Prognoseverfahren für Geruchsemissionen aus Kompostierungsanlagen verschiedener Baumuster

Band 23. Schriftenreihe des Lehrstuhls Abfallwirtschaft und des Lehrstuhls Siedlungswasserwirtschaft
Schriftenreihe des Lehrstuhls Abfallwirtschaft und des Lehrstuhls Siedlungswasserwirtschaft (TL100), Band: 23
ISBN: 978-3-941216-10-5
Verlag: Rhombos-Verlag

Buch, Deutsch, 158 Seiten, KART, Format (B × H): 148 mm x 210 mm, Gewicht: 250 g

Kaukab Harba
Prognoseverfahren für Geruchsemissionen aus Kompostierungsanlagen verschiedener Baumuster

158 Seiten. 2009. DIN A5. Broschur. Zahlreiche Tab. und Abb., z.T. farbig. Preis: 22,80 Euro
ISBN 978-3-941216-10-5. RHOMBOS-VERLAG, Berlin

Band 23. Schriftenreihe des Lehrstuhls Abfallwirtschaft und des Lehrstuhls Siedlungswasserwirtschaft. ISSN 1862-1406

Zugleich Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) an der Fakultät Bauingenieurwesen der Bauhaus-Universität Weimar vorgelegt von Kaukab Harba Weimar, Deutschland 2009

Gutachter
1. Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Bidlingmaier, Weimar
2. Prof. Dr.-Ing. Klaus Fricke, Braunschweig
3. Prof. Dr.-Ing. Martin Kraner, Stuttgart
Tag der Disputation: 29 Juli 2009

Die Verwertung der biogenen Reststoffe durch Kompostierung hat in den letzten Jahren weltweit zunehmend an Bedeutung gewonnen und wird zukünftig zentraler Bestandteil der Abfallwirtschaft sein.
Verbunden mit dem gesteigerten Umweltbewusstsein der Menschen und mit den erhöhten Anforderungen an die Kompostqualität und Emissionskontrolle hat dies zu einer extrem dynamischen Entwicklung unterschiedlicher Kompostierungsverfahren und Kompostierungsanlagen geführt. Die Kompostierungsanlagen müssen in der Lage sein, organische Abfälle der Konsumgesellschaft emissionsarm und umweltfreundlich zu behandeln, weil die Freisetzung umweltrelevanter Emissionen wie Gerüche beim Betrieb der Kompostierungsanlagen nicht nur ein ökologisches Problem ist, sondern auch Auswirkungen auf das Ansehen der Kompostierung in der Bevölkerung hat.
Der neuen Planung von Kompostierungsanlagen wird daher überall von den Anwohnern mit Beschwerden hinsichtlich Geruchsemission begegnet. Die heute in der Kompostierung von Abfallstoffen eingestellten Techniken zur Kontrolle der mechanischen und biologischen Prozesse machen es unmöglich, den Betrieb weitgehend geruchsfrei zu gestalten. Somit gewinnt die weitgehende Reduzierung bzw. Beherrschung der Geruchsemissionen an Bedeutung, was bereits bei der Planung und Ausrüstung eines Kompostwerkes, aber auch hinsichtlich der Betriebsführung Berücksichtigung finden muss.
Die Kenntnis der Geruchsemissionen, die bei jedem technischen Kompostierungsverfahren und jedem behandelten Material zu erwarten sind, und damit die Möglichkeit ihrer Verhinderung, ist die Basis für die Vorhersage der im Anlagenumfeld zu erwartenden Immissionen.
Diese Arbeit befasst sich mit Geruchsemissionen von Kompostierungsanlagen verschiedener Baumuster und Verfahrenstechniken. Dazu wird das derzeit in der Literatur zugängliche Datenmaterial hinsichtlich Geruchsemissionsmessungen aus verschiedenen Kompostierungsanlagen und Anlagenteilen zusammengestellt, ausgewertet und aufbereitet. Das Ziel ist auf Basis der gewonnenen Kenntnisse die Entwicklung eines Emissionsprognosewerkzeugs, das auf definierten Kriterien basiert, und dem Planer einer Kompostierungsanlage ermöglicht, eine reproduzierbare Geruchsemissionsprognose im Planungsstadium zu erstellen, und mögliche emissionsmindernde Maßnahmen zu planen.

