Abluftreinigungsanlagen

Abluftreinigungsanlagen mindern in der Schweine- und Hühnerhaltung die Emissionen an Ammoniak, Gerüchen und Staub. Sie setzen eine geschlossene Gebäudehülle mit Zwangslüftung voraus, da die Abluft der Ställe in Kanälen gesammelt und mithilfe von Ventilatoren durch die Reinigungsanlage geleitet werden muss.

1 Voraussetzungen für die Anerkennung und den ordnungsgemäßen Betrieb

Voraussetzungen für die Anerkennung und den ordnungsgemäßen Betrieb sind:

• Nachweis der Reinigungsleistung des Anlagentyps im Rahmen eines unabhängigen Prüfverfahrens entsprechend den Mindestanforderungen der TA Luft (2021), Anhang 12 (Kriterien für die vorgezogene Qualitätsprüfung von Abluftreinigungen in der Tierhaltung zu Nummer 5.4.7.1 der TA Luft), der DLG-Prüfung „Abluftreinigungssysteme” (https://www.dlg.org/de/landwirtschaft/tests/suche-nach-pruefberichten/) und der VERA-Verifizierungsurkunden (Verification of Environmental Technologies for Agricultural Production, https://www.vera-verification.eu/de/vera-urkunden/).
• Dimensionierung, Bau und Betrieb entsprechend den in den Prüfberichten ausgewiesenen relevanten verfahrensspezifischen Kenndaten (z. B. Filterflächenbelastung, pH-Wert und Leitfähigkeit im Waschwasser, Nutzungsdauer von Filtermaterialien) und Einhaltung der Anforderungen an die Arbeits- und Gerätesicherheit.
• Tägliche Überwachung und Kontrolle der Anlagen sowie Aufzeichnung der betriebsrelevanten Parameter in einem elektronischen Betriebstagebuch (z. B. Abluftvolumenstrom, Druckverlust, Strom- und Wasserverbrauch, Säureverbrauch, pH-Wert, Leitfähigkeitswert, Abschlämmung, Anlagenstatus in Betrieb/außer Betrieb) zum Nachweis des ordnungsgemäßen Betriebes.
• Regelmäßige Reinigung und Wartung der Anlagen im Rahmen eines Wartungsvertrages entsprechend den Vorgaben der Hersteller bzw. den Angaben in den Prüfberichten.

Beim Einsatz anorganischer Säuren, z. B. Schwefelsäure, zur pH-Wert-Regelung sind die in den Prüfberichten ausgewiesenen Sicherheitsbestimmungen der Arbeits- und Chemikaliensicherheit (Unfallverhütungsvorschriften, Gefahrstoffverordnung) zu beachten. Zudem sind die baulichen Anforderungen an die Lagerung und den Umgang mit Säuren entsprechend der Verordnung über Anforderungen an Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV 2020) zu berücksichtigen. Das angesäuerte Waschwasser ist separat zu lagern.

2 Techniken zur Abluftreinigung

Es stehen verschiedene Techniken zur Verfügung (Tab. 1). Es dürfen nur solche Techniken eingesetzt werden, die im Sinne der TA Luft (2021), Anhang 12, qualitätsgesichert sind und dauerhaft eine hohe Reinigungsleistung gewährleisten.

Tab. 1: Techniken und Mindestreinigungsleistungen eignungsgeprüfter und qualitätsgesicherter Abluftreinigungsanlagen (TA Luft 2021)

Parameter	Art der Abluftreinigungsanlage
	Biofilter	Rieselbettfilter	Chemowäscher	Zwei- oder mehrstufige Anlage
	Emissionsminderungsgrad
Geruch im Reingas Konzentration Geruchsart	< 300 GEE/m3 kein Rohgasgeruch im Reingas		1) 1)	< 300 GEE/m3 kein Rohgasgeruch im Reingas
Abscheidegrad Ammoniak/N-Entfrachtung Gesamtstaub/PM10-Staub	> 70  %2) > 70 %	> 70 % > 70 %	> 70 % > 70 %	> 70 % > 70 %

