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Dezentrale Verarbeitung von Gülle
Biores IIb
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Gliederung
1 Separationsversuche 2 Nährstoffgehalte
1 Schweinegülle 2 Rindergülle 3 Gärrest
3 Was bedeutet Abscheidegrad? 4 Abscheidegrade
1 Schweinegülle 2 Rindergülle 3 Gärrest
5 Durchsatzleistungen 6 Stromverbräuche 7 Güllealterung und Biogas
1 Schweinegülle 2 Rindergülle
8 Verpilzungsversuch 9 Zusammenfassung
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1 Separationsversuche
• Separiert wurde möglichst frische Schweinegülle, Rindergülle und NaWaRo-Gärrest am Betrieb Bioenergie Beerlage GmbH & Co.KG in Billerbeck
• Separation mit dem Klass Wendelfilter in zwei verschiedenen Einstellungen
• Analysenprogramm: – Nährstoffanalyse (N, P, K, MgO, CaO) – Biogaserträge (nach VDI 4630 im Batch-Versuch) – Summenparameter (pH, Leitfähigkeit, Redox-Potenziale)
Einfluss der Güllealterung und Abscheidegrade
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1 Separationsversuche
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1 Separationsversuche
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2 Nährstoffgehalte in der Schweinegülle
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
0 20 40 60 80
Näh
rsto
ffgeh
alt [
% v
. FS]
Güllealter [d]
(Schweinegülle Roh)
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
0 20 40 60 80 Güllealter [d]
Verlauf der Nährstoffgehalte
(Schweinegülle Filtrat)
N-Gesamt NH4-N
Phosphor (P2O5) Kalium (K2O)
Calcium (CaO) Magnesium (MgO)
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
0 20 40 60 80 Güllealter [d]
(Schweingülle Feststoff)
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2 Trockensubstanzgehalte - Schweinegülle
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80
Troc
kens
ubst
anzg
ehal
t [%
v. F
S]
Güllealter [d]
(Schweinegülle Roh)
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 Güllealter [d]
Veränderung des Trockensubstanzgehaltes
(Schweinegülle Filtrat)
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 Güllealter [d]
(Schweinegülle Feststoff)
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2 Nährstoffgehalte - Schweinegülle
• Nährstoffgehalte in der Rohgülle haben sich über dem untersuchten Zeitraum nur wenig verändert
• Nährstoffgehalte in den festen Fraktionen aus der Separation haben sich verändert – 20 % höhere P2O5-Konzentration – 300 % höhere CaO-Konzentration – MgO, K2O, NGes und NH4-N zeigen wenig Aufkonzentrierung – Erzielbarer TS-Gehalt stieg mit dem Güllealter von ca. 10 %
auf ca 19 %
• Nährstoffgehalte in den flüssigen Fraktionen aus der Separation sind konstant und unabhängig von Einstellungen und Güllealter
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2 Nährstoffgehalte - Rindergülle
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 20 40 60 80
Näh
rsto
ffgeh
alt [
% v
. FS]
Güllealter [d]
(Rindergülle Roh)
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 20 40 60 80 Güllealter [d]
Verlauf der Nährstoffgehalte
(Rindergülle Filtrat)
N-Gesamt NH4-N
Phosphor (P2O5) Kalium (K2O)
Calcium (CaO) Magnesium (MgO)
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 20 40 60 80 Güllealter [d]
(Rindergülle Feststoff)
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2 Nährstoffgehalte - Rindergülle
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80
Troc
kens
ubst
anz [
% v
. FS]
Güllealter [d]
(Rindergülle Roh)
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 Güllealter [d]
Veränderung des Trockensubstanzgehaltes
(Rindergülle Filtrat)
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 Güllealter [d]
(Rindergülle Feststoff)
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2 Nährstoffgehalte – Rindergülle
• Nährstoffgehalte in der Rindergülle verändern sich über die Zeit nur wenig
• Die Nährstoffgehalte in der festen Fraktion verändern sich über die Zeit, die Analysenwerte schwanken – Ein Steigen der CaO-Gehalte, wie bei der Schweinegülle, wird
hier nicht beobachtet – Die erreichbaren Trockensubstanzgehalte sinken mit dem
Güllealter
• Die Nährstoffgehalte der flüssigen Fraktion bleiben trotz Alterung und Ändern der Einstellungen konstant
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3 Was bedeutet Abscheidegrad?
• Abscheidegrad beschreibt das prozentuale Verhältnis der Aufteilung in zwei Teile eines Ganzen
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3 Was bedeutet Abscheidegrad?
Würde man einen Behälter mit Rohgülle ohne Bearbeitung in zwei Behälter aufteilen, so hätte man einen Abscheidegrad von 50 % für die Rohmasse und ebenso für Phosphor.
Links sind beide Rohmassen gleich aufgeteilt, mit jeweils einem Abscheidegrad von 50 %.
