Big Dutchman - Abluftreinigungsanlage PURO-X für die eingestreute 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]    Der Mindestabscheidegrad bezüglich Staub ist der niedrigste Wert, der im Messzeitraum ermittelt wurde. Der Mindestabscheidegrad bezüglich Ammoniak 
ist der gemittelte Abscheidegrad abzüglich der Standardabweichung.
[2]    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.
[3]    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. Die in der Tabelle angegebenen Verbrauchsdaten beziehen sich auf
546 Mastschweine. Für diese Anlage werden aber nur 440 Mastschweine zugelassen. Bei 440 Tieren werden sich die angegebenen Verbrauchszahlen um den Faktor 1,24 erhöhen.
[4]    Es wurde immer bei einer Leitfähigkeit von max. 250 mS/cm abgeschlämmt.

Die Abluftreinigungsanlage PURO-X ist ein dreistufiges System mit einer Vorentstaubung, einer chemischen Waschstufe und einer nachgeschalteten biolo­gischen Reinigungsstufe zur ­Reinigung der Abluft aus den Ställen eingestreuter Schweinehaltung. Dieses System wird im Druckbetrieb gefahren. 

Die Abluft gelangt aus dem Tierbereich in eine Vorkammer, wo eine erste grobe Entstaubung (Staubfilter StuffNix) stattfindet. Mittels Ventilatoren wird die Abluft dann über eine Gleichrichterfolie gedrückt, womit eine gleichmäßige Anströmung der Filterflächen gewährleistet werden soll. Direkt dahinter befindet sich die chemische Reinigungsstufe. Das angesäuerte Wasch- oder Prozesswasser wird hier mit pH 3,3 permanent im Kreis gefahren, wobei es aus dem Vorlage­becken abgepumpt und über den Füllkörpern verrieselt wird. In den Füllkörpern wird sowohl Staub als auch Ammoniak abgeschieden. Ammoniak reagiert hierbei zu Ammoniumsulfat und reichert sich als Salz im Wasch­wasser solange an, bis es durch die Abschlämmung aus dem System ausgeschleust wird. Im Anschluss an die chemische Stufe wird die Abluft durch einen Tropfenabscheider gedrückt, der der Aerosolrückhaltung dient. In der dritten Stufe befindet sich eine 60 cm dicke Wurzelholzschüttung. Die biologische Stufe dient dem Abbau von Geruchsstoffen. Dieser erfolgt durch Mikro­organismen, die auf dem Bio­filter­material immobilisiert sind. Anschließend verlässt die gereinigte Abluft den Wäscher und verteilt sich in der Um­gebung.

Die Abluftreinigungsanlage PURO-X arbeitet im Druckprinzip, d.h. die Ventilatoren befinden sich im Sammelkanal bzw. in der Verbindungswand zwischen Tierbereich und Wäscher. Die Abluft wird somit durch die Abluftreinigungsanlage gedrückt. Die Ventilatoren werden synchron angesteuert, fördern also alle denselben Abluftstrom. Die Auslegung der Abluftreinigungsanlage darf eine maximale Filterflächenbelastung von 2.850 m³/(m²*h) nicht überschreiten.

Entgegen Tierhaltungsverfahren ohne Einstreu findet hier eine Vorentstaubung als erste Reinigungsstufe statt. Es handelt sich hierbei um ein Trockenstaubreinigungsverfahren (StuffNix), wobei kein Wasser oder sonstige Additive eingesetzt werden. Die Filterwand der Trockenentstaubung ist 7,20 m lang und 2,80 m hoch. Sie besteht aus Polypropylen (PP-H) und wird über die gesamte Wäscherbreite montiert. Sofern genügend Platz vorhanden ist, kann der Filter im Praxiseinsatz auch in Zick-Zack-Form verbaut werden, um eine größere Fläche zu erhalten. An der Referenzanlage wurde die Trockenfilterwand parallel zur Ventilatorwand installiert.

Die Trockenreinigungsstufe muss nach jedem Durchgang und bei Bedarf gereinigt werden. Zusätzlich zu anderen Verfahren ist zudem der Einbau einer Gleichrichterfolie (Maschenweite 7,0 mm x 7,0 mm) erforderlich, die eine homogene Anströmung der chemischen Reinigungsstufe gewährleisten soll.

