DE4201198A1

DE4201198A1 - Verwendung von guelle

Info

Publication number: DE4201198A1
Application number: DE4201198A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: AQUAMOT AG
Current assignee: AQUAMOT AG
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1993-07-22

Description

Der Boden als einer der wichtigsten Grundlagen aller Lebensprozesse bildet nicht nur die Produktionsgrundlage für die Land- und Forstwirt schaft und einem Teil des Naturhaushaltes und der Landwirtschaft, sondern ist darüber hinaus auch Speicher und Filter für den Wasserhaushalt, Sied lungs- und Verkehrsfläche sowie Träger von Bodenschätzen.

Die intensive wirtschaftliche Nutzung führt zu einer erheblichen Belastung der Umwelt und des Naturhaushalts und damit auch des Bodens. Insbesondere die Einträge von mit der Luft eingetragenen Schadstoffen, wie Ammoniak, Stickoxide, Schwefeloxide, Staub, Mikrostaub, saurer Regen, und von Schwermetallen, die aus dem Boden nicht mehr oder nur mit größtem Aufwand entfernt werden können, stellen ein schwerwiegendes Problem dar. Für die Bundesrepublik Deutschland liegt die Emissionsdichte an Ammoniak im mittleren Bereich, aber in Europa werden insgesamt 6,4 Millionen Tonnen Ammoniak (NH₃) emittiert, wobei rund 80% bei der Viehhaltung anfällt. Hierbei weisen im Ländervergleich die Niederlande die höchste Emissionsdichte und Frankreich die höchste Gesamtemission an Ammoniak auf.

Insbesondere aber die Einträge von Schwermetallen bedeuten ein hohes Maß an Risiko. Für die Bundesrepublik Deutschland/West wird ein mittlerer Schwermetalleintrag von 1,2 kg/ha und Jahr geschätzt. In der Reihenfolge ihrer Bedeutung für die Umwelt gehören die Industrieabfälle, Luftver schmutzung, Siedlungsabfälle, Flußsedimente, Klärschlamm/Gülle und land wirtschaftliche Chemikalien zu den wichtigsten Quellen der Kontamination mit Schwermetallen und anderen Schadstoffen. Aber auch eine Vielzahl orga nischer Stoffe, wie Chlorkohlenwasserstoffe (CKW), polychlorierte Bi phenyle (PCB), polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Dioxine und Trinitro-Toluen (TNT) stellen eine Gefahrenquelle für die boden biologischen Vorgänge dar.

Es kann heute davon ausgegangen werden, daß ein wesentlicher Teil der Schäden, insbesondere die durch Stickstoffverbindungen (NO_x, NH₂) verursachten Schäden, nicht durch die Industrie und den Kraftfahrzeugverkehr, sondern von der Landwirtschaft verursacht werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß sowohl durch die Düngung der Felder mit Gülle, Jauche und Klärschlamm als auch durch die Düngung mit sog. Standarddüngemitteln große Mengen an Schadstoffen in die Luft und in die Abwässer (Unter- und Grundwässer) gelangen. In den vergangenen Jahren konnte wissenschaftlich belegt werden, daß die in der Nachbarschaft von Agrarfabriken beobachteten erheblichen Bauschäden hierin ihre Ursache haben.

Es hat sich insbesondere herausgestellt, daß der mit Gülle auf Äcker und Grasflächen ausgebrachte Stickstoff nicht in den Boden gelangt, sondern größtenteils mit der Luft entweicht. Hierbei wurde bei Modellversuchen im Windkanal festgestellt, daß die Menge des entweichenden Stickstoffs um so größer, je flüssiger der ausgebrachte Dünger ist. Wird statt flüssiger Gülle luftgetrockneter Dünger ausgebracht, so gehen nur noch 21% des Stickstoffs verloren. Auch in der Tierhaltung entweichen in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsgrad der anfallenden Abfallstoffe bis 50% des Stickstoffs in die Luft. Es ist daher davon auszugehen, daß in Agrarregionen die Land wirtschaft mehr Stickstoff - wenn auch in einer anderen chemischen Aus gangsform - in die Luft freisetzt als Autoverkehr und Industrie zusammen.

Zum Vergleich zu den Stickoxiden (NO, NO₂) stellt der in landwirtschaftlichen Betrieben emittierte Ammoniak die reaktivere Verbindung dar und wird daher nicht mit den Luftströmungen in große Entfernungen getragen, sondern reagiert im wesentlichen im Emissionsbereich ab und entfaltet hier seine größte negative Wirkung. Er macht von den für Mitteleuropa ermittelten Eintragsmengen von ca 3 t/km² etwa ein Drittel aus, wobei nach den Untersuchungen feststeht, daß das Ammonium-Ion (=NH₄⁺), die geladene Form des Ammoniaks ein gefährliches Pflanzengift darstellt, dessen Aufnahme durch die Pflanze nicht kontrolliert werden kann. Neben der Giftwirkung auf die einzelne Pflanze führt ein übergroßer Ammoniumeintrag zur Verwirrung des Stickstoffhaushalts ganzer Ökosysteme, wobei sich die Wirkung des Ammoniums und der Stickoxide addiert und insbesondere die Wälder im Hinblick auf ihren vergleichsweise geringen Stickstoffbedarf außerordentlich empfindlich reagieren. Hierbei ist auffällig der verminderte Magnesiumgehalt geschädigter Bäume, während der Stickstoffgehalt der geschädigten Bäume der ungeschädigten Bäume ent spricht oder ihn sogar übertrifft. Daraus ergibt sich, daß das Verhältnis von Magnesium zu Stickstoff erheblich verändert wird (reduzierte Photosynthese vermindert stark das Wachstum und schwächt den Baum).