Problemstellung und Zielsetzung
Die Geruchsemissionen sind heute ein zentrales Problemfeld bei der Planung und beim Betrieb von Kompostierungsanlagen.
Bei der Planung von neuen Kompostierungsanlagen werden die Verfahrensabläufe sowie die Standorte einzelner Aggregate und die Maßnahmen für den Emissionen- und Immissionsschutz festgelegt.
Aufbauend auf dieser Planung und anhand von auf Messungen beruhenden Vergleichswerten aus anderen Kompostwerken, kann eine Abschätzung der zu erwartenden Geruchsemissionen als Basis für die Immissionsprognose erfolgen.
Da heute keine allgemeingültige Vorgehensweise zur Verfügung steht, die es einem Planer einer Kompostierungsanlage ermöglicht, eine reproduzierbare Geruchsemissionsprognose sicher, schnell und einfach im Planungsstadium zu erstellen, soll die vorliegende Arbeit,

* basierend auf bestimmten Kriterien,
* auf der Basis öffentlich zugänglicher Geruchsdaten,
* auf der Basis von Anlagenplanungsvariablen und
* unter Einbindung eines optimierten Luftmanagements in teilweise oder ganz eingehausten Anlagen,

ein Emissionsprognoseverfahren entwickeln, das es ermöglicht eine reproduzierbare Geruchsemissionsprognose für Kompostierungsanlagen verschiedener Baumuster und Verfahrenstechniken zu erstellen.

Autoren/Hrsg.

Harba, Kaukab

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 19
2. Problemstellung und Zielsetzung 20
3. Geruchsermittlung und Geruchsbewertung 21
3.1 Methoden zur Geruchsermittlung und Geruchsbewertung 22
3.2 Geruchsimmissionen und Geruchsemissionen 27
3.2.1 Geruchsimmission 27
3.2.1 Geruchsemission 30
4. Geruchsemissionen bei der Kompostierung 33
4.1 Kompostierungsverfahren und Gerüche 33
4.2 Geruchsentstehung während des Rotteprozesses 35
4.3 Geruchsemissionsrelevante Eigenschaften der Rotteausgangsmaterialien 36
4.4 Maßnahmen zur Geruchsminderung an Kompostwerken 38
4.4.1 Vorbeugende Geruchsminderungsmaßnahmen 38
4.4.2 Betriebliche Geruchsminderungsmaßnahmen 38
5. Auswertung und Aufbereitung der
geruchsquellenbezogenen Geruchsdaten 40
5.1 Bunkerbereich 41
5.1.1 Offene oder überdachte Bunker 41
5.1.2 Eingehauste Bunker (Tief- bzw. Flachbunker) 44
5.2 Aufbereitungsbereich 47
5.2.1 Eingehauster Aufbereitungsbereich 48
5.2.2 Offener oder überdachter Aufbereitungsbereich 52
5.3 Feinaufbereitung 53
5.3.1 Eingehauste Feinaufbereitung 54
5.3.2 Offene oder überdachte Feinaufbereitung 56
5.4 Lagerbereich 58
5.5 Biofilter 60
5.6 Diffuse Quellen 63
5.7 Boxen- und Container 63
5.8 Tunnelkompostierung 69
5.9 Die Zeilenkompostierung 69
5.10 Rottetrommel 70
5.11 Belüftete Mietenkompostierung 74
5.11.1 Saugbelüftete Mieten 75
5.11.2 Druckbelüftete Mieten 82
5.12 Unbelüftete Mieten 85
5.13 Mietenkompostierung, abgedeckt mit Membranen 88
5.14 Nachrotte nach dem Reaktor (unbelüftete Mieten) 89
6. Entwicklung der Formeln zur Berechnung
von Geruchsfrachten bei Geruchsquellen 93
6.1 Allgemeine Ausgangsdaten für die Emissionsprognose 94
6.2 Bunkerbereich 95
6.2.1 Eingehauste Bunker 96
6.2.2 Offene oder überdachte Flachbunker 97
6.3 Aufbereitungsbereich 99
6.3.1 Eingehauster Aufbereitungsbereich 99
6.3.2 Offener oder überdachter Aufbereitungsbereich 100
6.4 Feinaufbereitung 102
6.5 Eingehauste Feinaufbereitung 102
6.5.1 Offene oder überdachte Feinaufbereitung 103
6.6 Lagerbereich 105
6.7 Biofilter 106
6.8 Diffuse Quellen 107
6.9 Boxen- und Containerkompostierung 108
6.10 Tunnelkompostierung 109
6.11 Zeilenkompostierung 111
6.12 Rottetrommel 114
6.13 Saugbelüftete Mieten 115
6.14 Druckbelüftete Mieten 118
6.15 Unbelüftete Mieten 122
6.16 Mietenkompostierung, abgedeckt mit Membranen 123
6.17 Nachrotte nach dem Reaktor (unbelüftete Mieten) 125
7. Luftführung bei eingehausten Anlagen 129
8. Emissionsprognoseverfahren und Emissionsprognoseprogramm 133
8.1 Prognosequalität 136
8.2 Emissionsprognoseprogramm 139
9. Zusammenfassung 147
Anhang 151
Literaturverzeichnis 153

