DLG e.V. - DLG-Merkblatt 403 - Hinweise zum Betrieb von Abluftreinigungsanlagen für die Schweinehaltung

Hinweise zum Betrieb von Abluftreinigungsanlagen für die Schweinehaltung DLG-Merkblatt 403

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Autoren:

DLG-Ausschuss für Schweineproduktion
– Friedrich Arends, LWK Niedersachsen
– Dr. Jochen Hahne, Thünen Institut
– Peter Seeger, stellv. Vorsitzender DLG-Ausschuss für Schweineproduktion
– Dr. Volker Siemers, Tommy Pfeifer, DLG-Testzentrum Technik und Betriebsmittel

1. Einleitung

Die Abluftreinigung von Schweineställen ist schon seit vielen Jahren ein Thema im Stallbau. Sie war als eine Möglichkeit gedacht, um auch Betriebsstandorte mit Nähe zu Wohnbebauung oder Naturschutzgebieten weiter entwickeln zu können. Wenn ein ortsnaher Betrieb erweitert werden sollte, konnten die Kosten des Filters gegen die Erschließung eines neuen Standortes gegengerechnet werden. Für neue Standorte „auf der grünen Wiese“ war dies lange kein Thema. Durch die Verdichtung der Tierhaltung in einigen Landkreisen, aber auch aufgrund größerer Abstandsforderungen zu Stickstoff
empfindlichen Ökosystemen, werden für neue Ställe immer öfter Abluftfilter vorgeschrieben. Seit 2013 sind zudem in Nordrhein-Westfalen und Niedersachsen generell Abluftfilter für zwangsbelüftete Schweinehaltungsanlagen gemäß Spalte G der 4. BImSchV vorgeschrieben. Andere Länder wie Schleswig-Holstein haben bereits nachgezogen oder planen ähnliche Erlasse.

Die DLG hat bereits in den 80er Jahren Abluftreinigungsanlagen geprüft und zertifiziert seit 2004 Anlagen nach dem DLG-SignumTest. Damals – wie auch heute – mit dem Ziel, die Belange der Genehmigungsbehörden, der Landwirte und der Hersteller gleichermaßen zu berücksichtigen. Eine unabhängige Arbeitsgruppe hat aufbauend auf den Cloppenburger Leitfaden den DLG-Prüfrahmen entwickelt, nach dem Wirkungsgrad und Funktion der Anlage überprüft werden. Die darin enthaltenen Grenzwerte für die Reinigungsleistung wurden festgesetzt, um den Belangen der zu schützenden Umwelt gerecht zu werden. Nur funktionierende Filteranlagen können den neuen Stall gegen Beschwerden schützen. Sollte wegen fehlerhafter Filter die Tierhaltung in Verruf kommen, könnten auch mit dieser Technik keine neuen Ställe an schwierigen Standorten gebaut werden.

Das vorliegende Merkblatt fasst die wichtigsten Aspekte der Abluftreinigung in der Schweinehaltung zusammen. Von der Beschreibung der verschiedenen Verfahren über die Möglichkeiten der Dokumentation beinhaltet das Merkblatt aber auch wertvolle Hinweise zur Reduzierung der Betriebskosten. Abluftreinigungsanlagen müssen zu dem jeweiligen Stall und den örtlichen Gegebenheiten passen. Die Hilfestellungen und Informationen sollen Betriebsleiter daher auch bei der Entscheidung für das richtige System unterstützen. Auch anderen Beteiligten eines Genehmigungsverfahrens sollen hierdurch die Möglichkeiten und Grenzen von Abluftreinigungsanlagen in der Schweinehaltung aufgezeigt werden.

2. Wesentliche Grundlagen der Abluftreinigung

Die Abluft aus zwangsbelüfteten Schweineställen ist durch schwankende Volumenströme gekennzeichnet, die sich im Wesentlichen aus tages- und jahreszeitlichen Veränderungen des Außenklimas, des Tierbesatzes, der Tiergröße und der damit verbundenen Lüftungsregelung nach der DIN 18910 [01] ergeben. Ferner wirken sich die Art des Haltungsverfahrens und der Lüftung sowie die Fütterung und das allgemeine Stallmanagement (Sauberkeit) auf die Zusammensetzung der Stallabluft aus. Dementsprechend ist in der Mastschweinehaltung von Luftraten zwischen 50 und 700 m³/(GV h) auszugehen. Die Ablufttemperaturen liegen im Regelfall zwischen 15 und 30 °C, die relative Feuchte schwankt zwischen 20 und 80 %. Aufgrund der relativ hohen Luftraten enthält die Abluft nur vergleichsweise geringe Konzentrationen an Geruchsstoffen (200 – 4.000 Geruchseinheiten je m³), Gesamtstaub (0,5 – 3 mg/m³) und Ammoniak (2 – 20 ppm). Darüber hinaus sind in der Abluft weitere Spurengase wie Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff, Methan u. a. enthalten. Bei Unterflurentlüftung, stark verschmutzen Spaltenböden, aber auch bei Einsatz bestimmter Nebenprodukte als Futtermittel können die Spurengaskonzentrationen erheblich ansteigen.

Für die Abluftreinigung ist es grundsätzlich wichtig, dass die Anströmung der Austauschflächen gleichmäßig erfolgt. Diesbezüglich sollten die baulichen Voraussetzungen geschaffen und die Anordnung der Ventilatoren sowie deren Steuerung abgestimmt werden. Unnötige Luftumlenkungen, zu geringe Abstände zwischen Ventilatoren und erster Austauschfläche (bei Druckbetrieb), zu kleine Druckkammern vor Eintritt in die erste Austauschfläche oder sehr ungleichmäßiger Betrieb von Ventilatoren sollten daher vermieden werden (siehe auch Kapitel 6). Beim Saugbetrieb (nachgeschaltete Ventilatoren) ist neben einem ausreichenden Abstand von der letzten Austauschfläche vor allem auf die Korrosionsbeständigkeit der Ventilatoren zu achten, da es bei falscher Betriebsweise unter Umständen zur Freisetzung korrosiver Gase und Aerosole aus der Abluftreinigungsanlage kommen kann.
Zur Abscheidung von Geruchsstoffen, Stäuben und Ammoniak werden in der Schweinehaltung überwiegend Biofilter, Abluftwäscher und Kombinationsverfahren eingesetzt (Kapitel 3). Bei allen genannten Verfahren werden die Abluftinhaltsstoffe über große, feucht gehaltene Austauschflächen, von der Gasphase in die Wasserphase überführt. Bei den Biofiltern stellt das durchgehend feucht zu haltende Biofiltermaterial die Austauschfläche dar, bei Abluftwäschern übernehmen diese Aufgabe das berieselte Füllkörpermaterial sowie die sich bildenden Wassertröpfchen. Nicht ausreichend befeuchtete Austauschflächen führen schnell zum Rohgasdurchbruch und können maßgeblich zur Verschlechterung des Abscheidegrades beitragen. Bei Abluftwäschern mit erhöhten Luftaustrittsgeschwindigkeiten sind Tropfenabscheider unerlässlich, die ein Austragen der Waschflüssigkeit in die Umgebung verhindern.
Bei wasserlöslichen Abluftinhaltsstoffen wie Ammoniak wird der Stofftransport durch die Vergrößerung der Austauschfläche und durch eine möglichst große Konzentrationsdifferenz zwischen Gas- und Flüssigphase gesteigert. Da die Ammoniakkonzentration in der Abluft aus Gründen des Tierschutzes und gesetzlicher Vorgaben [02] nicht gesteigert werden kann, muss daher dafür gesorgt werden, dass dessen Konzentration in der Flüssigphase möglichst gering ist. Wenn aber beispielsweise die Abluft nur mit Wasser gewaschen wird, steigt die Konzentration von Ammoniak im Waschwasser an, sodass die Konzentrationsdifferenz immer weiter sinkt und letztendlich kein Netto-Transport mehr in die Wasserphase erfolgt und somit letztendlich keine Ammo­niak­abschei­dung mehr erreicht werden kann. Wird das gelöste Ammoniak aber chemisch gebunden (Chemowäscher) oder biologisch von Mikroorganismen umgesetzt (Biofilter, Rieselbettfilter, Biowäscher), wird ein großes Konzentrationsgefälle aufrechterhalten und somit auch ein schneller Stofftransport. Ohne die feucht gehaltenen Austauschflächen findet praktisch kein Stofftransport von Spurengasen mehr statt. Dies gilt insbesondere für nicht ausreichend befeuchtete Biofilter, aber auch für nicht gleichmäßig berieselte Füllkörperpackungen in Abluftwäschern.