GE_E = europäische Geruchseinheit
Im Rahmen der Eignungsprüfung gilt der Wert von 300 GE_E/m³; in der Anlagenüberwachung muss der Wert von 500 GE_E/m³ unter Berücksichtigung der Messunsicherheit eingehalten werden.
1) Einstufige Chemowäscher sind nicht geeignet, die Kriterien des Geruchsabbaus zu erzielen.
2) Wirkung nur bei entsprechender Auslegung und Betrieb mit Ansäuerung und geregelter Abschlämmung.

2.1 Biofilter

2.1.1 Funktionsprinzip

Bei Biofiltern wird die Abluft über eine Druckkammer durch ein Filterbett mit organischem Material – z. B. Wurzelholz oder insbesondere Holzhackschnitzel – geleitet. Umlaufende Gummilippen verhindern bei Materialschrumpfung einen Rohgasdurchtritt an den Rändern. Das Filtermaterial wird durch eine Intervallberieselung der Oberfläche stets feucht gehalten. Staubpartikel und luftgetragene Geruchsstoffe werden von dem Feuchtigkeitsfilm aufgenommen und oxidiert oder durch die auf der befeuchteten Einstreu lebenden Mikroorganismen zersetzt. Eine wirksame Ammoniakabscheidung setzt voraus, dass das Filtermaterial mit angesäuertem Wasser berieselt wird. In der Praxis wird dazu das Umlaufwasser genutzt, das unter der Filterschüttung aufgefangen wird. Das Wasser wird mit konzentrierter Schwefelsäure in einem pH-Bereich zwischen 6,0 und 6,5 gehalten. Bei einer Leitfähigkeit von 25 Millisiemens (mS) je Zentimeter wird das Wasser abgeschlämmt und durch Frischwasser ersetzt, auch um Verdunstungsverluste auszugleichen. Auch ohne pH-Wert-Regelung des Waschwassers wird Ammoniak abgeschieden, allerdings bildet sich dabei ein Milieu, das die Bildung und Freisetzung nitroser Gase und Lachgas fördert.

2.1.2 Bauliche Ausführung

Nachfolgend werden einige typische Auslegungsparameter von Biofiltern (Abb. 1) zusammengefasst, die für den ordnungsgemäßen Betrieb maßgeblich sind; die herstellerspezifischen Werte sind den jeweiligen Prüfberichten zu entnehmen:

• Filterflächenbelastung: bis zu 440 m³/(m² ‧ h) bei Weichholzhackschnitzel als Filtermaterial
• Schüttungshöhe: 0,3 m Weichholzhackschnitzel

Abb. 1: Aufbau eines Biofilters mit anerkannter Stickstoffabscheidung und wesentlichen Funktionselementen (© J. Hahne)

2.1.3 Managementhinweise

Aufgrund der Kompostierung muss das Füllmaterial bei Biofiltern zur Ammoniakabscheidung alle 6 Monate ausgetauscht werden. Da der Druckverlust über einen Biofilter 120 bis 150 Pa betragen kann, sind ausreichend druckstabile Stalllüfter einzusetzen.

2.1.4 Einsatz

Biofilter werden in der einstreulosen Schweinehaltung mit Flüssigmistverfahren eingesetzt.

