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Landwirtschaftliche Industrie

Die moderne landwirtschaftliche Industrie ist mit einem stetig wachsenden Anbaubestand pro m² ein komplexes, dynamisches und anspruchsvolles Geschäft. Die daraus resultierende Gülle und der landwirtschaftliche Abfluss stellen Herausforderungen für die Einhaltung der Umweltgesetzgebung dar. Die landwirtschaftliche Industrie setzt auf ClearFox® DeNitro, da dieses Verfahren eine effektive Kombination aus Behandlungen ist, welche die Nährstoffbelastung reduziert und den Landwirten höhere Besatzraten ermöglicht. Das ClearFox® Nitro-System kann Stickstoff aus der Gülle entfernen. Das bedeutet, dass die behandelte Gülle weiterhin auf Flächen in stickstoffgefährdeten Gebieten ausgebracht werden kann und nicht mehr vom Hof abtransportiert werden muss. Darüber hinaus können ClearFox® FBR-Module zur effektiven Behandlung von Hofabflüssen eingesetzt werden und verhindern damit die Verunreinigung von Oberflächen- und Grundwasser.

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Sektor

wwt containerDie landwirtschaftliche Industrie kann eine potenziell ernsthafte Quelle der Wasserverschmutzung darstellen. Diese Verschmutzung hängt hauptsächlich mit der landwirtschaftlichen Gülle und den daraus resultierenden Rückständen zusammen. Zudem begrenzen Vorschriften die Menge an Stickstoff und damit die Gülle, die ausgebracht werden darf. Daher benötigt die landwirtschaftliche Industrie jetzt effektive Lösungen, um den Stickstoff aus der Gülle zu entfernen und die Ausbringung dieser organischen Abfälle zu ermöglichen. Der ClearFox® DeNitro ist speziell für diese Aufgabe konzipiert.

Die Vorteile des ClearFox®-Behältersystems für die landwirtschaftliche Industrie sind:

  • Niedrige Investitionskosten
  • Schlüsselfertige Systeme („Plug and Play“)
  • Modularer Aufbau (verschiedene Module können je nach Bedarf kombiniert werden)
  • Hohe Reinigungsleistung für TS, CSB, BSB5, NH4N, NO3N
  • Passt sich der Belastung an – dadurch ist die Leistung nahezu unabhängig von Belastungsschwankungen
  • Stabile Reinigungsleistung
  • Robuster Betrieb und geringer Wartungsaufwand
  • Geringe Betriebskosten

Neben der Aufbereitung von Gülle können auch landwirtschaftliche Abwässer von Höfen und Melkständen erhebliche Mengen an Verunreinigungen enthalten. Diese können das Oberflächen- und Grundwasser zusätzlich belasten. Die Sammlung und Behandlung dieser Abwässer durch ClearFox® FBR-Module bietet eine sehr einfache und benutzerfreundliche Methode, um Verschmutzungen, welche die landwirtschaftliche Industrie verursacht, zu verhindern und die Umweltgesetzgebungen einzuhalten.

Herausforderungen

Die landwirtschaftliche Industrie produziert Gülle und Wirtschaftsdünger. Diese zeichnen sich oft durch einen hohen Anteil an Stickstoffverbindungen aus, die nicht ohne Anreicherung in das Grundwasser abgeleitet werden können. Der zukünftige Bedarf an Behandlungsmöglichkeiten für die landwirtschaftliche Industrie steigt, da die Nitratrichtlinie (91/676 / EWG) und die Neuregelung der Düngemittelverordnung vom 31. März 2017, welche die Lagerzeit von Abwässern verlängert und die Ausbringung begrenzt, Handlungsbedarf von den Landwirten erfordert.

Der hohe Schadstoffanteil dieses Abwassertyps stellt viele übliche Abwasserreinigungstechnologien vor Herausforderungen. Insbesondere membranbasierte Prozesstechnologien stehen bei diesen Abwässern vor großen Herausforderungen. Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung mit einer Vielzahl von Industrieabwässern, welche die landwirtschaftliche Industrie erzeugt, verfügen wir über das Wissen und Prozesstechnologien, um diese Abwässer bei niedrigen Betriebskosten und ohne den Einsatz von membranbasierter Technologie zu behandeln.

Diese maßgeschneiderte Reinigungstechnologie behandelt Abwässer mit einem hohen Stickstoffgehalt und niedrigeren kohlenstoffhaltigen Verbindungen. Der Fokus liegt auf einer einfachen, lösungsbasierten Technologie mit langfristig niedrigen Betriebskosten für jeden einzelnen Betrieb, den die landwirtschaftliche Industrie unter sich vereint. Das System ist flexibel und die Anwendungen können auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten werden.

Pressure switchSteht die landwirtschaftliche Industrie vor wechselnden Bedingungen, kann dieses System angepasst und dank des modularen Aufbaus für weitere Reinigungsziele erweitert und optimiert werden.