Nahezu alle Geruchsstoffe sind schlechter wasserlöslich als Ammoniak und darüber hinaus noch in nur geringer Konzentration in der Abluft enthalten. Aufgrund der schlechteren Wasserlöslichkeit stellt die Abscheidung von Geruchsstoffen ein größeres Problem dar als die Abscheidung von Ammoniak. Die im Wasser gelösten Geruchsstoffe können von Mikroorganismen abgebaut werden. Aufgrund des vergleichsweise geringen Massenstroms an Geruchsstoffen würden die meisten Mikroorganismen jedoch verhungern. Daher sind Biofilter, bei denen ein Teil des „Futters“ aus dem Abbau des Filtermaterials stammt, u. a. aus diesem Grund für den Geruchsabbau besser geeignet als Abluftwäscher. Ein weiterer wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang ist die Verweilzeit der Abluft in der Abluftreinigungsanlage. Je schlechter wasserlöslich ein Stoff ist, desto länger muss die Verweilzeit bemessen werden, um den betrachteten Stoff abzuscheiden. Die Verweil­zeit in Biofiltern liegt mit 5 – 10 Sekunden deutlich über denen von Abluftwäschen mit 0,5 – 2 Sekunden. Auch dieser Aspekt unterstreicht die bessere Geruchsabscheidung in sachgerecht dimensionierten Biofiltern [03]. Sehr schlecht wasserlösliche Spurengase wie Methan können bei den genannten Verweilzeiten praktisch nicht abgeschieden werden.
Die Abscheidung von Stäuben erfolgt bereits im Sammelkanal, über den die Abluft in die Abluftreinigungsanlage geführt wird. Geringe Strömungsgeschwindigkeiten in diesem Bereich tragen zur Sedimentation von Grobstaub bei, der dann auch regelmäßig aus dem Sammelkanal entfernt werden sollte. Wichtig ist, dass es im Sammelkanal nicht zur Kondensation von Feuchtigkeit kommt. Da Staub häufig zu Ablagerungen und Verstopfungen in Wasserverteilsystemen und Füllkörpern beiträgt, ist eine gute Vorabscheidung im Sammelkanal empfehlenswert. Der in der Abluft verbleibende und in die Abluftreinigungsanlage eingetragene Staub muss mit einer ausreichenden Geschwindigkeit auf eine feuchte Oberfläche oder einen Wassertropfen treffen, um abgeschieden werden zu können. Bei sinkenden Strömungsgeschwindigkeiten ist mit einer Verschlechterung der Staubabscheidung zu rechnen. Zur Vorbeugung von Verstopfungen in den Füllkörperpackungen werden zunehmend Systeme zur Vorbedüsung der Abluft vor Eintritt in die Füllkörperpackung eingesetzt. Auch sollte beachtet werden, dass die eingesetzten Füllkörper ein ausreichendes Poren- Volumen („Freies Volumen“) von mehr als 95 % aufweisen und zudem möglichst verstopfungssicher dimensioniert sein sollten. Gegebenenfalls können auch verschiedene Füllkörper kombiniert werden. Der abgeschiedene, zunächst wasserarme und somit nicht wasserlösliche Staub unterliegt einer Quellung. Durch die Wasseraufnahme nimmt seine Masse und Löslichkeit zu. Mit der Quellung kann der Staub dann zumindest teilweise biologisch abgebaut werden. Ölhaltige Staubbestandteile führen aufgrund chemischer Reaktionen oft zu Ablagerungen in den Füllkörperpackungen, die nur schwer beseitigt werden können. Bioaerosole, d. h. luftgetragene Partikel biologischen Ursprungs (Bakterien, Pilze, Sporen, Zellbestandteile) sind oft an Staubpartikel gebunden, sodass bei einer wirksamen Staubabscheidung auch mit einer Abscheidung von Bioaerosolen zu rechnen ist.

Für eine wirksame Abluftreinigung ist es ferner erforderlich, abgeschiedene Stoffe aus dem System zu entfernen. Bei Biofiltern muss das Filtermaterial regelmäßig gewechselt werden, weil dieses einem biologischen Abbau unterliegt und dadurch seine Funktionsfähigkeit einbüßt. Ferner reichern sich im Filtermaterial Salze an, die zu einer Versauerung des Filtermaterials führen. Bei Abluftwäschern muss neben einer funktionssicheren pH-Wertregelung eine regelmäßige Abschlämmung des Waschwassers erfolgen, weil auch hier entsprechende Salze angereichert werden. Der Umfang der erforderlichen Abschlämmung richtet sich nach der Art des Verfahrens und wird im Regelfall über die elektrische Leitfähigkeit des Waschwassers bestimmt. Bei biologisch arbeitenden, einstufigen Abluftwäschern ist mit einem 5 – 10-fach höheren Waschwasseranfall zu rechnen als bei Wäschern, bei denen Ammoniak chemisch gebunden wird. Bei den Planungen von Abluftreinigungsanlagen sind generell die wasserrechtlichen Anforderungen an den Umgang mit möglicherweise wassergefährdenden Stoffen zu beachten. Dies betrifft die Abluftreinigungsanlage selbst sowie notwendige Betriebsstoffe wie Säuren, Laugen oder Additive und auch die Lagerung des Waschwassers.

3. Verfahrensübersicht

3.1 Biofilter

Zur Reinigung von Abluft aus Schweinehaltungen werden im Wesentlichen vier Verfahren und entsprechende Verfahrenskombinationen eingesetzt. Biofilter (Abb. 1) sind technische Einrichtungen, bei denen das Rohgas mittels Ventilatoren (1) über eine Druckkammer (4) und einen entsprechenden Spaltenboden (5) verteilt und anschließend durch ein organisches Filtermaterial (6) geleitet wird. Zur Vermeidung von Randgängigkeiten werden im Regelfall umlaufende Gummilippen (7) eingesetzt, die bei Materialschrumpfungen einen Rohgasdurchtritt verhindern. Die intermittierende Befeuchtung kann aus einer Wasservorlage (3) erfolgen, aus der nach Passage eines Wasser­filters (8) das Berieselungswasser über eine Beregnungspumpe (9) dem Berieselungssystem (10) zugeführt wird. Der Freibord (11) soll das Verdriften von Berieselungswasser durch starke Windeinflüsse verhindern. In der Tierhaltung wird auf die Vorkonditionierung des Rohgases (2) (Abkühlung, Befeuchtung, Entstaubung) im Regelfall verzichtet. Wenn eine Wasservorlage zum Einsatz kommt, kann hiermit auch eine Abschlämmung von belastetem Waschwasser (12) durchgeführt werden. Über eine Füllstandsregelung (14) mit Frischwassereinspeisung kann der Verdunstungsverlust ausgeglichen werden.

