biologie ss 20071 - uni-due.de · (aerob) abgebaut und in co2, wasser und bakterienmasse...

Dipl.-Ing. Ruth Brunstermannn

Modul Abfallwirtschaft 1 SS 2006Modul Waste Management 1

Siedlungswasser- und AbfallwirtschaftDipl.-Ing. Ruth Brunstermannn


Siedlungswasser- und Abfallwirtschaft

Biologische Abfallbehandlung(Biological Waste Treatment)

Teil 1: Grundlagen der BiologiePart 1: Basics of Biology

Ruth Brunstermann

Sprechstunde: dienstags 14:30-15:30 Uhrin Raum V15 R05 H08http://www.uni-duisburg-essen.de/abfall/abfalltechnik-essen.shtml






• Technischer Einsatz der Biologie

• Einteilung und Eigenschaften von Mikroorganismen

• Stoffkreisläufe

-Aerober Abbau

-Anaerober Abbau

• Beispiele für weitere Kreisläufe

• Grundlagen des aeroben Abbaus

• Verfahren der Kompostierung

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Kompostierung, VergärungRestmüllbehandlung

Abfallwirtschaft

Wasseraufbereitung etc.Kläranlagen

SilagenLandwirtschaft

Antibiotika, Proteine, Pharmaindustrie

Bier, Wein, Brot, MilchprodukteLebensmittelherstellung

Produkt/VerfahrenProduct / Operation

EinsatzgebietApplication






RWTH Aachen, 2002: www1.isa.rwth-aachen.de/Ww/lehre/ umdrucke/abfall/konzepte/pdf/vteil1.pdf

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Pflanzenplants

Tiereanimals

Mikroorganismen

Eubakterien Archaebakterien

ProtozoenEuglena






Einteilung der MikroorganismenClassification of microorganisms

membranfreier Zellkern, keine Zellorganellen

vollständig entwickelter Zellkern mit Zellmembran, Zellorganellen

Mikroorganismen der Kompostierung

Mikroorganismen der Vergärung

Bakterien machen den größten Stoffumsatz!






Eigenschaften der MikroorganismenProperties of microorganisms• geringe Abmessungen, ca. 1 – 10 µm

Durchmesser

• große spezifische Oberfläche

• großer Stoffumsatz

• stoffwechselphysiologische Flexibilität

• universelle Verbreitung

Mikroorganismen der Kompostierung:Bakterien, Actinomyceten, Pilze

Mikroorganismen der Vergärung:Bakterien und Archaea






Stoffkreisläufe – Kohlenstoff(Cycle of Matter – Carbon)

Organische Substanz

Mit S

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Ohne S

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CO2 NH4H2O CH4NO3 H2

Atmung Gärung






• Reduktion und Oxidation• Reduktion: Aufnahme von e-

• Oxidation: Abgabe von e-

C6H12O6 + 6 O2 --> 6 H2O + 6 CO2 + Energie

C6H12O6 --> 3 CH4 + 3 CO2 + Energie

Atmung

Gärung

• aerob = mit Sauerstoff (Kompostierung)

• anaerob = ohne Sauerstoff (Vergärung)

• anoxisch = mit gebundenem Sauerstoff







Drei Prozesse zum vollständigen aeroben Abbau

• Hydrolyse (große Moleküle werden gespalten)

• Oxidation des organischen Kohlenstoffs zu CO2

• Reduktion des Sauerstoffs zu H2O

Bei der Oxidation wird Energie gewonnen; biologisch nicht verwertbare Energie wird als Wärme freigesetzt.

Selbsterhitzung bei der Kompostierung







Massenflüsse beim aeroben biologischen Abbau (Kohlenstoff)

-Mass balance of the aerobic degradation (Carbon)-

Input-material

Sauerstoff

CO2

Bakterien

Bakterienzuwachs

100 % C

50 % (C)

50 % (C)

Die prozentuale Verteilung bezieht sich auf den Kohlenstoff (C).






Photosynthese – Mineralisation1. Strahlungsenergie der Sonne wird in chemische

Energie umgewandelt2. Kohlenhydrate (chemische Energie) werden mit O2

(aerob) abgebaut und in CO2, Wasser und Bakterienmasse umgewandelt

1. 2.






Photosynthese ⌦ Mineralisation

1. Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne in chemische Energie

2. Abbau der Kohlenhydrate unter O2-Verbrauch und Bildung von Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O)

Beide Prozesse gehen mit einem Massen- und Energiewechsel einher.

