Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung der
Lachgasemission einer offenen oder geschlossenen Rotte, d.h. einer aeroben biologischen
Behandlung von vermischten Siedlungsabfällen.
Bei dem oxidativen mikrobiellen Abbau von Abfällen oder von organischen
Substraten in Restmüll wird u.a. CO2 freigesetzt.
Gleichzeitig werden auch Stickstoffverbindungen gasförmig freigesetzt,
z.B. in Form von Ammoniak. Allerdings erfolgt eine relativ größere gasförmige Emission
von Kohlenstoff im Vergleich zum Stickstoff. Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff
in dem Substrat (C/N-Verhältnis) verändert sich dadurch. Während zu Beginn des Abbaus
das C/N-Verhältnis relativ groß ist (z.B. 30/1), engt es sich auf Werte von beispielsweise
20/1 am Ende des Rottevorgangs in der sogenannten Nachrotte ein.
Durch den relativ höheren Stickstoffgehalt kann Stickstoff, der aus
dem organischen Material freigesetzt wird, nicht mehr in Form von Biomasse gebunden
werden, da hierfür zu wenig mikrobiell verfügbarer Kohlenstoff vorhanden ist. Als
Folge steht vermehrt Ammonium zur Nitrifikation zur Verfügung, d.h. Ammonium (NH4+)
wird von autotrophen Mikroorganismen über NO2- zu NO3-
aufoxidiert. Dabei kann es zu einer verstärkten Akkumulation von NO2-
und zu hohen N2O-Emissionen insbesondere in der Nachrottephase kommen.
Die N2O-Emission ist unerwünscht.
Verfahren zur Begrenzung der Emission von Lachgas, insbesondere zur
gezielten, selektiv einsetzbaren Begrenzung der Lachgasemission, sind nicht bekannt.
Dies gilt sowohl für die offene Rotte als auch für die gekapselte Rotte, denn die
Prozesse, die zur N2O-Bildung führen, laufen in der Miete ab. Eine technische
Behandlung des Abluftstromes aus gekapselten Rotten mit dem Ziel der N2O-Reduktion
ist derzeit auf Abfallbehandlungsanlagen nicht vorhanden.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Verfügung zu stellen, mit dem die N2O-Emission aus der Nachrotte gezielt
begrenzt werden kann, so dass vorgegebene Grenzwerte eingehalten werden können.
Diese Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Zur Begrenzung der Lachgasemission einer Rotte (Nachrotte) von kohlenstoffhaltigen
Materialien sind als Verfahrensschritte vorgesehen:
- a. die systematische Überwachung der Temperatur in der Rotte,
- b. die Messung des NO2--Gehaltes in der Rotte, und schließlich
- c. die Zugabe von Nitrifikationshemmern und/oder Adsorbentien zu der Rotte,
wenn die Temperatur einen Grenzwert unterscheitet und der NO2--Gehalt
einen Grenzwert überschreitet.
Mit diesen Verfahrensschritten kann erstmals zuverlässig ermittelt
werden, ob die Gefahr einer Lachgasemission aus dem Material besteht (Schritte a
und b) und es kann mit dem Schritt c diese dann gezielt verhindert werden.
Wenn die Zugabe im Schritt c unter Umsetzen des Materials erfolgt,
ist eine gute Ausnutzung des zugesetzten Stoffs gegeben.
Besonders aussagekräftig wird die Überwachung des Materials, wenn
der Grenzwert der Temperatur im Schnitt ca. 50°C beträgt. Gleiches gilt, wenn
der Grenzwert des NO2--Gehaltes in der Rotte im Schnitt ca.
5 mg NO2- pro Liter wässrige Phase (Eluat) beträgt.
Der Überwachungs- und Analyseaufwand wird bei gleichbleibend guten
Ergebnissen minimiert, wenn der Schritt b erst dann ausgeführt wird, wenn bei der
Temperaturmessung im Schritt a eine Temperatur unterhalb des Grenzwertes, insbesondere
von nicht mehr als 50° C gemessen wird.
Vorzugsweise ist das kohlenstoffhaltige Material Bioabfall, Siedlungsabfall
oder landwirtschaftliches Material (Futtermittel, Düngemittel).
Gute Ergebnisse werden erreicht, wenn das Adsorbens ein Zeolith ist.
Eine optimale Ausnutzung des zugegebenen Materials kann erreicht werden,
wenn die zugegebene Menge an Nitrifikationshemmern und/oder Adsorbentien zu der
Rotte abhängig von dem gemessenen NO2--Gehalt ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
anhand einer offenen Nachrotte mit Siedlungsabfall beschrieben.
Siedlungsabfall ist ein heterogenes Gemisch von anorganischen Stoffen,
organischen Stoffen mit schwer abbaubarem Kohlenstoffgehalt (Kunststoffe) und organischen
Stoffen mit leicht verfügbarem Kohlenstoff (Lebensmittelreste). Das Material wird
zunächst in einer geschlossenen Rotte, der sogenannten Intensivrotte, vorbehandelt.