Biofilter sind zur Abscheidung von Gerüchen und Stäuben in der einstreulosen Schweinehaltung geeignet, nicht jedoch für die Abscheidung von Ammoniak [03]. Bei feucht gehaltenen Biofiltern wird Ammoniak in dem Filtermaterial zurückgehalten und von Mikroorganismen zu Nitrit und Nitrat oxidiert. Hierdurch kommt es zu deutlich fallenden pH-Werten im Filtermaterial, wobei pH-Werte unter 4 auftreten können. Diese bewirken die Freisetzung nitroser Gase, die an einen typischen „Schwimmbadgeruch“ erinnern. Der zuvor als Ammoniak abgeschiedene Stickstoff würde unter diesen Bedingungen in anderer Form wieder freigesetzt werden, so dass eine sichere Stickstoffabscheidung nicht gewährleistet werden kann.
Für die ordnungsgemäße Funktion des Biofilters muss das Filtermaterial daher regelmäßig gewechselt werden. Bei Hackschnitzeln, die mit einer Schichtdicke von ca. 0,25 m eingesetzt werden, sollte der Materialwechsel alle 12 Monate erfolgen. Für Wurzelholzfilter, bei denen Schichtdicken von 1,0 – 1,4 m üblich sind, kann eine Standzeit von 5 Jahren angenommen werden.

Vorteile des Biofilters sind in der sehr guten Geruchsabscheidung und Funktionssicherheit sowie in der vergleichsweise einfachen Technik mit eher geringen Betriebskosten zu sehen. Nachteile sind der relativ hohe Platzbedarf, die geringen Eingriffsmöglichkeiten in dem Prozessablauf, die Notwendigkeit des regelmäßigen Materialwechsels sowie die nicht ausreichende Ammoniakabscheidung.

3.2 Einstufige Rieselbettfilter

Bei einstufigen Rieselbettfiltern (Abb. 2) wird das Rohgas über Ventilatoren (1) gleichmäßig über die die Füllkörper (2) geleitet, die im Gegenstrom über Flüssigkeitsverteiler (3) permanent mit Waschwasser über eine Umwälzpumpe (5) aus der Waschwasservorlage (6) berieselt werden.

Der Tropfenabscheider (4) soll die Freisetzung von Aerosolen aus dem Abluftwäscher vermeiden. Für die ordnungsgemäße Funktion des Rieselbettfilters ist es wichtig, dass der pH-Wert im Waschwasser in einem Bereich von 6,5 – 7 gehalten wird, sodass im Regelfall sowohl eine Säure- wie auch eine Alkaliendosierung mit einer entsprechenden pH-Wertregelung (8) zu betreiben ist. Die pH-Regelung dient auch dem Korrosionsschutz, der in Hinblick auf die verwendeten Baumaterialien zu berücksichtigen ist. Zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten erfolgt eine regelmäßige Frisch­wasser­ein­speisung, sodass das Niveau der Waschwasservorlage (9) konstant gehalten werden kann. Von entscheidender Bedeutung für die Funktion eines Rieselbettfilters ist die regelmäßige Abschlämmung (10) belasteten Wassers. Die Abschlämmung wird im Regelfall so gesteuert, dass bei einer Leitfähigkeit von 15 – 20 mS/cm im Waschwasser eine Teilabschlämmung und anschließend eine Wiederauffüllung mit Frischwasser erfolgt. Beim Betrieb von einstufigen Rieselbettfiltern ohne Waschwasseraufbereitung (Denitrifikation, Aufkonzentrierung über Membranverfahren o. ä.) ist mit einem Wasch­wasser­anfall von ca. 0,2 m³ je Kilogramm abgetrennten Stickstoffs zu rechnen. Das Waschwasser kann erhebliche Konzentrationen an Nitrit enthalten, sodass aufgrund einer möglichen Wassergefährdung eine separate Waschwasserlagerung erforderlich sein kann.

Aktuell ist eine Reihe von DLG-geprüften Rieselbettfiltern zur Reinigung von Abluft aus Schweineställen marktverfügbar [04, 05, 06]. Die Anlagen unterscheiden sich hinsichtlich der Dimensionierung und verfügen in vielen Fällen über eine Vorbedüsung, die im Regelfall vor Eingang des Rohgases in die Füllkörperpackung angeordnet ist.

Die Vorteile einstufiger Rieselbettfilter sind in der kompakten Bauform, der Abscheidung aller relevanten Parameter sowie den günstigen Ableitbedingungen der Reinluft zu sehen. Als Nachteile sind die erheblichen Waschwassermengen anzuführen, die gelagert und verwertet werden müssen. Die sichere Funktion von Rieselbettfiltern ist nur bei Einhaltung des geforderten pH-Wertes im Waschwasser sowie der entsprechenden Abschlämmung gegeben.

3.3 Chemowäscher

Chemowäscher sind Abluftwäscher oder Waschstufen, bei denen das Waschwasser über die Zugabe von Säure auf einen pH-Wert zwischen 3 und 5 gesteuert wird. Biologische Reaktionen wie der Abbau von Geruchsstoffen oder die Oxidation von Ammoniak zu Nitrit und Nitrat (Nitrifikation) finden praktisch nicht statt. Der prinzipielle Aufbau eines Chemowäschers entspricht dem eines Rieselbettfilters (Abb. 2). Allerdings werden in diesem Fall keine Alkalien dosiert und der Abwasseranfall ist um den Faktor 5 – 10 geringer. Beispiele DLG geprüfter Anlagen sind in [07, 08] beschrieben.

Die Vorteile von Chemowäschern sind in der sehr effizienten Ammoniakabscheidung und in der Möglichkeit der Aufkonzentrierung des Waschwassers (weniger Lagerraum, höhere Transportwürdigkeit) zu sehen. Als Nachteile sind die Bevorratung und Lagerung von Säure und Waschwasser anzuführen, die aufgrund ihrer Wassergefährdung erhöhte Aufwendungen erforderlich machen. Ferner muss die Korrosionsfestigkeit aller Medien berührten Anlagenteile beachtet werden.

3.4 Mehrstufige Anlagen

Ein Beispiel für eine mehrstufige Anlage zeigt Abb. 3. Das Rohgas strömt zunächst durch eine ca. 0,15 m starke Waschwand (1), die permanent mit Wasser berieselt und gegebenenfalls auch über eine separate Zuleitung mit einer Vorbedüsung ausgestattet sein kann. In dieser Verfahrensstufe erfolgt eine Teilreinigung, bei der schon Gerüche, Ammoniak und vor allem Stäube abgeschieden werden. Anschließend durchströmt die vorgereinigte Luft die Waschwand 2, die permanent mit einer sauren Waschlösung berieselt wird und auch eine Dicke von ca. 0,15 m aufweist. Der pH-Wert in dieser Waschstufe über eine Säuredosierung im Regelfall auf pH 5 gehalten. In der sauren Waschstufe wird vor allem Ammoniak abgetrennt und in einer vergleichsweise sauberen Waschlösung aufkonzentriert. Die letzte Verfahrensstufe bildet eine 0,6 m starke Schüttung von gerissenem Wurzelholz (3), in der eine sehr weitgehende Geruchsabscheidung erfolgt. Während das Waschwasser aus der ersten Verfahrensstufe aus fachlicher Sicht in einem außen liegenden zugelassenen Güllebehälter gelagert werden sollte, ist für die Lagerung der sauren Waschlösung aufgrund seiner hohen Konzentration an Ammoniumsulfat im Regelfall ein separater Lagerbehälter erforderlich, der den wasserrechtlichen Anforderungen an die Lagerung wassergefährdender Stoffe gerecht wird. Generell muss die Korrosionsfestigkeit aller Medien berührten Anlagenteile beachtet werden.