In der Bundesrepublik Deutschland/West werden von etwa 15 Millionen Großvieheinheiten jährlich insgesamt 240 Millionen Tonnen Exkremente in Form von Jauche, Gülle und Stallmist produziert. Bereits 30% des Viehbe standes stehen auf Gülle, wobei sich pro Hektar landwirtschaftlicher Nutz fläche jährlich ein Aufkommen von 0,2 Kubikmeter Hühnergülle, 2,2 Kubik meter Rinder- und 2,4 Kubikmeter Schweinegülle ergeben. Bezogen auf die etwa 12 Millionen Hektar Agrarfläche der Bundesrepublik Deutschland/West ergibt sich ein Anfall von 80 Millionen Kubikmeter Gülle pro Jahr mit steigender Tendenz. Als Düngeinheit wird hierbei die von einer bestimmten Anzahl von Tieren während eines Jahres erzeugte Gülle-, Geflügelkot- oder Jauche und Stallmistmenge bezeichnet, die nicht mehr als 80 kg Stickstoff, bewertet als Gesamtstickstoff, oder nicht mehr als 60 kg Phosphat, bewer tet als Gesamtphosphat, enthält.

In der Nähe großer Viehhaltungsbetriebe und Weideflächen kann Ammoniak sowohl zur Eutrophierung als auch zur Versäuerung von Gewässern beitragen, wobei bereits 0,3 mg anorganischer Stickstoff pro Liter als kritischer Wert gilt, bei dessen Überschreitung es in einem See zur Algenbildung kom men kann. So sind in den Weidegebieten der Niederlande bereits über 80% aller schwach gepufferten Seen und Teiche mit pH-Werten von im Durch schnitt 3,8 (stärker als Essigsäure) stark übersäuert. Die Wirkung des Ein trages von Ammoniumverbindungen in Abwässern kann sehr vielfältig sein. So zeigte sich unter simulierten Feldbedingungen bei Zugabe von Ammonsulfat (NH₄)₂SO₄ eine starke Verminderung der Alkalität, d. h. eine Ansäuerung bzw. Absenkung des pH-Wertes sowie eine Veränderung der Stickstoff bindungsformen. Bei diesem, als Nitrifikationsvorgang bezeichneten Prozeß werden entsprechend der Gleichung NH₄⁺2 O₂ → NO₃^-+H₂O+2 H⁺ für jedes erzeugte NO₃-Anion, durch Nitrifizierung von NH₄⁺-Kation, zwei H⁺-Ionen freigesetzt. Das Ausmaß der Absenkung des pH-Wertes wird haupt sächlich von der Anwesenheit von Puffersubstanzen bestimmt. So wirkt etwa das HCO₃-Anion in den Versuchen, so lange es vorlag, als Puffer. Nach Verbrauch des HCO₃-Anions sank der pH-Wert unter dem Einfluß von NH₄⁺ während einer gewissen Zeit - etwa 20 Tage - rapide, danach nur noch sehr langsam. Dies resultiert aus dem Umstand, daß bei pH-Werten unter 4,5 der Nitrifikationsvorgang nicht mehr möglich ist und NH₄⁺ dann nicht mehr in Nitratanion NO₃- umgewandelt werden kann. Es kommt daher zu einer Anreicherung von Ammoniak. Diese Pufferwirkung erfolgt in der Weise, daß sich zunächst aus Calciumkarbonat/Branntkalk unter Einwirkung von Wasser und Kohlendioxid nach der Gleichung

ein Puffersystem Calciumhydrogenkarbonat/Calciumkarbonat bildet, das den Nitrifikationsvorgang durch Einfangen von H⁺-Ionen

NH₄⁺ + 2 O₂ → NO₃^- + 3 H⁺

aufhält. Calciumcarbonat ist im Wasser unlöslich, unter Einfluß von Wasser und Kohlendioxid löst es sich jedoch im Gülle-Wasser zu Calciumhydrogenkarbonat Ca(HCO₃)₂, das im Gleichgewicht mit dem Überschuß an Calciumkarbonat (siehe oben) und dem fein verteilten kohlensauren Kalk steht, so daß der ständig versäuernde Zufluß von Protonen (=H⁺-Kationen) abgefangen wird. Es tritt die Pufferwirkung ein, die in der Gülle der Gleichung

folgt. Bezogen auf einen täglichen Anfall von 200 Kubikmeter Gülle mit einer rechnerisch angenommen n/10 molaren Ammoniak-Lösung, d. h. 1,7 g NH₃/Liter, wovon nur ca. 1% zu Ionen nach der Reaktion

umreagiert, ergeben sich die aus der chemischen Reaktionskette der Ammoniumbildung

rechnerisch der Ammonium-Gehalt:

1,7 g/l × 0,01 × (18/17) × 1000 l/m³ × 200 m³/Tag = 1000 g NH₄⁺

und nach der Nitrifikation

rechnerisch 378 g H⁺-Ionen, die durch Puffer abgefangen werden müssen.