Die landwirtschaftliche Industrie und deren Betriebe nutzen die Reinigungsmodule des Systems, die seit vielen Jahren weltweit im Einsatz sind. ClearFox®-Behältermodule bestehen aus verschiedenen technischen Komponenten, um eine physikalische, chemische und biologische Behandlung in der Flüssigphase zu erreichen. Alle Komponenten werden in modularen Containern unter perfektionierten Bedingungen eingebaut und in unserem Werk in Deutschland nach einschlägigen Industriestandards getestet. Das ist kostensparend und reduziert die Montagezeit am Einsatzort auf ein Minimum. Das „Plug and Play“-Baukastensystem benötigt deutlich weniger Zeit für die Installation und Inbetriebnahme vor Ort.

Das gesamte System läuft voll automatisch und kann durch Tests im hauseigenen Labor auf die jeweilige Abwasserzusammensetzung optimiert werden. Die typischen Summenparameter (BSB5, CSB, N, P, oTS) kann die landwirtschaftliche Industrie so weit reduzieren, dass sie das gereinigte Abwasser direkt in den Vorfluter oder ein öffentliches Kanalnetz einleiten kann. Die, bei der Reinigung anfallenden Rückstände (Dick- und Dünnschlamm) können entwässert, nachvergoren oder direkt als Düngemittel verwertet werden.

Lösung

Die landwirtschaftliche Industrie stellt die Tankinfrastruktur, in der die Gülle aus der Produktion lagert, zur Verfügung. Die Aufteilung der Gülle kann so individuell angepasst werden, dass zwei Güllehalteabtrennungen oder Tanks entstehen.

Ein Teil des Tanks dient als Vorlagebehälter für die Aufnahme der Rohgülle aus der Produktion, die vorzugsweise von einem Ort angesaugt wird, an dem bereits eine effektive Absetzung stattgefunden hat. Der zweite Tank wird für die Lagerung der feinen Gülle benötigt, nachdem die Trennung (Schritt 1) stattgefunden hat. Im Gegensatz zum ersten Tank wird der Inhalt des zweiten Tanks mit Hilfe von Rührwerken kontinuierlich durchgemischt.

Diese Tankbereiche haben einen direkten Einfluss auf den Gesamtreinigungsgrad der Anlage.

Güllebehandlung Schritt 1

Das Abwasser wird über einen Separator mechanisch behandelt, um Feststoffe abzutrennen und diese in einem Schlammtank zu sammeln. Das grob gereinigte Überstandsabwasser wird im Feinschlammabscheider gespeichert.

Güllebehandlung Schritt 2

Das Überstandswasser aus dieser Feinstoffabscheidung, welches noch feine Schwebstoffe enthält, wird in den Eindicker gepumpt und dort behandelt. Im Eindicker werden Fällungs- und Flockungshilfsmittel zugegeben, um den Eindickungsprozess zu intensivieren. Diese Stoffe tragen dazu bei, dass sich Schlammflocken bilden, die sich leichter abtrennen lassen. Der entstehende Schlamm wird in den Abscheider geleitet, wo er weiter behandelt wird. Diese Feststoffe können als Düngemittel oder zur Fermentation verwendet werden.

Güllebehandlung Schritt 3

DAFNach Abtrennung und Eindickung folgt eine Druckentspannungsflotation. In einer Polymeraufbereitungsstation werden Hilfsstoffe erzeugt, die den Flockungs- und Flotationsprozess fördern. Diese werden dem ankommenden Abwasser vollautomatisch über Dosierpumpen zugegeben. Eine Mehrphasenpumpe sorgt dafür, dass der Wasserstrom ständig mit Luft gesättigt ist und über einen Rezirkulationsprozess in den Reaktor zurückgeführt wird.

Die Zugabe von Flockungshilfsmitteln bewirkt, dass sich in der Flüssigphase dispergierte Partikel (Feststoffteilchen, Tröpfchen, Moleküle, Ionen) zu größeren Flocken verbinden. Durch die Druckentlastung entstehen Mikroluftblasen, die von unten aufsteigen und die gebildeten Schlammflocken (Flotat) nach oben tragen, wo sie sich im oberen Teil des Reaktors ansammeln und durch einen Abstreifer abgeschieden oder durch eine kegelförmige Öffnung mit Druckluft ausgetragen werden (Airlift-Prinzip).

Der aufschwimmende Flotationsschlamm wird abgetrennt und in den Schlammspeicher geleitet. Die Flotation und die chemische Behandlung erfolgen in der Regel in zwei Stufen: In der ersten Stufe wird ein Teil des Stickstoffs und des vorhandenen Phosphors chemisch gebunden und mit dem Feingut abgeschieden.  In der zweiten Stufe wird dieser Schlamm mit geeigneten Polymeren als Dünger wiederverwertet. Das gereinigte Wasser wird in der Mitte entnommen und fließt in den Festbettreaktorbehälter.

