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NEUE TECHNIK: AUS SCHWEINEGÜLLE WERDEN HOCHWERTIGE ROHSTOFFE
Die kaskum GmbH aus Friesoythe will am Küstenkanal etwa 15 Millionen Euro investieren. Enstehen soll eine Transformationsanlage, die mit einem neuen Verfahren pro Tag aus etwa 3000 Kubikmeter Schweinegülle einleitfähiges, d.h. sauberes Wasser sowie hochwertige, wiederverwertbare Rohstoffe macht.
Wir beabsichtigen, im c-Port eine technische Vollaufbereitung für Schweinegülle zu bauen. Wir kalkulieren mit 8000 Betriebsstunden pro Jahr. Die Biologie der Anlage wird durchgängig arbeiten. Um eine wirtschaftlich vertretbare Kostenbelastung für die Landwirtschaft einzuhalten, ist diese geplante Größenordnung erforderlich. Dies gilt insbesondere für die sehr teure Wasseraufbereitung.
Bis April 2020 haben wir etwa 2,5 Millionen Euro in die Entwicklung, Erprobung und Planung unserer Anlage investiert. Insgesamt wird das Projekt, das wir am Küstenkanal realisieren, ein Investitionsvolumen von etwa 15 Millionen Euro haben.
Versuchsanlage im Jahr 2014
Warum der Standort c-Port?
Wir haben auch andere Standorte geprüft, allerdings ist der c-Port aus logistischen Gründen der beste Standort. Die Entscheidung für den c-Port fiel wegen seiner besonderen logistischen Lage mit B 401 und B72 sowie Küstenkanal.
Wieviel Arbeitsplätze sollen geschaffen werden?
Zunächst werden ca. 20 Vollzeit-Arbeitsplätze entstehen, darunter Maschinenführer, Elektriker, Mechatroniker.
Wo wird die Gewerbesteuer gezahlt?
Wir sind ist ein selbstständiges Unternehmen mit Sitz in Friesoythe.
Werden die von uns eingesetzten Verfahren schon angewendet?
Um das Verfahren zu testen, wurden umfangreiche Tests vorgenommen, aus denen auch die Daten zur Auslegung der großtechnischen Anlage abgeleitet wurden. Wesentliche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, sowohl für die einzelnen Prozessschritte als auch für das Gesamtverfahren, wurden danach abgeschlossen. Im „Bericht zur Gülleaufbereitung“ (Fraunhofer 2013) wurden die Untersuchungsergebnisse des grundlegenden Vergleichs von Verfahrensalternativen zusammengefasst. Schlussfolgernd wurde empfohlen, eine Pilotanlage im „Technikumsmaßstab“ mit definierten Verfahrens- und Leistungsstufen zu betreiben. Die erforderliche Anlagentechnik wurde dann 2014 in der Gemeinde Friesoythe im sechsmonatigen Pilotbetrieb bei einer Kapazität von 5.000 m³ Rohgülle erfolgreich getestet:
Versuchsanlage im Jahr 2014
Projektbegleitend wurden dazu an verschiedenen Hochschulen (Hähnel 2015, Mousel et al. 2015, Strzałkowski 2014) und wiederum unter Begleitung von drei Unternehmen sowie der Fa. KASKUM Studienabschlussarbeiten erstellt. Diese beschäftigen sich mit der biologischen Elimination von organischem Kohlenstoff und Stickstoff aus Schweinegülle in einem Pilot Cross-Flow-MBR. Im Pilotbetrieb überzeugten sowohl die Komponenten als auch das gesamte Verfahren durch Robustheit, Verlässlichkeit und Betriebssicherheit, womit es seine Eignung für einen kontinuierlichen Betrieb zur gesicherten Entsorgung von Gülle unter Beweis gestellt hat. Besondere Vorteile des Verfahrens konnten hinsichtlich seiner Leistungsstärke und Flexibilität festgestellt werden. Auch bei Schwankungen in der Qualität und Quantität der zugeführten Gülle erreichte der Prozess immer eine maximale Reinigungsleistung bei minimalem Reststoffanfall. Als weiterer Vorteil stellte sich die Modularisierung der Anlagentechnik heraus, welche die Skalierung und spätere wirtschaftliche Folgeprojekte erleichtert. Fraunhofer bewertete den erprobten Prozess als innovativen Lösungsansatz. Auch die Landwirtschaftskammer Niedersachsen und der Oldenburg-Ostfriesische Wasserverband (OOWV) befürwortete die Errichtung einer Transformationsanlage zentral in der Veredelungsregion.