Bei der nachfolgenden Pufferung nach der Gleichung

werden rechnerisch insgesamt ca. 23,0 kg HCO₃-Anionen bei dem Abfangen von H⁺ verbraucht, woraus wiederum - bezogen auf 200 m³ Gülle - nach der Massen-Gleichung

CaCO₃-Menge: 23 058 g × 100,08 g : 162,08 g = 14 237,7 g = 14,237 kg
ein Kalkbedarf von ca 14,3 kg, bezogen auf den Feststoffgehalt der Gülle

CaO-Menge: 14,3 × 1,5 × 56,08 (CaO)/100,08 (CaCO₃) = 8,40

von 8,4 kg ergibt.

Für manche Fischarten und für die Fischbrut wirkt Ammoniak schon in einer Konzentration von 0,2 mg/Liter giftig, generell eine Konzentration von 3 mg/l für Fische und Plankton wird als toxisch angesehen. Durch Ammoniumoxidation, verbunden mit dem oxidativen Abbau weiterer organischer Substanzen, kann ferner der in einem Gewässer enthaltene Sauerstoff vor allem bei geringer Wasserführung (geringer Sauerstoffzufuhr) und hoher Temperatur (über 15°C) schnell unter Umständen vollständig aufgezehrt werden. Für die Oxidation von einem Milligramm Ammoniumstickstoff werden rund 4,5 mg Sauerstoff verbraucht. Die Folgen sind Fischsterben. Wegen dieser hohen Fischtoxizität von Ammoniak wurden in der Schweiz Ammoniak-Werte als Qualitätsmerkmal für Gewässer festgelegt, die entweder unter 0,1 mg NH₃/l liegen oder in der Summe von (NH₃⁺ NH₄⁺) Gehalte von 0,5 mg N/Liter nicht übersteigen dürfen. Wäßrige Lösungen von Ammoniak gelten in der Bundesrepublik Deutschland/West als wassergefährdende Flüssigkeit im Sinne der Wassergesetze.

Entsprechende Probleme ergeben sich bei der Behandlung der in großer Menge aus den Abwasserreinigungsanlagen in behandelter oder unbehandelter Form (Rohschlamm) anfallenden Klärschlämme, einschließlich der aus Klein kläranlagen und geschlossenen Abwasser-Sammelgruben anfallenden Fäkal schlämme. Sie weisen in der Regel einen Wassergehalt von über 96%, ent sprechend einen Feststoffgehalt (FS) bzw. eine Trockensubstanz (TS) von etwa 4% auf, die von abgesetzten Fest- und Schwebestoffen, den unlöslichen Fällungsprodukten und den Schlammflocken aus der Abwasserreinigung gebil det werden. Ihre Aufarbeitung erfolgt stufenweise derart, daß zunächst der frische oder ausgefaulte Schlamm in einer Vorbehandlungsstufe in einem Absetzbecken eingedickt und anschließend aerob, d. h. unter Belüftung, oder anaerob, d. h. unter Luftabschluß, stabilisiert wird durch sog. "Minera lisierung", d. h. teilweise Überführung der organischen Bestandteile in anorganische Verbindungen. Je nach dem weiteren Verwendungszweck erfolgt danach Pasteurisierung durch Temperaturbehandlung während einer Zeit von etwa 30 Minuten bei 70°C oder Entwässerung durch Versickerung und Verdunstung auf Trockenbeeten oder Zentrifugierung bzw. Filtrierung unter Druck. Zur Vorbereitung der Filtrierung kann eine sog. "Konditionierung" erforderlich sein im Hinblick darauf, daß der Schlamm in seiner Rohform wegen seiner kollodialen Beschaffenheit schlecht filtrierbar ist. Die Konditionierung erfolgt mit dem Ziel der Erzielung einer besseren Flockung chemisch durch Zugabe von Metallsalzen, wie z. B. Eisenchlorid und Kalkmilch, oder zum Zwecke der Zerstörung der kollodialen Struktur des Schlammes thermisch während einer Zeit von bis zu zwei Stunden bei etwa 200°C. Die weitere Verarbeitung der Klärschlämme erfolgt durch - soweit möglich - Kompostierung oder Trocknung und Verbrennung.