Die zweite Reinigungsstufe (Chemostufe) hat keine separate Vorbedüsung. Das komplette Prozesswasser wird oben auf die Füllkörper aufgegeben und verteilt sich nach unten hin über die Oberfläche. Die spezifische Oberfläche der Füllkörperpackung von 80 m²/m³ dient zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Stall­abluft und Prozesswasser zur wirksamen Abscheidung von Ammoniak und Staub. Reinluftseitig ist nach der Chemostufe ein Tropfenabscheider verbaut, der die Rückhaltung von stickstoffhaltigen Aerosolen sicherstellt und Wasserverluste reduziert.

Pro Sektion (2,43 m Breite) sind 11 Tangential-Vollkegeldüsen an der Referenzanlage gleichmäßig verbaut, die einen feinen Wassernebel auf die Filterwand aufbringen und so für die Berieselung der Füllkörper sorgen. Die Umwälzpumpen sind mit einem Frequenzumformer ausgestattet und können auf den erforderlichen Volumenstrom eingestellt werden. Um ein Eindringen von Störstoffen zu minimieren, ist saugseitig an jeder Pumpe ein Filter verbaut, der Partikel bis 2 mm zurückhalten soll.

Um ein Ansteigen des pH-Wertes im Prozesswasser während des Betriebes zu verhindern, wird bei Überschreiten des maximal erlaubten pH-Wertes über eine Säuredosiertechnik Säure zur Absenkung des pH-Wertes zudosiert. Für einen ordnungsgemäßen Betrieb muss Säure in ausreichender Menge vorgehalten werden. Eine dauerhafte Säureversorgung muss sichergestellt sein.

Im Gegensatz zu biologisch arbeitenden Abluftreinigungsanlagen ist bei chemisch arbeitenden Systemen eine deutlich höhere Aufsalzung möglich. Sowohl in der Winter- als auch in der Sommermessung wurde jeweils bei einer Leitfähigkeit von 250 mS/cm ein Teil des Prozesswassers abgeschlämmt und in einen externen Behälter gepumpt. Dieser Vorgang erfolgt automatisiert über eine Tauchpumpe bei Erreichen des genannten Leitwertes. Die Waschwasserwanne wird anschließend über eine automatisch arbeitende Frischwassereinspeisung bis zum Normfüllstand aufgefüllt.
Da es durch den Wäscherbetrieb auch zu erhöhten Wasserverdunstungen kommt, werden beide Verbrauchswerte (Frischwasser, Abschlämmung) im Elektronischen Betriebstagebuch (EBTB) aufgezeichnet. Die Kontrolle des Wasserstandes wird mittels eines elektronischen Füllstandsensors durchgeführt, der eine Alarmmeldung an die SPS weiterleitet. Ein zusätzlich eingebauter Schwimmerschalter schützt die eingesetzten Umwälz­pumpen vor dem Trockenlaufen.

Die nachgeschaltete, biologische Reinigungsstufe besteht aus gerissenem Wurzelholz mit einer Schichtdicke von 0,6 m, welche in einem Rahmengerüst bis auf eine Höhe von 3,17 m aufgefüllt ist. Dieses Wurzelholz wird in Abhängigkeit von Stall- und Umgebungsbedingungen zyklisch mit Düsen befeuchtet, die Frischwasser auf die Biostufe aufbringen.

Die Leitfähigkeit der biologischen Stufe muss permanent gemessen und im EBTB gespeichert werden. Bis zu einem Leitwert von 5 mS/cm kann das Wasser in das Vorlagebecken der Chemostufe zurückgeführt werden. Bei höheren Leitwerten muss das Wasser in einen externen Behälter abgepumpt werden, um Bildung von nitrosen Gasen zu verhindern.

Zur Sicherstellung der in Tabelle 1 beschriebenen Abscheideleistungen ist es erforderlich, dass die Abluft­reinigungsanlage kontinuierlich betrieben wird.

Die Messungen wurden an einer Referenzanlage in Friesoythe durchgeführt. Die Prüfung umfasste eine Winter- und eine Sommermessung. Eine Umfrage bei Besitzern typengleicher Abluftreinigungsanlagen konnte während des Prüfungszeitraums nicht durchgeführt werden, da es sich bei der geprüften Anlage um eine Prototypanlage handelt. Am Referenz­betrieb wurden 546 Mastschweine auf Einstreu gehalten. 