Wie ist die Ökobilanz der Anlage?
Die Ökobilanz ist positiv, da die von uns verarbeitete Menge an Schweinegülle nicht mehr auf die Ackerflächen ausgebracht wird. Zudem ersetzt das neu produzierte Ammoniumsulfat (ASL) einen großen Anteil mineralischen Stickstoff, dessen industrielle Produktion einen hohen Energieeinsatz erfordert.
Von dem Dekanter gehen keine Feinstaubemissionen aus, da die Abluft über die Ammoniakwäsche geleitet wird. Ammonium-Stickstoff wird rückgewonnen als ein flüssiges Düngemittel gemäß DümV, womit Einsatz von Kunstdünger vermieden und damit viel CO2 reduziert wird.
Klimaschutz erfolgt auch durch Reduzierung der Stickoxid-Emissionen, die durch ausgebrachte Gülle entstehen. CO2 wird nicht reduziert, aber es erfolgt die vollständige Entnahme (!) des gesamten Stickstoffs. d.h. Schutz der Oberflächengewässer und Fischpopulationen vor giftigem Ammonium. Schutz und Entlastung der Oberflächengewässer vor eutrophierenden Nitraten und Phosphaten; Schutz des Grund- und Trinkwassers vor gesundheitsschädlichen Nitraten. Schutz der Bevölkerung vor Geruchsbelästigung und evtl. Verbreitung von Krankheitserregern über den Luftpfad wie z.B. bei ausgebrachter Gülle möglich.
Die Planung & Gestaltung
Was sind die Schritte bis zur Inbetriebnahme?
Unser Ziel ist es, in den kommenden Monaten den Bauantrag für unsere Anlage vorzubereiten, diesen dann einzureichen, damit die Behörden im Zusammenspiel mit unseren Fachleuten alle erforderlichen Schritte für eine Genehmigung gehen können.
Wann könnte die Anlage den Betrieb aufnehmen?
Wir möchten mit der ersten Baustufe in 4. Quartal 2021 beginnen. Nach Vorlage aller erforderlichen Genehmigungen durch die zuständigen Behörden wird die Bauzeit etwa 2 Jahre betragen.
Die Rohstoffe
Welche Rohstoffe nutzen wir?
Unsere Anlage hat das Ziel, etwa eine Mio. Kubikmeter Rohgülle pro Jahr zu verarbeiten.
Woher kommen die Rohstoffe?
Der vorgesehene Radius für die Anlieferung ist etwa 75 Kilometer, d.h. das Einzugsgebiet umfasst die Landkreise Ammerland, Cloppenburg, Emsland, Oldenburg, Vechta; geliefert von Landwirten und Lohnunternehmen.
Wie wird angeliefert?
Mit bis zu 130 Lkw am Tag. Die Anlieferung erfolgt ausschließlich an Werktagen und wir werden mit unseren Lieferanten festlegen, dass für die Anlieferung Hauptverkehrswege zu nutzen sind. Die Anlieferung erfolgt durch Landwirte und Lohnunternehmen. Wir werden keine eigene Logistik betreiben. Von der Beladung bis zu der Abgabe erfolgt eine durchgängige digitale Erfassung. Damit ist über den Kreislauf aller Nährstoffe eine vollständige Transparenz gewährleistet.
Für die Anlieferung von Betriebsmitteln (keine Gülle) könnte der Küstenkanal ein wirtschaftlich interessanter Verkehrsweg sein.
Die Erzeugnisse
Was wird aus der Schweinegülle?
Wir schaffen es mit unserem Verfahren, aus der Gülle einleitfähiges Wasser (55 Prozent), Feststoffe (26 Prozent) und zwei weitere flüssige Düngerfraktionen zu produzieren, die in vollem Umfang wiederverwertet werden können. Das ist der größte Pluspunkt unserer Anlage. Somit werden auch nur etwa 40 Prozent der angelieferten Mengen wieder per Lkw abtransportiert werden.
Wie werden die Erzeugnisse wiederverwertet?