Vorteil der mehrstufigen Verfahren ist es, die Abscheidung der einzelnen Komponenten gezielt optimieren zu können und durch die Mehrstufigkeit eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten zu können. Durch die Vorabscheidung von Staub kann eine höherwertige Ammoniumsulfat-Lösung in der Waschstufe 2 gewonnen werden. Der Waschwasseranfall mehrstufiger Verfahren mit Säurestufe ist erheblich geringer als die bei einstufigen Rieselbettfiltern. Als Nachteile sind vor allem höhere Investitionskosten, der relativ hohe Platzbedarf und die diffuse bodennahe Ableitung des Reingases zu nennen.

Es gibt eine Fülle weiterer mehrstufiger Kombinationsverfahren. In den letzten Jahren wurden vor allem neue zweistufige Verfahren entwickelt. Diese arbeiten im Regelfall mit einer Waschstufe, die pH-geregelt wird und einem nachfolgenden Biofilter oder einer weiteren Waschstufe. Beispiele verschiedener DLG geprüfter Verfahrenstypen sind unter [09, 10, 11, 12] einsehbar.

4. Reinigungsleistungen

Die DLG-geprüften Verfahren gewährleisten neben hohen Wirkungsgraden für die Gesamtstaub-, Ammoniak- und Geruchsstoffabscheidung eine gute Betriebssicherheit bei ordnungsgemäßem Betrieb. Für andere Verfahren fehlen diese umfangreichen Nachweise häufig. Von erheblicher Bedeutung sind Investitions- und Betriebskosten, die sich trotz vergleichbarer Reinigungsleistungen unterscheiden können. Hier sollten mehrere Angebote eingeholt werden. Es ist zudem sinnvoll, Praxisanlagen zu besichtigen. Abluftreinigungsanlagen sollten nie zu knapp dimensioniert werden. Je höher die Filterflächenbelastung in m³ Luft je m² Filterfläche und Stunde gewählt wird, umso höher ist der spezifische Energieverbrauch. Außerdem muss mit steigenden Betriebsrisiken (partielles Zusetzen der Austauschflächen, Rohgasdurchbrüche u. ä.) gerechnet werden. Die Einsparung von Investitionskosten kann somit zu steigenden Betriebskosten führen. Modular aufgebaute Abluftreinigungsanlagen können bei großen Volumenstromschwankungen zur Kostensenkung beitragen. Mehrstufige Anlagen können hier eine höhere Sicherheit bieten als einstufige. Die Anforderungen an den Immissionsschutz und somit auch an die Abluftreinigung werden weiter steigen. Es sei nur an die Risiken der Freisetzung von Bioaerosolen erinnert. Hier können Verfahren mit einer sauer betriebenen Verfahrensstufe Vorteile bieten. Auch die Anforderungen an die Abscheidung von Feinstaub werden eher zunehmen. Daher sollte die Erweiterbarkeit der Abluftreinigungsanlage bei der Kaufentscheidung bedacht werden.

Das Testzentrum Technik und Betriebsmittel der DLG führt zusammen mit einer unabhängigen Prüfungskommission seit 2005 Prüfungen zur Wirksamkeit von Abluftreinigungsanlagen durch. In den zurückliegenden Jahren wurde die Prüfung der Funktionssicherheit, der Arbeitssicherheit und der Verbrauchswerte weiterentwickelt. Daraus hat sich ein DLG SignumTest mit einem Prüfrahmen entwickelt, der die Überprüfung der kompletten Anlage umfasst.

In der Prüfungsphase müssen Wirksamkeit und Funktionssicherheit der Abluftreinigungsanlage während einer jeweils achtwöchigen Sommer- und Wintermessung nachgewiesen werden. Zusätzlich zu einer kontinuierlichen Ammoniakmessung werden während dieser Zeit bis zu acht Geruchs- und Staubmessungen jeweils roh- und reingasseitig von einer akkreditierten Prüfstelle durchgeführt. Die Emissionsminderung für Staub (Gesamtstaub und Feinstaub PM10) und Ammoniak muss dabei mindestens 70 % erreichen. Des Weiteren müssen innerhalb der Anlage mindestens 70 % des abgeschiedenen Stickstoffs wiedergefunden werden. Diese Wiederfindungsrate wird im Prüfbericht entsprechend bewertet und beschreibt die Stickstoffmenge, die man bezogen auf die Stickstofffracht im Rohgas im System (Waschwasser) und im Reingas wiederfindet. Bei manchen Systemen werden andere Stoffe, wie schädliche Stickoxide, freigesetzt. Diese würden bei einer bloßen Betrachtung der Ammoniakabscheidung nicht berücksichtigt. Die maximalen Geruchsemissionen aus der Anlage dürfen 300 Geruchseinheiten pro m³ Abluft (GE/m³) nicht überschreiten und das Reingas darf keinen Rohgasgeruch aufweisen (Bewertung: kRw – kein Rohgasgeruch wahrnehmbar).

Die Begrenzung auf 300 GE/m³ enthält auch den häufig diskutierten Eigengeruch der Biofilter, der somit ebenfalls begrenzt ist. Die derzeit einzig sinnvolle Messung von Geruch ist die Olfaktometrie. Da diese mit einer vergleichsweise hohen Messunsicherheit behaftet ist, wird der Parameter „Geruch“ nicht in einer prozentualen Reduktion ausgedrückt, sondern mit einem maximalen Schwellenwert versehen.

Alle Messergebnisse und Reinigungsleistungen von DLG-geprüften Abluftreinigungsanlagen beziehen sich auf den geprüften Anlagentyp gemäß der jeweiligen Auslegung und Dimensionierung (z. B. Berieselungsdichte, Reinigungs- & Abschlämmintervalle).

Neben den Reinigungsleistungen wird auf eine ordnungsgemäße Dokumentation in einem elektronischen Betriebstagebuch geachtet (siehe auch Kapitel 5). Der Betreiber hat damit gegenüber der Behörde, den Nachbarn oder der Firma den Beleg, seine Anlage ordnungsgemäß betrieben zu haben.

Damit die Reinigungsleistung mit den jeweiligen Betriebskosten in Beziehung gesetzt werden kann, werden über die Messzeiträume ebenfalls die Verbräuche aller Betriebsmittel (Säuren, Laugen, Additive) und der Energiebedarf für die Anlage (Pumpen, Ventilatoren) erfasst und im DLG-Prüfbericht genannt. Damit hat der Betreiber die Möglichkeit, die laufenden Kosten des Wäschertyps mit seinen Kostensätzen abzuschätzen.

Seit 2007 sind 14 Abluftreinigungsanlagen für die einstreulose Schweinehaltung zertifiziert worden. Die Abscheideleistungen dieser Anlagen sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1: Übersicht über alle geprüften Abluftreinigungsanlagen in der einstreulosen Schweinehaltung (chronologisch geordnet)

