Biologischer Abluftreiniger für die einstreulose Schweinehaltung

k.B. = keine Bewertung

* Der DLG-Prüfrahmen gibt folgende Bewertungsmöglichkeiten vor:
■■■ oder besser = erfüllt, übertrifft oder übertrifft deutlich den festgelegten DLG-Standard,
■■= genügt den gesetzlichen ­Anforderungen für die Marktfähigkeit,
■ = nicht bestanden

Bewertungsbereich: Anforderung erfüllt (✔) / Anforderung nicht erfüllt (X)

[1]    2005 wurden bereits drei Gesamtstaubmessungen durchgeführt, die den DLG-Anforderungen entsprachen. Die hier dargestellten Messwerte sind Werte aus der Nachprüfung 2020 (Winter und Sommer).
[2]    Der Mindestabscheidegrad bezüglich Staub ist der niedrigste Wert, der im Messzeitraum ermittelt wurde. Der Mindestabscheidegrad bezüglich Ammoniak ist der gemittelte Abscheidegrad abzüglich der Standardabweichung.
[3]    Erfahrungsgemäß kann der Waschprozess zur Bildung von Tröpfchen im Größenbereich 2,5 bis 10 µm führen, welche im Kaskadenimpaktor einen erhöhten Befund für die Partikelfraktion PM10 bewirken. Die Partikelfraktion PM2,5 ist von diesem Effekt weniger betroffen. Daher wird für diese Partikelfraktion ein höherer Abscheidegrad berechnet als für die Fraktion PM10.
[4]    Aufgrund geringer Rohgaskonzentrationen während der Sommermessung konnten keine validen Messdaten unter Sommerbedingungen erhoben werden.
[5]    Die Reingaswerte der Sommermessung wurden entsprechend des DLG-Prüfrahmens korrigiert. Ammoniakkonzentrationen unter 1,0 ppm wurden auf 1,0 ppm angehoben.
[6]    Im Messzeitraum der Wintermessung wurde ein unplausibler Wert für die N-Entfrachtung erhalten. Ursache hierzu war vermutlich eine ungenaue Volumenstromaufzeichnung bei niedrigen Luftraten bzw. Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Wassermengen (Füllstände).
[7]    Alle Jahresverbrauchsdaten beziehen sich auf eine Betriebsdauer von 365 Tagen im Jahr, um einen Vergleich mit anderen Anlagen zu ermöglichen. Aufgrund von Service- und Ruhezeiten kann der Verbrauch in der Praxis geringer ausfallen.
[8]    Es wurde immer bei einer Leitfähigkeit von max. 20 mS/cm abgeschlämmt.
[9]    Die gemessenen Verbrauchsdaten sind bezogen auf den enthaltenen Wirkstoff Nitrapyrin (17,7 %). An der Referenzanlage wurde vergleichsweise wenig des Einsatzstoffes verwendet. In der Praxis kann der Verbrauch ggfs. höher ausfallen.

Beschreibung und Technische Daten

Die Abluftreinigungsanlage „Biologischer Abluft­reiniger“ ist ein einstufiges System mit einer Vorbedüsung und einem Tropfenabscheider zur Reinigung der Abluft aus den Ställen einstreuloser Schweine­haltung mit Oberflur-Entlüftung. Dieses System wird im Druckverfahren betrieben.
Die Abluft gelangt aus dem Tierbereich in den Rohgas-Sammelkanal und über die synchron angesteuerten Ventilatoren in den unteren Wäscherbereich, wo über eine Vorbedüsung der Abluft eine erste grobe Entstaubung und Befeuchtung stattfindet. Unterhalb der Abluftreinigungsanlage wird die Luftströmung um 180° gedreht und senkrecht nach oben umgelenkt. Hier durchströmt die Abluft dann eine Füllkörperpackung mit einer Dicke von 90 cm. In der Füllkörperpackung finden biologische Prozesse statt, welche Ammoniak und Geruchstoffe oxidieren und aus dem Abluftstrom entfernen. Die Füllkörperpackung wird von oben mittels eines Berieselungssystems (Düsenstock) mit Wasser versorgt. Das Wasser wird mittels Säure und Nitrifikationshemmer auf einen pH-Wert von 6,8 bis 7,1 eingestellt. Unterhalb der Füllkörperpackung befindet sich eine Wasservorlage, welche das Wasser auffängt. Aus dieser erfolgt die Berieselung des Filterbettes über eine Umwälzpumpe (Prozess- bzw. Umlaufwasser).

Das Prinzip des Rieselbettfilters beruht auf der biologischen Oxidation der Abluftinhaltsstoffe durch intensiven Kontakt mit dem im Kreislauf geführten Prozesswasser und der großen spezifischen Ober­fläche von 240 m²/m³ des Füllkörpers. Durch die Ansiedelung von Mikroorganismen auf der Kontakt­ober­fläche unter Bildung eines Biofilms werden die im Prozesswasser gelösten Abluftinhaltsstoffe von den Mikroorganismen in ihrem zelleigenen Stoffwechsel und zum Aufbau neuer Biomasse ver­ar­beitet.