2.2 Rieselbettfilter

2.2.1 Funktionsprinzip

Bei Rieselbettfiltern wird die Abluft durch Kunststofffüllkörper geleitet, die im Gegenstrom kontinuierlich mit Wasser besprüht werden. Staub wird niedergeschlagen, Geruchsstoffe und Ammoniak lösen sich im Waschwasser. Mikroorganismen, die auf den Füllkörpern siedeln und einen Biofilm bilden, bauen die Luftschadstoffe ab. Das Waschwasser wird im Umlauf betrieben. Der pH-Wert muss durch Dosierung von Säure oder Lauge in einem Bereich von 6,5 bis 7,0 gehalten werden. Zunehmend werden anstelle von Laugen auch Nitrifikationshemmer eingesetzt, um die Nitrifikation des abgeschiedenen Ammoniaks und das Absinken des pH-Wertes zu verhindern. Die aus der Abluft abgeschiedenen Stoffe und Abbauprodukte müssen bei einer Leitfähigkeit von 15 bis 20 mS/cm abgeführt werden. Zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten und dem Abschlämmen von Waschwasser muss regelmäßig Frischwasser zugesetzt werden. Um die Emission von Aerosolen zu vermeiden, werden Tropfenabscheider eingesetzt. Zur Aufrechterhaltung der biologischen Aktivität müssen Rieselbettfilter kontinuierlich betrieben werden.

2.2.2 Bauliche Ausführung

Nachfolgend werden einige typische Auslegungsparameter von Rieselbettreaktoren Rieselbettfiltern (Abb. 2) zusammengefasst. Sie sind für den ordnungsgemäßen Betrieb maßgeblich; die herstellerspezifischen Werte sind den jeweiligen Prüfberichten zu entnehmen:

• Filterflächenbelastung: 2.000 bis 3.700 m³/(m² ‧ h)
• Dicke der Füllkörperpackung: 0,8 bis 2,1 m
• spezifische Füllkörperoberfläche: 100 bis 500 m²/m³
• Berieselungsdichte: 0,89 bis 0,95 m³/(m² ‧ h)
• Tropfenabscheider aus Stahl- oder Kunststoffgestrick erforderlich

Abb. 2: Aufbau eines Rieselbettfilters mit wesentlichen Funktionselementen (© J. Hahne)

2.2.3 Managementhinweise

Das Berieselungswasser muss auf einem pH-Wert von 6,5 bis 7,0 gehalten werden. Die maximale Leitfähigkeit des Umlaufwassers liegt bei 15 bis 20 mS/cm; das Waschwasser muss regelmäßig abgeschlämmt werden. Da der Druckverlust über einen Rieselbettfilter bis zu 80 Pa betragen kann, sind ausreichend druckstabile Stalllüfter einzusetzen.

2.2.4 Einsatz

Rieselbettfilter werden in einstreulosen Schweinehaltungen mit Flüssigmistverfahren sowie in Lege- und Junghennenställen (Boden- und Volierenhaltung; hier mit Vorwäsche) eingesetzt.

2.3 Chemowäscher

2.3.1 Funktionsprinzip

Chemowäscher sind prinzipiell wie Rieselbettfilter aufgebaut (Abb. 2). Das Waschwasser wird z. B. mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert zwischen 1,5 und 5,0 eingestellt, sodass Ammoniak sehr effizient als Ammoniumsulfat abgeschieden wird. Die maximale Leitfähigkeit des Umlaufwassers beträgt bis zu 250 mS/cm bis das Waschwasser abgeschlämmt und durch Frischwasser ersetzt wird. Es findet kein mikrobieller Abbau und keine Geruchsminderung statt. Daher werden Chemowäscher in der Regel in zwei- oder dreistufigen Anlagen (siehe Kap. 2.4) als eine Verfahrensstufe zur Verbesserung der Ammoniakabscheidung eingesetzt.

2.3.2 Bauliche Ausführung

Nachfolgend werden typische Auslegungsparameter von Chemowäschern zusammengefasst; die herstellerspezifischen Werte sind den jeweiligen Prüfberichten zu entnehmen:

• Filterflächenbelastung: Schwein 3.400 bis 5.200 m³/(m² ‧ h); Geflügel 1.900 bis 3.200 m³/(m² ‧ h)
• Dicke der Füllkörperpackung: 0,3 bis 0,5 m
• spezifische Füllkörperoberfläche: 100 bis 500 m²/m³
• Tropfenabscheider aus Stahl- oder Kunststoffgestrick erforderlich

2.3.3 Managementhinweise

Der pH-Wert der Säurestufe muss zwischen 1,5 und 4 liegen. Die in den Prüfberichten ausgewiesenen Sicherheitsbestimmungen der Arbeits- und Chemikaliensicherheit sowie die Anforderungen an Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV 2020) sind zu berücksichtigen. Das abgeschlämmte Waschwasser ist entsprechend den besonderen wasserrechtlichen Anforderungen separat zu lagern.