Wir haben bereits zum jetzigen Zeitpunkt – also noch bevor der erste Bauantrag gestellt ist – Vorverträge mit der Industrie und Lohnunternehmen abgeschlossen. Das zeigt uns, dass wir eine sehr gute Lösung für die Herausforderung „Schweinegülle” gefunden haben.
Welche Abfallprodukte fallen im Produktionsprozess an? Und wie werden diese entsorgt?
Es entstehen keine Abfallprodukte, die entsorgt werden müssen. Wir produzieren wertvolle Düngemittel., z.B. Konzentrat der Umkehrosmose: geruchsfrei, arm an C, N und P; reich an Kalium – Kalidünger
Die Technik
Das KASKUM (KASkadeUMwelt)-Verfahren besteht aus den unten schematisch dargestellten vier Verfahrensschritten, die im großtechnischen Maßstab mit der geplanten Kapazität von einer Mio. Kubikmeter Rohgülle pro Jahr sowie der kompletten Einhausung die Limitierungen der herkömmlichen Verfahren nicht aufweisen und in ihrer Kombination zur Anwendung bei der Schweinegülle innovativ sind.
Das technologische Konzept umfasst nach Lagerung und Homogenisierung des Eduktes vier maßgebliche Prozessschritte der Feststoffseparation, der Ammoniakstrippung, der biologischen Behandlung im Membran-Bio-Reaktor sowie der Umkehrosmose.
Schematische Darstellung der Prozessschritte des KASKUM-Verfahrens
1. Feststoffabtrennung
Zunächst wird die Rohgülle über eine Grobfiltrierung gesammelt und homogenisiert. Anschließend werden die Feststoffe über eine 2-stufige Dekanter-Zentrifugenstation abgetrennt. In der ersten Dekanterstufe werden die gröberen Feststoffe aufgrund des Dichteunterschieds von der wässrigen Phase getrennt (Zentrifugalkraft), wobei keine weiteren Hilfsstoffe zum Einsatz kommen. So werden bereits im ersten Schritt durch die optimierten Einstellungen die gelhaltigen Inhaltsstoffe und die Eiweiß-Phosphat-verbindungen und mit ihnen bis zu 70 % des pflanzenverfügbaren Phosphats abgetrennt. In der zweiten Dekanterstufe werden die feineren Partikel nach dem gleichen Prinzip, aber unter Zuhilfenahme von Flockungshilfsmitteln, separiert. Bei den Flockungshilfsmitteln handelt es sich um neuartige, umweltfreundliche und stärkebasierte Flockungsmittel, die in zwei Forschungsprojekten entwickelt und optimiert wurden. Durch diese Optimierung werden – anders als bei sonstigen Feststoffabtrennverfahren – 98% des Phosphats im Feststoff konzentriert. Das Ammonium bleibt weitgehend in der flüssigen Phase.
2. Ammoniakstrippung
Im zweiten Prozessschritt wird der ammoniumhaltige Ablauf aus dem Dekanter in einer Luftstrippanlage behandelt. Hierbei wird der im Abwasser enthaltene Ammoniumanteil als Ammoniak ausgetrieben und anschließend mit Schwefelsäure zu einer Ammoniumsalzlösung umgesetzt. Die Strippung von etwa 80% des Ammoniaks erfolgt bei Temperaturen von 65 bis 70°C und einem pH-Wert von etwa 9,5. Dazu wird die flüssige Phase zunächst dem Feedvorwärmer zugeführt, der einen Teil der Wärmeenergie des abfließenden gereinigten Abwassers zurückgewinnt und zur Vorwärmung des Zulaufs nutzt. Die zur Umwandlung des Ammoniums in Ammoniak erforderliche Erhöhung des pH wird durch die Zugabe von Lauge erreicht. Das gereinigte Abwasser wird mit Hilfe der Stripperabzugspumpe am Apparatesumpf abgezogen. In der Absorptionskolonne werden die aus dem Stripper kommenden Brüden mit Schwefelsäure gewaschen. Je nach Dichte der Waschlösung wird eine etwa 40 %-ige (NH4)2SO4 -Lösung diskontinuierlich in einen Lagertank ausgeschleust. Die über Kopf abgehenden, fast ammoniakfreien Brüden, werden in einem geschlossenen Luftkreislauf zurück in die Strippkolonne geleitet. Um einen Austrag des stark riechenden, giftigen Ammoniaks in die Umwelt über die Abluft zu verhindern, wird parallel zur kombinierten Ammoniakstrippung/-wäschereinheit ein zusätzlicher Absorber installiert. Er reinigt die hochbeladene Abluft des Dekanters sowie die Strippluft von Ammoniak und erzeugt so konzentrierte, wiederverwendbare (NH4)2SO4 -Lösung.