Grundmechanismen des Stoffwechsels und der Energieumwandlung






Biomüll

Waage

Grünabfall

Annahmebunker

Sieb 80 mm

Magnet

Mischtrommel

Kompostierung

Sieb

Hartstoffabscheider Lager

Grünabfalllager

Zerkleinerung

Folienabscheider

Biofilter

Deponie

Fe-recycling

Vermarktung

Fließschema einer Kompostierungs-anlage

Wasser und Luft






Bioabfallaufgabe

Annahme

Bio- und Grünabfalllager






Konditionierung

• Siebtrommel






Überbandmagnet






• Abbau an organischer Substanz

• nicht alle Stoffe sind abbaubar (fertiger Kompost enthält häufig noch 30-50 % der oTS)

• Komposterwärmung während der Stoffwechselprozesse: wesentlicher Prozessparameter ist die Temperatur

– Abbauphase

– Umbauphase

– Aufbauphase

Anlaufphase (12-24 Std); mesophile Organismen bei 10-45 °C, dann Sporenbildung und thermophile Organismen (25-80 °C); über 55 °C abnehmender Wachstum; ab 75 °C keine biologische Aktivität; Vorteil: Hygienisierung. Abkühlung durch Selbsthemmung der therm. Organismen; unterhalb von 45 °C wieder Mesophile.






Temperaturverlauf in einer Kompostmiete






BaumusterVerfahren Anbieter/Betreiber

I: Boxen- und Containerverfahren HerHof, ML

II: Tunnel- und Zeilenkompostierung Passavant, Sutco

III: Rottetrommel Envital, Lescha

IV: Belüftete Mietenkompostierung Thyssen, Bühler

V: Unbelüftete Mietenkompostierung VKW Anlagenbau

VI: Sonderverfahren Brikollare Rethmann(Remondis)

ohne BAV, IMK






Boxenkompostierung






Tunnel-kompostierung






Zeilenkompostierung






Unbelüftete Mietenkompostierung






Feinaufbereitung

• Output aus der Rotte

• Sieben

• Hartstoffabscheider

• Endprodukt: KOMPOST






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stZur Festlegung deutscher Qualitätsmerkmale für die Aufbringung von Sekundärrohstoffdüngern ist die Kenntnis folgender Verordnungen und Güterichtlinien von großer Wichtigkeit:

– Düngemittelverordnung (DüMV 1996)

– Bioabfallverordnung (BioAbfV 1998)

– Klärschlammverordnung (AbfKlärV 1992)

– Mitteilungen der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA): Merkblatt M10 über „Qualitätskriterien und Anwendungsempfehlungen für Kompost“(vom 15.02.1995)

– Methodenbuch der Bundesgütegemeinschaft Kompost (BGK) e.V. (RAL GZ 251)

Die Verordnungen sollen im Zuge der EU-Gesetzgebung harmonisiert und angeglichen werden. Zurzeit ist eine intensive Grenzwertdiskussion im Gang!






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Das Gütezeichen wird vom Betreiber der Anlage beantragt.

Die Bundesgütegemeinschaft Kompost (BGK) führt anschließend als Fremd-überwacher zwei verschiedene Verfahren durch:

• Gütesicherung von Kompost in Deutschland

• seit 1992 das Gütezeichen Kompost

1. Anerkennungsverfahren zur Erlangung des Gütezeichens2. Überwachungsverfahren als Kontrollinstanz

bisher: Frisch- und Fertigkompost mit zum Teil unterschiedlichen Qualitätskriterien und Güterichtlinien.






Je nach Rottestadium unterschiedliche Bezeichnung des Materials:

FRISCHKOMPOSThygienisiertes, in intensiver Rotte befindliches oder zu intensiver Rotte fähiges, fraktioniertes Rottegut zur Bodenverbesserung und Düngung, Rottegrade II und III

FERTIGKOMPOSThygienisierter, biologisch stabilisierter und fraktionierter Kompost zur Bodenverbesserung; Rottegrade IV und V

SUBSTRATKOMPOSTFertigkompost mit begrenzten Gehalten an löslichen Pflanzennährstoffen und Salzen, geeignet als Mischkomponente für Kultursubstrate

MULCHKOMPOSThygienisierter, fraktionierter Kompost ohne wesentliche Feinanteile zur Bodenabdeckung

