Landwirtschaftliche Industrie

Natürliche Abwasserbehandlung in der Landwirtschaftlichen Industrie

Die landwirtschaftliche Industrie produziert Gülle und damit natürlichen Dünger. Diese zeichnen sich oft durch einen hohen Anteil an Stickstoffverbindungen aus, welche die Landwirte nur mit Anreicherung in das Grundwasser ableiten können. Der zukünftige Bedarf an Behandlungsmöglichkeiten für die landwirtschaftliche Industrie steigt, da die Nitratrichtlinie (91/676/EWG) und die Neuregelung der Düngemittelverordnung vom 31. März 2017, welche die Lagerzeit von Abwässern verlängert und die Ausbringung begrenzt, Handlungsbedarf von den Landwirten erfordert.

Der hohe Schadstoffanteil dieses Abwassertyps stellt übliche Abwasserreinigungstechnologien vor Herausforderungen. Insbesondere der membranbasierten Prozesstechnologie fällt es schwer, den natürlichen Dünger effizient zu reinigen, da diese leicht verstopfen können. Aufgrund der langjährigen Erfahrung mit einer Vielzahl von Industrieabwässern, welche die landwirtschaftliche Industrie erzeugt, verfügt das ClearFox®-Team über das Wissen und die Prozesstechnologien, um diese Abwässer ohne den Einsatz von membranbasierter Technologie zu behandeln.

Diese maßgeschneiderte Reinigungstechnologie behandelt Abwässer mit einem, im Verhältnis zu den kohlenstoffhaltigen Verbindungen, hohen Stickstoffgehalt. Der Fokus liegt auf einer einfachen, lösungsbasierten Technologie mit langfristig niedrigen Betriebskosten. Da jeder Landwirt Gülle mit unterschiedlichen Konzentrationen produziert, passt das ClearFox®-Team die Anlage auf seine Bedürfnisse an.

Die Reinigungsleistung der Anlage bezieht sich auf die Zusammensetzung der Gülle und die Gesamtfläche, die der Landwirt bewirtschaftet. Da für jeden Landwirt eine Ausbringpflicht besteht, optimiert das ClearFox®-Team die Anlage so weit, bis die Nitratkonzentrationen den Grenzwert bei der Ausbringung unterschreitet. Da jeder Landwirt unterschiedliche Güllezusammensetzungen und landwirtschaftliche Flächen aufweist, arbeiten alle ClearFox® Kläranlagen in der Landwirtschaft unterschiedlich.

Sollte die landwirtschaftliche Industrie vor neuen gesetzlichen Veränderungen stehen, ist die Anlage einfach und modular erweiterbar.

Die landwirtschaftliche Industrie und deren Betriebe nutzen die Reinigungsmodule des Systems, die seit vielen Jahren weltweit im Einsatz sind. ClearFox®-Behältermodule bestehen aus verschiedenen, technischen Komponenten, um eine physikalische, chemische und biologische Behandlung in der Flüssigphase zu erreichen. Die Anlagenbestandteile sind in modularen Containern verfügbar oder lassen sich einfach in eine bestehende Halle einbauen. Alle Komponenten testet das ClearFox®-Team nach einschlägigen Industriestandards im deutschen Werk. Das ist kostensparend und reduziert die Montagezeit am Einsatzort auf ein Minimum. Das “Plug & Play”-Baukastensystem benötigt deutlich weniger Zeit für die Installation und Inbetriebnahme vor Ort.

Das gesamte System läuft voll automatisch. Tests im hauseigenen ClearFox®-Labor stellen die Anlage auf die jeweilige Abwasserzusammensetzung ein und optimieren somit die Reinigungsleistung. Die typischen Summenparameter (BSB, CSB, N, P, oTS) reduziert die Kläranlage so weit, dass die landwirtschaftliche Industrie das gereinigte Abwasser direkt in ein öffentliches Kanalnetz einleiten kann. Die, bei der Reinigung anfallenden Rückstände (Dick- und Dünnschlamm) kann die landwirtschaftliche Industrie entwässern, nachvergären oder direkt als Düngemittel verwerten.

Die Gülle lagert in Tanks, welche die Landwirte im Vorfeld eigens dafür installiert haben. Daraus bezieht die Kläranlage das zu behandelnde Material. Bei der Aufteilung der Rohgülle ist es sinnvoll, die Tanks in zwei separate Behälter zu teilen.