Die beschriebenen Verfahren der Verarbeitung sind angesichts der zu nehmenden Verknappung von Deponieraum, der von den Kläranlagen immer wei ter entfernt liegenden Deponien, der immer schwieriger werdenden Unter bringung von Klärschlämmen in der Landwirtschaft einerseits und des sich ständig erhöhenden Anfalls an derartigen Klärschlämmen und insbesondere Gülle in hohem Maße unbefriedigend. Insbesondere der enorme Anfall an Gülle mit seinen vorstehend geschilderten Folgen für die unmittelbare Umgebung macht eine Lösung außerordentlich dringlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens zugrunde, mit dessen Hilfe Gülle kurzfristig in eine Form gebracht werden kann, in der eine unmittelbare Schädigung der Umwelt vermieden und in der sie nutzbringend wieder in den Kreislauf gebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird auf die im Patentanspruch 1 wiedergegebene Weise gelöst.

Durch die Nutzung der einen hohen Wasseranteil aufweisenden Gülle als Pelletierflüssigkeit zur Pelletierung von hydroxidbildenden Materialien mit möglichst hohem Verbrauch an Reaktionswasser kann die Gülle schnell, kostengünstig und abfallfrei in eine feste Form überführt werden unter gleichzeitiger Bindung der die großen Umweltprobleme verursachenden flüchtigen Ammonium-Bestandteile, die im Gegenteil bei Wahl entsprechender Materialien in biologisch bzw. pflanzenphysiologisch nutzbringende Ammoniumverbindungen überführt und wieder in den biologischen Kreislauf eingebracht werden können. Hierbei stellt das in der Gülle enthaltene Wasser (ca. 93% der Gülle) ein landwirtschaftlich nutzbares Wirkmittel dar, das bei der Aufarbeitung vollständig in dem Endprodukt als Chemie- und Pelletierwasser integriert bleibt. Die thermische Aufkonzentrierung der Gülle ist demgegenüber außerordentlich aufwendig, wobei der abge dampfte Wasseranteil von Geruchsstoffen intensiv gereinigt werden müßte.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Erfindung besteht auch darin, daß die bisher nur sehr begrenzt einsetzbaren Klärschlämme nutzbringend und ohne Umweltbelastung ebenfalls in den biologischen Kreislauf einge bracht werden können. Die Pellets sind als Düngemittel ganzjährig ein setzbar und können auch aufgrund ihrer geringen Herstellungskosten zur Lösung der bekannten erheblichen Ernährungprobleme in den Ländern der Dritten Welt beitragen. Das Produkt fällt in der Form eines gezielt langzeitig wirkenden Düngemittels (= slow release fertilizer) an, dessen volle Nährkraft für die Pflanzen verfügbar bleibt, ohne Belastung der Gewässer und ohne Freisetzung schädlicher Stoffe in die Atmosphäre.

Hierbei kann eine Minimierung bzw. vollständige Beseitigung der Geruchsbelästigung außer durch Zugabe von absorbierenden und gegenüber den Geruchsstoffen chemischen Aktivstoffen erreicht werden durch sog. "Chemie sorption" des enthaltenen und/oder des mikrobiologisch entstehenden, als Trägergas für die Geruchsstoffe dienenden Ammoniaks. Sie erfolgt durch Zugabe von Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid und Phosphaten/Phosphorsäure in den zu pelletierenden Materialstrom unter Einhaltung des praktisch und chemisch notwendigen Gewichtsverhältnisses von Mg : N : P

das zur Bildung von unlöslichem, für Düngezwecke geeignetem Magne sium-Ammonium-Phosphat MgNH₄PO₄ (=MAP) erforderlich ist, wobei in der Endphase der Umsetzung ein geringer stöchiometrischer Überschuß an Mg + P gegenüber N von ca. 15% zur Vollendung der Reaktion eingehalten werden sollte.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung, in der die Erfindung anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die in der Anlage beigefügten Block-Schemata erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 die Schemadarstellung einer Aufarbeitungsanlage zur Pelle tierung von Gülle und/oder Klärschlamm,

Fig. 2 die Schemadarstellung des Verfahrensablaufs bei der Pelle tierung von Gülle und/oder Klärschlamm,

Es steht frische Gülle zur Aufarbeitung mit einem Feststoffgehalt von 7% und jeweils 3,5 Gew.-% Phosphat- und Ammonium-Bestandteilen, d. h. 3,5 kg PO₄ und 3,5 · 18/62 = 1,016 kg NH₄ zur Verfügung. Das Verhältnis PO₄ : NH₄ beträgt 3,5 : 1,016. Das zugrunde zu legende Mengenverhältnis Mg : NH₄ : PO₄ beträgt

3,3 <kg< + 1,58 <kg< + 2,6 <kg< = (MgNH₄PO₄)

Die Frischgülle wird zunächst - siehe das anliegende Blockschema - in einer Vorstufe auf eine Temperatur von etwa 70°C gebracht, wobei zum Zwecke der Desodorisierung und Desozonisierung Mangan-Nitrat in einer Menge von 0,001%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Gülle zugesetzt wird.

