t r a g t man d i e s e K r i t e r i e n nun a u f d i e P r a x i s von b i o l o g i s c h e n A b l u f t r e i n i g u n g s a n l a g e n i n d e r T i e r h a l t u n g , so i s t nach dem d e r z e i t i g e n Anwendungsstand f o l g e n d e s f e s t z u s t e l l e n :
- d i e h i e r d a r g e s t e l l t e n Systeme wurden a u s s c h l i e B l i c h z u r Minderung von Geruchsemissionen e n t w i c k e l t . Andere S t o f f e w i e z.B. Ammoniak konnen m i t d i e s e n Anlagen zwar g u t a b s o r b i e r t , aber n u r nach M o d i f i k a t i o n d e r V e r f a h r e n s t e c h n i k b i o l o g i s c h abgebaut werden.
-
Die b i s h e r gebauten Anlagen wurden f a s t a u s s c h l i e B l i c h f u r Schweines t a l l e i n d e r GroDenordnung von 100 b i s 450 T i e r e k o n z i p i e r t . Es bes t e h t n a t u r l i c h d i e M o g l i c h k e i t , mehrere F i l t e r / W a s c h e r f u r e i n e blastanlage r n i t z.B. 3.000 Schweinen nebeneinander zu s t e l l e n . E i n e s o l c h e Anlage wurde j e d o c h b i s h e r , aus Grunden d e r W i r t s c h a f t l i c h k e i t , n i c h t gebaut.
- F u r d i e Anwendung i n H u h n e r s t a l l e n g i l t , dab es b i s h e r n u r e i n i g e wenige Versuchsanlagen g i b t , d i e n i c h t a u f e i n e n groDeren MaBstab zu u b e r t r a g e n s i n d . Der Grund l i e g t i n den s p e z i f i s c h e n Bedingungen d e r A b l u f t aus H u h n e r s t a l l e n , d i e m i t 6 m3/h und T i e r extrem grobe Mengen d a r s t e l l e n und wegen des f e t t r e i c h e n S t a u b a n t e i l s aufwenige Konditionierung erfordern. Es i s t a l s o f e s t z u s t e l l e n , daB d i e F a h i g k e i t G e r u c h s s t o f f e b i o l o g i s c h aus S t a l l a b l u f t zu e l i m i n i e r e n m i t den d a r g e s t e l l t e n A b l u f t r e i n i g u n g s systemen g r u n d s a t z l i c h b e s t e h t . AuBerdem kann d e r "Stand d e r Technik" f u r d i e Schweinehaltung b e s t a t i g t werden. GroBanlagen werden dabei aus mehreren k l e i n e r e n zusammengesetzt - schon wegen d e r Luftzusammenfuhrung. F u r H u h n e r s t a l l e (Legehennen und M a s t g e f l u g e l ) g i b t es noch k e i n e n "Stand d e r Technik", denn b e i d i e s e n T i e r a r t e n werden f a s t a u s s c h l i e B l i c h S t a l l e zwischen j e 20.000 T i e r e n und 100.000 T i e r e n b e t r i e b e n . F u r d i e s e GroBenordnungen konnte noch k e i n technisches Verfahrenskonzept gefunden werden, das d i e 1 0 F e l d h a u s - K r i t e r i e n e r f u l l t . Es wurden a l l e r d i n g s Versuche d u r c h g e f u h r t , d i e j e d o c h noch n i c h t abgeschlossen s i n d ( 1 1 ) .
4. ZUKUNFTIGE ANFORDERUNGEN D i e A b l u f t r e i n i g u n g s a n l a g e n d e r Z u k u n f t werden i n d e r weniger gegen Geruchsbelastigungen, sondern v e r s t a r k t ernissionen e i n g e s e t z t werden mussen. Diese E r k e n n t n i s den z a h l r e i c h e n Untersuchungen d e r l e t z t e n Jahre mehr
Intensivtierhaltung gegen Ammoniaks e t z t s i c h nach und mehr durch.
243 Dabei macht d e r E m i s s i o n s a n t e i l i n d e r T i e r h a l t u n g i m S t a l l b e r e i c h 30 % aus. D i e r e s t l i c h e n Emissionen gehen a u f das Konto hochstens 20 % von M i s t l a g e r u n g und -ausbringung. S o l l e n z u r E l i m i n a t i o n des g r o a t e n T e i l s d e r Ammoniakbestandteile aus Wirkungsgrad uber 90 % b i o l o g i s c h e Anlagen d e r Systeme der S t a l l u f t B i o f i l t e r / B i o w a s c h e r e i n g e s e t z t werden, mussen d i e Randbedingungen d e r V e r f a h r e n s t e c h n i k e x a k t e r bestimmt und e i n g e h a l t e n werden, a l s es b e i j e t z i g e n Auslegungen notwendig i s t .