3. Membran-Bioreaktor (MBR)
Die eigentliche Wasseraufbereitung erfolgt durch einen Membran-Bioreaktor. Die Aufgabe des MBR ist die Entfernung des Stickstoffs (Rest-Ammonium nach der Strippung sowie org. gebundener Stickstoff), die weitere Reduktion des Phosphors sowie der weitestgehend mögliche Abbau der organischen Inhaltsstoffe (sog. CSB) zu CO2. Der MBR ist eine Hochleistungsbiologie, bei der die biologische Abwasserreinigung (Nitrifikation + Denitrifikation) mit einer Filtrationseinheit, der sog. Ultrafiltration, kombiniert wird. Die Ultrafiltration (UF) ist das Herzstück des MBR und wurde speziell für die Behandlung von hochbelasteten Abwässern entwickelt. In der UF wird bei einer Porenweite von ~ 0,02 µm die Suspension aus Biomasse und Wasser, die sich in den Bioreaktoren befindet, filtriert. Dabei wird die gesamte Biomasse („Belebtschlamm“) zurückgehalten und zurück in die Bioreaktoren geleitet, wohingegen das gereinigte Wasser weiter zur Umkehrosmose geleitet wird. Das Besondere an dieser UF ist, dass sie außerhalb der Becken in Form von verstopfungsunempfindlichen und gut zu reinigenden Rohrmodulen aufgestellt wird. Durch den vollständigen Biomasserückhalt wird die optimale Adaption der Organismen an das Abwasser und dadurch die maximale Abbauleistung erreicht. Organische Substanzen, die eine MBR-Anlage mit dem behandelten Wasser verlassen, sind biologisch nicht mehr abbaubar – bei Gülle handelt es sich dabei fast ausnahmslos um Huminstoffe. Darüber hinaus werden neben der aktiven Biomasse auch alle in der Gülle enthaltenen Keime zurückgehalten, so dass eine Verschleppung von pathogenen Keimen in die Umwelt ausgeschlossen ist. Im MBR kann der überwiegende Teil der verbliebenen Tierarzneimittel (TAM) abgebaut werden (Mousel et al. 2015).
4. Umkehrosmose
Der Ablauf der BIOMEMBRAT ® -Anlage hat bereits eine sehr hohe Qualität erreicht. Alle biologisch abbaubaren Substanzen, alle Feststoffe sowie der allergrößte Teil des Stickstoffs und des Phosphors wurden bereits in den vorangegangenen Prozessstufen herausgenommen. Doch enthält der Ablauf des MBR noch einen Rest-CSB (biologisch nicht abbaubare Huminsäuren) sowie einen Rest Stickstoff, die eine weiterführende Behandlung erforderlich machen. Aus diesem Grund sieht das Konzept zur Nachbehandlung eine Umkehrosmose vor der Einleitung in das oberirdische Fließgewässer der Sagter Ems vor. Bei der Umkehrosmose handelt es sich – wie auch bei einer Ultrafiltration – um ein physikalisches Trennverfahren. Während die Ultrafiltration Partikel abtrennt und gelöste Substanzen passieren lässt, hält die Umkehrosmose auch im Wasser gelöste Stoffe weitestgehend zurück. Für das KASKUM-Projekt bedeutet das, dass der Rest organischer Substanz (gemessen als CSB), die Reste an Stickstoff und Phosphat sowie die Salze aus der – nun schon weitestgehend gereinigten – Gülle fast vollständig entnommen werden. Weil bei der Umkehrosmose wenig durchlässige Membranen verwendet werden, kann davon ausgegangen werden, dass alle dann noch enthaltenen TAM-Rückstände sowie eventuelle Metabolite der TAM im Konzentrat verbleiben und somit nicht mehr in die Gewässer eingeleitet werden.
Erfolgreiche Pilotanlagen: 2014 testete die KASKUM ihre Transformationsanlage. Foto: KASKUM
Wie funktioniert die Wasseraufbereitung?