Hersteller und
Produkt­name

Anlagentyp

Abschluss
der Prüfung
Emmissionsminderung
Gesamt-
staub
Geruch Ammoniak
Hagola Biofilter
Abluftreinigungs-
system
Biofilter 2007 96,4 % < 300 GE/m³, kRw Nicht ­geeignet
Dorset B. V.
Dorset-Rieselbettfilter
Biologischer ­Rieselbettreaktor 2007 93,4 % < 300 GE/m³, kRw > 90 %
Devriecom Kombiwäscher
BCA 70/90
Biologischer ­Rieselbettreaktor 2009 82,6 % < 300 GE/m³, kRw > 90 %** > 70 %
Uniqfill Air Chemowäscher + Chemowäscher, zweistufig 2009 96,4 % < 300 GE/m³, kRw > 80 %
I.U.S. GmbH Zweistufige Abluft-
­reinigungsanlage
Biologisch-chemisches ­System, ­
zweistufig
2010 84,0 % < 300 GE/m³, kRw 82,9 %
SKOV A/S Bio FLEX 2-Step Biologisches ­System, ­zweistufig 2010 81,1 % Nicht ­geeignet 85,4 %
SKOV A/S Bio FLEX 3-Step Biologisches ­System, ­dreistufig 2010 93,3 % < 300 GE/m³, kRw 89,0 %
Big Dutchman HelixX (820 mm) Sprühturm­wäscher 2010 88,6 % Nicht ­geeignet 86,0 %
Big Dutchman HelixX (1090 mm) Sprühturm­wäscher 2011 85,0 % Nicht ­geeignet 87,5 %
Reventa TriStar (1090 mm) Sprühturm­wäscher 2011 85,0 % Nicht ­geeignet 87,5 %
Uniqfill Air BV BioCombie Biologischer ­Rieselbettreaktor 2014 82,0 % < 300 GE/m³, kRw 92,2 %
KWB Air BV Kombi Luftwäscher Biologisches ­System, ­dreistufig 2015 74,3 % < 300 GE/m³, kRw 87,8 %
Big Dutchman MagixX-Pig+ Chemischbiologisches System, dreistufig 2015 90,5 % < 300 GE/m³, kRw 83,9 %
RIMU
Agrartechnologie GmbH
Rieselbettreaktor
System RIMU
Biologischer Rieselbettreaktor, einstufig 2015 89,0 % < 300 GE/m³, kRw 90,5 %

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** Gilt nur mit automatischer und kontinuierlich betriebener pH-Wert-Regelung und bei maximal 20 mS/cm im Waschwasser

Generell kann man davon ausgehen, dass die Reinigungsleistungen von biologischen Systemen hinsichtlich Staub- und Ammoniakabscheidung sehr gut mit chemischen Systemen mithalten können. Aufgrund der empfindlichen Mikroorganismen ist ein Betrieb von biologischen Wäschern nicht ohne Risiken. Die Einhaltung der in Tabelle 1 genannten Reinigungsleistungen erfordert eine ständige Kontrolle der Anlage im Betrieb. Chemische Wäscher sind während des Betriebes meist etwas robuster in der Handhabung. Im Unterschied zu Biowäschern ist eine Geruchsabscheidung in diesen Systemen aber nicht ohne weiteres möglich. Um auch mit chemischen Systemen den Geruch dauerhaft abzuscheiden, muss eine nachgeschaltete zusätzliche Biostufe oder ein Biofilter vorhanden sein.

Zur Abscheidung von Bioaerosolen gibt es noch vergleichsweise wenige Messergebnisse. Aus dem Forschungsprojekt „BioAluRein“ zusammen mit verschiedenen Partnern aus Wissenschaft und Prüfwesen [15] weiß man allerdings bereits, dass mit den verfügbaren Abluftreinigungssystemen bei ordnungsgemäßem Betrieb hohe bis sehr hohe (Wirkungsgrad > 80 %) Zurückhaltungen von relevanten Mikroorganismen an Bioaerosolen möglich sind, die Leistungen aber stark schwanken können. Dass Abluftreinigung selbst eine Quelle der Kontamination sein könnte, wurde mit dieser Untersuchung widerlegt. Aufgrund der hohen Nachfrage zu konkreten Messdaten wird demnächst auch die Abscheidung von Bioaerosolen optional in den Prüfrahmen aufgenommen.

5. Betriebsdatenerfassung und elektronisches Betriebstagebuch

Das elektronische Betriebstagebuch (EBTB) ist für den Landwirt wichtig, um Abweichungen vom Normalbetrieb frühzeitig festzustellen und somit Betriebskosten zu sparen. Es hilft ihm ferner, den ordnungsgemäßen Betrieb der Anlage bei Beschwerdefällen nachzuweisen. Alle relevanten Daten werden kontinuierlich aufgezeichnet und für einen Zeitraum von fünf Jahren gespeichert. Elektronisch erfasst werden je nach Reinigungsverfahren Betriebswerte wie:

 

  • Druckverlust über die Abluftreinigungsanlage,
  • Luftdurchsatz,
  • jeweilige Laufzeiten der installierten Pumpen (nicht beim Biofilter),
  • Berieselungs- oder Bedüsungsintervalle,
  • Frischwasserverbrauch der Abluftreinigungsanlage,
  • Stromverbrauch der Abluftreinigungsanlage,
  • Abgeschlämmte Wassermenge und Verbleib (nicht beim Biofilter),
  • pH-Wert (nicht beim Biofilter)
  • Leitfähigkeit des Waschwassers (bei Wäschern) und
  • Roh- und Reingastemperatur (Reingastemp. nicht beim Biofilter).

Darüber hinaus sind Vorgänge wie:

 

  • Sprühbildkontrolle der Berieselungs- oder Bedüsungseinrichtungen,
  • Kalibrieren der pH-Sonde,
  • Wartungs- und Reparaturzeiträume und
  • Filtermaterialwechsel

ebenso wie die Verbräuche von z. B. Säure und Lauge manuell oder elektronisch im Betriebstagebuch festzuhalten und im Falle der Säure mit Einkaufsbelegen zu dokumentieren. Die Betriebswerte werden automatisch erfasst und in einem stündlichen Intervall gespeichert.

Dem Betreiber dient das elektronische Betriebstagebuch somit zur Betriebsüberwachung und Steuerung der Abluftreinigungsanlage. Bei Abweichungen der Ist- von den Sollwerten sind Maßnahmen zu Korrektur, gegebenenfalls Wartungs- und Reinigungsarbeiten durchzuführen, um den ordnungsgemäßen Betrieb weiterhin sicherzustellen.

Die elektronischen Betriebstagebücher sind heute überwiegend in der Anlagensteuerung integriert und mit touch panels ausgestattet, die einen schnellen Überblick des aktuellen Betriebszustandes ermöglichen. Die Speichereinheit ist in der Regel mit einem SD-Karten-Schacht versehen, über den die gespeicherten Daten z. B. im CSV- oder Excel-Format von autorisierten Personen ausgelesen werden können. Hiervon machen bereits zunehmend Genehmigungsbehörden im Rahmen ihrer Überwachungstätigkeit Gebrauch. In Verbindung mit entsprechenden Wartungsverträgen können die Anlagen auch online von den Herstellerfirmen überwacht werden. Sie geben den Betreibern Hinweise für entsprechende Eingriffe und Fehlerkorrekturen oder die Herstellerfirmen führen diese vor Ort selbst durch.

Die Anlagenüberwachung mit Hilfe des EBTB sollte vom Betreiber auch zur Optimierung der Betriebskosten genutzt werden. Aus dem EBTB kann der Anstieg des Druckverlustes über die gesamte Abluftreinigungsanlage oder bei mehrstufigen Anlagen auch für einzelne Stufen abgelesen werden. Der Druckanstieg spiegelt in Rieselbettreaktoren und mehrstufigen Verfahren recht sensibel den Verschmutzungsgrad der ARA wider. Zu Verschmutzungen kommt es z. B. durch Staubablagerungen, insbesondere infolge einer unvollständigen oder lückenhaften Berieselung sowie durch das Zuwachsen der reinigungsaktiven Flächen mit mikrobiell aktivem Material. Druckstabile Ventilatoren können einen solchen Anstieg bei gleichbleibender Luftvolumenförderung zwar eine Zeit lang ausgleichen, verbrauchen dabei aber zunehmend mehr kostspielige Energie. Mit Hilfe des EBTB kann die ARA mithin gezielter im Bereich optimaler Betriebspunkte gefahren und dadurch die Kosteneffizienz der Abluftreinigung verbessert werden (siehe auch Kapitel 6).