Nach der biologischen Reinigungsstufe verlässt die gereinigte Abluft den Wäscher und gelangt über einen Tropfenabscheider ins Freie. Hierbei werden Aerosole zurückgehalten, wodurch sich der Wasserverlust im Wäscherbereich reduziert.

Die Ventilatoren werden synchron angesteuert, fördern also alle denselben Abluftstrom. Die Auslegung der Abluftreinigungsanlage darf eine maximale Filterflächenbelastung von 1.980 m³/(m² · h) nicht überschreiten.

Um eine hohe biologische Aktivität und einen stabilen Prozessablauf innerhalb des Systems aufrecht zu erhalten, ist eine kontinuierliche Berieselung der Füllkörperpackung mit Umlaufwasser unerlässlich. Die erforderliche Berieselungsdichte des Filterbetts muss mindestens bei 0,71 m³/(m² · h) liegen, wobei zusätzlich noch 0,06 m³/(m² · h) für die Vorbedüsung aufgebracht werden müssen.

Der pH-Wert des Prozesswassers liegt zwischen pH 6,8 und 7,1 und muss als Halbstundenmittelwert im elektronischen Betriebstagebuch (EBTB) abgespeichert werden. Bei Überschreitung des maximal erlaubten pH-Wertes wird über eine Säuredosierung Säure in das Prozesswasser zur Absenkung des pH-Wertes zudosiert. Bei Unterschreitung des minimalen pH-Wertes muss ein weiteres Absinken des pH-Wertes durch Zugabe eines Nitrifikationshemmers verhindert werden. Durch den weiteren Ammoniakeintrag mit der Rohluft und durch die Hemmung der Nitrit- und Nitratbildung steigt der pH-Wert wieder an. Bei Erreichen von pH 6,5 beginnt die Dosierung der Nitrifikationshemmers, welche erst wieder bei pH 6,8 aufhört. Durch die Ammo­niak­ab­schei­dung und den Nitrifikationsprozess kommt es zur Aufsalzung im Waschwasser. Die Aufsalzung wird durch einen induktiven Leitfähigkeitssensor erfasst und als mS/cm im EBTB als Halbstundenmittelwert abgespeichert.

Für die sichere Stickstoffabscheidung ist zudem eine ausreichende Abschlämmung bei einstufigen, biologisch arbeitenden Wäschern erforderlich. Die Leitfähigkeit des Umlaufwassers wird daher auf 20 mS/cm begrenzt. Wird diese im Umlaufwasser erreicht, erfolgt eine automatische Abschlämmung und eine darauffolgende Frischwasserauffüllung. Hierdurch wird das Umlaufwasser verdünnt und die Leitfähigkeit herabgesetzt.

Da es durch den Wäscherbetrieb auch zu erhöhten Wasserverdunstungen kommt, müssen beide Verbrauchswerte (Frischwasser, Abschlämmung) im EBTB hinterlegt werden. Die Kontrolle des Wasserstandes wird über einen elektronischen Füllstand­sensor durchgeführt, der auch die eingesetzten Umwälzpumpen vor dem Trockenlaufen schützt.

Nach einer Neuinstallation benötigt der Biologische Abluftreiniger eine Anlaufphase von sechs bis maximal acht Wochen um die Anforderungen der Geruchsstoffreduzierung zu erzielen. Die Ammoniakabscheidung und N-Entfrachtung funktionieren aufgrund der pH-Wert geregelten Steuerung sofort. Dies gilt auch für die Staubabscheidung.

Die pH-Wert-Regelung des Prozesswassers muss daher immer ab dem ersten Betriebstag erfolgen. Dies gilt auch bei produktionsbedingten Stillstandszeiten, die im einem Rein-Raus-Verfahren der Mastschweinehaltung, der Ferkelaufzucht oder nach Reinigungsarbeiten vorkommen können. Um einer längeren Anlaufphase bei diesen Stillstandszeiten vorzubeugen (gilt nicht für Reinigungsarbeiten), muss die kontinuierliche Berieselung der Füllkörperpackung aufrechterhalten werden.

Die ursprünglichen Messungen wurden an einer Referenzanlage in den Niederlanden durchgeführt (Sommermessung, 2005) und teilweise im Rahmen des Zulassungsverfahrens im Landkreis Cloppenburg in demselben Referenzbetrieb anerkannt (Wintermessung). Die Prüfungsergebnisse wurden im DLG-Prüfbericht 5702 niedergeschrieben, welcher nun durch den vorliegenden Prüfbericht ersetzt wurde.

Aufgrund von technischen Neuerungen (leitfähigkeitsgesteuerte Abschlämmung, pH-Wert-Regulierung im Waschwasser etc.) wurde 2019 eine Nachmessung beantragt, die 2020 als Winter- und Sommermessung durchgeführt wurde. In einer Entscheidung der DLG-Prüfungskommission wurden zweimal vier Wochen als Messzeitraum festgelegt. Als Referenzanlage diente eine Anlage in Niedersachsen. An diesem Betrieb wurden 1.100 Mastschweine einstreulos im abteilweisen Rein-Raus-Verfahren (kontinuierliche Mast) gehalten.

Eine Umfrage bei Besitzern typengleicher Abluftreinigungsanlagen konnte während des Prüfungszeitraums nicht durchgeführt werden, da es sich bei der geprüften Anlage um eine Anlage handelt, die in dieser Form noch nicht im Praxiseinsatz ist.
Die Abluftreinigungsanlage ist für den Druckbetrieb zugelassen.