Ein Teil des Tanks dient als Vorlagebehälter für die Aufnahme der Rohgülle aus der Produktion, die sich vorzugsweise schon abgesetzt hat. Der zweite Tank dient der Lagerung der feinen Gülle, nachdem die Trennung (Schritt 1) stattgefunden hat. Im Gegensatz zum ersten Tank durchmischt kontinuierlich ein Rührwerk den Inhalt des zweiten Tanks.

Diese Tankbereiche haben einen direkten Einfluss auf den Gesamtreinigungsgrad der Anlage.

Güllebehandlung Schritt 1

Ein Separator behandelt das Abwasser mechanisch, um Feststoffe abzutrennen und diese in einem Schlammtank zu sammeln. Das grob gereinigte Überstandsabwasser speichert die Anlage im Feinschlammabscheider.

Güllebehandlung Schritt 2

Das Überstandswasser aus dieser Feinstoffabscheidung, welches noch feine Schwebstoffe enthält, pumpt die Anlage in den Eindicker und behandelt es dort. Der Eindicker gibt Fällungs- und Flockungshilfsmittel zu, um den Eindickungsprozess zu intensivieren. Diese Stoffe tragen dazu bei, dass sich Schlammflocken bilden, die sich leichter abtrennen lassen. Der entstehende Schlamm gelangt anschließend in den Abscheider, wo die weitere Behandlung stattfindet. Diese Feststoffe eignen sich als Düngemittel oder zur Fermentation.

Güllebehandlung Schritt 3

Nach Abtrennung und Eindickung folgt eine Druckentspannungsflotation. Eine Polymeransetzstation erzeugt Hilfsstoffe, die den Flockungs- und Flotationsprozess fördern. Dosierpumpen geben diese dem ankommenden Abwasser vollautomatisch zu. Eine Mehrphasenpumpe sorgt dafür, dass der Wasserstrom ständig mit Luft gesättigt ist und über einen Rezirkulationsprozess in den Reaktor zurückfließt.

Die Zugabe von Flockungshilfsmitteln bewirkt, dass sich in der Flüssigphase dispergierte Partikel (Feststoffteilchen, Tröpfchen, Moleküle, Ionen) zu größeren Flocken verbinden. Durch die Druckentlastung entstehen Mikroluftblasen, die von unten aufsteigen und die gebildeten Schlammflocken (Flotat) nach oben tragen, wo sie sich im oberen Teil des Reaktors ansammeln und ein Abstreifer diese abscheidet oder durch eine kegelförmige Öffnung mit Druckluft austrägt (Airlift-Prinzip).

Die Flotation trennt den aufschwimmenden Flotationsschlamm und leitet ihn in den Schlammspeicher. Dort erfolgt die chemische Behandlung in der Regel in zwei Stufen: In der ersten Stufe binden Chemikalien einen Teil des Stickstoffs und des vorhandenen Phosphors. So kann die Anlage beides zusammen mit dem Feingut abscheiden.  In der zweiten Stufe lässt sich dieser Schlamm mit geeigneten Polymeren als Dünger wiederverwerten. Dabei entnimmt die Anlage das gereinigte Wasser in der Mitte, welches in den Festbettreaktorbehälter fließt.

Güllebehandlung Schritt 4

Während dieses Prozesses ist der Festbettreaktor hydraulisch abgeglichen, permanent getaucht und belüftet, um sicherzustellen, dass sich reinigungswirksame Mikroorganismen auf der zur Verfügung stehenden Oberfläche ansiedeln und einen Biofilm bilden. Das kaskadierte Festbettsystem ist speziell darauf ausgelegt, einen optimierten Strömungsweg des Abwassers zu aufeinanderfolgenden Bereichen mit unterschiedlichen spezifischen Festbettoberflächen zu gewährleisten.

Dies führt zu einer effizienten Anpassung der Mikroorganismen an die Abwasserbelastung und zu einer ausgeglichenen Reinigungsleistung, bezugnehmend auf den biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) und den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), nahezu unabhängig von Belastungsschwankungen. Dieser Prozess ist notwendig, um die Umsetzung von Ammonium und organischem Stickstoff in der nachfolgenden Biostufe zu beschleunigen.