6. Optionen zur Reduzierung der Betriebskosten

6.1 Zuluftkonditionierung


Abluftreinigungsanlagen werden im Regelfall auf die maximal erforderliche Luftwechselrate bei durchschnittlich vollem Besatz unter Sommerluftbedingungen ausgelegt. Die durchschnittliche Luftrate beträgt im Jahresmittel jedoch nur ca. 48 % der maximalen Luftwechselrate, was bedeutet, dass die Abluftreinigungsanlage für weite Zeiträume überdimensioniert ist. Vor diesem Hintergrund sind Maßnahmen der Zuluftkonditionierung empfehlenswert, die einerseits dem Tierwohl dienen (Amplitudendämpfung der Stallinnentemperatur) und andererseits zu einer deutlichen Reduktion der Investitionskosten für die Abluftreinigungsanlage führen können. Umfangreiche Ergebnisse über eine vergleichende Bewertung verschiedener Kühlsysteme (Hochdruckbefeuchtung, Kühlpads, Unterflurzuluftführung, Referenzsystem ohne Kühlung) finden sich in [13]. Nach diesen Untersuchungen sind bei Neubauten vor allem Unterflurzuluftsysteme besonders effizient. Sie verursachen nur eine geringe Erhöhung des Druckverlustes und bedingen daher auch nur einen geringen Energieverbrauch. Durch den zusätzlich erreichten Wärmerückgewinnungseffekt lassen sich die zusätzlichen Baukosten und Betriebskosten einsparen. Für Nachrüstungen werden Kühlpads empfohlen.

Durch Einsatz einer Zuluftkühlung können nach Berechnungen von [14] etwa 30 % des Volumenstromes eingespart werden. Die Verringerung des Volumenstromes führt zu kleineren Abluftreinigungsanlagen und zu Einsparungen bei der aufzuwendenden Pumpenenergie bei Abluftwäschern. Die mögliche Energieeinsparung wird mit 28 % für die Gesamtanlage angegeben. Auch die Verbesserung des Stallklimas wird bestätigt.

6.2 Schadgasquellen und deren Minderung

Hohe und vermeidbare Frachten an Ammoniak und Stäuben können die Betriebskosten einer Abluftreinigungsanlage erheblich erhöhen. Bei biologisch arbeitenden Wäschern muss zur Sicherstellung des ordnungsgemäßen Betriebes ein pH-Wert von ca. 6,5 – 7 im Waschwasser eingehalten werden. Im Falle einer nicht laufenden biologischen Ammoniakoxidation zu Nitrit und Nitrat muss der pH-Wert mit Säure auf den genannten Bereich eingestellt werden. Rein rechnerisch würden unter diesen Bedingungen zur Rückhaltung von 1 kg Ammoniak ca. 2,9 kg Schwefelsäure benötigt. Erfolgt die biologische Oxidation, sind Alkalien zu dosieren, um ein Absinken des pH-Wertes in den sauren Bereich zu unterbinden. Der Verbrauch an Kalilauge (100 %) kann sich unter diesen Bedingungen auf bis zu 4,5 kg je Mastplatz und Jahr summieren. Vor diesem Hintergrund ist es empfehlenswert, die Ammoniakemissionen durch stallinterne Maßnahmen möglichst auf einem geringen Niveau zu halten. Hier wären eine eiweißreduzierte Multiphasen-Fütterung, eine möglichst durchgehende Sauberkeit im Stall sowie die Reduzierung emittierender Oberflächen und eine Stalllüftung zu empfehlen, bei der die Luftgeschwindigkeiten an emittierenden Oberflächen möglichst gering sind. Hohe Temperaturen und Luftfeuchten im Stall tragen hingen zur Erhöhung der Ammoniakfrachten bei. Auch Unterflurentlüftungen mit nicht ausreichenden Abständen zur Gülleoberfläche wirken sich diesbezüglich nachteilig aus. Ferner ist bei Abluftwäschern zu bedenken, dass mit einer steigenden Ammoniakfracht auch das zu lagernde und zu verwertende Abwasservolumen ansteigt. Bei biologisch arbeitenden Wäschern ist mit einem Abwasseranfall von ca. 0,2 m³ je Kilogramm abgeschiedenen Stickstoff zu rechnen.

Stäube führen aufgrund ihres nicht vollständigen Abbaus in den biologisch arbeitenden Abluftwäschern und vor allem auch in chemisch arbeitenden Waschstufen zu technischen Problemen und in vielen Fällen auch zu einem allmählichen Zuwachsen der freien Durchtrittsfläche. Bei gleichem Volumenstrom führt eine Halbierung der Durchtrittsfläche, z. B. wegen Verschmutzung, zu einer Verdopplung der Durchtrittsgeschwindigkeit, und das führt zu einer Vervierfachung des Druckverlustes. Vor diesem Hintergrund ist es empfehlenswert, die Staubfrachten soweit wie möglich zu reduzieren. Diesbezüglich relevant sind die Art der Fütterung (Trockenfütterung, Nassfütterung), die Luftgeschwindigkeit (hohe Luftgeschwindigkeiten reißen Staubpartikel mit sich), die Sauberkeit im Stall (Futterreste) und andere Faktoren. Ein ausreichend dimensionierter Sammelkanal kann auch zur Staubsedimentation genutzt werden, wenn er sachgerecht dimensioniert wurde und die Strömungsgeschwindigkeiten eine Staubsedimentation zulassen. Ferner ist zu beachten, dass die Füllkörperpackungen bei hohen Staubfrachten häufiger gereinigt werden müssen, um den Druckverlust nicht übermäßig ansteigen zu lassen.

6.3 Filteranströmung

Die Abluft sollte der Abluftreinigungsanlage möglichst mit geringer Geschwindigkeit und unter Vermeidung scharfer Umlenkungen zugeführt werden und diese möglichst gleichmäßig durchströmen. Zu gering dimensionierte Rohrquerschnitte in den Zuleitungen führen zu höheren Strömungsgeschwindigkeiten und dementsprechenden Druckverlusten. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten verhindern auch eine Staubsedimentation in Sammelkanälen. Bei Einsatz mehrerer Ventilatoren im Druckbetrieb sollten diese so angeordnet und betrieben werden, dass eine gleichmäßige Anströmung der Abluftreinigungsanlage gewährleistet ist. Vielfach ist in dieser Hinsicht eine synchrone Ansteuerung der Ventilatoren günstiger zu bewerten als nicht synchrone Ansteuerungen. Die der ersten Austauschfläche vorgeschaltete Druckkammer sollte ausreichend bemessen sein, so dass sich das Rohgas gleichmäßig verteilen kann, bevor es durch die Austauschfläche strömt. Geringe Abstände zwischen Ventilatoren oder gar ein direktes „Draufblasen“ durch nicht synchron arbeitende Ventilatoren würde diesen Anforderungen hingegen nicht gerecht werden. Im Saugbetrieb ist neben einer guten Tropfenabscheidung für ausreichende Abstände der Ventilatoren von den Tropfenabscheidern zu achten. Diese Empfehlung ergibt sich aus dem Risiko des Tropfenmitreißens und entsprechenden Korrosionsproblemen sowie aus der Tatsache, dass die Austauschflächen bei zu geringen Abständen nicht gleichmäßig durchströmt werden.

6.4 Vorbedüsung und Berieselung

Füllkörperpackungen können durch übermäßige Staubeinträge oder durch hohe organische Belastungen, die zum Aufbau von Biomasse führen, allmählich verstopfen (Abb. 8).

Dementsprechend sollten der Staubeintrag sowie der Eintrag organischer Belastungen soweit wie möglich begrenzt werden. Hohe organische Belastungen können beispielsweise auftreten, wenn Lebensmittelreste verfüttert werden, die zum Teil bereits vergoren sind und leicht flüchtige Fettsäuren freisetzen, die auch zur Erhöhung der Geruchsfreisetzung beitragen.