Die Luft wurde an der Giebelseite des Stalles aus den beiden Abteilen über drei Ventilatoren abgesaugt und durch die Abluftreinigungsanlage geleitet. 

Die Lüftung wurde anfänglich gemäß DIN 18910 ausgelegt, allerdings hat sich im Laufe der Prüfung herausgestellt, dass eine höhere Luftrate notwendig ist. Berechnungs­grundlage für die Auslegung ist ein maximaler Luftvolumenstrom von 125 m³/(h · Tier) bei einem Mast­end­gewicht von 120 kg im Rein/Raus-Betrieb. Bei 3 Wäscher-Sektionen dürfen somit nicht mehr als 440 Tiere eingestallt sein. Die Abluft­reinigungs­anlage ist für den Druckbetrieb zugelassen.

Kurzbeschreibung des Haltungsverfahrens

Der Xaletto-Stall stellt ein neuartiges Haltungs­ver­fahren von Schweinen auf Stroh in einem wärme­gedämmten, zwangsbelüfteten Stallgebäude dar. 
Die Schweine werden dabei auf Tiefstreu gehalten. 

Das Stroh wird bei Bedarf nachgestreut. In diesem Haltungsverfahren baut sich eine Mistmatratze auf, in der eine so genannte Kaltrotte der beteiligten Stoffe (Stroh u. Exkremente) erfolgt. Die im untersuchten Stall festgestellte Kaltrotte führt zu Temperaturen von 30 bis 40 °C in der Mistmatratze. Dadurch wird ein Großteil der Feuchtigkeit aus Kot und Harn aus der Mistmatratze verdunstet und reduziert so den Festmist- bzw. Wirtschaftsdüngeranfall dieses Verfahrens. Gleichzeitig sind die Tiere, insbesondere mit zunehmenden Mastendgewicht, dieser stallinternen, zwangsläufigen Wärmeentwicklung ausgesetzt. Dieses Stallsystem stellt deutlich höhere Anforderungen an das Lüftungsregime, besonders weil im Sommer neben der Wärmeabfuhr als bestimmender Faktor für die Bemessung der max. Sommerluftrate auch die Luftfeuchtigkeit durch die notwendige Verdunstung der Feuchtigkeit aus der Mistmatratze für die Luftrate bestimmend wird. Zur Vermeidung thermoregulatorischen Stresses (Hitzestress) hat die DLG-Prüfungskommission daher festgelegt, dass zukünftige Anlagen auf eine Maximalluftrate von 125 m³/(Tier*h) auszulegen sind. 

Zu Beginn jeder Mast werden etwa 20 kg Stroh pro Tier auf planbefestigten Betonboden aufgebracht. Während der Mastperiode streut ein programmierter Roboter einmal pro Tag nach. Hierbei fährt der Roboter 5 mal über alle Buchten und streut bedarfsweise aufbereitetes Stroh in den Tierbereich. Entsprechende Fehlstellen in der Mistmatratze werden automatisch erkannt und in den entsprechenden Buchten gezielt aufgefüllt. Als geeignet können Gersten-, Weizen- und Roggenstroh genannt werden, welche vorher jeweils mit handelsüblicher Presse komprimiert wurden. Die Feuchtigkeit des Strohs beim Pressen sollte 12 bis 14 % betragen. Das Stroh wird im Fein-Cut-Verfahren mit vollem Messersatz zerkleinert, wobei die Strohlänge auf 0,5 bis 30 cm geschnitten wird.

Die Messungen fanden von Januar bis März 2020 (Wintermessung) und vom Juni bis August 2020 (Sommermessung) statt. Im Anschluss an die Sommermessung (Oktober 2020) wurde die Ausstallung inklusive Entmistung messtechnisch begleitet. 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, jedoch 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 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 mittels Dräger-Prüfröhrchen 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. Die Ammoniakabscheidung an der geprüften Anlage wird prinzipiell auf die erste Reinigungsstufe bezogen. Sofern eine Frischwasserbegrenzung auf den Biofilter erfolgt und das Abwasser aus der Biostufe ausgeschleust und separat verwertet wird, kann ein Wirkungsgrad einschließlich der Biostufe anerkannt werden.