Güllebehandlung Schritt 5

Das restliche Abwasser durchläuft einen Behälter mit Lamellenschrägklärern, um den, in der Festbettbiologie gebildeten Sekundärschlamm abzutrennen. Dieser Schlamm fließt wieder in den Schlammspeicherbehälter.

Güllebehandlung Schritt 6

In einem weiteren Festbettreaktor-Modul, ähnlich wie in Schritt 5, bauen Bakterien den Stickstoff unter ideal ausgelegten Umgebungsbedingungen ab. Speziell entwickelte Festbettmaterialien bauen den, im Vergleich zu häuslichen Abwässern wesentlich konzentrierteren Stickstoff ab (Nitrifikation und Ammonifikation).

Diese maßgeschneiderte Oberfläche sowie die Belüftung maximieren die Abbaugeschwindigkeit der Bakterien, die den Stickstoff umsetzen. Der Reaktor kann Umsetzungsraten von mehr als 1 kg Ammonium-Stickstoff (NH4-N) pro m³ Reaktorvolumen erreichen.

Die Abwasserströme sind so optimiert, dass die, an den kaskadierten Festbettflächen anhaftenden Mikroorganismen sich effizient an die Abwasserbelastung anpassen und eine ausgeglichene Reinigungsleistung, nahezu unabhängig von Belastungsschwankungen, erreichen.

Güllebehandlung Schritt 7

Die Anlage pumpt das, im Festbettreaktor gebildete nitrathaltige Abwasser in den zweiten Tankbereich (Denitrifikationsbecken) zurück. In diesem Feinschlammtank begünstigen die Kohlenstoffverbindungen im Schlamm den Denitrifikationsprozess, sodass das zurückgeführte, nitratreiche Abwasser unter anoxischen Bedingungen (keine Sauerstoffzufuhr) auf natürliche Weise denitrifiziert. Es wandelt sich also zu elementarem Stickstoff N2 um und reinigt das Rohabwasser gleichzeitig vor.

Elementarer Stickstoff N2 ist völlig ungefährlich und klimaneutral, da die Atmosphäre bereits von Natur aus zu 78 Prozent aus Stickstoff besteht. Der Prozess ist eine völlig natürliche Reaktion, welche technisch geschaffene Umweltbedingungen optimierten und beschleunigten. In den Stickstoff-Festbettreaktoren fällt, im Gegensatz zu den Kohlenstoff-Festbettreaktoren, relativ wenig Schlamm an und ist daher vernachlässigbar.

Die landwirtschaftliche Industrie kann die mechanisch und vollbiologisch gereinigten Abwässer in den nächstgelegenen Vorfluter oder in die Kanalisation einleiten oder zur Bewässerung verwenden. Die Feststoffe und der Schlamm aus dem Schlammspeicher eignen sich als Düngemittel. Alternativ kann die landwirtschaftliche Industrie diese Feststoffe auch kompostieren oder trocknen und vermarkten. Der modulare Aufbau ermöglicht nach Bedarf die freie Kombinierbarkeit oder Ergänzung der einzelnen Einheiten. Alle Anlagenteile sind mobil und stehen als Leasingangebot zur Verfügung.

Massenströme, Schlammanfall, Flüssigphase

Dieses Schema stellt einen einmaligen, theoretischen Durchlauf dar, wobei nicht berücksichtigt wird, dass

1. die Überstandswässer in den Zulauf zurückgeführt werden und am Ende der Flüssigphase zugeführt werden müssen. Somit ergibt sich letztendlich eine Volumenverteilung von 85 – 90 Prozent Wasser und 10 – 15 Prozent Schlamm, je nach Entwässerungsgrad oder Weiterverwendung der anfallenden Feststoffe und den Möglichkeiten vor Ort.
2. die Anteile an klimafreundlichen und geruchsneutralen N oder C in der Luft höher als N2 sind, aus welchem die Atemluft zu 78 Prozent besteht.
3. ein Teil des Vorratsbehälters vor dem Zulauf als effektives Reaktionsvolumen genutzt werden kann. Hier finden Schlammeindickung, Eindickung, Denitrifikation und C-Abbau (Verlust von CO2 in der Gasphase) statt.