Wenn eine Füllkörperpackung allmählich verstopft, steigt der Energieaufwand, der zur Förderung eines definierten Luftvolumens erforderlich ist, zum Teil erheblich an (s. Abb. 9). Neben den genannten Maßnahmen kann auch eine Vorbedüsung hilfreich sein, um einer Verstopfung vorzubeugen. Die Vorbedüsung wird entweder im zuführenden Luftkanal installiert oder in der Druckkammer vor Eintritt in die erste Füllkörperpackung. Eine funktionierende Vorbedüsung kann die Ablagerungen im Eintrittsbereich der Füllkörper auswaschen bzw. deren Ablagerung sogar verhindern. Denn Erfahrungen haben gezeigt, dass sich hier ansonsten immer wieder Trockenzonen ausbilden, die dann sehr schnell zur Verstopfung neigen und dann für den Stoffaustausch nicht mehr zur Verfügung stehen. Dies kann bei Füllkörpern umso kritischer sein, je dicker das Füllkörperpaket ist, denn der verstopfte Bereich führt auch zur Inaktivierung des Areals über der betroffenen Stelle. Die Vorbedüsung kann auch dazu beitragen, die Luftfeuchte zu erhöhen und damit der Ausbildung von Trockenzonen entgegen zu wirken. Bei Systemen ohne Vorbedüsung wird oft über die Erhöhung der Wassermenge versucht, Verstopfungen zu vermeiden. Diese erheblichen Wassermengen wären jedoch weder zum Ausgleich der Verdunstungsverluste noch zum Abtransport der abgeschiedenen Spurengase und Stäube erforderlich. Generell ist es zur Begrenzung der Betriebskosten empfehlenswert, sowohl auf die Veränderungen des Druckverlustes bei bestimmten Luftraten zu achten und gegebenenfalls die Anlage bei Überschreitung der vom Hersteller als üblich angegebenen Druckverluste zu reinigen.

Abbildung 9: Beispiel für den Druckanstieg einer verstopften und einer vergleichbaren  freien Füllkörperpackung in Abhängigkeit der Luftrate

Abbildung 9: Beispiel für den Druckanstieg einer verstopften und einer vergleichbaren
freien Füllkörperpackung in Abhängigkeit der Luftrate

6.5 Reduzierung des Waschwasseranfalls

Der Waschwasseranfall bei Abluftreinigungsanlagen wird im Wesentlichen durch den Ammoniakeintrag über die Abluft bestimmt. Dies wiederum bedeutet, dass alle Maßnahmen, die zur Verminderung der Ammoniakemissionen aus dem Stall beitragen, auch den Waschwasseranfall reduzieren. Relevante Optionen zur Minderung der Freisetzung von Ammoniak aus dem Stall sind neben der bedarfsgerechten und eiweißangepassten Fütterung die Sauberkeit und eine fachgerecht ausgelegte und betriebene Lüftung. Unterflurentlüftungen können zu erhöhten Ammoniakemissionen beitragen.

Grundsätzlich muss zwischen chemisch und biologisch arbeitenden Waschstufen unterschieden werden. Bei chemischen Waschstufen wird überwiegend Schwefelsäure zur Ansäuerung des Waschwassers eingesetzt, um das Ammoniak aus der Abluft in möglichst hoch konzentrierter Ammoniumsulfat-Konzentration binden zu können. Begrenzender Faktor ist hier oft nicht die Ausfällung von Salzen sondern der mit dem Ammoniak eingetragene Staub, der zu verfahrenstechnischen Problemen bei zu starker Aufkonzentrierung führen kann. Daher werden weitere Einsparungen hier nur mit einer Separationseinheit für Staub und Partikel möglich sein (Wasserfilter, Schlammsetzbecken, Schwimmskimmer). Der Waschwasseranfall bei chemischen Wäschern ist um den Faktor 5 – 10 geringer als bei biologisch arbeitenden Wäschern. Bei biologisch arbeitenden Waschstufen fallen aufgrund der Ammoniakfrachten aus den Ställen erhebliche Waschwassermengen an, weil für den ordnungsgemäßen Betrieb die Stickstoffkonzentration im Waschwasser bei einstufigen Anlagen im Regelfall nicht über 5 kg/m³ steigen darf. Neben den genannten Maßnahmen im Stall sind hier Einsparmöglichkeiten nur durch weitere Schritte zur Wasseraufbereitung denkbar, die jedoch bislang nicht praxistauglich oder noch zu teuer sind (Stand: 2014). Zu diesen Maßnahmen gehören Verfahren wie die Denitrifikation, bei der Nitrit und Nitrat unter Zugabe einer Kohlenstoffquelle und in Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff unter Bildung von molekularem Stickstoff beseitigt werden. Membranverfahren zur Herstellung von Nährstoffkonzentraten befinden sich derzeit noch in der Entwicklung. Eine weitere Option ist die chemische N-Elimination, bei der Nitrit und Ammonium unter geeigneten Prozessbedingungen zu molekularem Stickstoff umgesetzt werden können.

6.6 Reduzierung der Druckverluste

Wesentlichen Einfluss auf die Druckverluste einer Abluftreinigungsanlage haben die sachgerechte Dimensionierung, die gleichmäßige Anströmung der Austauschflächen sowie die regelmäßige Reinigung der Abluftreinigungsanlage. Anlagen, die zu klein und somit für eine zu hohe Filterflächenbelastung (m³ Abluft je m² Filterfläche und Stunde) ausgelegt sind, führen zu dauerhaft hohen Druckverlusten während des Anlagenbetriebes. DLG-zertifizierte Anlagen sind hingegen sachgerecht dimensioniert und haben ihre Funktionssicherheit nachgewiesen. Notwendigkeit und Sinn einer gleichmäßigen Anströmung wurden bereits dargelegt (s. Filteranströmung) wie auch die Bedeutung der Vorbedüsung für die Vermeidung von Verstopfungen, die schnell zu erhöhten Druckverlusten führen (s. Vorbedüsung und Berieselung). Insbesondere bei biologisch arbeitenden Abluftwäschern ist bei erhöhten Einträgen von Staub mit der Bildung von Staubablagerungen und Biomasse aus dem Abbau dieser Stäube zu rechnen. Der Abluftwäscher kann daher dauerhaft nur ordnungsgemäß betrieben werden, wenn diese Stoffe auch aus dem Wäscher regelmäßig entfernt werden.

Maßnahmen zur Zuluftkonditionierung reduzieren den Volumenstrom und damit auch die Filterflächenbelastung und können somit auch ein wirksames Instrument zur Reduzierung der Druckverluste darstellen.