Rechts sind beide Rohmassen unterschiedlich aufgeteilt. Stellen aber das selbe dar!
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3 Was bedeutet Abscheidegrad?
• Wichtig ist das Verhältnis zwischen Abscheidegrad eines Nährstoffes und der Rohmasseabscheidung
• Hierdurch wird ein Aufkonzentrierungsfaktor definiert • Ist dieser größer als 1, so reichert sich ein Stoff an
Separation
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2 Abscheidegrade - Schweinegülle
• Separiert wurde mit zwei verschiedenen Einstellungen – Trocken (Feststoffoptimiert) – Feucht (Durchsatzoptimiert)
• Die Abscheidegrade in die feste Fraktion der Separation steigen mit dem Alter der Schweinegülle
• P2O5-Abscheidegrad von bis zu 18,8 % bei Rohmasse-Abscheidegrad von nur 4,29 %
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2 Abscheidegrade - Schweinegülle
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Aufkonzentrierungsfaktoren
2,40
2,86
3,60
3,87
4,38
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
Tag 0
Tag 7
Tag 14
Tag 28
Tag 70
Aufkonzentrierungsfaktor (P2O5-Abscheidegrad / Rohmasseabscheidung) [-]
Gül
leal
ter [
d]
Aufkonzentrierung des Phosphorgehaltes in die feste Fraktion
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Aufkonzentrierungsfaktoren
3,00
4,38
5,32
0 1 2 3 4 5 6
Pressschnecken
Klass Wendelfilter Projekt Biores
Zentrifugen
Aufkonzentrierungsfaktor (P2O5-Abscheidegrade / Rohmasse-Abscheidung) [-]
Vergleich der Aufkonzentrierungsfaktoren verschiedener Technologien für Phosphor
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Besonderheit Schweinegülle
• Beginnende Vermadung bei der frischen Gülle • Puppenbildung ab Tag 14 verbessert den
Feststoffaustrag bei der Separation
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2 Abscheidegrade - Rindergülle
• Separiert wurde mit zwei verschiedenen Einstellungen – Trocken (Feststoffoptimiert) – Feucht (Durchsatzoptimiert)
• Die höchste Phospor-Abscheidung (= 56,6 %) findet sich an Tag 7
• Insgesamt werden aufgrund der höheren Rohmasse-Abscheidung auch anteilig mehr Nährstoffe abgeschieden
• Unterschiede in den Abscheidegraden nach Güllealter sind hier weniger zu erkennen als es bei der Schweinegülle der Fall ist
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2 Abscheidegrade - Rindergülle
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Aufkonzentrierungsfaktoren
1,67
1,59
1,56
1,35
1,53
- 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
Tag 0
Tag 7
Tag 14
Tag 28
Tag 70
Aufkonzentrierungsfaktor (P2O5-Abscheidegrad / Rohmasse-Abscheidung) [-]
Gül
leal
ter [
d]
Aufkonzentrierung des Phosphorgehaltes in die feste Fraktion
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2 Abscheidegrade - Rindergülle
• Bei der Separation von Rindergülle werden aufgrund der höheren Trockensubstanzgehalte höhere Abscheidegrade in die feste Fraktion erreicht
• Die Effizienz der Abscheidung ist bei der Rindergülle weniger vom Güllealter abhängig, als es bei der Schweinegülle der Fall ist
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Besonderheit Rindergülle
• Hohe biologische Aktivität der Rindergülle
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2 Nährstoffgehalte - Gärrest
• Die Nährstoffgehalte sind im Verpilzungsversuch von separierten Gärresten nicht konstant und ändern sich über die Zeit
• Beide Separationsvarianten können in den Nährstoffgehalten unterschieden werden
• Interessant sind die CaO-Gehalte und die offensichtliche Verstoffwechslung von Stickstoff
• Ebenso ist die Nachtrocknung durch „Stehenlassen“ deutlich in den TS-Analysen erkennbar
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2 Nährstoffgehalte - Gärrest
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0 20 40 60 80
Näh
stof
fgeh
alte
[% v
. FS]
Güllealter [d]
Verlauf der Nährstoffgehalte(Gärrest Verpilzungsversuch)
N-Gesamt
Phosphor (P2O5)
Kalium (K2O)
Calcium (CaO)
Magnesium (MgO)
FS = Frischsubstanz
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2 Nährstoffgehalte - Gärrest
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Troc
kens
ubst
anz
[% v
. FS]
Güllealter [d]
Veränderung der Trockensubstanz(Gärrest Verpilzungsversuch)
FS = Frischsubstanz
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2 Abscheidegrade - Gärrest