Dabei entstehen aufgrund der biologischen Aktivität hohe Temperaturen, die eine
kontinuierliche Überwachung erforderlich machen. Diese Temperaturen von ca. 60°C
– 70°C sind für die Hygienisierung des Materials vorteilhaft. Bei zu hoher
Temperatur wird die Rotte umgesetzt, um einerseits die biologische Aktivität aufrecht
zu erhalten und andererseits eine Selbstentzündung zu verhindern. Eine Lachgasemission
erfolgt in der Intensivrotte nicht, weil das C/N-Verhältnis relativ groß ist und
verfügbarer Stickstoff biologisch gebunden bleibt.
Während der Intensivrotte verringert sich das C/N-Verhältnis, da der
leicht verfügbare Kohlenstoff schneller abgebaut wird als der verfügbare Stickstoff.
Wenn die biologische Aktivität und damit die Temperatur sinkt, wird
das Material aus der geschlossenen Intensivrotte in eine offene Nachrotte in Form
einer Miete überführt. Danach wird bei bekannten Verfahren die Temperatur allenfalls
noch sporadisch gemessen.
Das höhere C/N-Verhältnis bewirkt nun, dass Stickstoff, der aus dem
organischen Material frei gesetzt wird, nicht mehr in Form von Biomasse gebunden
werden kann, da hierfür zu wenig Kohlenstoff zur Verfügung steht. Es bildet sich
zunehmend Ammonium, das zur Nitrifikation zur Verfügung steht.
Die sinkende Temperatur bewirkt eine sich verändernde biologische
Aktivität, in der autotrophe Mikroorganismen zunehmen. Diese können Ammonium (NH4+)
über NO2- zu NO3- aufoxidieren und dabei
verstärkt von NO2- akkumulieren und hohe N2O-Emissionen
verursachen.
Dieser Prozess setzt bei einer Temperatur unterhalb eines vorbestimmten
Grenzwertes ein, beispielsweise bei und unterhalb von 50°C. Die Emission von
Lachgas ist in erheblichem Umfang jedoch nur dann zu erwarten, wenn außerdem die
NO2--Gehalte in der Rotte ebenfalls einen bestimmten Grenzwert
erreichen oder überschreiten Deshalb ist die Überwachung des NO2--Gehaltes
in der Rotte vorgesehen, die vorzugsweise nur dann vorgenommen wird, wenn die Temperatur
den oben beschriebenen Grenzwert erreicht bzw. unterschreitet.
Liegt der Nitritgehalt (NO2--Gehalt) in der
Rotte oberhalb eines Grenzwertes von beispielsweise 5 mg NO2-
pro Liter wässrige Phase (Eluat), so ist eine einsetzende und zunehmende Lachgasemission
zu erwarten. Dieser Zusammenhang ist in der Grafik der 1
veranschaulicht, die den Verlauf des Gehaltes an leicht verfügbarem Kohlenstoff
(ausgedrückt als Wert der Atmungsaktivität AT4) gegenüber der Lachgasproduktion
in Abhängigkeit von der Zeit in der Nachrotte darstellt.
Es ist dann erfindungsgemäß vorgesehen, Nitrifikationshemmer oder
Sorbentien zuzusetzen, um eine Lachgasproduktion zu verhindern oder zu begrenzen.
Durch die beiden vorgeschalteten Verfahrensschritte der Temperaturüberwachung
und der Bestimmung des Nitritgehaltes ist gesichert, dass eine Zugabe von Nitrifikationshemmern
oder Sorbentien nur dann erfolgt, wenn es auch tatsächlich erforderlich ist. Eine
präventive und möglicherweise unnötige Zugabe dieser Kosten verursachenden Zuschlagstoffe
wird vermieden.
Nitrifikationshemmer sind an sich aus der Landwirtschaft als Zusatz
zu Düngemitteln bekannt, um dort den Stickstoffverlust in Ammonium enthaltendem
Dünger zu verhindern. Sie werden auch in Böden eingesetzt, um die vorzeitige Oxidation
von Ammonium zu verhindern. Die Temperatur und die biologische Aktivität ist in
diesem Anwendungsfall erheblich geringer als bei der Rotte von Biomüll, Klärschlamm
oder Restmüll, die hier Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens sind.
Zeolithe als Beispiel für erfindungsgemäß verwendbare Sorbentien werden
in der Abwasserbehandlung eingesetzt. Für die N2O-Reduktion in einer
offenen Rotte werden diese ebenfalls nicht genutzt.
Die Zusatzstoffe sind kommerziell verfügbar. Geeignete Zeolithe sind
z.B. von der Firma IKO Minerals GmbH, Marl erhältlich. Nitrifikationshemmer sind
z.B. von der Firma SKW Piesteritz GmbH, Piesteritz, erhältlich.