Für die mechanische Trenntechnik, d.h. das Abtrennen der Feststoffe innerhalb der Gülle, ist die Firma GEA verantwortlich. Die Technik der Firma Byosis wird den größten Teil des Ammoniums/Stickstoffs entfernen und zurückgewinnen. Anschließend wird die MBR Biologie von Wehrle das Wasser weiter aufbereiten. Im MBR bauen bestens angepasste Bakterien die organischen Inhaltsstoffe und die Stickstoffverbindungen ab zu N2 – wie eine Kläranlage, nur viel effektiver und sicherer durch die Ultrafiltration. Die Umkehrosmose benutzt eine Membran, die ausschließlich gelöste Stoffe passieren lässt und davon nur sehr wenig. Sie ist Barriere für die Salze, auch Nitrat oder TAM oder Schwermetalle. Krankheitserreger können diese Membran nicht passieren. Es sind kompakt und geschlossene Systeme, d.h. kein Geruch und auch keine Aerosole, die durch den Wind davongetragen werden können.
Welche Emissionen gehen nach Ihren Planungen von der Anlage aus (Gerüche, Wasser etc.)?
Wir wissen, dass das Thema Emissionen für die Menschen in der Region wohl das wichtigste ist. Eine saubere Anlage mit allen ihren Bestandteilen ist vom ersten Tag die Basis für alle unsere Überlegungen gewesen. Was sind also für Emissionen grundsätzlich möglich? Da sind Lärm und Geruch zu nennen. Beides steht bei uns im Fokus. Zum Thema Lärm: Da sich alle wesentlichen Komponenten innerhalb eines Gebäudes befinden, sind Lärmemissionen aus unserer Sicht irrelevant. Was die Gefahr von Geruchsemissionen betrifft, kann ich feststellen: Jegliche geruchstragende Abluft wird durch geeignete Filtermedien geführt, so dass eine Belästigung ausgeschlossen ist. Für die Bürgerinnen und Bürger ist dabei wichtig zu wissen: Alle möglichen Emissionen werden im noch anstehenden Genehmigungsverfahren durch die zuständigen Behörden im Detail untersucht und wir werden sehr genau belegen müssen, was wir tun. Die Genehmigung wird uns dann strenge Vorgaben machen und wir wissen, dass wir alle Vorgaben durch ein Monitoring laufend überprüfen müssen und die zuständigen Behörden auch auf die Einhaltung achten werden. Das halten wir auch bei einer Anlage, wie wir sie bauen wollen, für sinnvoll. In Summe wird so sichergestellt, dass unsere Anlage die gesetzlich definierten und auch unsere Anforderungen erfüllt.
Wie ist die Ökobilanz der Anlage? Die Ökobilanz unserer Anlage ist aufgrund des gesamten Konzeptes positiv – vor allem, weil die bei uns wiederverwertete Schweinegülle nicht mehr auf die Ackerflächen der Region – und das mit allen bekannten Nebenwirkungen von der Geruchs- bis zur möglichen Nitratbelastung – ausgebracht werden muss. Zudem ersetzt das in unserer Anlage neu produzierte Ammoniumsulfat (ASL) einen großen Anteil mineralischen Stickstoff, dessen industrielle Produktion bisher einen hohen Energieeinsatz erfordert.
Wie wird der Betrieb der Anlage überwacht?
Monitoring und Überwachung der gesamten Anlage werden ein Bestandteil der Genehmigung für die Errichtung und den Betrieb der Anlage sein. Die ByoFlex-Strippungsanlage ist z.B. mit einem vollautomatischen Überwachungssystem ausgerüstet. Die gesamte Anlage hat einen sehr hohen Grad der Automatisierung: Druck, Durchfluss-Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Trübung u.v.m. Sollte es im Betrieb der Anlage zu Störungen kommen, wird ein Alarm ausgelöst und die Anlage kann ggf. innerhalb kurzer Zeit in einen kontrollierten Stillstand heruntergefahren werden.
Die KASKUM
Die kaskum GmbH ist ein rechtlich selbstständiges Unternehmen mit Sitz in Friesoythe. Der Gesellschafterkreis setzt sich zusammen aus den Gesellschaftern Fleming + Wendeln, Garrel; GS agri, Schneiderkrug; Landvolk Cloppenburg; Landvolk Vechta; B. Meerpohl, Calveslage; G. Stuke, Friesoythe.
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