• In der Separation des Gärrestes konnten TS-Gehalte von 14 %, bzw. 16 % Trockensubstanz in der festen Fraktion erzielt werden
• Hierbei stellten sich Abscheidegrade für Phosphor von 54 % ein (Aufkonzentrierungsfaktor: 1,66) Tendenziell sollte möglichst frisch separiert werden
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2 Abscheidegrade - Gärrest
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3 Durchsatzleistungen
276 253
230 215 197 186 162 147 130 128
90 91 83 85 68
0
100
200
300
400
500
600
Tag 0 Tag 7 Tag 14 Tag 28 Tag 70
Dur
chsa
tz [k
g/h]
Ri
nder
gülle
480 453
427
276
492
249 229 210
139
287 232 224 218
136
205
0
100
200
300
400
500
600
Tag 0 Tag 7 Tag 14 Tag 28 Tag 70
Rohgülle
Filtrat
Feststoff
451 386
1.210
762 936
433 375
1.176
740 896
19 10 35 22 40 0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
Tag 0 Tag 7 Tag 14 Tag 28 Tag 70
Durc
hsat
z [kg
/h]
Schw
eine
gülle
Güllealter [d]
695 663
2.042
965
1.289
664 646
1.982
939 1.232
32 17 61 26 57 0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
Tag 0 Tag 7 Tag 14 Tag 28 Tag 70
Güllealter [d]
Rohgülle
Filtrat
Feststoff
Trockene Einstellung Feuchte Einstellung
Fachbereich
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4 Stromverbrauch
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Spez
ifisc
her S
trom
verb
rauc
h [k
Wh/
t]
lfd. Nr.
Schweinegülle
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 lfd. Nr.
Rindergülle
Rohgülle [kwh/t]
Höchste P-Abscheidung Höchste P-Abscheidung
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5 Güllealterung und Biogas
0
5
10
15
20
25
0 2 4 6 8 10 12 14 16
FM-S
pezif
ische
r M
etha
ngas
ertr
ag [
m³/t
FM]
Güllealter in Tage [d]
Biogasertragsverlust durch Alterung(Schweinegülle)
Schweinegülle Separiert, feuchte Einstellung Separiert, trockene Einstellung
TS = 12,1 % TS = 12,3 %
TS = 21,4 %
TS = 11,1 %
TS = 7,5 %
TS = 18,0 %
TS = 2,8 %
TS = 2,8 %TS = 2,8 %
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5 Güllealterung und Biogas
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10 12 14 16
FM-S
pezif
ische
r M
etha
ngas
ertr
ag [
m³/t
FM]
Güllealter in Tage [d]
Biogasertragsverlust durch Alterung(Rindergülle)
Rindergülle Separiert, feuchte Einstellung Separiert, trockene Einstellung
TS = 11,9 %
TS = 19,6 %TS = 18,3 %
TS = 13,9 %
TS = 7,8 %
TS = 7,2 %
TS = 7,0 %
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5 Güllealterung und Biogas
• Die erzielbaren Biogaserträge in den Rohgüllen halbieren sich innerhalb einer Lagerung von nur 7 Tagen
• Die Verluste sind bei der Rindergülle größer als bei der Schweinegülle
• Interessanterweise erzielen feuchtere Separationen zum Teil höhere Biogaserträge als trockene Separationen, trotz geringerer TS-Werte Separation egalisiert Biogasverluste durch Lagerung!
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6 Verpilzungsversuch
• Biogas-Ergebnisse stehen noch aus • (bisher nach 7 Tagen „stehen lassen“ 20 % Verluste im
erzielbaren Biogasertrag) • Die feuchteren Feststoffen bilden nach 70 Tagen
Lagerung Pilze aus • Die trockenen Feststoffe zeigen nach 70 Tagen einen
Käferbefall
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6 Verpilzungsversuch
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7 Zusammenfassung
• Schweinegülle – Der Biogasertrag von Rohgülle halbiert sich nach nur 7 Tagen Lagerung – Der Biogasertrag von abseparierten Feststoffen aus der Schweinegülle ist
unabhängig vom Güllealter – Die Phosphorabscheidung steigt mit dem Güllealter und erreicht fast die
Abscheideeffizienz einer Zentrifuge bei geringer Baugröße und Stromverbrauch (2,5 kWh/tRohgülle)
• Rindergülle – Der Biogasertrag von Rohgülle halbiert sich auch hier nach nur 7 Tagen
Lagerung – Der Biogasertrag der abseparierten Feststoffe sinkt bei der Rindergülle
auch mit dem Güllealter – Rindergülle sollte möglichst frisch separiert werden – Nährstoffabscheidung ist bei Rindergülle schwerer darstellbar
• Gärreste – Die Separation von Gärresten dient vorrangig der Entwässerung – Unterschiedliche Feuchtegrade erzeugen unterschiedliche Befallsarten
(Käfer oder Pilze) – Möglicherweise steigt der Abbaugrad der organischen Masse
(Versuchsergebnisse stehen noch aus)
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