Die Messungen fanden von März bis April 2020 (Wintermessung) und vom Juni bis Juli 2020 (Sommermessung) statt.
Zur Beurteilung der Abluftreinigungsanlage wurden folgende Parameter herangezogen:

Staub

Die Probenahme erfolgte nach VDI-Richtlinie 2066, Blatt 1 und nach DIN EN 13284-1. Hierzu wurde ein isokinetisches Probenahmesystem nach Paul Gothe mit Planfilterkopfgerät (Ø 50 mm) installiert. Als Abscheidemedium wurde ein Rundfilter aus Glasfaser mit Ø 45 mm ausgewählt.
Die Feinstaubbestimmung (PM10 und PM2,5) erfolgte nach VDI-Richtlinie 2066, Blatt 10 und nach DIN EN ISO 23210. Es wurde ein Kaskadenimpaktor Johnas II nach Paul Gothe mit drei Planfiltern (Ø 50 mm) eingesetzt. Als Abscheidemedium wurde wieder ein Rundfilter aus Glasfaser, nun mit einem Filterdurchmesser von 50 mm, eingesetzt. Die Auswertung erfolgte über die gravimetrische Bestimmung der Staubbeladung.

Nach DLG-Prüfrahmen darf ein Abscheidegrad von 70 % nicht unterschritten werden. Dies gilt für Gesamtstaub und Feinstaub (PM10-Fraktion). Die Ergebnisse der PM2,5-Messung werden informativ dargestellt. Als Mindestabscheidegrad wird die kleinste Abscheideleistung anerkannt, die sich aus allen durchgeführten Messungen an den Messtagen ergibt.

Ammoniak

Die Ammoniakmessungen im Roh- und Reingasbereich erfolgten über den gesamten Untersuchungszeitraum kontinuierlich mittels FTIR-Spektroskopie in Anlehnung an die KTBL-Schrift 401 und die DIN EN 15483, wobei die Messungen mit einer Messzelle durchgeführt wurden. Um Kondensation in den gasführenden PTFE-Leitungen zu vermeiden, wurden die Messgasleitungen auf der Reingasseite auf ihrer Gesamtlänge beheizt. Die dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf gemessene Werte. Sofern in der Abluft einer Abluftreinigungsanlage weniger als 1,0 ppm gemessen wird, wird dieser Wert auf 1,0 ppm angehoben. Dies hat seine Begründung in der Messunsicherheit des eingesetzten Messgerätes. Unterhalb dieses Wertes ist eine sichere Messung nicht quantifizierbar.

Zum Nachweis der Einhaltung der Tierschutz-Nutztierhaltungsverordnung TierSchNutztV (max. 20 ppm NH3 im Tierbereich) wurde an den Messtagen die Ammoniakkonzentration auf Tierhöhe kontinuierlich erfasst.

Nach den Bewertungskriterien des DLG-Prüfrahmens muss die Ammoniakabscheidung dauerhaft über 70 % liegen. Der anzuerkennende Abscheidegrad wird aus dem mittleren Abscheidegrad aller Ergebnisse abzüglich deren Standardabweichung ermittelt.

Aerosolaustrag

Stickstoffhaltige Aerosole werden durch die Befeuchtung der Füllkörperpakete als Ammonium-Aerosole aus den Füllkörpern von Abluftreinigungsanlagen ausgetrieben und vom Abluftstrom mitgerissen. So gelangt der ursprünglich abgeschiedene Stickstoff unbeabsichtigt wieder in die Umgebung.

Zur Aerosolbestimmung während des Untersuchungszeitraumes wurde in der Winter- und Sommer­messung jeweils eine Messung mittels Planfilter durchgeführt. Hierbei wurden zwei Probenahmeeinrichtungen installiert, wobei eine von beiden mit einem Partikelfilter zur Aerosolabscheidung vorgeschaltet wurde. Die Probenahme erfolgte nach VDI 3496-1 (Messen gasförmiger Emissionen).

Nach DLG-Prüfrahmen darf der Aerosolaustrag nicht über 0,50 mg Stickstoff pro Normkubikmeter liegen.

Stickstoffbilanz, N-Entfrachtung

Die Ammoniakabscheidung der Abluftreinigungs­anlage wurde über eine N-Bilanzierung unter Berücksichtigung der Ammoniak-Frachten (im Roh- und Reingas) sowie der im Waschwasser gelösten anorganischen Stickstoffverbindungen verifiziert. 

Der Bilanzierungszeitraum lag im Winter bei 15 Tagen und im Sommer bei 28 Tagen.

Bei Bilanzierungen an chemisch betriebenen Wäschern wird das Prozesswasser nur hinsichtlich der NH4-N-Konzentration untersucht, da in der Regel keine biologische Oxidation stattfindet.

Zur Bestimmung der eigentlichen N-Entfrachtung wird die entnommene anorganische N-Masse mit der rohgasseitig eintretenden N-Fracht ins Verhältnis gesetzt. 