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 wurden die Staubfilter der Gesamtstaubmessungen auf Ammoniumsulfat (NH4)2SO4 untersucht. Die Umrechnung auf Ammoniumstickstoff (NH4-N) erfolgt über die molaren Massen der Ver­bindungen. Die molare Masse von Ammo­nium­sulfat beträgt 132,1332 g/mol und die molare Masse des enthaltenen Stickstoffes (2 x N) 28,0134 g/mol. Dies entspricht einem Anteil von 21,2 %. Somit wurde der Gehalt an Ammoniumsulfat mit dem Faktor von 0,212 multipliziert um den Ammoniumstickstoffanteil zu ermitteln.

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 14 Tagen und im Sommer bei 23 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 Winter- und Sommermessung 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 wurden 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 Geruchsstoffkonzentration bei jeder Messungen bei ≤ 300 GE/m³ liegen und es darf kein typischer Rohgasgeruch (Schwein) in der Probe vorhanden sein (k.R.w.).

Bioaerosole

In der Schweinehaltung werden grundsätzlich Gesamtbakterien, mesophile Pilze und ggfs. Enterokokken (als Leitkeim für die Schweinehaltung) gemessen und zur Bestimmung des Abscheidegrades herangezogen.

Die Probenahme der Bioaerosole erfolgte nach VDI-Richtlinie 4257, Blatt 1 und 2. Hierzu wurde ein isokinetisches Probenahmesystem nach VDI 2066 Blatt 1 unter Verwendung eines Emissionsimpingers eingesetzt. Die Abscheidung der Mikroorganismen wurde mit einem Teilvolumenstrom von 1,0 m³/h bis 1,8 m³/h bzw. 16 l/min bis 30 l/min durchgeführt. 

Bei diesem Probenahmeverfahren handelt es sich  um ein Konventionsverfahren zur Ermittlung der Gesamt­emission. Die Bestimmung der Gesamtbakterien erfolgte dann nach VDI-Richtlinie 4253 Blatt 3 und die Bestimmung der mesophilen Pilze nach VDI 4253 Blatt 2.
Abweichend zur Norm wurden die genannten Parameter nur bei 22 °C untersucht, um die realen Praxisbedingungen besser abbilden zu können.
Nach DLG-Prüfrahmen darf ein Abscheidegrad von 70 % nicht unterschritten werden. Dies gilt für die Gesamtbakterien, mesophilen Pilze und ggfs. ein Leitkeim. Als Mindestabscheidegrad wird die kleinste Abscheideleistung anerkannt, die sich aus allen durchgeführten Messungen an den Messtagen ergibt.

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 Tagen der Staub- und Geruchsstoffkonzentrationsmessungen 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 als Halbstundenmittelwerte oder Halbstundenwerte 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 des Prozesswassers [-] und  elektrische Leitfähigkeit der Chemo- und der Biostufe [mS/cm], jeweils als Halbstundenmittelwerte
• Stromverbrauch [kWh], kumulativ

Des Weiteren sind Sprühbildkontrollen, Wartungs- und Reparaturzeiten, sowie Kalibrierungen der pH-Wertsonde 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

Mit einer Vorentstaubung und einer Düsenverteilung von 11 Düsen je Sektion wurden Abscheidegrade für Staub von mehr als 70 % nach der Biostufe erreicht.

Es kann nur der Abscheidegrad anerkannt werden, der nach der Biostufe gemessen wurde. Somit ist diese Anlage hinsichtlich Staub nur mit einer voll funktionsfähigen biologischen Reinigungsstufe (Stufe 3) zertifiziert.

Im Winter wurden insgesamt fünf Gesamtstaub- und drei Feinstaubmessungen (PM₁₀ und PM_2,5) durchgeführt. Im Sommer fanden vier Gesamtstaubmessungen und drei Feinstaubmessungen statt. Bei Gesamtstaub wurde ein Mindestabscheidegrad von 78,5 % (Winter) und 85,8 % (Sommer) gemessen. Es wurden zudem mindestens 84,3 % im Winter und 88,0 % im Sommer an Feinstaub PM₁₀ abgeschieden.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 dargestellt. Die Staubmessungen wurden weitestgehend bei laufendem Betrieb des Einstreu-Roboters durchgeführt. Am 20.02.2020 fand eine zusätzliche Feinstaubmessung statt, die aber nicht in die Bewertung eingeflossen ist, da währenddessen eine außerplanmäßige Umbelegung stattfand, bei der stellenweise keine Tiere in den Abteilen anzutreffen waren.

