Prognoseverfahren für Geruchsemissionen aus Kompostierungsanlagen verschiedener Baumuster

Band 23. Schriftenreihe des Lehrstuhls Abfallwirtschaft und des Lehrstuhls Siedlungswasserwirtschaft.

Kaukab Harba

Kurzübersicht

Band 23. Schriftenreihe des Lehrstuhls Abfallwirtschaft und des Lehrstuhls Siedlungswasserwirtschaft.
ISBN: 978-3-941216-10-5
ISSN: 1862-1406
Veröffentlicht: Oktober 2009, 1. Auflage, Einband: Broschur, Seiten 158, Format DIN A5, Gewicht 0.25 kg
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Prognoseverfahren für Geruchsemissionen aus Kompostierungsanlagen verschiedener Baumuster

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Details

 Emissionsprognoseprogramm

Auf Grundlage der vorliegenden Arbeit wurde ein spezielles Emissionsprognoseprogramm entwickelt. Mit diesem kann eine Emissionsprognose schnell und einfach erstellt werden. Verwendung finden die Formelapparate, die im Rahmen des Kapitels 6 entwickelt wurden. Das Programm nutzt die mitgelieferte Geruchsdatenbank, es können aber auch eigene Werte eingegeben werden. Das Emissionsprognoseprogramm basiert auf dem Programm Adobe Integrated Runtime AIR. Die Programmentwicklung war Bestandteil dieser Arbeit.
Die Software ist ab der Windowsversion 2000 lauffähig. Die notwendige freie Festplattenkapazität zur Programminstallation ist mindestens 100 MB.
Das Emissionsprognoseprogramm (zip-Datei) kann oben unter "Downloads" heruntergeladen werden.
(Copyright: Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Bidlingmaier, Bauhaus-Universität Weimar, Entwicklung: Kaukab Harba, Programmierung: Dipl.-Ing. André Eberwein)


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.

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.

 

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

Die Herausgeber:

Bauhaus-Universität Weimar
Professur für Abfallwirtschaft
Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Bidlingmaier (Lehrstuhlleiter)
Coudraystraße 7
99421 Weimar
http://www.uni-weimar.de/Bauing/abfallw/
Bauhaus-Universität Weimar
Professur Siedlungswasserwirtschaft
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong
Coudraystraße 7
99421 Weimar
http://www.uni-weimar.de/Bauing/siwawi/home/_home.htm

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