Eine Bilanzierung der Ströme des Stickstoffs innerhalb der Anlage ist deshalb wichtig, weil 

• alle relevanten Stickstoffverbindungen und deren Verbleib nachgewiesen werden, 
• der Stickstoffgehalt des Abschlämmwassers bekannt und dessen Düngewert quantifiziert wird. 

Nach DLG-Prüfrahmen muss die N-Entfrachtung innerhalb der Stickstoffbilanz während der Sommer- und Wintermessung jeweils mindestens 70 % betragen. Die Wiederfindungsrate an Stickstoff (N-Bilanz) muss laut Prüfrahmen mindestens 80 %, höchstens jedoch 120 % betragen.

Geruch

Die Ermittlung der Geruchsstoffkonzentration wurde mittels dynamischer Olfaktometrie in Anlehnung an die DIN EN 13725 nach dem Ja/Nein-Verfahren durch Verdünnung bis zur Geruchsschwelle durch­geführt. Die Probenentnahme auf der Roh- und Reingasseite wurde mittels Unterdruckprobennehmer (CSD-30) durchgeführt. Die Geruchsprobenauswertung fand an einem Olfaktometer T08 der Firma Ecoma GmbH statt. Die Überprüfung der Probanden mit Standardgeruchsstoff (n-Butanol) wurde an jedem Messtermin durchgeführt. Zum Nachweis der Geruchsabscheidung wurden achtmal pro Mess­periode Geruchsproben gezogen. Nach DLG-Prüfrahmen muss die Reingaskonzentration bei jeder Messung bei ≤ 300 GE/m³ liegen und es darf kein typischer Rohgasgeruch (Schwein) in der Probe vorhanden sein (kRw).

Verbrauchswerte, Umgebungsbedingungen und Anlagenbelastung

Der Verbrauch von Frischwasser, Abschlämmung und elektrischer Energie wurde über die Erfassung der entsprechenden Zählerstände bestimmt (Stromzähler für die Abluftreinigung und separat für die Lüftung). Die Säure- und Antischaumverbräuche wurden mittels Wiegesystem (Kraftaufnehmer bzw. Wiege­zelle oder Waage) ermittelt. 

Während den Messungen wurden die Umgebungsbedingungen (Temperatur außen/innen), relative Luftfeuchte außen/innen) erfasst, an den Messtagen der Staub- und Geruchsstoffkonzentrationen wurden zusätzlich folgende Parameter dokumentiert: 

• Tiergewichte (geschätzt) und Tierzahlen
• Frischwasser- und elektrischer Energieverbrauch (Zählerstände)
• absoluter Luftvolumenstrom (kalibrierte Mess­ventilatoren und separate Lüfterkennlinie)
• Druckverlust über die Anlage sowie der Druckverlust über den Ventilator
• pH-Wert und Leitfähigkeit im Prozesswasser

Weiterhin wurden die Messwerte, die seitens des Herstellers im elektronischen Betriebstagebuch aufgezeichnet werden, auf Plausibilität überprüft.

Betriebssicherheit und Haltbarkeit

Die Betriebssicherheit und Haltbarkeit wurde beurteilt. Eventuell aufgetretene Störungen an der Gesamtanlage sowie an technischen Komponenten wurden im Prüfungszeitraum dokumentiert.

Betriebsanleitung, Handhabung und Arbeitszeitbedarf, Wartungsaufwand

Eine detailgenaue Funktionsbeschreibung der Anlage mit einer bildlichen Darstellung sowie eine klare Beschreibung der regelmäßigen Wartungsarbeiten wurden geprüft und aus Anwendersicht beurteilt. Im Prüfbereich Handhabung und Arbeitszeitbedarf wird beurteilt, ob eine Unterweisung seitens des Herstellers bei Inbetriebnahme und welcher Aufwand für regelmäßig wiederkehrende Kontrollen und Arbeiten im Turnus von Tagen, Wochen, Monaten etc. beziehungsweise bei auftretenden Störungen nötig ist.

Beim Wartungsaufwand werden die Serviceintervalle sowie deren Pflichtenlisten beurteilt.

Dokumentation

Im elektronischen Betriebstagebuch sind folgende Parameter mindestens als ½-Stundenwerte zu erfassen und abzuspeichern:

• Druckverlust über die Anlage [Pa]
• Luftdurchsatz [m³/h]
• Pumpenlaufzeit (Umwälzung, Abschlämmung) [h]
• Berieselungsmenge [m³/h]
• Gesamtfrischwasserverbrauch der Anlage [m³], kumulativ
• Abschlämmmenge [m³], kumulativ
• Roh- und Reingastemperatur [°C]
• pH-Wert [–] und elektrische Leitfähigkeit des Prozesswassers der  Chemostufe [mS/cm] als Halbstundenmittelwerte
• Stromverbrauch [kWh], kumulativ

Des Weiteren sind Sprühbildkontrollen, Wartung- und Reparaturzeiten, sowie Kalibrierungen der pH-Wert- und Leitwertsonde zu erfassen. Nachweise über den Verbrauch von chemischen Betriebsstoffen (Säure, Antischaummittel) als Additive sind zu erbringen.

Diese Daten dienen dem Nachweis eines ordnungsgemäßen Betriebes der Abluftreinigungsanlage und wurden an der Referenzanlage überprüft.