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] Daten wurden zum Zeitpunkt der Staubmessung erhoben.
[2] Mittlere Tiergewichte im Winter standen nur bruchstückhaft zur Verfügung.
[3] Da es sich um mineralischen Staub handelt, ist die Abscheideleistung nur nach der Biostufe dargestellt. Die Anlage ist nur inkl. aller Reinigungsstufen zertifiziert.
[4] Mögliche Abweichungen ergeben sich durch Rundungsungenauigkeiten.

Ammoniak

Eine mindestens den Anforderungen entsprechende Ammoniakabscheidung durch die chemische Rei­ni­gungs­stufe (Stufe 2) kann nur sichergestellt werden, wenn das Prozesswasser bei einem maximalen Leitwert von 250 mS/cm automatisch abgeschlämmt und der pH-Wert im Wasser bei 3,3 eingeregelt wird.

Es lagen im Winter 3302 Wertepaare als Halbstundenmittelwerte zur Bewertung vor. Aufgrund des Ausfalls eines Messgerätes konnten im Sommer nur 1441 Wertepaare herangezogen werden. Weiterhin wurden 93 Wertepaare zur Bewertung der Entmistungsphase generiert.

Die regelmäßige Überprüfung der Ammoniakkonzentration auf Tierhöhe ergab kaum Auffälligkeiten. Einzelne Überschreitungen von über 20 ppm im Winter waren nur kurzzeitig und nur geringfügig über dem Grenzwert der TierSchNutztV. Im Sommer gab es keine Auffälligkeiten.
In der Wintermessung wurde ein Mindestabscheidegrad von 88,7 % nach der chemischen Stufe gemessen. Im Sommer wurden immer mindestens 74,1 % erreicht. Bei Anlagen, bei denen das Wasser aus der biologischen Reinigungsstufe separat ausgeschleust und entsorgt wird, kann ein Mindestabscheidegrad nach der Biostufe von 90,9 % im Winter und 85,4 % im Sommer angegeben werden. In diesem Fall würden sich die Verbrauchszahlen für Frischwasser und Abschlämmung entsprechend erhöhen.

Am 30.07.2020 fand während des Prüfzeitraumes ein Säurefasswechsel statt. Aus diesem Grund konnte der Wäscher seine ordnungsgemäße Funktion nicht aufrechterhalten. An allen anderen Messtagen wurden immer mindestens 70 % abgeschieden.

Geruch

Die Ergebnisse der im Rahmen des DLG-Prüfverfahrens genommenen Geruchsproben sind in Tabelle 4 dargestellt. In der Wintermessung wurden insgesamt acht Proben gezogen, wovon alle zur Bewertung herangezogen werden konnten.

Bioaerosole

In diesem Prüfverfahren wurden Gesamtbakterien und mesophile Pilze gemessen und zur Bestimmung des Bioaerosolabscheidegrades herangezogen. In beiden Messperioden (Winter, Sommer) wurden je vier Bioaerosolmessungen durchgeführt. Tabelle 7 fasst die Ergebnisse zusammen.
Eine Anerkennung erfolgt in Analogie zum Parameter Staub. Es kann jedoch nur eine Anerkennung ausgesprochen werden, wenn eine Mindestabscheidung von 70 % in jeder durchgeführten Messung eines jeden Parameters (Gesamtbakterien, mesophile Pilze) erreicht wird.
Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 7 deutlich wird, werden durch die Abluftreinigungsanlage die Bioaerosole signifikant reduziert. Eine Anerkennung ist jedoch nicht möglich, da die Gesamtbakterien am 22.07.2020 nicht zu mindestens 70 % abgeschieden wurden und der Abscheidegrad der mesophilen Pilze an mehreren Tagen unter 70 % lag.

[1]    Daten wurden zum Zeitpunkt der Bioaerosolmessung erhoben.
[2]    KBE = Kolonie bildende Einheit

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 beziehen sich auf den genehmigten Tierbestand von 546 Mastschweinen im Stallgebäude.

Nach Beendigung der Prüfung wurde von der DLG-Prüfungskommission festgelegt, dass die erforderliche Maximalluftrate zur Einhaltung der Vorgaben der TierSchNutztV nicht ausreichend war. Diese Anlage müsste also entsprechend größer gebaut werden (vier Sektionen statt drei) oder statt 546 Tiere dürfen nur 440 Tiere eingestallt werden. Die angegebenen Verbrauchswerte beziehen sich aber auf die vorgefundenen Tiere von 546. Bei 440 Tieren würden sich die tierplatzbezogenen Verbrauchsdaten um den Faktor 1,24 erhöhen.