Die in dieser Weise vorbereitete Gülle gelangt danach in die Pelletierungsstufe ("Pelletierung nach dem MM-Verfahren" des anhängenden Blockschemas), wobei es zur Vorbereitung der Pelletierung der Berechnung der einzusetzenden Materialien bedarf. Hierbei wird davon ausgegangen, daß der vorhandene Ammoniak vollständig zu Magnesium-Ammonium-Phosphat umgesetzt werden soll, wozu es der Zugabe von 2,75 kg Magnesium in Form von 2,9 kg MgO oder 4,2 kg Mg(OH)₂ bedarf. Darüber hinaus sollte zur sicheren Vermeidung von Geruchsbildung während der Reaktion - bezogen auf das vorhandene Ammonium - ein ca. 15%iger Überschuß an Reaktionsmaterial eingesetzt werden, so daß im Ergebnis der Gülle im Verlauf der Verarbeitung 3,3 kg MgO (alternativ 4,8 kg Mg(OH)₂) sowie 2,6 kg Phosphat pro m³ Flüssigkeit zuzugeben sind. Die Zugabe des Magnesiums kann in Form reiner Chemikalien erfolgen, vorteilhaft erfolgt sie jedoch zur Zuführung einer gleichwerten Menge an kalziniertem Domit, der ein hohes Wasserbindungsvermögen und darüber hinaus Kalkkomponente besitzt, die einerseits pflanzenphysiologisch vorteilhaft ist und andererseits der Pufferung der Nitrifizierung der Gülle dient. Entsprechend erfolgt die Zugabe des Phosphates durch Einführung von (flüssiger) Phosphorsäure oder eines Phosphatsalzes.

Die Pelletierung erfolgt in der Weise, daß die hydroxidbildenden Materialien zusammen mit den trockenen Zuschlagstoffen - einschließlich des gegebenenfalls zuzugebenden trockenen Klärschlammes - intensiv ge mischt und die Mischung durch Zugabe von Gülle als Pelletierflüssigkeit unter ständiger Kühlung pelletiert wird. Hierbei wird zur weiteren Steigerung der Geruchsvernichtungsrate dem Einsatzmaterial Betonit oder Aktivbetonit in einer Menge von 5 bis 10%, bezogen auf die pulverförmige Reaktionsmasse, zugegeben. Dieses Hilfsmittel beeinflußt den Pelle tierungsvorgang durch seine Aufnahme von Wasser und der wäßrigen Lösungen weiterhin positiv, gilt darüber hinaus als tonartiges Material und dient damit auch als Bodenstrukturverbesserer und im Boden als ein wasserspeicherndes Mittel (Bodenfeuchtigkeit, Regenfälle, künstliche Bewässerung).

Die resultierenden Pellets können unmittelbar konfektioniert und zur Verwendung in der Land- oder Forstwirtschaft versandt werden, eine beispielhafte Zusammenstellung der Anteilgrößen von Zusatzstoffen zu 100 kg Gülle mit 7 Gew.-% und 40 Gew.-% Feststoffgehalt (=FS) gibt das folgende Beispiel 1:

Beispiel 1 Variante A:

Bei der Arbeitsweise nach dem Beispiel 1 wird der ungewöhnlich hohe Wasserüberschuß der Gülle in einer Weise beseitigt, daß der gesamte Wasservorrat dem Boden verfügbar gemacht wird und keinen sekundären Abfall bildet. Ein großer Teil des Wasseranteiles wird als sog. Chemiewasser betrachtet (siehe Tabelle) und in der Reaktion mit dem kalzinierten Dolomit als Hydroxid nach der Gleichung

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

(56,08) g + (18,0) g = (74,08) g

gebunden. Der Anteil an an Kalk gebundenem Wasser beträgt danach 100 · 18,0/74,08 = ca 25,0% und der Anteil an gemäß der Gleichung

MgO + H₂O = Mg(OH)₂

(40,3) g + (18,0) g = (58,3) g

an Magnesiumoxid gebundenem Wasser 100 · 18,0/58,3=ca. 31,0%

In einer entsprechenden Weise kann als Einsatzmaterial anstelle der Frischgülle mit 7%igem Feststoffanteil vorkonzentrierte Gülle mit jedem beliebigen, beispielsweise 40%igem Feststoffanteil eingesetzt werden mit oder ohne Zugabe von Klärschlamm. Die Verarbeitung erfolgt grundsätzlich in der gleichen, vorstehend beschriebenen Weise derart, daß zuerst kalziniertes Dolomit 61,5/38,5 aus den Lagersilos 3, 4, 5 in einer Einsatzmenge von 184,35 kg (106,35/157,17/130,0 kg), enthaltend 5 Gew.-% Betonit sowie gegebenenfalls 0,001 Gew.-% Mangannitrat und 0,015 Gew.-% Duftmittel über die Waagen 6, 7 und Zellenradschleuse 8, 9 in den Pelletiermischer 10 vorgelegt und intensiv/homogen gemischt werden. Die volle Homogenität des Pulver-Gemisches wird nach 5 Minuten Mischzeit erreicht.