Umweltsicherheit

Der Prüfungsbereich Umweltsicherheit umfasste eine Beurteilung eventueller, für den Anlagenbetrieb nötiger Betriebsstoffe wie Säuren und Alkalien, der stofflichen Verwertung anfallender Betriebsabfälle, hier beispielsweise das abgeschlämmte Prozesswasser sowie die Demontage und Entsorgung von Anlagenteilen. Außerdem wurde geprüft, in welche Verantwortungsbereiche diese Aspekte fallen.

Sicherheitsaspekte

Zur Beurteilung der Anlagensicherheit wurde die Übereinstimmung der Anlage mit den aktuell gültigen Vorschriften in den Bereichen Feuer- und Anlagen­sicher­heit kontrolliert.

Staub

Die eingesetzte Minderungstechnik (Rieselbettfilter) konnte zusammen mit der Vorbedüsung die Anforderungen an den DLG-Prüfrahmen einhalten.

Im Winter wurden insgesamt zwei Gesamtstaub- und zwei Feinstaubmessungen (PM₁₀ und PM_2,5) durchgeführt. Im Sommer fanden ebenfalls zwei Gesamtstaubmessungen und zwei Feinstaubmessungen statt, wobei die Feinstaubmessungen unter Sommerbedingungen letztendlich nicht verwertet werden konnten. Während des Prüfzeitraumes wurde die Rohgaskonzentration unter hohen Luftvolumenströmen so verdünnt, dass keine validen Abscheidegrade ermittelt werden konnten.

Bei Gesamtstaub wurde ein Mindestabscheidegrad von 80,8 % (Winter) und 71,2 % (Sommer) gemessen.
Es wurden zudem mindestens 83,3 % im Winter an Feinstaub PM₁₀ abgeschieden.

Erfahrungsgemäß kann der Waschprozess zur Bildung von Tröpfchen im Größenbereich 2,5 bis 10 µm führen, welche bei der Staubmessung mit dem Kaskadenimpaktor einen erhöhten Befund für die Partikelfraktion PM₁₀ bewirken. Die Partikelfraktion PM_2,5 ist von diesem Effekt weniger betroffen. Daher wird für diese Partikelfrak­tion ein höherer Abscheidegrad berechnet als für die Fraktion PM₁₀.

[1]    Die Messdaten wurden zum Zeitpunkt der Staubmessung erhoben.
[2]    Mögliche Abweichungen ergeben sich durch Rundungsungenauigkeiten.
[3]    Aufgrund niedriger Rohgaskonzentrationen konnten für Feinstaub im Sommer keine Werte generiert werden.

Ammoniak

Eine mindestens den Anforderungen entsprechende Ammoniakabscheidung am Biologischen Abluftreiniger kann nur sichergestellt werden, wenn das Prozesswasser bei einem maximalen Leitwert von 20 mS/cm automatisch abgeschlämmt und der pH-Wert im Wasser bei 6,8 bis 7,1 eingeregelt wird.

Es lagen im Winter 1619 und im Sommer 1816 Wertepaare als Halbstundenmittelwerte zur Bewertung vor.

Die regelmäßige Überprüfung der Ammoniakkonzentration auf Tierhöhe ergab kaum Auffälligkeiten.

Einige wenige Überschreitungen von mehr als 20 ppm im Winter waren nur kurzzeitig aufgrund von Tier­aktivitäten zu beobachten. Durchschnittlich betrug die Ammoniakkonzentration 12,1 ppm. Im Sommer gab es keine Überschreitungen der TierSchNutztV.
In der Wintermessung wurde ein Mindestabscheidegrad von 83,5 % gemessen. Im Sommer wurden immer mindestens 83,9 % erreicht.

Geruch

Da es sich bei der Prüfung um die Nachmessung eines bestehenden, aber überarbeiteten Systems handelte, hat sich die DLG-Prüfungskommission einstimmig für ein reduziertes Messprogramm entschieden. Sowohl im Winter als auch im Sommer wurden jeweils zwei Messtermine festgelegt.
Bei Rohgaskonzentrationen von bis zu 1390 GE/m³ im Winter und bis zu 1642 GE/m³ unter Sommerbedingungen wurden an allen vier Messtagen 300 GE/m³ im Reingas unterschritten. Rohgasgeruch wurde nie wahrgenommen (kRw).

Bei einer dritten Messung im Winter wurde aufgrund von ungeplanten Güllerührvorgängen unter dem Zen­tralgang bis zu 3000 GE/m³ im Rohgas gemessen. An diesem Tag wurden 300 GE/m³ im Reingas überschritten und im Reingas wurde zudem Rohgas wahrgenommen. Die Anforderungen an die Geruchsminderung (≤ 300 GE/m³ und kRw) sind im Standardbetrieb der Schweinehaltung einzuhalten. Bei dem Aufrühren von Gülle im Güllekeller oder der Entleerung des Güllekellers können kurzzeitig erhöhte Geruchsemissionen auftreten, die nur teilweise von der Abluftreinigungsanlage beseitigt werden können. Deren vollständige Reinigung würde deutlich längere Verweilzeiten und damit entsprechend größere Abluftreinigungsanlagen erforderlich machen, die aber angesichts der Kürze ihres Auftretens auch wirtschaftlich unverhältnismäßig wären.