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Die Bioabfallverordnung beinhaltet verschiedene Anforderungen an das Produkt und die Weiterverwertung

1. Anforderungen an die Behandlung der Bioabfälle, d.h. eine seuchen- und phytohygienische Unbedenklichkeit des Produktes

2. Anforderungen hinsichtlich der Schadstoffe und weiterer Parameter

a) Schadstoffe des aufzubringenden Materials (Bioabfall)

b) Schadstoffgehalte der Aufbringungsfläche (Boden)zu 1. Seuchen- und phytohygienische Unbedenklichkeit

–direkte und indirekte Prozessprüfung

–Produktprüfung

»Endproduktkontrolle im Rahmen einer Fremdüberwachung

»unbedenklich, wenn in keiner der entnommenen Proben Salmonellen nachweisbar sind und nur ein geringer Gehalt von keimfähigen Samen oder austriebfähigen Pflanzenteilen enthalten ist






zu 1. Seuchen- und phytohygienische Unbedenklichkeit

–direkte Prozessprüfung

»Einbringen von Test- und Indikatororganismen um den Wirkungsgrad der Behandlung zu ermitteln

» innerhalb von 12 Monaten nach Inbetriebnahme

»zwei zeitlich getrennte Untersuchungsgänge mit jeweils 60 Einzelproben

»Prüfung der Seuchenhygiene

»Prüfung der Phytohygiene

»Endproduktkontrolle nicht ausreichend

–und indirekte Prozessprüfung

»kontinuierliche Temperaturmessung

»mind. 55 °C über einen möglichst zusammenhängenden Zeitraum von 2 Wochen oder 65 °C (bei geschlossenen Anlagen: 60 °C) über eine WocheB

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zu 2a) Schadstoffgehalte im Bioabfall

–Festsetzung von zwei verschiedenen Grenzwerten für Schwermetalle

–Unterscheidung nach der Menge, die innerhalb von drei Jahren auf eine Fläche aufgebracht wird

Zulässige Schwermetallgehalte [mg/kg TS] im Bioabfall

Blei Cadmium Chrom Kupfer Nickel Quecksilber Zink

bis zu 20 Mg/ha 150 1,5 100 100 50 1 400

bis zu 30 Mg/ha 100 1 70 70 35 0,7 300

Fremdstoffe: maximal 0,5 Gew.-% i.d.TS Stoffe über 2mm Durchmesser

Steine: maximal 5 Gew.-% i.d.T. Steine über 5 mm Durchmesser

(Angaben entsprechen denen der BGK)

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Häufigkeit der Untersuchung hängt von der behandelten Bioabfallmenge ab

je angefangener 2.000 Mg (Frischmasse):

1. Gehalte der Schwermetalle Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Quecksilber, Zink sowie

2. pH-Wert, Salzgehalt, Gehalt der organischen Substanz (Glühverlust), Trockenrückstand, Anteil an Fremdstoffen

Untersuchungen mindestens vierteljährlich, bei Anlagen > 24.000 Mg/a sogar monatlich

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zu 2b) Schadstoffgehalte im Boden (Bodenuntersuchungen)

–bei der erstmaligen Aufbringung: Untersuchung auf

»Schwermetalle (siehe Tabelle) und

»pH-Wert

–gilt nicht für Bioabfälle, die einer regelmäßigen Güteüberwachung (BGK) unterworfen waren

Zulässige Schwermetallgehalte [mg/kg TS] im Boden

Böden Blei Cadmium Chrom Kupfer Nickel Quecksilber Zink

Bodenart Ton* 100 1,5 100 60 70 1 200

Bodenart Lehm** 70 1 60 40 50 0,5 150

Bodenart Sand 40 0,4 30 20 15 0,1 60* bei einem pH-Wert < 6 gelten für Cadmium und Zink die Werte der Bodenart Lehm** bei einem pH-Wert < 6 gelten für Cadmium und Zink die Werte der Bodenart Sand

Werden unbehandelte oder behandelte Bioabfälle zur Aufbringung abgegeben, müssen (ähnlich wie bei der BGK) bestimmte Angaben zur Deklaration gemacht werden.