-
-
-
4.1 B i o f i l t e r F u r den B i o f i l t e r b e d e u t e t das f o l g e n d e Steuerungs- und K o n s t r u k t i o n s merkma 1e :
-
Befahrbare U n t e r k o n s t r u k t i o n e n , um das Homogenisieren des F i l t e r m a t e r i a l s zu e r l e i c h t e r n . F i l t e r m a t e r i a l m i t geringem D r u c k v e r l u s t bestehend aus organischem und i n e r t e m M a t e r i a l sowie P u f f e r u n g s s t o f f e n . Diese konnen auch a l s f e r t i g g e s c h i c h t e t e H o c h l e i s t u n g s f i l t e r i n Containern v e r s e t z t werden. E i n s a t z von V e n t i l a t o r e n m i t hohen Druckreserven, d i e e i n e n Druckv e r l u s t b i s 1000 Pa uberwinden konnen. K o n t r o l l e und Steuerung des Feuchtegehaltes r e g i s t r i e r e n d e Messung von A b l u f t t e m p e r a t u r , Temperatur, pH-Wert und D r u c k v e r l u s t regelmaOige Spulung bzw. g e r e g e l t e Zugabe von N a h r s t o f f e n .
4.2 Biowascher Der Biowascher kann n i c h t mehr a u s s c h l i e B l i c h i m T r o p f k o r p e r v e r f a h r e n b e t r i e b e n , sondern muB m i t e i n e r separaten Wasseraufbereitung k o m b i n i e r t werden. Im e i n z e l n e n s i n d dann f o l g e n d e K o n s t r u k t i o n s - und Steuerungsmerkmale zu b e r u c k s i c h t i g e n :
-
k o n t r o l l i e r t e r Wasserzu- und A b l a u f Erhohung d e r V e r w e i l z e i t des Abgases i m F u l l k o r p e r b e t t , d.h. VergroOerung d e r A u s t a u s c h f l achen
- PH-Wertsteuerung d u r c h Zugabe von P u f f e r s t o f f e n - Differenzdruckuberwachung - separate B e l u f t u n g und K o n d i t i o n i e r u n g des Umlaufwaschwassers d.h.
VergroRerung d e r Waschwasservorlage.
244 A l l e d i e s e technischen Maanahmen f u h r e n zu e i n e r Erhohung d e r I n v e s t i t i o n s und B e t r i e b s k o s t e n , d i e i n B e r e i c h e f u h r e n , d i e 100 % und hoher u b e r dem j e t z i g e n Kostenniveau l i e g e n . Damit s t e l l t s i c h e r n e u t d i e Frage, w i e d i e 10 F e l d h a u s - K r i t e r i e n e i n z u h a l t e n s i n d , bzw. ob es n i c h t e r n e u t zu e r h e b l i c h e n Wettbewerbsverzerrungen kommt. Wenn j e d o c h e i n e E G - e i n h e i t l i c h e Regelung m o g l i c h i s t , konnen auch b i o l o g i s c h e A b l u f t r e i n i g u n g s a n l a g e n e i n e n Umwel t s c h u t z b e i t r a g l i e f e r n , um d i e Ammoniakemissionen aus d e r L a n d w i r t s c h a f t zu v e r r i n g e r n . L it e r a t u r V D I 3477: B i o l o g i s c h e A b l u f t - / A b g a s r e i n i g u n g Ausgabe 2/89
V D I 3478: B i o l o g i s c h e A b l u f t - / A b g a s r e i n i g u n g Ausgabe 7/85
-
Biofilter
-
Biowascher
V D I 3471: Emissionsmindeoung T i e r h a l t u n g Schweine Ausgabe 6/86
V D I 3472: Emissionsminderung T i e r h a l t u n g Huhner Ausgabe 6/86 S c h i r z , S t . : Handhabung d e r V D I - R i c h t l i n i e n 3471 (Schweine) und 3472 (Huhner). KTBL-Arbeitspapier 126, Darmstadt 1989 Z e i s i g , H.D. und J. K r e i t m e i e r : Bau und B e t r i e b von E r d f i l t e r anlagen f u r S c h w e i n e s t a l l e . Bayer. S t a a t s m i n i s t e r i u m f u r Lande n t w i c k l u n g und Umweltfragen. Munchen 1977. Erganzungsbericht 1982 Schirz, St.: Abluftreinigungsanlagen i n der I n t e n s i v t i e r h a l t u n g . K T B L - S c h r i f t 200. Darmstadt 1975 S c h i r z , S t . : Probleme beim E i n s a t z von B i o f i l t e r n i n d e r Schweinehaltung. B i o l o y i s c h e Abgasreinigung. V D I - B e r i c h t 735 S. 255 - 265. D u s s e l d o r f 1989
Bundesirnmissionsschutzgesetz vom 15.03.1974 vom 04.10.1985.
BG B1. I S. 1950
i n d e r Fassung
Feldhaus, G.: F e s t s t e l l e n und B e u r t e i l e n des "Standes d e r Technik" b e i d e r R i c h t l i n i e n a r b e i t . VDI-Manuskript S. 57 - 63, D u s s e l d o r f 1981 S c h i r z , S t . : B i o l o g i s c h e A b l u f t r e i n i g u n g . KTBL/VDI-Sonderv e r o f f e n t l i c h u n g : Ammoniak i n d e r Umwelt. Darmstadt 1990.