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 im Messzeitraum bei 250 mS/cm. Aus der Chemostufe wurden im Prüfzeitraum täglich gemittelt 0,076 m³ abgeschlämmt. Im Jahresmittel fallen 0,051 m³ pro Tierplatz an Abschlämmwasser an.

An der Abluftreinigungsanlage PURO-X wurde Frischwasser sowohl in der Chemo- als auch in der Biostufe zugegeben. Der Gesamtverbrauch an Frischwasser in der Chemostufe lag bei 0,47 m³/d bzw. 0,34 m³/(TP·a), der Frischwasserverbrauch in der Biostufe lag bei 0,86 m³/d bzw. 0,61 m³/(TP·a).
Der Gesamtfrischwasserverbrauch von 0,95 m³/(TP·a) entspricht üblichen Werten an vergleichbaren Anlagen.

Verbrauch an elektrischer Energie

Der größte elektrische Verbraucher der Abluftreinigungsanlage PURO-X 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 55 Pa für Waschwand und Biostufe bzw. bei 25 Pa nur über die Biostufe. Einschließlich Stall und Abluftreinigungsanlage wurde ein maximaler Druckverlust von 115 Pa gemessen. Dieser Wert enthält zusätzlich den Druckverlust der Vorentstaubung und der Gleichrichterfolie. Somit müssen die Ventilatoren mit mindestens 130 Pa für den Betrieb 
des Stalles und der Abluftreinigungsanlage ausgelegt werden.

Im Jahresmittel wurden insgesamt 43,9 kWh pro Tag für die Ventilation verbraucht. Bezogen auf Tierzahl und Jahr wären dies 31,1 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, war im Winter und Sommer nahezu identisch. Im Durchschnitt wurden 56,2 kWh pro Tag verbraucht, was umgerechnet 37,6 kWh/(TP·a) entspricht.

Sonstige Verbrauchswerte

Eine sichere Anlagenfunktion mit den dargestellten Wirkungsgraden ist in der Chemostufe nur mit einer ordnungsgemäß betriebenen pH-Wert-Regelung bei 3,3 sowie einer Abschlämmung bei maximal 250 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 Schwefelsäure mit einer Reinheit von 96 % eingesetzt.

Im Jahresdurchschnitt wurde ein Säureverbrauch von 12,8 kg/d gemessen, was umgerechnet 8,6 kg/(TP·a) entspricht.

Für den ordnungsgemäßen Betrieb der Anlage ist zudem der Einsatz von Antischaummitteln vorgesehen. Während der Wintermessphase wurde kein Verbrauch festgestellt. Im Sommer wurden 0,17 kg/d bzw. 0,12 kg/(TP·a) gemessen. Im Praxiseinsatz kann die Anwendung eines Antischaummittels jedoch auch im Winter notwendig werden.

Bei diesem Haltungsverfahren wird grundsätzlich eine erhebliche Menge an Einstreu benötigt. Unter Winter­bedingungen wurden insgesamt 210 kg/d bzw. 166 kg/(TP·a) an Einstreu verbraucht, im Sommer waren dies 202 kg/d bzw. 135 kg/(TP·a).

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 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 hinreichend genau und erklärt in groben Zügen die Funktionsweise der Anlage. 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 bzw. Halbstundenwerte abgespeichert werden müssen. Die Aufzeichnung erfolgt automatisch und die Daten müssen über 5 Jahre gespeichert werden. Diese Daten können durch den Landwirt, 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 8.

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.

Prüfungsdurchführung
DLG TestService GmbH, Standort Groß-Umstadt 

Die Prüfungen werden im Auftrag des DLG e.V. durchgeführt.

Labor- und Emissionsmessungen
LUFA Nord-West, Jägerstraße 23-27,
26121 Oldenburg

Anlagen- und Maschinensicherheit
Gutachter Klaus Ahlendorf GmbH, 
Von-Loe-Straße 40 a, 47906 Kempen

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
Andreas Schlichting, TÜV Nord Hamburg
Thomas Üffing, Landwirt

*    Berichterstatter