Leseproben

Zusammenfassung

Geruchsemissionen und -immissionen sind bei Planung, Bau und Betrieb von Kompostierungsanlagen ein entscheidender Faktor für die Akzeptanz der Anlagen in der Bevölkerung. Viele Reglungen und Richtlinien (z. B. TA Luft, GIRL, VDI) wurden zur Bewertung und Beurteilung von Geruchsemissionen und -immissionen entwickelt. Eine Vielzahl an Erfahrungswerten und Techniken ist von Forschern, Planern und Betreibern zur Geruchsbewertung und -minimierung während der Kompostierung gewonnen worden. Trotzdem kommt es noch zu Geruchsbeschwerden von Anwohnern in den Anlagenumgebungen, die in Einzelfällen zur Schließung von Kompostierungsanlagen führen. In diesem Zusammenhang kommt der Erstellung von gesicherten Emissions- und Immissionsprognosen im Planungsstadium einer neuen Kompostierungsanlage große Bedeutung zu. Detaillierte Emissionsprognosen für emittierte Geruchsstoffe bei Kompostierungsverfahren werden zurzeit in Ingenieurbüros mit großem Zeitaufwand und unterschiedlichen Vorgehensweisen durchgeführt. Um eine normierte Vorgehensweise zur Erstellung der Geruchsemissionsprognose bei der Planung von Kompostierungsanlagen verschiedener Verfahrentechniken zu entwickeln, die ein Luftmanagement in den ganz oder teilweise eingehausten Anlagen unterstützt, wurden in dieser Arbeit folgende Schritte bearbeitet:

Die technischen und organisatorischen Einheiten bzw. Anlagenkomponenten, die als relevante Geruchsquellen anzusehen sind, wurden definiert, beschrieben und zur Vereinfachung der Prognoseerstellung unterteilt in:

* Bunkerbereich (offen/überdacht, eingehaust, tief, flach)

* Aufbereitungsbereich (offen/überdacht, eingehaust)
* Feinaufbereitungsbereich (offen/überdacht, eingehaust)
* Lager (offen/überdacht)
* Biofilter
* Diffuse Quellen
* Boxen- und Containerkompostierung
* Tunnel- und Zeilenkompostierung (Tunnel, druckbelüftete/saugbelüftete Zeilen)
* Rottetrommel
* Belüftete Mietenkompostierung (druckbelüftet offen/eingehaust, saugbelüftet offen/eingehaust)
* Unbelüftete Mietenkompostierung
* Mit Membranen abgedeckte Mietenkompostierung
* Nachrottesysteme (unbelüftete Mieten)

Die öffentlich zugänglichen Geruchsdaten im Sektor Geruchsmessung und -management bei der Kompostierung wurden zusammengetragen, bewertet sowie ihren Geruchsquellen zugeordnet. Es wurde eine Geruchsdatenbank aufgebaut, die neben den Geruchsdaten auch deren Geltungsbereich umfasst. Hier wurde zwischen zwei Hauptgruppen von Geruchsdaten unterschieden:

Zur ersten Gruppe gehören die Geruchswerte von aktiven Geruchsquellen (eingehauste bzw. belüftete Anlageteile), die direkt einem Abluftstrom zugeordnet werden können. Dabei ist eine genaue Berechnung der Geruchsfrachten im Abluftstrom möglich.
Zur zweiten Hauptgruppe von Geruchsdaten gehören die Geruchswerte von passiven Geruchsquellen (offene unbelüftete Anlagenteile), die keinem Abluftstrom zugeordnet werden können. Dabei ist eine genaue Berechnung der Geruchsfrachten sehr schwierig. Sie können nur genähert berechnet werden, da abhängig von der Oberflächenabstrahlung und der Technik der Probenahme.
Zusammenhänge zwischen Geruchskonzentrationen und ihren Einflussgrößen wurden analysiert, mathematisch beschrieben und auf ihre Eignung für die Emissionsprognose hin überprüft. Die Einflussgrößen, die auf die einzelnen Emittenten wirken, können zusammengefasst werden in:

* Durchsatzmenge der Anlage
* Abfallzusammensetzung
* Kompostalter und Rottegrad
* Wassergehalt und Strukturierungsgrad
* Belüftungsrate des Rotteguts
* Umsetzung bzw. Bewegung des Rotteguts
* Luftwechselzahl bei geschlossenen Anlagenteilen

Hierzu wurden die Abhängigkeiten statistisch dargestellt und die gewonnenen Gleichungen anstelle von Einzelwerten in die Geruchsdatenbank aufgenommen.
Auf Basis von Planungsvariablen für Kompostierungsanlagen wurde ein Formelapparat entwickelt, der die Berechnung von Geruchsfrachten und Abluftströmen für einzelne Komponenten und die Gesamtanlage ermöglicht. Bei der Berechnung wurde zwischen folgenden Fällen unterschieden:

Bei offenen Anlagenteilen bzw. passiven Geruchsquellen, die emissionsseitig immer als kritisch anzusehen sind, da der Konzentration keine direkten Messeinheiten zugeordnet werden können, wurde die Geruchsfrachtenberechnung über das Oberfläche/Volumenverhältnis gestaltet. Dieses Verhältnis bietet sich an, weil damit sowohl die geruchstoffemitierende Masse als auch die Emissionsfläche berücksichtigt wird. Ein weiteres Problem bildet die nicht normierte Kalibrierung und Vorgehens-weise bei der Probenahme an passiven Geruchsquellen. In dieser Arbeit wurden mit einem pauschalisierten, konstanten K-Wert von 8,25 * 10-4 m/s gerechnet, der für 70 % der Messdaten zutrifft und für den Rest die Größenordnung trifft. Damit sind die zu erwartenden Schwankungsbreiten für Aussagen hinsichtlich passiver Geruchsquellen größer als bei aktiven Geruchsquellen.
Bei teilweise oder ganz eingehausten Anlagen ist die Möglichkeit ein optimiertes Luftmanagement durchzuführen, ein Teil der Emissionsprognose mit dem Ziel die Gesamtabluftströme der Anlage zu verringern, was letztendlich die Gesamtgeruchsemissionen der Anlage minimiert. Zudem kann dies zur Reduzierung der Biofilterfläche maßgeblich beitragen. Vorgehensweisen hierzu wurden erarbeitet.
Für diffuse Quellen (Platzverunreinigungen durch Fahrverkehr, Oberflächenwasser und Anlieferverkehr, geöffneten Hallentoren, etc.) wurde ein prozentualer Aufschlag auf die Gesamtfracht der Anlage von 10 % bei ganz eingehausten Anlagenteilen und 20 % bei offenen Anlagenteilen angesetzt.
Um effektiv und schnell auf die Geruchsdatenbank zurückgreifen zu können und den um-fangreichen Formelapparat nutzen zu können wurde ein EDV-Emissionsprognoseprogramm zur Berechnung von Emissionsprognosen und zur Erstellung von Varianten zum Luftmanagement entwickelt. Dieses Emissionsprognoseprogramm ist flexibel, benutzerfreundlich, offen und ermöglicht:

* Die Berechnung von Geruchsfrachten für individuelle Anlagenkomponente und die gesamte Anlage.
* Dem Benutzer verschiedene Varianten zur Luftführung in eingehausten Anlagen zu testen und die optimale Lösung auszuwählen.
* Neue Komponenten in der Zukunft hinzuzufügen, falls neue Techniken und Verfahren entwickelt werden.
* Die vorhandene Geruchsdatenbank zu nutzen.
* Variablen und Geruchsdaten frei einzugeben, was eine Ergänzung und Ersetzen vorhandener Geruchsdaten in Zukunft erlaubt.

Damit steht für die Praxis ein normiertes Verfahren zur Erstellung von Emissionsprognosen „Geruch“ zur Verfügung. Unterlegt ist dieses mit einer Geruchsdatenbank, die verifizierte, spezifischen Konditionen zugeordnete Geruchsdaten enthält und jederzeit ergänzt werden kann. Von besonderem Vorteil ist die schnelle und einfache Untersuchung unterschiedlicher Varianten zum Luftmanagement, die das entwickelte Emissionsprognoseprogramm bietet. Dieses ist für Kompostierungsanlagen ausgelegt. Eine einfache Übertragbarkeit auf z. B. Anaerobanlagen ist jedoch möglich, da viele Anlagenteile identisch sind und das Programm die Erstellung neuer Komponenten zulässt. Damit ist durch eine hohe Flexibilität ein weiteres Anwendungsfeld über die Kompostierung hinaus gegeben. Wie jede wissenschaftliche Arbeit hat auch diese Mängel zu Tage treten lassen, die im Rahmen dieser Arbeit nicht geklärt werden konnten und neue Fragen aufgerufen wurden. Zu nennen sind:

* Standardisierung der Probenahme zur Geruchsmessung bei passiven Geruchsquellen
* Weitere Qualifizierung der Datenbasis durch die Generierung von fehlenden Daten, besonders in den Bereichen Tunnel- und Zeilenkompostierung, eingehauste Flachbunker, gekapselte Aggregate bei der Aufbereitung und Feinaufbereitung und Grünabfallkompostierung verschiedener Techniken.
* Berücksichtigung des Einflusses der Temperatur auf die Geruchskonzentration bei der Durchführung von Geruchsmessungen an passiven Geruchsquellen.