Insgesamt wurden die Kriterien des DLG-Prüfrahmens eingehalten (≤ 300 GE/m³ und kRw). Bei allen Proben hat das Probandenkollektiv oder eine Mehrheit des Probandenkollektives keinen Rohgasgeruch im Reingas wahrgenommen.

Die Ergebnisse der im Rahmen des DLG-Prüfverfahrens genommenen Geruchsproben sind in Tabelle 4 dargestellt.

Die Ergebnisse der Aerosolmessungen sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Es wurde im Winter und im Sommer jeweils eine Messung durchgeführt.
Der Aerosolaustrag wurde mess­technisch nur auf den Ammonium-N-Anteil hin untersucht.

Hier wurden in allen Messungen 0,1 mg N/m³ gemessen. Durch eine nachträgliche Analyse des Umlaufwassers konnte festgestellt werden, dass der Ammonium-N-Anteil des Aerosolaustrages etwa 60 % des gesamten Stickstoffs im Aerosol ausmacht, wodurch ein kalkulierter Gesamtstickstoffanteil von etwa 0,2 mg N/m³ für alle Messungen angegeben werden kann. Der im DLG-Prüfrahmen angegebenen Grenzwert von 0,5 mg N/m³ wurde also an jedem Messtag deutlich unterschritten.

[1]    Im Rahmen der Messung wurde als Analysenparameter zunächst nur die NH4-Konzentration im Wasser herangezogen. Da es sich um einen biologischen Betrieb handelt, müssen jedoch auch zusätzlich noch die NO2- und NO3-Gehalte im Aerosol berücksichtigt werden. Hierzu wurde nachträglich die Analyse des Umlaufwassers herangezogen und mit dem Aerosolaustrag verrechnet. Dies ist mit hinreichender Genauigkeit möglich. Der NH4-N-Anteil liegt bei etwa 60 % bezogen auf den Gesamt-N-Anteil. Somit kann mit hinreichender Genauigkeit ein Konzentrationswert von 0,2 mg N/m³ (Winter bzw. Sommer) abgeschätzt werden. Die Anforderungen an den DLG-Prüfrahmen konnten somit eingehalten werden.

Stickstoffbilanz/N-Entfrachtung

Die Ergebnisse der Stickstoffbilanz und der sich ergebenden N-Entfrachtung sind in Tabelle 6 angegeben.
In der Sommermessung ergab sich eine Wiederfindungsrate des Stickstoffs von 98,3 %. Im Rahmen der Messgenauigkeit liegt die Bilanz in einem sehr guten Bereich.
Im Waschwasser der Sommermessung wurden 70,5 % an Stickstoff wiedergefunden.
Die Werte sind plausibel und zeigen einen insgesamt stabilen und funktionssicheren Anlagen­betrieb.
Die N-Bilanzierung im Winter ergab keine plausiblen Ergebnisse. Es wurde ein höherer N-Austrag mit der Abschlämmung gemessen als NH3-N mit dem Rohgas eingetragen wurde.
Für diesen Befund sind folgende Ursachen denkbar:

• Ungenauigkeiten bei den Volumenstrommessungen im Winter an dieser Anlage (Einbausituation der Messventila­toren, höhere Schwankungen bei insgesamt geringen Luft­volumenströmen)
• Ungenaue Erfassung des Volumens der Sumpftasse (Füllstand) und der Abschlämmung bei der Wintermessung

Da die Sommerbilanzierung plausible Ergebnisse erbrachte und eine Wiederholung der Wintermessung nur mit unverhältnismäßigem Aufwand möglich gewesen wäre, wurde im vor­liegenden Fall auf eine Wieder­holungsmessung verzichtet.

[1]    Die Daten des pH-Wertes und der Leitfähigkeit wurden aus dem EBTB entnommen. Vom 11. bis 13.07.2020 kam es zu einem vorübergehenden Ausfall des Leitfähigkeitssensors.
[2]    Die N-Entfrachtung wurde ohne Berücksichtigung des Aerosolaustrages berechnet.

Verbrauchswerte, Umgebungsbedingungen und Anlagenbelastung

Die im Prüfbericht (Tabelle 1) angegebenen Verbrauchswerte pro Messzeitraum (Winter/Sommer) sind auf Jahresverbrauchswerte (365 Tage) normiert, um einen Vergleich mit Daten anderer Hersteller zu ermöglichen. Da sich diese zum Teil deutlich unterscheiden (Winter-/Sommerunterschiede) wird nachfolgend nur auf den durchschnittlichen Verbrauch (Mittelwert der Verbrauchsdaten Winter und Sommer) eingegangen. Die Umrechnung auf die Verbräuche pro Tierplatz und Jahr (TP · a) beziehen sich auf den genehmigten Tierbestand von 1.100 Mastschweinen an der Referenzanlage.

