Theoretische Grundlagen der Kompostierung, Vergärung und MBA

1. Theoretische Grundlagen der Kompostierung, Vergärung und MBA • Prof. Dr.-Ing. Sabine Flamme • Workshop Abfallwirtschaft • 18. - 19.06.2008 Vologda

2. Gliederung • Allgemeines • Kompostierung • Vergärung • Mechanisch Biologische Abfallaufbereitung

3. 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

4. Kompostierung Möglichkeiten der Kompostierung

5. 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

6. 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

7. 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.)

8. Kompostierung

9. 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

10. Kompostierung

11. 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.

12. Kompostierung Kompostierungsverfahren

13. Kompostierung

14. Kompostierung Intensivrottesysteme für Bioabfälle Intensivrottesysteme der Bioabfallkompostierung (Kern, 1992)

15. Kompostierung Tunnelkompostierung

16. Kompostierung Containerkompostierung

17. Kompostierung Zeilenkompostierung Zeilenreaktor mit Umsetzer (Thomé- Kozmiensky, 1995)

18. Kompostierung

19. 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.

20. Vergärung Verfahren der Bioabfallvergärung

21. Vergärung Verfahrenschema einer Vergärungsanlage (nach Biener, 2002)

22. Vergärung Vergleich/Kombination von Kompostierung und Vergärung

23. Vergärung Vergleich aerobe und anaerobe Behandlung von Bioabfällen

24. 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).

25. Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage Restabfallbehandlungskonzepte (Flamme et al., 2005)

26. 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)

27. Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage

28. Vorsortierung Zerkleinerung Siebung Fe-Abtrennung Windsichter Ballistischer Separator NE-Abscheider Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage Mechanische Stufe [1] · Grundkonzeption mit und ggf. mit weiteren Aggregaten

29. 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%)

30. Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage Biologische Stufe [1] Mengenstrom einer MBA einschließlich Vergärung Verfahren der Biologischen Stufe: siehe Grundlagen der Kompostierung / Vergärung

31. Mechanisch Biologische Aufbereitungsanlage Beispiele für Mengenströme einer mechanisch - biologischen Behandlung