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Prüfung und Bewertung der biologischen Sicherheit von anerkannten Abluftreinigungsanlagen (BioAbluftR) in der Nutztierhaltung

Beschreibung:

Im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens im Agrarbereich für Umweltschutz 'Prüfung und Bewertung der biologischen Sicherheit von anerkannten Abluftreinigungsanlagen in der Nutztierhaltung' wurden zwei in Mastschweineställen installierte Abluftreinigungsanlagen (ARA) unter umwelt- und lebensmittelhygienischen Gesichtspunkten untersucht. Bei der ersten untersuchten ARA handelte es sich um eine dreistufige Anlage, in der eine biologisch- physikalische Abluftwäsche, eine chemische Abluftwäsche und die Biofiltration hintereinander angeordnet sind. Die zweite Messperiode wurde an einer einstufigen ARA mit dem Prinzip Rieselbettreaktor durchgeführt. Unter Beteiligung von sechs verschiedenen Projektpartnern, sollte eingeschätzt werden ob, wann, unter welchen Bedingu ngen und in welchem Umfang Mikroorganismen und andere potentiell gesundheitsge fährdende Stoffe aus biologischen ARA in die Umwelt emittiert werden. Die biologische Anlagencharakterisierung der beiden untersuchten Abluftreinigungsanlagen erfolgte durch das Institut für Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover. Mittels Impingement wurden rohgasseitig (vor der ARA) sowie reingasseitig (hinter der ARA) Proben gewonnen und auf das Vorkommen verschiedener Keimspezies und Endotoxine untersucht. Beide ARA bewirkten unter der Voraussetzung des ordnungsgemäßen Betriebes Abscheideleistungen von über 80 Prozent für die Gesamtkeimzahl. Während durch die dreistufige ARA zu jedem Messzeitpunkt eine 157 zuverlässige Abscheideleistung für die Staphylo- (94 %), Strepto- (81 %) und Enterokokken (93 %) gewährleistet werden konnte, unterlag die Abscheidung dieser Keimspezies durch den Rieselbettreaktor starken Schwankungen, so dass vereinzelt keine Reduktion erfolgte oder es zu einer Erhöhung des Anteils bestimmter Keime im Reingas kam. Ähnlich verhielt es sich für Methicillin resistente Staphylococcus aureus (MRSA). Diese wurden von der dreistufigen ARA stets abgeschieden mit einer mittleren Leistung von 89 %. Der Rieselbettreaktor bewirkte in insgesamt acht von 20 Messungen sogar eine 100 %ige Abscheidung von MRSA. In einer Messung waren MRSA im Reingas jedoch in größerer Zahl als im Rohgas vorhanden und in einer weiteren Messung wurden MRSA nur im Reingas gefunden, was darauf hindeutet, dass MRSA in solchen Anlagen unter bestimmten Voraussetzungen offenbar auch länger überleben können. Die Beprobungen der mit Biofilm besetzten Füllkörperflächen bildeten die Phasen der Biofilmentwicklung deutlich ab. Es zeigten sich nach den Aufbau- und Bildungsvorgängen immer wieder Phasen mit starker Keimablösung. Die Keime gelangen dann in das Waschwasser und können auch in den Luftgetragenen Zustand übergehen. Das Institut für Agrartechnologie und Biosystemtechnik des Johann Heinrich von Thünen Instituts war für die Überwachung des ordnungsgemäßen Betriebs der ARA, die Anlagendokumentation und die Prozesswasser analytik zuständig. Beide ARA arbeiteten an allen Messterminen bestimmungsgemäß, wobei die Vorbedüsung des Rieselbettreaktors einen verbesserungswürdigen Eindruck machte. Die dreistufige ARA zeigte einige bauliche Mängel sowie eine zunehmende Vergrünung der Wurzelholzschüttung. Diese Vergünung beruht auf einer nicht quantitativen Abscheidung von Ammoniak in den beiden Waschstufen der ARA und tritt in Verbindung mit Feuchte und Licht auf, während es auf der vom Licht abgewandten Seite zur Verpilzung kommen kann. Hohe Stickstoffmassen in den beiden Waschstufen bestätigten die Wirksamkeit der Abluftreinigung. Hohe Sulfatkonzentrationen in der Waschstufe 1 sowie teils erhebliche Konzentrationen an Nitrit und Nitrat in der Waschstufe 2 zeigen, dass die Waschstufen nicht vollständig getrennt betrieben worden sind, was zu einem unnötigen Mehrverbrauch an Säure führen kann. Die Enteisenung des der ARA zugeführten Frischwassers funktionierte einwandfrei. Der an dem Rieselbettreaktor ermittelte pH-Wert lag mehrfach unter dem pH-Optimum von 6,5 bis 6,8, was bei Vorliegen hoher Nitritkonzentrationen die Freisetzung nitroser Gase begünstigen kann. Dies machte die Installation einer Dosieranlage für Alkalien erforderlich, wodurch die Einhaltung des pH-Wertes unter Einsatz hoher Kalilaugemengen weitgehend sichergestellt