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Erzeugnisse müssen vor dem Verkauf nach DüMV deklariert, kontrolliert und offiziell anerkannt werden. Hierfür zuständig:

Düngemittelverkehrskontrolle der Länder

1. Feststellung des Düngemitteltyps2. Feststellung der zu deklarierenden

Nährstoffgehalte3. Prüfung der zulässigen Toleranzen

(Grundlage hierfür ist das Fremdüberwachungszeugnis der BGK)

Die Düngemittelverordnung unterscheidet

– Sekundärrohstoffdünger

– Natur- und Hilfsstoffe, auch Bodenhilfsstoffe genannt






Sekundärrohstoffdünger (SRD)

• werden anerkannt, wenn sie einem bestimmten Düngemitteltyp der Anlage 1 DüMV entsprechen

• zu den Düngemitteltypen aus Bioabfällen aus getrennter Sammlung und privaten Haushaltungen gehören:

– Organischer NPK-Dünger

Mindestgehalte: 0,5 % N; 0,3 % P2O5; 0,5 % K2O; insges. 2 % in der TM

– Organischer NPK-Dünger - flüssig -

Mindestgehalte: s.o.

– Organisch-mineralischer NPK-Dünger

Mindestgehalte: 3 % N; 3 % P2O5; 3 % K2O; insgesamt 12 % in der TM

• Fremdstoffe:max. 0,5 Gew.-% im TR; Siebdurchgang > 2 mm

• Steine: max. 5 Gew.-% im TR; Siebdurchgang > 5 mm

Beachte: Mindestgehalte in % TM, Deklaration in % FM !

Dü

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Bodenhilfsstoffe (BHS)

• besitzen keinen wesentlichen Nährstoffgehalt

• beeinflussen den Boden nur in dem sie seinen Zustand oder die Wirksamkeit von Düngemitteln zu verbessern

• < 0,5 % N; 0,3 % P2O5 und 0,5 % K2O in der Trockenmasse

• max. jährliche Aufbringung von 30 kg Stickstoff, 20 kg Phosphat, 30 kg Kaliumoxid oder 100 kg basisch wirksames Calciumoxid (CaO) je Hektar

Sekundärrohstoffdünger (SRD) und Bodenhilfsstoffe (BHS) unterliegen unterschiedlichen Deklarationspflichten

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Deklaration von Sekundärrohstoffdüngern

Deklaration von Natur- und Hilfsstoffen

• Typenbezeichnung und tatsächliche Gehalte antypenbestimmenden Pflanzennährstoffen

• Name/Firma und Anschrift des für das In-verkehrbringen im Inland Verantwortlichen

• Gewicht oder Volumen• Art und Höhe der Gehalte typenbestimmender

Bestandteile• Angaben gemäß Vorbemerkungen zu Abschnitt

3a und Anlage 1 Spalte 6 der DüMV (1997)

Weiterhin zulässig sind:• handelsübliche Warenbezeichnung oder Marke• Angaben zur sachgerechten Anwendung• sonstige Angaben und Hinweise

• Bezeichnung als Wirtschaftsdünger,Bodenhilfsstoff, Kultursubstrat,Pflanzenhilfsmittel, Torf

• Name/Firma und Anschrift des für das In-verkehrbringen im Inland Verantwortlichen

• o. Fertigpackung Gewicht od. Volumen• Wirtschaftsdünger: Art des Düngers, Tierart,

Zusammensetzung, Nährstoffgehalt,sachgerechte Anwendung

• Bodenhilfsstoffe: Art, Zusammensetzung, Nähr-stoffgehalt, pH-Wert, Wirkungsbereich, sach-gerechte Anwendung, Mengenaufwand undAnwendungszeit

• Kultursubstrate: Art, Zusammensetzung, Nähr-stoffgehalt, pH-Wert, sachgerechte Anwendung,Salzgehalt

• Pflanzenhilfsmittel: Art, Zusammensetzung,Nährstoffgehalt, Wirkungsbereich, sachgerechteAnwendung, Mengenaufwand undAnwendungszeit

• Torf: Hoch- oder Niedermoortorf mit Zerset-zungsgrad, Anteil org. Substanz

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)Abfall-Klärschlammverordnung

• Gibt Grenzwerte für

- Schwermetalle- PCB- AOX

vor, die bei beabsichtigter Aufbringung auf Böden einzuhalten sind.

