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Theoretische Grundlagen der Kompostierung, Vergärung und MBA

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Theoretische Grundlagen der Kompostierung, Vergärung und MBA. Prof. Dr.-Ing. Sabine Flamme Workshop Abfallwirtschaft 18. - 19.06.2008 Vologda. Gliederung. Allgemeines Kompostierung Vergärung M echanisch B iologische A bfallaufbereitung. Kompostierung (aerob) direkte Verwertung.

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theoretische grundlagen der kompostierung verg rung und mba

Theoretische Grundlagen der Kompostierung, Vergärung und MBA

  • Prof. Dr.-Ing. Sabine Flamme
  • Workshop Abfallwirtschaft
  • 18. - 19.06.2008 Vologda
gliederung
Gliederung
  • Allgemeines
  • Kompostierung
  • Vergärung
  • Mechanisch Biologische Abfallaufbereitung
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Kompostierung (aerob)direkte Verwertung

Dünge- und

Bodenverbes-serungsmittel

Energie und/oder Wärme

Verwertung von Bio- und Grünabfällen

stofflich

energetisch

stofflich/energetisch

Vergärung

(anaerob)

Verbrennung

(thermisch)

Energie und/oder Wärme

Dünge- und Boden-verbesserungsmittel

Allgemeines

Biologische Abfallbehandlung

Ziel: Biologische Behandlung aus Umwandlung der organischen Bestandteile und deren Mineralisierung;

Kompost: pflanzenverträgliches Bodenverbesserungsmittel

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Kompostierung

Möglichkeiten der Kompostierung

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Kompostierung

Vielzahl von Einflussgrößen

Gebietsstruktur

Gebührenordnung

Behältersystem

Teilnehmerquote

Anteil Eigenkompostierer ( 30 – 60 kg/(ET *a)) abschöpfbar

  • Anforderungen / Verwertungswege / Absatzmöglichkeiten
  • Ø Ersatz des mineralisierten bodenbürtigen Humus
  • Ø Verbesserung der chemisch-physikalischen Bodeneigenschaften (Erhöhung des Porenvolumens, der Wasserkapazität, Verminderung von Erosion und Verschlämmung etc.)
  • Ø Steigerung der biologischen Aktivität der Böden

Ø Ertragsteigerung

  • Ø Positiver Einfluss auf die Qualität der erzeugten Produkte
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Kompostierung

  • Anforderungen
  • Allgemeine Qualitätsansprüche an die Kompostqualität:
  • Ø reich an wertbestimmenden Inhaltsstoffen (org. Substanz, Nährstoffe)
  • Ø arm an wertmindernden Inhaltsstoffen (Störstoffe, Schadstoffe)
  • Ø hygienische Unbedenklichkeit
  • Gütezeichen Kompost

http://www.bgkev.de

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Kompostierung

  • Absatzmöglichkeiten
  • Für den Einsatz von Bio- und Grünabfallkomposten sind zahlreiche pflanzenbauliche und andere Anwendungsbereiche vorhanden, wobei der Mengenbedarf in den einzelnen Bereichen sehr unterschiedlich ist und regionalen Einflüssen unterliegt
  • Anwendungsbereiche für Bio- und Grünabfallkompost
  • Landwirtschaft
  • Erwerbsgartenbau
  • Garten- und Landschaftsbau
  • Baumschulen
  • Hobby- und Kleingartenbau
  • Wein- und Obstbau
  • Forstwirtschaft
  • Öffentliche Grünanlagen
  • Rekultivierungsmaßnahmen
  • Kompostprodukte (erden- und substratherstellende Industrie)
  • Technische Bereiche (Kompostfilter etc.)
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Kompostierung

Zielsetzung

Bundesweiter Verbrauch von ca. 9 Mio. m³/a Torf; bei vollständiger Ausschöpfung der möglichen Substitutionsfelder Bedarf von 2,5 Mio. m³ Kompost (ca. 30 - 40 % der Kompostgesamtmenge).

Marktwert von Kompost in Deutschland

Über alle Vermarktungsbereiche beträgt der durchschnittliche Erlös von RAL-Kompost (gesiebt, ab Werk) ca. 5,80 €. In der Landwirtschaft sind die Erlöse geringer.

Im Landschaftsbau, Erdenwerken, Hobbygartenbau etc. werden höhere Erlöse erzielt (BGK, 2006).