Es wird danach die gepufferte oder aber die frische, vorerst alternativ bei ca. 70°C thermisch desinfizierte und/oder desodorisierte Gülle, in der das Verhältnis, gewichtsbezogen, von Ammonium NH₄⁺ zu Magnesiumoxid und/oder Magnesiumhydroxid zu Phoshat PO₄³⁻ auf 1,58 : 3,3/4,8 : 2,6 vorläufig erstellt worden ist mittels der Pumpe 2 aus dem Vorratsbehälter 1 in den Pelletiermischer 10 dosierend eingebracht. Der Inhalt des Vorratsbehälters 1 wird im Kreislauf mit der Pumpe 2 intensiv und homogen gemischt. Der Inhalt des Pelletiermischers wird nun in an sich bekannter Weise durch Mikropelletier-/Mikrobeschichtungs-Verfahren pelletiert, das pelletierte Material mit ca. 3 bis 5 Gew.-% Dolomit bezogen auf die eingesetzte Dolomitmasse, trocken gepudert und pneumatisch in die Lagerbunker 12, 13 gefördert. Während des Pelletiervorganges wird der Pelletiermischer inten siv auf Raumtemperatur gekühlt. Die Konfektionierung (Absiebung der Fein fraktion unter 0,5 mm und der Grobfraktion größer 5 mm) und die Abwiegung in Säcke oder andere Transportbehälter erfolgt aus den Lagerbunkern. Die Fein- und Grobfraktionen werden nach einem Mahlvorgang auf die Korngröße unter 100 Mikrometer gemahlen und rezirkuliert. Auch die Wandbeläge aus der Reinigung der Wände des Pelletiermischers werden gemahlen und rezykliert. Der Füllungsgrad des pelletierten Materials beträgt min 60 Vol.-% und das gerüttelte Schüttgewicht 1,15 bis 1,20 kg/Liter.

Es werden nachstehend noch einige Berechnungsbeispiele für andere Einsatzmengen-Verhältnisse als Variante B des vorstehenden Beispiels wiedergebeben.

Beispiel 2

Thermische Vermischung 80-90°C
Gülle mit 7,0% Feststoff. Einsatzmenge: 100 kg.

Die erforderliche Einsatzmenge × an Dolomit 61,5/38,5 (kalziniert) für jeweils 100 kg Gülle mit dem angegebenen Feststoffgehalt beträgt danach

Beispiel 3

50/50 Gülle 7/93 und Klärschlamm 30/70 (- = 30% FS). Einsatzmenge 100 kg.

Beispiel 4

Klärschlamm 30/70 (=30% FS). Einsatzmenge 100 kg.

Klärschlammpellets-Zusammensetzung

Beispiel 5

Es wird Dolomit aus CaO + MgO im Verhältnis CaO : 61,5 und MgO: 38,5% künstlich gemischt. Nachfolgend werden für verschiedene Varianten das Chemiewasser und der chemisch bindende Dolomitanteil berechnet. Das Pelletierwasser beträgt 15,0 Gew.-%, bezogen auf die trockene Pelletmasse.

Variante 1

Gülle mit 7,0 Ges.-% Feststoff. Einsatzmenge: 100,0 kg; x = Dolomit 61,5/8,5, kalziniert für 100,0 kg Gülle 93/7.

Variante 2

Gülle mit 40,0 Gew.-% Feststoff. Einsatzmenge: 100,0 kg; x = Dolomit 61,5/38,5, kalziniert, für 100,0 kg Gülle 60/40.

Variante 3

Gülle mit 93,7 und Klärschlamm 70/30 (= 30 G.-% Feststoff) zu je 50 kg.
Einsatzmenge: 100,0 kg; x=Dolomit 61,5/38,5, kalziniert.

Variante 4

Klärschlamm mit 30 Gew.-% Festsstoff. Einsatzmenge: 100,0 kg; x=Dolomit 61,5/38,5, kalziniert, für 100,0 kg Klärschlamm 70/30.

Bemerkung: Klärschlamm in den oben beschriebenen Varianten ohne Schwerme tall- und Dioxin-Gehalt.

Minimierte Gülle-Pellets-Mengen

Nutzung der In-Situ-Abwärme bei der Gülle-Pelletierung

Nach dem optimierten Verfahren wird die Rohgülle während des Pelletie rungsverfahrens gleichzeitig und simultan stark konzentriert, desinfiziert, desodoriert und danach pelletiert. Als bei der Konzentration wärmetechnisch wirkende Materialien, die unter starker exothermischer Reaktion Güllewasser chemisch binden und die Arbeitstemperaturen bis auf ca. 100°C erhöhen, wobei das Güllewasser gleichzeitig chemisch gebunden und physikalisch verdampft wird, gelten vor allem oxidische Verbindungen, die eine große Reaktionsfreudigkeit mit Wasser zeigen, vor allem Calcium- und Magnesium-Oxide und deren Gemische.

Wärmeverluste der isolierten Misch- und Pelletierausrüstung wurden erfahrungsgemäß mit 20% angenommen. Wärmeaufnahme des Materialgemisches wurde mit 15% vorausberechnet.

