Optimierung der Waschwasseraufbereitung in der Abluftreinigung landwirtschaftlicher Nutztierställe durch den Einsatz des Anammox-Prozesses
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Waschflüssigkeiten von Abluftreinigungsanlagen sind durch hohe Stickstoffsalzkonzentrationen charakterisiert. Insbesondere bei manuell durchgeführten Abschlämmungen zum Ende einer Schweinemast reichern sich in den Waschflüssigkeiten hohe Mengen an Ammonium (über 10 g-NH4-N l-1 bzw. 56 % des Gesamt-Nanorg) und Nitrit (ca. 37 % des Gesamt-Nanorg) an. Die Konzentrationen an TOC und PO4-P liegen dabei über 1 g l-1 bzw. 30 mg l-1 und führen zu einer zusätzlichen C- und P-Belastung der Waschflüssigkeit. Eine Nitritbildung erfolgt biologisch durch AOB. Eine Weiteroxidation zu Nitrat ist hingegen nur bedingt gegeben, sodass von einer Hemmung der NOB (vor allem durch FNA) ausgegangen werden kann. Atmungsaktivitätsmessungen von AOB aus Abluftreinigungsanlagen bei unterschiedlichen Ammoniumund Nitrit-Konzentrationen zeigen, dass die maximalen SOUR zwischen ca. 300 und 1000 mg- NH4-N l-1 liegen und von der N-Belastung der Waschflüssigkeiten abhängen. Die spezifischen Wachstumsraten der Nitrifikanten (AOB) liegen bei 30 °C zwischen 0,7 und 1,0 d -1. Populationsanalysen von Waschflüssigkeitsschlämmen mit FISH konnten, entgegen der Erwartungen, keine „klassischen“ Nitrifikanten wie die Gattungen Nitrosomonas oder Nitrobacter detektieren. Stattdessen dominierten andere AOB/beta-Proteobacteria, welche meist in Form von typischen „Nitrifikanten-Aggregaten“ vorlagen. 16S rDNA-Analysen konnten diese Untersuchungen zum Teil bestätigen, indem sie hauptsächlich Sequenzen von beta- (45 %) und gamma- Proteobacteria (39 %) nachwiesen, welche hauptsächlich den Familien Comamonadaceae, Alcaligenaceae und Xanthomonadaceae zuzuordnen waren. Die Bakterien haben generell die Fähigkeit zur aeroben Denitrifikation bzw. heterotrophen Nitrifikation, was durch den organischen (Staub-)Anteil in den Waschflüssigkeiten plausibel erscheint. In den Waschflüssigkeitsschlämmen waren auch viele GC-haltige Actinobacteria vorhanden, wobei mikroskopisch zwischen unterschiedlichen Aktinomyzeten wie PALO- und GTLO-ähnliche Typen zu differenzieren war. Genauere elektronenmikroskopische Untersuchungen von Biofilmen einer Nassfilterwand zeigten charakteristische Aggregate von AOB und NOB. Generell schien sich ein Biofilmbewuchs auf der Nassfilterwand günstig für eine Ammonium-Oxidation auszuwirken: bei einem pH von 6,8 und einer regelmäßigen Abschlämmung bei 20 mS cm-1, konnten sich etwa alle sechs bis sieben Wochen periodische Nitritationsprozesse etablieren, die dem Schwefelsäurebedarf entgegenwirkten. Ein Reinigen der Filterwände sollte daher weniger oft oder gründlich durchgeführt werden. Es bleibt jedoch abzuwägen, ob durch die dabei entstehenden N2O-Mengen anderweitige „Probleme“ auftreten. Der Einsatz von Anammox-Bakterien hingegen scheint für eine weitergehende Waschflüssigkeitsbehandlung nicht geeignet, da das langsame Wachstum der Organismen zu störanfällig für bestimmte Konzentrationen an Sauerstoff und Nitrit ist. Auch der hohe Salzgehalt in der Waschflüssigkeit wirkt sich negativ auf die N- Umsatzraten von Anammox-Organismen aus. Zudem ist der verfahrenstechnische Aufwand solch einer Abwasserbehandlung für Landwirte zeitlich und finanziell nicht zu vereinbaren. Versuche zur klassischen Denitrifikation mit Waschflüssigkeit haben gezeigt, dass hier die Potentiale für eine N-Eliminierung gegeben sind. So sollte zukünftig bei der Abwasserbehandlung auf die „klassischen Verfahren“, wie partielle Nitrifikation mit anschließender Denitrifikation zurückgegriffen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2009). A preliminary study of a potential beneficial biological nitrogen oxidation in exhaust air treatment systems. 9th International Conference on “Construction, Technology and Environment in Farm Animal Husbandry”, Humboldt University Berlin, Germany, September 21-23, 2009, p. 220-225, ISBN 978-3- 941583-27-6
Haneke J., Kosch R., Lee N.M., Gaul T.W. and Van den Weghe H.F.A.
- (2010): Characterization of microbial communities in exhaust air treatment systems of large-scale pig housing facilities. Water Science and Technology, 62(7), 1551-1559
Haneke J., Lee N.M., Gaul T.W. and Van den Weghe H.F.A.
- (2011). Stickstoffelimination aus der Abluft landwirtschaftlicher Nutztierställe - Die Rolle mikrobiologischer Reaktionen in der Waschflüssigkeitsaufbereitung. Dissertation, Institut für Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie Stiftung der Tierärztlichen Hochschule Hannover und Fakultät für Agrarwissenschaften der Georg-August-Universität Göttingen
Haneke J.