• Keine Pflicht zur Hygienisierung

Herabsetzung der Grenzwerte wird diskutiert






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EU

EU-Hygieneverordnung 1774/2002 „Animal by-products“

• Verschärfte Vorschriften für Speiseabfälle• Verbot der Verfütterung ab 2006 (BSE)• Hygienisierung erforderlich (1h, 70 °C, < 10 mm)

Die vielen verschiedenen deutschen Verordnungen sollen im Zuge einer einheitlichen EU-Gesetzgebung angeglichen werden.

Zurzeit existieren verschiedene Entwürfe, die eine intensive Grenzwertdiskussion auslösten.

Sollten die verschärften Grenzwerte für Schadstoffgehalte in Kraft treten, bedeutet dies das Aus für den Einsatz der meisten Komposte/biogenen Abfälle in der Landwirtschaft






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tUntersuchung des Kompostmaterials nach dem „Methodenbuch zur Analyse von Kompost“ der Bundesgütegemeinschaft Kompost e.V.

1. Probenahme und -aufbereitungsollte drei Bedingungen erfüllen:

• eine repräsentative Probe liefern• mit wenig Aufwand durchzuführen sein• keinen großen technischen Aufwand erfordern

Es gibt Einzel- und Sammelproben






2. Physikalische Laboruntersuchungen

Rohdichte (Volumengewicht)

• Probenmaterial bis zum Rand in einen Messzylinder füllen

• 10 X aus 10 cm Höhe aufstoßen

• gesetztes Volumen des Probenmaterials ablesen und die Masse des gefüllten Messzylinders bestimmen

• dreifache Wiederholung erforderlich

RDFS = MFS / VolFS x 10³ [g/l]

RDFS : Rohdichte der Frischsubstanz [g/l]MFS : Masse der eingefüllten Frischsubstanz in [g]VolFS : Volumen der gesetzten Frischsubstanz in [ml]

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Trockensubstanz und Wassergehalt

• repräsentative Stichprobe einwiegen (ca. 3-5 l)

• bei 105 °C bis zur Gewichtskonstanz (i.d.R. 24 Std.) trocknen und zurückwiegen

• Wassergehalt = Gewichtsdifferenz zwischen Einwaage und Auswaage in [% FS]

WG = (Mfeu - Mtro) / (Mfeu - Mtara) x 100 [%] TS = (Mtro - Mtara) / (Mfeu - Mtara) x 100 [%]

WG : Wassergehalt in [% FS]TS : Trockensubstanz in [% TS]Mtara : Masse der leeren Schale (Blech) in [g]Mfeu : Masse der feuchten Probe + Mtara in [g] Mtro : Masse der getrockneten Probe + Mtara in [g]

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• minimaler Wassergehalt hängt vom Bedarf der Mikroorganismen ab

• maximaler WG wird durch die Konkurrenz zwischen Sauerstoff und Wasser bestimmt

Kompostierung bedingt die Bereitstellung von ausreichend Sauerstoff und Wasser, wobei die Schwierigkeit darin liegt, dass das Porenvolumen beide Komponenten aufnehmen muss.

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• optimale WG zu Rottebeginn: 40 - 60 %

• Kompostierung bei einem WG über 70 % und unter 25 % nicht mehr möglich

• nach BGK: loser Kompost WG von max. 45 %; abgepackte Ware max. 35 %

• beste Rotteergebnisse, wenn die Versorgung der Mikroorganismen mit Wasser und Sauerstoff in einem günstigen Verhältnis zueinander steht

• optimale Wassergehalte sind je nach Struktur und Partikelgröße unterschiedlich und lassen sich über die Bestimmung der maximalen Atmungsaktivität (z.B. AT4) ermitteln

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Glühverlust (org. Substanz)

• Zerkleinerung von 30 g TS der getrockneten Probe auf < 25 mm

• davon 5 g in einen Porzellantiegel einwiegen und bei 550 °C im Muffelofen bis zur Gewichtskonstanz (i.d.R. 4 Std.) verglühen

• Tiegel im Exsikkator erkalten lassen und zurückwiegen

• Maß für den Gehalt der organischen Substanz in Komposten

• Gewichtsdifferenz aus Ein- und Auswaage [% TS]

GV = (MvdG - MndG) / (MvdG - Mtara) x 100 [%]

GV : Glühverlust in [% TS]Mtara : Masse des leeren Tiegels in [g]MvdG : Probeneinwaage + Mtara in [g], vor dem GlühenMndG : Probe + Mtara in [g], nach dem Glühen

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Abbaugrad η: ⎟⎠⎞

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GV 100

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GVA : Glühverlust am Anfang des Rotteprozesses [%]GVE : Glühverlust am Ende des Rotteprozesses [%]

3. Chemische Laboruntersuchungen

Müssen von ausgebildetem Personal durchgeführt werden!