2.3.4 Einsatz

Chemowäscher werden in der einstreulosen Schweinehaltung mit Flüssigmistverfahren meist als Verfahrensstufe mehrstufiger Anlagen sowie in Masthähnchen- und Legehennenställen eingesetzt.

2.4 Zwei- oder dreistufige Anlage

2.4.1 Funktionsprinzip

In mehrstufigen Abluftreinigungsanlagen werden verschiedene Waschstufen der oben beschriebenen Verfahrensprinzipien in horizontaler Anordnung kombiniert, d. h. die Abluft durchströmt den Filter horizontal. So können in einem zweistufigen System die Vorteile des Chemowäschers (effiziente Ammoniakabscheidung) mit denen des Biofilters (optimaler Geruchsabbau) oder einer nachgeschalteten Wasserwäsche verbunden werden. In einem dreistufigen System wird üblicherweise ein Wasserwäscher (erste Stufe zur Staubabscheidung) mit einem Chemowäscher (zweite Stufe zur Ammoniakabscheidung) gefolgt von einem Biofilter (dritte Stufe zur Geruchsminderung) kombiniert.

2.4.2 Bauliche Ausführung

Nachfolgend werden typische Auslegungsparameter von zwei- und dreistufigen Abluftreinigungsanlagen (Abb. 3 und 4) für die einzelnen Stufen zusammengefasst; die herstellerspezifischen Werte sind den jeweiligen Prüfberichten zu entnehmen:

• Waschstufen
  • Filterflächenbelastung: < 5.000 m³/(m² ‧ h)
  • spezifische Füllkörperoberfläche: 240 bis 440 m²/m³
  • Schichtdicke je Waschwand: 0,15 bis 0,90 m
• Biofilterstufe
  • Filterflächenbelastung: < 3.000 m³/(m² ‧ h)
  • Schichtdicke: 0,6 bis 0,9 m
  • Tropfenabscheider außer nach Biofilterstufe

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  Abb. 3: Schematischer Aufbau einer zweistufigen Abluftreinigungsanlage mit Chemo- und Wasserwäsche mit wesentlichen Funktionselementen (© J. Hahne)

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  Abb. 4: Schematischer Aufbau einer dreistufigen, biologisch arbeitenden Abluftreinigungsanlage mit wesentlichen Funktionselementen (© J. Hahne)

2.4.3 Managementhinweise

Der pH-Wert der Säurestufen sollte unter 4,0 liegen. Bei biologischen Wäscherstufen sollte der pH-Wert zwischen 6,5 und 7,0 eingestellt sein, das Leitfähigkeitsniveau des Waschwassers sollte maximal 16 mS/cm betragen.

Die in den Prüfberichten ausgewiesenen Sicherheitsbestimmungen der Arbeits- und Chemikaliensicherheit sowie die Anforderungen an Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV 2020) sind zu berücksichtigen. Das abgeschlämmte Waschwasser aus Säurestufen ist separat zu lagern.

2.4.4 Einsatz

Zwei- und dreistufige Abluftreinigungsanlagen werden in der einstreulosen Schweinehaltung und in Masthähnchenställen eingesetzt.

Literatur

TA Luft (2021): Neufassung der Ersten Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft – TA Luft). AVwV vom 18. August 2021. Gemeinsames Ministerialblatt, 72. Jahrgang, Nr. 48-54, 14.09.2021

AwSV (2020): Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen vom 18. April 2017 (BGBl. I S. 905), die durch Artikel 256 der Verordnung vom 19. Juni 2020 (BGBl. I S. 1328) geändert worden ist