Variante 5

Gülle mit 7,0 Gew.-% Feststoff. Einsatzmenge: 100,0 kg; x = Dolomit 61,5/38,5, kalziniert, für 100 kg Gülle 93/7.

Verdampfung: (0,270874 + 0,1801405) · 89,64 = 0,4508805 · 89,20 = 40,4170 kg

Berechnung des Chemiewasseranteiles.

Menge an:

Theoretische Aufkonzentrierung der Gülle:

7,0 · 100/93,0 - (40,41 + 30,7570) = 700,0/20,48 = 34,18%

Variante 6

Gülle mit 7,0 Gew.-% Feststoff.
Einsatzmenge: 100,0 kg; x = Kalk (CaO) für 100 kg Gülle 93/7.

Theoretische Aufkonzentrierung der Gülle:

7,0 · 10093,0-(42,2057 + 30,7570) = 700,0/20,04 = 34,93%

Variante 7

Gülle mit 7,0 Gew.-% Feststoff, Einsatzmenge 100,0 kg; Bindemittel: kalzinierter Original-Dolomit s. g. Hufgard-Magnesium-Brandkalk, feinst gemahlen; 60% CaO + 25% MgO.

Theoretische Aufkonzentrierung der Gülle:

7,0 · 100/93,0-(31,34 + 39,27) = 700,0/22,39 = 31,26%

Gegenüberstellung von Varianten (für 100,0 kg Gülle-Abfall):

Pellets-Mengen

Variante 1: 259,98 kg (Gülle 93/7 + Dolomit 61,5/38,5)
Variante 2: 193,95 kg (Gülle 60/40 + Dolomit 61,5/38,5)
Variante 3: 236,96 kg (Gülle 93/7 + Klärschlamm 70/30 + Dolomit 61,5/38,5)
Variante 4: 213,96 kg (Klärschlamm 70/30 + Dolomit 61,5/38,5)

Minimalisierte Güllepellets-Mengen (In-situ-Abwärmenutzungs-Verfahren)

Variante 5: 149,22 kg (Gülle 93/7 + Dolomit 61,5/38,5)
Variante 6: 153,62 kg (Gülle 93/7 + Kalk)
Variante 7: 166,73 kg (Gülle 93/7 - Dolomit 60/25)

Claims

1. Verwendung von Gülle als Pelletierflüssigkeit zur Pelletierung von hydroxidbildenden (Wasser chemisch bindenden) Materialien unter gegebenen falls Zugabe von etwässertem, vorzugsweise stark entwässertem Klär schlamm.

2. Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln für die Land- und Forst wirtschaft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hydroxidbil dende Materialien mit dem in der Gülle enthaltenen hohen Gehalt an Wasser pflanzenphysiologisch wirksame Reaktionsprodukte bildende Materialien, insbesondere die Oxide, Hydroxide oder Carbonate von Magnesium und Calcium Verwendung finden.