Nährstoffe

• zu den wichtigsten Nährstoffen gehört das C/N-Verhältnis (nach Methodenbuch Kompost, 1994, Elemantaranalyse) sowie der Kohlenstoffgehalt, gemessen als TOC [%] nach DIN EN 1484

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3. Chemische Laboruntersuchungen

C/N-Verhältnis

• dient der Charakterisierung des Ausgangsmaterials und des Endproduktes

• wird im Verlauf der Rotte durch den Verlust von Kohlenstoff kleiner (enger)

• im Ausgangsmaterial ist ein C/N-Verhältnis von 20:1 optimal

• im Endprodukt sollte ein C/N-Verhältnis von 10-20:1vorhanden sein

Stickstoff

• wesentlicher Bestandteil der Pflanzen des Bodens

• im Verlauf der Rotte Stickstoffverluste und -gewinne

• im allgemeinen reichert sich der Stickstoff während der Rotte an ( Verengung des C/N-Verhältnisses)

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Unterscheidung zwischen:

a) Gesamtstickstoff (Kjeldahl-Stickstoff)

– langfristig zur Verfügung stehender, organisch gebundener Makronährstoff

– wird zur Charakterisierung von Komposten herangezogen

– wird bei der Berechnung des C/N-Verhältnisses berücksichtigt

b) pflanzenverfügbarer Stickstoff

– besteht im wesentlichen aus Ammonium und Nitrat

Vergleichswerte der Gesamtstickstoffgehalte (= Kjeldahl-Stickstoff) inverschiedenen Komposten

Nges [% TS]Bio- und Grünkomposte 0,8-1,8Biokompost 0,5-1,8Kompost 0,8-1,5Tiefstallmist 3,0Rindermist (frisch) 1,76K

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Schwermetalle

• natürliche Bestandteile des bodenbildenden Gesteins mit einer Dichte von 5 kg/l

• einige sind in geringen Konzentrationen essentiell, andere wirken generell toxisch

• Aufnahme meist über die Nahrungskette

• dies wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, besonders aber durch den pH-Wert des Bodens und die Art der Wurzelsäfte der Nutzpflanze

• Schadstoffgehalt ändert sich mit dem Gehalt der org.Substanz

• Normierung der Schwermetallgehalte auf 30 % GV (org. Substanz)

SMSM

GV

P

P30%

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⋅−( )

SM30%: Schwermetallgehalte in [mg/kg TS] normiertauf 30 % Glühverlust

SMP : Schwermetallgehalte in [mg/kg TS] der ProbeGVP : Glühverlust in [% TS] der Probe

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speziell: Chrom

• wird dem Boden über phosphathaltige Dünger zugeführt

• Gerberei-Industrie, Galvanikbetriebe, bei der Holzimprägnierung, in der chem. Industrie und als Bestandteil von Legierungen (Chromstahl) und Farbpigmenten

• Nutzung in der Bau-, Druck- und Textilindustrie

• wichtiges Nährelement für Menschen, Tiere und Pflanzen, welches bei zu hohen Konzentrationen toxisch wird

Quecksilber

• umwelttoxikologisch bedeutsam

• wird natürlich bei der Mineralwitterung frei

• Quecksilberemissionen sind auch auf die Verbrennung von fossilen Brennstoffen (Kohle und Erdöl) und Abfällen zurückzuführen

• in vielen Nahrungsmitteln enthalten

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Blei

• umwelttoxikologisch relevant

• Eintrag vor allem über die Luft in Böden

• besonders neben verkehrsreichen Straßen (durch bleihaltiges Benzin)

• Blei zur Herstellung von Bleibatterien, Kabelmänteln, Akkumulatoren, Verchromungskabeln und diversen Legierungen

• Bleikontaminationen, wenn Kohle als wesentliche Energiequelle genutzt wird

• in Nahrungsmitteln enthalten

Zusammenfassend werden Schwermetalle aus den verschiedensten Richtungen in den Kompost eingetragen. Nicht nur Nahrungsmittel und Küchenabfälle, sondern auch Grünschnitt und Laub tragen zu hohen Schadstoffgehalten im Endprodukt Kompost bei.

