Praktischer Einsatz des SBR-Verfahrens zur Behandlung von Schweinegülle

Die hochbelasteten organischen Abwässer aus der intensiven Tierhaltung (insbesondere Gülle) sind zu einem Problemstoff für Gewässerschutz, Grundwasserschutz und Wassergewinnung geworden. Vor allem die Einhaltung der geforderten Nitratwerte im Trinkwasser wird zunehmend problematischer. Durch die Vergrößerung der Viehbestände und Spezialisierung auf nur noch bestimmte landwirtschaftliche Produkte kommt es häufig zu einem Missverhältnis zwischen anfallender Gülle und den für die Aufnahme zur Verfügung stehenden Flächen. Daher fällt Gülle, die früher als wertvoller Dünger genutzt wurde, heute nur noch als Abfallstoff an. Es wurden bisher viele Versuche unternommen um eine geeignete Lösung zur Güllebehandlung zu entwickeln, jedoch konnte sich noch keines dieser Verfahren in der Praxis bewähren. Im Rahmen dieser Diplomarbeit, die Teil eines Forschungs- und Entwicklungsvorhabens ist, sollte ein wirtschaftliches und dezentral einsetzbares Verfahren zur Güllebehandlung entwickelt, und somit ein Beitrag zum Gewässerschutz geleistet werden. Durch Vorversuche zeigte sich, dass das seit einigen Jahren im Kommunal- und Industrieabwasserbereich mit Erfolg eingesetzte Verfahren des Sequencing Batch Reaktors dafür besonders geeignet ist.
Daher wurde auf dem Hof Streyl in Dülmen-Rorup eine halbtechnische Versuchsanlage nach dem SBR-Verfahren aufgebaut. Auf diesem Hof wird Schweinemast betrieben, wodurch eine Versorgung mit Substrat jederzeit gewährleistet war.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob eine Reinigung von Schweinegülle nach dem SBR-Verfahren möglich ist. Dabei sollten die problematischen Nährstoffe Stickstoff und Phosphor so weit eliminiert werden, das eine Vorfluterqualität erreicht wird. Außerdem wurden Versuche zur gezielten biologischen Phosphor-Elimination durchgeführt.
Bei dem SBR-Verfahren handelt es sich um eine spezielle Variante des herkömmlichen Belebungsverfahrens, mit der Besonderheit, dass die einzelnen Prozessphasen zeitlich aufeinanderfolgend im gleichen Becken stattfinden. Dadurch können über geeignete Reaktionsbedingungen die Eigenschaften des Belebtschlammes und die Zusammensetzung der angesiedelten Mikroorganismen gesteuert werden. Ein SBR-Zyklus besteht aus verschiedenen Phasen und beginnt mit der Füllphase. Nach oder während dieser, folgt die Mischphase, in der der Reaktorinhalt durch einen Rührer durchmischt wird. Die nachfolgende Belüftungsphase dient zur Oxidation der Kohlenstoffverbindungen und zur Nitrifikation. In einer weiteren Rührphase ohne Belüftung wird der molekular gebundene Nitrat-Sauerstoff denitrifiziert. Eine anschließende Wartephase dient zur Trennung des Schlamm - Wasser - Gemisches. Davon wird das gereinigte Abwasser abgezogen und gegebenenfalls auch ein Teil des sich anreichernden Überschussschlammes. Der Reaktor steht jetzt wieder für eine Neubefüllung zur Verfügung.

Die zu behandelnde Schweinegülle lässt sich als ein extrem hoch belastetes häusliches Abwasser charakterisieren. Durch die Versuche und Recherche in der Literatur hat sich gezeigt, dass sie starken Schwankungen in ihrer Zusammensetzung unterliegt. Die wichtigsten abwassertechnisch relevanten Parameter sind dabei der CSB, Stickstoff und Phosphor. Der Abbau dieser Stoffe wurde durch vor Ort Analysen kontrolliert. In Vorversuchen zeigte sich das ein Teil des Phosphors bereits vor der Behandlung durch Feststoffseparation aus der Gülle entfernt werden kann.
In den Versuchen zur Vollreinigung der Gülle konnte ein Abbau des CSB von bis zu 77 % pro Versuchstag erreicht werden. Allerdings konnte immer nur ein Teil des durch die Gülle zugegebenen CSB abgebaut werden, der schwer abbaubare oder inerte Rest reicherte sich über die Versuchszeit im Reaktor an. Daher konnte das Ziel einer Reinigung auf Vorfluterqualität nur zu Beginn der Versuche erreicht werden. Ammonium, welches den allergrößten Teil am Gesamt-Stickstoff ausmachte, konnte vollständig abgebaut werden. Dieses gelang allerdings nur bei einem Austauschverhältnis von bis zu 5 %. Außerdem kam es zu einer starken Anreicherung von Nitrat und Nitrit in den Reaktoren.
Bei der biologischen Phosphat-Elimination sollte überprüft werden wie viel Phosphat über das SBR-Verfahren aus der Gülle abgetrennt werden kann. Der von uns erreichte Wert von 82 % zeigt, dass es möglich ist, auf biologischem Wege den Großteil des Phosphates zu eliminieren.

Eine Reinigung von Schweinegülle nach dem SBR-Verfahren war also möglich. Allerdings nur bei geringen Austauschverhältnissen oder langen Versuchszeiträumen. Das hat zur Folge, das eine entsprechende Anlage ein sehr großes Fassungsvermögen benötigt, oder die Behandlung der Gülle mehrere Tage in Anspruch nimmt. Der Bau und das Betrieben einer solchen Anlage wäre daher kaum wirtschaftlich.

Da sich an der landwirtschaftlichen Situation in den nächsten Jahren kaum etwas ändern wird und der Gülleanfall aus den zu Anfang genannten Gründen eher steigen wird, bleibt die Gülle als Problemstoff erhalten. Es muss daher weiter auf diesem Gebiet nach möglichen Lösungen geforscht werden.