Wasserverbrauch

Der Wasserverbrauch richtet sich nach der Abschlämmrate und der Verdunstung. Je mehr abgeschlämmt wird und je mehr verdunstet, desto mehr Frischwasser muss zugegeben werden, um die Prozesswassermenge im System konstant zu halten. Die Abschlämmrate richtet sich nach dem Stickstoffeintrag über den Abluftstrom sowie dem Grenzwert für die maximale Leitfähigkeit im Prozesswasser. Dieser lag bei 20 mS/cm. Aus dem Wasservorlagebecken wurden im Prüfzeitraum gemittelt 1,5 m³ pro Tag abgeschlämmt. Im Jahresmittel fallen 0,543 m³ pro Tierplatz an Abschlämmwasser an.

Der Gesamtverbrauch an Frischwasser lag bei 3,8 m³/d bzw. 1,42 m³/(TP·a). Das Frischwasser wurde direkt im Wasservorlagebecken zugegeben.

Der Anfall an Abschlämmwasser sowie der Frischwasserverbrauch entsprechen üblichen Werten an vergleichbaren Anlagen.

Verbrauch an elektrischer Energie

Der größte elektrische Verbraucher der Abluftreinigungsanlage „Biologischer Abluftreiniger“ ist die kon­tinuierlich betriebene Umwälzpumpe. Im Stallbereich sind die Ventilatoren die größten Verbraucher. Im Referenzbetrieb wurden drei druckstabile Abluftventilatoren eingesetzt. Alle Ventilatoren waren an einem Fre­quenz­um­former angeschlossen, um die Drehzahl der Ventilatoren an den zu fördernden Abluft­volumenstrom anzupassen.

Die maximal ermittelten Druckverluste über das Reinigungssystem lagen bei 10 Pa für die Füllkörperpackung und 5 Pa über den Tropfenabscheider, zusammen also 15 Pa über die Abluftreinigungsanlage. Einschließlich Stall und Abluftreinigungsanlage wurde ein maximaler Druckverlust von 63 Pa gemessen. Somit müssen die Ventilatoren mit mindestens 70 Pa für den Betrieb des Stalles und der Abluftreinigungsanlage ausgelegt werden. Am geprüften Standort waren die Ventilatoren etwas zu knapp bemessen.

Im Jahresmittel wurden insgesamt 44,1 kWh pro Tag für die Ventilation verbraucht. Bezogen auf Tierzahl und Jahr sind dies 16,8 kWh. Hierbei ist zu beachten, dass im Sommer deutlich mehr an elektrischer Energie verbraucht wurde.

Der Verbrauch an elektrischer Energie, die für die Abluftreinigungsanlage angefallen ist, lag im Jahresdurchschnitt bei 68,5 kWh pro Tag, was umgerechnet 25,3 kWh/(TP·a) entspricht. Hier ist zu erwähnen, dass im Sommer etwas mehr Strom verbraucht wurde, da die Anlage im Winter noch mit leicht geringerer Berieselungsdichte betrieben wurde. Der spezifische Energieverbrauch kann mit steigender Anlagengröße sinken.

Sonstige Verbrauchswerte

Eine sichere Anlagenfunktion mit den dargestellten Wirkungsgraden ist nur mit einer ordnungsgemäß betriebenen pH-Wert-Regelung bei 6,8 bis 7,1 sowie einer Abschlämmung bei maximal 20 mS/cm möglich. Daher muss an der Anlage eine automatische Säuredosierung sowie eine Leitfähigkeitserfassung in allen Reinigungsstufen ordnungsgemäß installiert und betrieben werden. Zur Absenkung des pH-Wertes wurde an der Referenzanlage Schwefelsäure mit einer Reinheit von 96 % eingesetzt.

Im Jahresdurchschnitt wurde ein Säureverbrauch von 5,8 kg/d gemessen, was umgerechnet 2,21 kg/(TP·a) entspricht.

Um ein Abfallen des pH-Wertes unter 6,8 zu verhindern, muss an der Anlage ein Nitrifikationshemmer eingesetzt werden. An der Referenzanlage wurde N-Lock mit dem Wirkstoff Nitrapyrin (Massenteil 17,7 %) eingesetzt. In der Prüfung konnte im Winter kein Verbrauch an N-Lock festgestellt werden. Im Jahresmittel wurden 16,9 g/d des Wirkstoffes Nitrapyrin verbraucht. Bezogen auf Tierplatz und Jahr wären dies 6,7 g.

Im Vergleich zu anderen Anlagen ist dies relativ niedrig. Wenn man die vorhandenen Lieferscheine im Prüfungszeitraum zu Grunde legt, kommt man auf einen Jahresdurchschnittswert von 16,4 g Nitrapyrin/(TP · a), was realistischer erscheint.

Anstelle des N-Lock als Nitrifikationshemmer können ggfs. auch andere Stoffe eingesetzt werden. Da diese nicht geprüft wurden, kann über deren Verwendung und deren Verbrauchsmenge keine Aussage gemacht werden.

Betriebssicherheit und Haltbarkeit

Im Prüfungszeitraum wurden an der Anlagentechnik keine nennenswerten Störungen festgestellt. Auch an der gesamten Abluftreinigungsanlage sind während der Prüfung keine nennenswerten Schäden oder Verschleißerscheinungen aufgetreten.

Der Korrosionsschutz der einzelnen Anlagenteile erscheint, soweit während der Prüfungsdauer zu beobachten war, ausreichend dauerhaft. Die Anlage ist als Komplettsystem fast vollständig aus Kunststoff (Ausnahme: GfK Unterzug aus Edelstahl) hergestellt.