3. Verfahren zur Herstellung vn Düngemitteln für die Land- und Forst wirtschaft, dadurch gekennzeichnet, daß als hydroxidbildendes Material kalzinierter Dolomit Verwendung findet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flüssigkeit als Reaktionswasser aufnehmenden Materialien zusammen mit den trockenen Zuschlagstoffen intensiv gemischt, danach gegebenenfalls mit entwässertem, insbesondere stark bis auf einen Feststoffgehalt von 50% oder entwässertem Klärschlamm vermischt und die Mischung durch Zugabe von Gülle als Pelletierflüssigkeit unter ständiger Kühlung auf Zimmer temperatur pelletiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Pelletierflüssigkeit Frischgülle und Frischschlamm mit einer Lagerzeit bis zu zehn Tagen eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter Nutzung der hohen Exothermie der hydroxidbildenden Reaktion durch schnelle Zugabe eines Teils der Gülle, vorteilhaft 30 bis 40% der zur Durchführung des vollen Pelletierungsvorgangs notwendigen Wasseranteiles, die Mischung schnell auf die Arbeitstemperatur von 80 bis 95°C gebracht und anschließend durch dosierte Zugabe der Restflüssigkeit die Pelletierung beendigt und danach ein Desinfizierungs- und Desodorisierungsvorgang angeschlossen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Desinfizierungs- und Desodorierungsvorgänge zur Vervollständigung der Aufarbeitung wenigstens 10 bis 15 Minuten lang geführt werden, worauf das zu pelletierende Gemisch auf Zimmertemperatur abgekühlt wird und weitere Portionen von Gülle zwecks Pelletierung zugeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abkühlphase die zweite Portion der Gülle, insgesamt 65 bis 75% des Gesamtgüllezusatzes dem homogenisierenden Mischvorgang zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die abgedampften Gülle-Brüden kondensiert und anderswo nützlich eingesetzt werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme des Vormisch-Vorganges zur Trocknung der Gülle-Grünpellets herangezogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Gülle aus der auf Strohschütte betriebenen Viehhaltungen das Stroh zusammen mit der Gülle einpelletiert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stroh enthaltende Fraktion der Gülle nach dem freien Absetzen in dem Tagesbehälter in einem ein oder mehrere Messerköpfe aufweisenden Pelletiermischer mit einer Umdrehungsge schwindigkeit der Schneidelemente von bis zu 3000 U/min. zusammen mit pulverförmigen Anteilen der zu pelletierenden Masse in der Weise vorgemischt wird, daß zunächst keine Granulatbildung eintritt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6, 7, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stroh enthaltende Gülle durch einen intensiv arbeitenden Shredder geführt wird, in dem die flüssige Phase der Gülle und das Stroh vor dem Pelletiervorgang zu einer homogenen pelletierbaren Masse aufgearbeitet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6, 7, 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stroh enthaltende Gülle zunächst filtriert wird und in flüssige Phase einerseits und Stroh enthaltende Phase andererseits geteilt wird, wobei die Stroh enthaltende Phase geshreddet wird und die beiden Phasen vor der Pelletierung wiederum zusammengeführt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hohe Exothermie der Reaktion zwischen den oxidischen am Pelletierungsvorgang teilnehmenden Rohstoffen und dem hohen Wasseranteil der Gülle bzw. des Klärschlammes, oder deren Gemischen, zur In-situ-Abwärmenutzung und zum Verdampfen eines Teiles des Güllewasser-Anteiles, d. h. zur Pseudokonzen trierung der Gülle in der Vorstufe des Pelletierungsvorganges in der sog. feuchten Mischphase vor der Keimbildungsstufe direkt genutzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die In-situ-Lagerung unter einem mindestens der Pelletierungstemperatur von 40°C entsprechendem Vacuum durchgeführt wird und daß die Brüten unter atmosphärischem Druck durch Abkühlung kondensiert werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeich net, daß das Gülle-Kondensat zwecks Beseitigung von Geruchsstoffen mit ozonhaltigem Aktivgas aufgearbeitet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischgülle bzw. dem Frischschlamm zum Zwecke der Pufferung der Nitrifizierung ihres Ammoniumgehaltes pulverförmiges Calziumcarbonat in einer Menge zwischen 3 und 15 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, zugesetzt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß den Materialien zum Zwecke der Desodorisierung und Desozonisierung wasserlösliche Mangan-II-Salze, vorteilhaft Mangan-Nitrat, in einer Menge von 0,001%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Einsatz materialien zugesetzt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn zeichnet, daß in den Einsatzmaterialien in Abhängigkeit von ihrer Analyse vor der Pelletierung oder während des Pelletiervorganges durch Zugabe einer entsprechenden Menge an Zuschlagstoffen, insbesondere Magnesium komponente ein Verhältnis NH₄⁺ : MgO : PO₄³⁻ = 1 : 3,3 : 2,6bzw.NH₄⁺ : Mg(OH)₂ : PO₄³⁻ = 1 : 4,8 : 2,6eingestellt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften, insbesonderee des Pelletisierverhaltens, der Flüssigkeitsbindung, der Geruchseigenschaften des gewonnen Materials, anstelle einer entsprechenden Menge an wasserbindenden Anteilen Bentonit und/oder Aktivbentonit in einer Menge zwischen 5 bis 10 Gew.-%-Anteilen zugegeben wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeich net, daß unmittelbar vor Beginn des Keimbildungsstadiums des Pelle tier-Vorganges die weitere Pelletierung bis zur Vollendung der wasserbin denden Reaktion unter Abführung der Rektionswärme unterbrochen wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Pelletiermasse zur Vollendung der wasserbindenden Reaktion aus dem Pelletiermischer in ein anderes Reaktionsgefäß übernommen und nach einer Reaktionszeit von etwa 30 Minuten zurückgeführt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeich net, daß zur Verhinderung einer Agglomeratbildung der Grünpellets am Ende des Pelletiervorganges die halbfeuchte Pelletiermasse mit kalziniertem Dolomit gepudert und gemischt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeich net, daß der Pelletiermasse während des Pelletiervorganges Duftstoffe zugegeben werden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeich net, daß die Grünpellets direkt nach dem Pelletiervorgang schonend gesiebt werden, wobei die Feinfraktion unter 0,5 mm und die Grobfraktion über 5- 6 mm abgesondert wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die abge trennten Fein- bzw. Grobfraktionen sowie die Reinigungsabfälle von den Wänden des Pelletiermischers auf Korn unter 100 Mikrometer gemahlen und dem Pelletiervorgang bis zu 20 Gew.-% des Materialeinsatzes zugeführt werden.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeich net, daß die Fertigpellets eine geschüttelte Raumfüllung von 60 bis 65 Vol.-% und ein geschüttetes Schüttgewicht von 1,15 bis 1,20 aufweisen.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeich net, daß die Fertigpellets dank des Gehaltes an Magnesium und Ozon-/Ge ruchs-Vernichtungsmittels und Beseitigung von Ammoniak-Imissionen im besonderen Maß gegen Auswirkungen des sauren Regens und Absterben von Wäldern ganzjährig forstwirtschaftlich eingesetzt werden.