7. Eigenkontrolle und Anlagenwartung

Zur Aufrechterhaltung des ordnungsgemäßen Betriebes einer Abluftreinigungsanlage (ARA) sollte der Betreiber eine ständige Eigenkontrolle durchführen und neben den Wartungs- und Reinigungsarbeiten, die im Zuge von Wartungsverträgen von den Anlagenherstellern durchgeführt werden, einfache Wartungs- und Reinigungsarbeiten selbst durchführen. Hierzu ist die Anlage durch tägliche Inaugenscheinnahme der wichtigsten Funktionsbereiche zu kontrollieren. Das EBTB (siehe Abschnitt 5) kann über die von ihm erfassten Parameter einen ergänzenden Eindruck über den Zustand der ARA geben. Die Eigenkontrolle umfasst dabei sowohl die Funktionen der ARA als auch die maßgeblichen Parameter des Stallklimas, welches sich z. B. durch einen Leistungseinbruch beim Abluftdurchsatz unmittelbar nachteilig bis existenziell bedrohlich auf den angeschlossenen Tierbestand auswirken kann.
Um ein anhaltend hohes Niveau der Reinigungsleistung zu gewährleisten, sind die Prozessbedingungen in dem anlagenspezifisch dafür vorgesehenen Spielraum einzuregeln. Bei den reinigungsaktiven Flächen (z. B. Filterwände, Füllkörperpackungen, Biofiltern) ist in diesem Zusammenhang auf eine ausreichende, homogene und flächendeckende Befeuchtung zu achten. Dies setzt voraus, dass alle im Verfahren eingesetzten Wasser bzw. Waschwasser führenden Leitungen und Kanäle, Düsen und Bohrungen von Verstopfungen frei gehalten werden. Den erforderlichen Druck für die Benetzung der reinigungsaktiven Flächen bzw. Aufrechterhaltung einer systemspezifischen Berieselungsdichte liefern Pumpen, deren Funktion und Leistung permanent zu kontrollieren sind. Da Waschwasser während der Reinigungsprozesse verdunstet, ist ein ausreichender Füllstand in der Waschwasservorlage zu gewährleisten – z. B. durch eine betriebsbereite niveaugesteuerte Frischwassereinspeisung. Das Waschwasser in biologischen Wäschern reichert sich mit Staub und Stickstoffverbindungen (Ammonium, Nitrit, Nitrat) an und muss daher zur Aufrechterhaltung der mikrobiologischen Aktivität, aber auch um Verstopfungen zu vermeiden, in entsprechenden Zyklen abgeschlämmt werden.

Ein pH-Wert-Anstieg in biologischen Wäschersystemen aufgrund unzureichender Abschlämmung oder bei Chemowäschern aufgrund unzureichender Säurezugabe sowie trockene Füllkörperwände infolge mangelhafter Berieselung können eine verminderte Ammoniak-Abscheidung bewirken. Bei mehrstufigen Systemen ist dies beispielsweise daran zu erkennen, dass der Biofilter auf der Lichtseite Algen bildet und insgesamt schneller kompostiert. Werden in Rieselbettreaktoren, mehrstufigen Verfahren oder Chemowäschern pH-Wert-Regelungen zur Unterstützung der mikrobiologischen Aktivität bzw. zur Säurewäsche eingesetzt, sind sowohl die pH-Wert-Mess- als auch die Säure- und Laugendosiereinrichtungen regelmäßig auf ihre Funktionstüchtigkeit zu überprüfen. Mindestens ebenso wichtig ist es, ständig eine ausreichende Menge an Schwefelsäure und Lauge bzw. Puffer vorzuhalten. Während die pH-Wert-Regelung vom Betreiber regelmäßig selbst kalibriert werden kann, sollten Säuredosieranlagen nur von geschultem Fachpersonal gewartet werden. Steigt in einer ARA der Differenzdruck, ist dies i. d. R. ein Indiz für den Beginn von Verstopfungen. Die Ursache kann bei Rieselbettreaktoren, Chemowäschern und mehrstufigen Verfahren eine Verstopfung der reinigungsaktiven Flächen (Filterwände) bzw. Einbauten (Füllkörperpackungen) sein. Bei Biofiltern bewirkt die (gewünschte) mikrobielle Aktivität eine Kompostierung des organischen Materials, wodurch es zu Materialsetzungen kommt, die höhere Gegendrücke hervorrufen. Steigt der Differenzdruck über den anlagenspezifischen Sollwert, sind Tropfenabscheider, Filterwände und Füllkörperpackungen zu reinigen. Bei einstufigen Biofiltern ist daher ein regelmäßiger Wechsel der Holzhackschnitzel-Schicht nach einem Jahr bzw. bei mehrstufigen Anlagen ein Austausch des gerissenen Wurzelholzes nach fünf Jahren notwendig, um den Folgen der Kompostierung, der Anreicherung von Salzen und der Tendenz der Bildung von unerwünschten Sekundärgasen zu begegnen. Tritt die Kompostierung schneller ein, ist das Schüttmarerial bereits entsprechend früher zu tauschen. Bei der Reinigung der reinigungsaktiven Flächen muss die ARA abgeschaltet werden, um die entsprechenden Arbeiten durchführen zu können. Bei Haltungsverfahren im stallweisen Rein-Raus-Verfahren können diese Tätigkeiten mit der Serviceperiode des Stalles kombiniert werden und bei ausgeschalteter Lüftung erfolgen. Bei kontinuierlichen Haltungsverfahren oder beim abteilweisen Rein-Raus-Verfahren kann die ARA abgeschaltet werden, die Stalllüftung ist hingegen aufgrund der teilweisen Belegung des Stalles weiterhin zu betreiben. In jedem Fall ist es ratsam im Hinblick auf Wartungs- und Reinigungsarbeiten bei der Wahl und dem sachgerechten Einsatz von Reinigungsmitteln und -geräten auf Informationen des Anlagenherstellers zurückzugreifen oder sich von diesem schulen zu lassen. Die Einhaltung der von den Anlagenherstellern angegebenen und in der Regel im Genehmigungsverfahren festgelegten Abscheideleistungen ist indes ein wichtiger Gesichtspunkt, denn es ist festzustellen, dass die Genehmigungsbehörden die Kontrolle und Überwachung der Abscheideleistung von ARA in der Tierhaltung intensivieren.

8. Literatur

[01] DIN 18910-1: 2004-11: Wärmeschutz geschlossener Ställe – Wärmedämmung und Lüftung – Teil 1: Planungs- und Berechnungsgrundlagen für geschlossene zwangsbelüftete Ställe. Beuth Verlag Berlin
[02] „Tierschutz-Nutztierhaltungsverordnung in der Fassung der Bekanntmachung vom 22. August 2006 (BGBl. I S. 2043), die zuletzt durch Artikel 1 der Verordnung vom 5. Februar 2014 (BGBl. I S. 94) geändert worden ist“.  Zugriff am 25. 7. 2014
[03] DLG-Prüfbericht 5699: Abluftreinigungssystem für die Schweinehaltung, Zugriff am 25. 7. 2014
[04] DLG-Bericht 5702: Abluftreinigungsanlage Dorset-Rieselbettfilter, Zugriff am 25. 7. 2014
[05] DLG-Bericht 6178: Biologischer Rieselbettreaktor Biocombie für die Schweinehaltung, Zugriff am 25. 7. 2014
[06] DLG 5879: Abluftreinigungsanlage „Biologic Clean Air Kombiwäscher BCA 70/90“, Zugriff am 25. 7. 2014
[07] DLG-Bericht 6051: Abluftreinigungsanlage „Abluftwäscher Rohreinbau“, Zugriff am 25. 7. 2014
[08] DLG-Bericht 6050: „Abluftreinigungsanlage HelixX“, Zugriff am 25. 7. 2014
[09] DLG-Bericht 6057: Zweistufige Abluftreinigungsanlage, Zugriff am 25. 7. 2014
[10] DLG-Bericht 5955: Dreistufige Abluftreinigungsanlage Bio Flex – 3 step (dreistufig), Zugriff am 25. 7. 2014
[11] DLG-Bericht 6098: Dreistufige Abluftreinigungsanlage Kombi Luftwäscher, Zugriff am 25. 7. 2014
[12] DLG-Bericht 5880: Chemowäscher (+), Zugriff am 25. 7. 2014
[13] Joachim Pertagnol: Untersuchung zu verschiedenen Zuluftführungs- und Kühlungsmöglichkeiten in Mastschweineställen. Dissertation Hohenheim 2013
[14] Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie Sachsen: Energieeffizienz in der Abluftreinigung (Schweinehaltung). Schriftenreihe, Heft 19/2014
[15] Tierärztliche Hochschule Hannover, Abschlussbericht „Prüfung und Bewertung der biologischen Sicherheit von anerkannten Abluftreinigungsanlagen in der Nutztierhaltung“ (Kurztitel: BioAluRein), 2013

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