Einsparungen von Ressourcen

hier: Torfersatz

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Kompostierung

  • Unterscheidung in drei Rottephasen
  • Abbauphase/thermophile Phase
  • Durch intensive Abbautätigkeit wärmeliebender (thermophiler) Mikroorganismen Temperaturanstieg auf 60 - 70°C.
  • Vollständige Hygienisierung, wenn das gesamte Material über einen Zeitraum von 3 Wochen Temperaturen von > 55°C ausgesetzt war.
  • Umbauphase/mesophile Phase
  • Temperaturen sinken unter 45°C  mesophile Bakterien und Pilzarten werden aktiv.
  • Je nach Kompostierungsverfahren hält diese Phase mehrere Wochen an.
  • Aufbauphase/Abkühlungs- oder Reifephase
  • Weitere Abkühlung, Besiedlung durch Bodentiere (Zerkleinerung von Pflanzenteilen, Durchmischung und Durchlüftung des Substrates, Stabilisierung der Humusstoffe).
  • Bildung von Ton-Humus-Komplexen, Beginn der Mineralisation.
  • Phase sollte möglichst nicht während der Kompostierung abgeschlossen sein.
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Kompostierung

Kompostierungsverfahren

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Kompostierung

Intensivrottesysteme für Bioabfälle

Intensivrottesysteme der Bioabfallkompostierung (Kern, 1992)

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Kompostierung

Tunnelkompostierung

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Kompostierung

Containerkompostierung

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Kompostierung

Zeilenkompostierung

Zeilenreaktor mit Umsetzer (Thomé- Kozmiensky, 1995)

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Vergärung

Grundlagen der Vergärung

Vergärung: anaerobe biologische Mineralisierung organischer Rückstände (z. B. Bioabfälle), basierend auf der Nutzung der Methangärung. Diese ist ein mehrstufiger biologischer Prozess, bei welchem durch die mikrobiellen Stoffwechselvorgänge Biogas gebildet wird. Der verbleibende Feststoff wird als Gärrückstand bezeichnet.

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Vergärung

Verfahren der Bioabfallvergärung

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Vergärung

Verfahrenschema einer Vergärungsanlage

(nach Biener, 2002)

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Vergärung

Vergleich/Kombination von Kompostierung und Vergärung

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Vergärung

Vergleich aerobe und anaerobe Behandlung von Bioabfällen

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Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage

Verfahren zur Restabfallbehandlung

Seit dem 01.06.2005 ist in Deutschland eine Ablagerung vonunbehandelten Siedlungsabfällen ohne vorherige Behandlung nicht mehr möglich. Die Einhaltung der Vorgaben der Abfallablagerungsverordnung für die Deponieklasse II insbesondere hinsichtlich der organischen Bestandteile erfordert eine thermische oder mechanisch-biologische Vorbehandlung, dadurch:

Ø eine Minimierung der Deponiegasbildung,

Ø eine Minimierung der Sickerwassermenge und Verbesserung der Sickerwasserqualität und

Ø eine Minimierung der durch Deponiegas- und Sickerwasserbildung bedingten Setzungen im Deponiekörper

Zur Behandlung von Restabfällen eignen sich mechanisch - biologische Abfallbehandlungsanlagen (MBA) sowie Müllverbrennungsanlagen (MVA).

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Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage

Restabfallbehandlungskonzepte (Flamme et al., 2005)

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Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage

  • Ziele der mechanisch-biologischen Behandlung
      • · Einhaltung der Kriterien der Abfallablagerungsverordnung im abzulagernden Rest
      • · Ziele der mechanischen Aufbereitung
      • Ø optimaler Input für die biologische Stufe

Ø Produktion von Fraktionen zur energetischen und stofflichen Verwertung

      • · Separierte Stoffströme
      • Ø Fraktion zur biologischen Behandlung: organikreich
  • Ø Fraktion zur energetischen Verwertung: heizwertreich
  • Ø Fraktion zur stofflichen Verwertung (z. B. Metalle, ggf. Kunststoffe)
  • Ø Fraktion zur thermischen Behandlung in MVA (Störstoffe)
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Vorsortierung

Zerkleinerung

Siebung

Fe-Abtrennung

Windsichter

Ballistischer Separator

NE-Abscheider

Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage

Mechanische Stufe [1]

· Grundkonzeption mit

und ggf. mit weiteren Aggregaten

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Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage

Mechanische Stufe [2]

Hausmüll (100 %)

Überkorn

Trommelsieb I

FE (2 %)

Überbandmagnet

Trommelsieb II

Feinkorn

Mittelkorn

NE (0,5 %)

NE-Abscheider

Besonderheit

Reste

NIR

HKF

Reste

Rotte

Ballenpresse,

HKF

Verladung zur Brenn-

(22 %)

stoffproduktion

Verladung zur MVA

Reste (55%)

m echanisch b iologische a ufbereitungsanlage
Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage

Biologische Stufe [1]

Mengenstrom einer MBA einschließlich Vergärung

Verfahren der Biologischen Stufe: siehe Grundlagen der Kompostierung / Vergärung

slide31

Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage

Beispiele für Mengenströme einer mechanisch - biologischen Behandlung