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4. Biologische Laboruntersuchungen

Zu den wesentlichen biologischen Laboruntersuchungen gehört die Bestimmung des Rottegrades. Üblich sind aber auch Kressetests mit dem Endprodukt.

Rottegrad (Selbsterhitzung)

• sieben der frischen Originalprobe auf < 10 mm

• mit Hilfe der Faustprobe einen optimalen Wassergehalt einstellen

• Dewar-Gefäß mit einem Volumen von ca. 1,5 Litern unter leichtem Stoßen auf eine Unterlage bis zum Rand füllen

• bei einer Raumtemperatur von etwa 20 °C aufstellen und mit einem Thermometer versehen

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Nach BGK orientiert sich der Rottegrad an der Maximaltemperatur

Rottegrad I Tmax = 60 - 70 °C

Rottegrad II Tmax = 50 - 60 °C

Rottegrad III Tmax = 40 - 50 °C

Rottegrad IV Tmax = 30 - 40 °C

Rottegrad V Tmax = 20 - 30 °C

Nach LAGA M10 ist neben dem Temperaturmaximum zusätzlich die Fläche unter der Kurve in der Zeit von 0-72 Stunden anzugeben.

Die Bestimmung des Rottegrades ist immer etwas schwierig, da viele Faktoren auf das Ergebnis Einfluss nehmen:

• Wassergehalt• Sauerstoffzufuhr• Austrocknung• Außentemperatur

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Prozesse zum vollständigen anaeroben Abbau(Processes for the anaerobic degradation)

Stoffkreisläufe - Kohlenstoff

BiomassePolysaccharide

ProteineFette

ZuckerAminosäurenFettsäuren

CarbonsäurenAlkohole

Essigsäure

CO2 CH4

1. StufeHydrolyse derMakromoleküle

2. StufeSäurebildung

acidogene Phase

3. StufeEssigsäurebildung

acetogene Phase

4. StufeMethanbildung

methanogene Phase

H2 CO2

hydrolytischeBakterien

gärende Bakterien acetogeneBakterien

methanogeneBakterien






Massenflüsse beim anaeroben biologischen Abbau (Kohlenstoff)

-Mass balance of the anaerobic degradation (carbon)-

Input-material

CO2, CH4

Bakterien

Bakterienzuwachs

100 % C

10 % C

90 % C

wenig Schlamm!

viel Gas!

Die prozentuale Verteilung bezieht sich auf den Kohlenstoff (C).






Vergleich aerob mit anaerobComparison aerobic and anaerobic

für strukturschwache Materialienfür strukturreiche Materialien

Energiegewinn(80 kWh/Mg)

Energieverbrauch(20 - 65 kWh/Mg)

viel „C“ im Gasviel „C“ im Schlamm

externe TemperierungSelbsterhitzung

flüssig, gasförmig fest, flüssig, gasförmig

ohne Sauerstoff mit Sauerstoff

anaerober Abbauaerober Abbau

Anaerobverfahren benötigen immer eine Nachkompostierung.







Voraussetzungen für biologischen

Kohlenstoffabbau:

• Wasser

• Oxidations-/Reduktionspartner

• Abfuhr oder Weiterverbrauch der

Stoffwechselprodukte

--> Abbau ist nur in Symbiose verschiedener

Organismen möglich






Temperaturbereiche von MikroorganismenTemperature range of microorganisms

Einheit Minimum OptimumMaximum

Psychrophil °C 0 – 10 15 – 20 25 – 30

Mesophil °C 10 – 15 25 – 35 35 – 45

Thermophil °C 25 – 45 50 – 55 75 - 80

(nach: Zachäus, 1995)






Stoffkreisläufe – StickstoffCycle of Matter - Nitrogen

• Ammonifikation

"Lösen" des organisch gebundenen N zu

NH4+

• Nitrifikation (aerob)

Oxidation des NH4+ zu NO3

• Denitrifikation (anaerob)

Reduktion des NO3 zu N2

• Anammox (geringe O2-Partialdrücke)

Bildung von N2 durch NH4+ + NO2

-






Stoffkreisläufe - weitere BeispieleCycle of Matter – other examples

• Phosphor

• Schwefel

• Metalle

--> jede Behandlung zielt letztendlich auf eine

Remineralisation organischer

Verbindungen

biologie ss 20071 - uni-due.de · (aerob) abgebaut und in co2, wasser und bakterienmasse...

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