Güllebehandlung Schritt 4

Während dieses Prozesses ist der Festbettreaktor hydraulisch abgeglichen, permanent getaucht und belüftet, um sicherzustellen, dass sich reinigungswirksame Mikroorganismen auf der zur Verfügung stehenden Oberfläche ansiedeln und einen Biofilm bilden. Das kaskadierte Festbettsystem ist speziell darauf ausgelegt, einen optimierten Strömungsweg des Abwassers zu aufeinanderfolgenden Bereichen mit unterschiedlichen spezifischen Festbettoberflächen zu gewährleisten.

Dies führt zu einer effizienten Anpassung der Mikroorganismen an die Abwasserbelastung und zu einer ausgeglichenen Reinigungsleistung, bezugnehmend auf den biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) und den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), nahezu unabhängig von Belastungsschwankungen. Dieser Prozess ist notwendig, um die Umsetzung von Ammonium und organischem Stickstoff in der nachfolgenden Biostufe zu beschleunigen.

Güllebehandlung Schritt 5

Das restliche Abwasser durchläuft einen Behälter mit Lamellenschrägklärern, um den, in der Festbettbiologie gebildeten Sekundärschlamm abzutrennen. Dieser Schlamm wird wieder in den Schlammspeicherbehälter gepumpt.

Güllebehandlung Schritt 6

FBR Fix Bed SystemIn einem weiteren Festbettreaktor-Modul, ähnlich wie in Schritt 5, wird der Stickstoff unter ideal ausgelegten Umgebungsbedingungen mit Bakterien abgebaut. Der, im Vergleich zu häuslichen Abwässern wesentlich konzentriertere Stickstoff wird mit speziell entwickelten Festbettmaterialien abgebaut (Nitrifikation und Ammonifikation).

Diese maßgeschneiderte Oberfläche sowie die Belüftung maximieren die Abbaugeschwindigkeit der Bakterien, die den Stickstoff umsetzen. Der Reaktor kann Umsetzungsraten von mehr als 1 kg Ammonium-Stickstoff (NH4-N) pro m³ Reaktorvolumen erreichen.

Auch hier werden die Abwasserströme so optimiert, dass die, an den kaskadierten Festbettflächen anhaftenden Mikroorganismen sich effizient an die Abwasserbelastung anpassen können und eine ausgeglichene Reinigungsleistung nahezu unabhängig von Belastungsschwankungen erreichen.

Güllebehandlung Schritt 7

Das im Festbettreaktor gebildete nitrathaltige Abwasser wird nun in den zweiten Tankbereich (Denitrifikationsbecken) zurückgepumpt. In diesem Feinschlammtank begünstigen die Kohlenstoffverbindungen im Schlamm den Denitrifikationsprozess, sodass das zurückgeführte, nitratreiche Abwasser unter anoxischen Bedingungen (keine Sauerstoffzufuhr) auf natürliche Weise denitrifiziert, zu elementarem Stickstoff N2 umgewandelt und gleichzeitig das Rohabwasser vorgereinigt wird.

Elementarer Stickstoff N2 ist völlig ungefährlich und klimaneutral, da die Atmosphäre bereits von Natur aus zu 78% aus Stickstoff besteht. Der Prozess ist eine völlig natürliche Reaktion, die durch technisch geschaffene Umweltbedingungen optimiert und beschleunigt wurde. In den N-Festbettreaktoren fällt, im Gegensatz zu den C-Festbettreaktoren, relativ wenig Schlamm an und kann vernachlässigt werden.

Die landwirtschaftliche Industrie kann die mechanisch und vollbiologisch gereinigten Abwässer in den nächstgelegenen Vorfluter oder in die Kanalisation einleiten oder zur Bewässerung verwenden. Die Feststoffe und der Schlamm aus dem Schlammspeicher können als Düngemittel verwendet werden. Alternativ kann die landwirtschaftliche Industrie diese Feststoffe auch kompostieren oder trocknen und vermarkten. Der modulare Aufbau ermöglicht nach Bedarf die freie Kombinierbarkeit oder Ergänzung der einzelnen Einheiten. Alle Anlagenteile sind mobil und können auch geleast werden.

Massenströme, Schlammanfall, Flüssigphase

Dieses Schema stellt einen einmaligen theoretischen Durchlauf dar, wobei nicht berücksichtigt wird, dass

  1. die Überstandswässer (blau) in den Zulauf zurückgeführt werden und am Ende der Flüssigphase zugeführt werden müssen.
    Somit ergibt sich letztendlich eine Volumenverteilung von 85-90% Wasser und 10-15% Schlamm, je nach Entwässerungsgrad oder Weiterverwendung der anfallenden Feststoffe und den Möglichkeiten vor Ort.
  2. die Anteile an klimafreundlichen und geruchsneutralen N oder C in der Luft höher als N2 sind, aus welchem die Atemluft zu 78% besteht.
  3. ein Teil des Vorratsbehälters vor dem Zulauf als effektives Reaktionsvolumen genutzt werden kann. Hier finden Schlammeindickung, Eindickung, Denitrifikation und C-Abbau (Verlust von CO2 in der Gasphase) statt.

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