Die Haltbarkeit konnte nur über die Dauer der Prüfung (Messzeitraum) beobachtet werden. Eine Umfrage bei Betreibern ähnlicher Anlagen fand nicht statt, da es sich hierbei um ein Pilotprojekt handelte.

Betriebsanleitung, Handhabung und Arbeitszeitbedarf, Wartungsaufwand

Die Betriebsanleitung ist umfassend und erklärt die Anlage eingehend. In Verbindung mit der Dokumentation erfährt der Betreiber, welche Arbeiten er an der Anlage in täglichem, wöchentlichem und jährlichem Turnus durchzuführen hat. Um die Bedienung besser verständlich zu machen, finden sich im Bedienungshandbuch Fotos der Anlagenteile.

Zur Bedienung der Anlage ist es erforderlich, sich einer Unterweisung durch den Hersteller zu unterziehen und sich mit der Bedienungsanleitung vertraut zu machen.

Nach erfolgter Inbetriebnahme und ausreichender Einlaufphase ist die Handhabung der Anlage dagegen als einfach anzusehen, da die Abluftreinigungsanlage im Regelbetrieb vollautomatisch läuft. Lediglich eine tägliche Kontrolle der Betriebsdaten und eine wöchentliche Kontrolle der gesamten Abluftreinigungsanlage einschließlich der Düsen sind durchzuführen.

Bei Fehlermeldungen der Steuerung sind in der Bedienungsanleitung jeweils Anweisungen zur Kontrolle der jeweiligen Anlagenteile beschrieben. Zur Vereinfachung der Handhabung und zur Verringerung des Arbeitszeitbedarfs empfiehlt sich der Abschluss eines Wartungsvertrages mit dem Hersteller.

Die Düsen müssen bei ungleichmäßigem Sprühbild gereinigt oder ausgetauscht werden. Eine wöchentliche Kontrolle ist daher notwendig. Diese Tätigkeit muss im manuellen Betriebstagebuch vermerkt werden.

Dokumentation

Das elektronische Betriebstagebuch ermöglicht eine regelmäßige und den Anforderungen entsprechende Aufzeichnung der für den sicheren Anlagenbetrieb erforderlichen Daten, die als Halbstundenmittelwerte (pH-Wert und Leitfähigkeit) bzw. Halbstundenwerte abgespeichert werden müssen. Die Aufzeichnung erfolgt automatisch und die Daten müssen über 5 Jahre gespeichert werden. Diese Daten können durch den Betreiber, den Hersteller, aber auch durch Behörden per Fernwartung oder mittels USB-Anschluss ausgelesen und in ein gängiges Tabellenformat überführt werden. Eine detaillierte Darstellung der aufgezeichneten Daten findet sich in Tabelle 7.

Wenn Stallentlüftung und Abluftreinigungsanlage von unterschiedlichen Herstellern installiert werden, werden seitens des Herstellers der Abluftreinigung die Lüftungsdaten als Kennlinie aufgenommen und ebenfalls in die Steuerung der Abluftreinigung zur Regelung integriert. Die maximale Lüfterleistung wird in der Steuerung gleich 100 % gesetzt. Eine Anpassung in einem weiteren Leistungsbereich erfolgt jedoch nicht. Da der Luftdurchsatz gemäß Prüfrahmen und den Anforderungen der TA Luft (Kapitel 5.4.7.1) absolut in m³/h angegeben werden soll, muss vor Inbetriebnahme eine Kennlinie der gesamten Lüftungsanlage (Stall plus Abluftreinigung) aufgenommen werden und in das elektronische Betriebstagebuch eingepflegt werden. Die Kennlinie sollte aus mindestens fünf unterschiedlichen Stützstellen zwischen einer Luftrate von 0 und 100 % bestehen.

Hersteller und Anmelder
Dorset Green Machines B.V., Weverij 26,
7122 MS Aalten, Niederlande

Kontakt:
www.dorset.nu, GM@DORSET.NU,
Telefon +31 (0)543 472103, Fax +31 (0)543 475355

Prüfungsdurchführung
DLG TestService GmbH, Standort Groß-Umstadt 
Die Prüfungen werden im Auftrag des DLG e.V. durchgeführt.

Labor- und Emissionsmessungen
SGS Institut Fresenius GmbH, 
Im Paesch 1a, 54340 Longuich

BUB Braunschweiger Umwelt-Biotechnologie GmbH, Hamburger Straße 273 a, 38114 Braunschweig

DLG-Prüfrahmen
DLG-Gesamtprüfung „Abluftreinigungssysteme für Tierhaltungsanlagen“ (Stand 03/2016)

Fachgebiet
Landwirtschaft

Projektleiter
Dr. Ulrich Rubenschuh

Prüfingenieur(e)
Dipl.-Ing. (FH) Tommy Pfeifer*

Prüfungskommission
Friedrich Arends, LWK Niedersachsen
Christian Dohrmann, Landwirt
Doris Düsing, LK Cloppenburg 
Bernhard Feller, LWK Nordrhein-Westfalen
Ewald Grimm, KTBL Darmstadt
Dr. Jochen Hahne, TI Braunschweig

*    Berichterstatter