werden konnte. Die Zudosierung von Alkalien könnte allerdings auch dazu beigetragen haben, dass sich die Konzentrationen von Nitrit-Stickstoff oft im Grenzbereich bewegten. Die spezifische Leitfähigkeit und Abschlämmrate lag durchgehend in einer für einstufige Rieselbettreaktoren üblichen Größenordnung. Messungen von Ammoniak und Geruch im Roh- und Reingas wurden durch das Institut für Boden und Umwelt der Landwirtschaftlichen Untersuchungs- und Forschungsanstalt Nord-West durchgeführt. Während die Reinigungsleistung der dreistufigen ARA hinsichtlich Geruch durchgehend den Anforderungen entsprach, war im Reingasbereich des Rieselbettreaktors zu Beginn der Messungenrohgastypischer Geruch mit bis zu > 300 GE/m³ wahrnehmbar. Der untersuchte Rieselbettreaktor wies durchgehend eine sehr hohe Ammoniakabscheidung auf. Bei Wassertemperaturen zwischen 15 und 20 °C und hohen Ammoniakfrachten über das Rohgas trat eine starke Nitrifikation auf, die jedoch auf der Stufe des Nitrits gehemmt wurde. Hohe Nitritkonzentrationen führten bei pH-Werten unter 6 zu einer erhöhten Freisetzung nitroser Gase. Um diese zu verhindern, wurde der pH-Wertabfall durch eine Laugendosierung unterbunden. Auffällig waren die über einen langen Zeitraum sehr hohen Ammoniakkonzentrationen im Rohgas von bis zu 30 ppm. Die dreistufige ARA bewirkte über alle Messtermine eine Ammoniakabscheidung von über 70 %, mit höheren Konz entrationen in den kalten und sinkenden Konzentrationen in den wärmeren Monaten. Die typischen jahreszeitlichen Verläufe waren auch bei den kontinuierlichen Ammoniakmessungen erkennbar. Die Abscheidung nach der Säurestufe ents prach über längere Zeit nicht durchgehend den Anforderungen. Die 70 %ige Abscheid ung konnte in diesem Fall nach der Biowand dennoch erreicht werden. Eine Freisetzung von Stickoxiden wurde bei den Untersuchungen nicht festgestellt. Die Bestimmung der Konzentrationen von Gesamtstaub und den Partikelfraktionen PM 10 und PM 2,5 im Roh- und Reingas erfolgte durch den Technischen Überwachungsverein NORD Umweltschutz GmbH & Co. KG. Hinsichtlich der im Rohgas ermittelten Konzentrationen an Gesamtstaub sowie PM 10 und PM 2,5 wiesen die ARA vergleichbare Werteniveaus auf. Die Neigung des Rieselbettreaktors zur Übersättigung des Reingases mit Wasserdampf bei Umgebungstemperaturen unterhalb von 5 °C begünstigte den Austrag feststoffhaltiger Tröpfchen aus dem Tropfenabscheider. Aufgrund dessen lagen die an dieser ARA ermittelten Maximalwerte der Gesamtstaubkonzentration im Reingas deutlich höher im Vergleich zu den an der dreistufigen ARA gemessenen Werten. Daneben beeinflusste der Tröpfchenaustrag die Abscheidewirkungsgrade. Während für den Rieselbettreaktor eine mittlere Gesamtstaub abscheidung von 80 % ermittelt werden konnte, war der für die dreistufige ARA ermittelte durchschnittliche Abscheidewirkungsgrad mit 90 % höher. Gleichermaßen verhielt es sich für die Partikelfraktion PM 2,5, mit Abscheidewirkungsgraden von 91 % und 93 % für den Rieselbettreaktor sowie 94 % und 96 % für die dreistufige ARA. Die für die Partikelfraktion PM 10 ermittelten Abscheidewirkungsgrade lagen mit 87 % (Trocknungstemperatur: 20 °C) und 89 % (Trocknungstemperatur: 160 °C) gleichauf. Die tendenziell geringere Abscheidung der Partikelfraktion PM 10 gegenüber der Fraktion PM 2,5 ist ein Hinweis auf biogene Sekundäremissionen. Weder für die Roh- noch für die Reingasseite beider ARA konnten signifikante Zusammenhänge zwischen der Gesamtstaubkonzentration einerseits und den Parametern Gesamtkeimzahl, Partikelkonzentration PM 10 und Partikelkonzentration PM 2,5 festgestellt werden. Die Gesamtstaubkonzentration kann daher nicht als Ersatzgröße für die Gesamtkeimzahl herangezogen werden. Die Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft erfasste die Betriebszustände der ARA und erfüllte zudem die Aufgabe der Anlagendokumentation. Über den gesamten Messzeitraum war ein ordnungsgemäßer Betrieb bei beiden ARA gegeben. Der Luftvolumenstrom zur Aufrechterhaltung der für die Tiergesundheit bestmöglichen Stalltemperaturen wurde während der anfänglichen Messungen an der dreistufigen ARA zunächst weitestgehend erreicht. Am Rieselbettreaktor wurden aufgrund des Stallmanagements des Betreibers an den Sommermesstagen die maximalen Luftraten nicht erreicht. Die an den ARA gemessenen Berieselungsdichten blieben während der beiden Messperioden nahezu konstant. Die an der dreistufigen ARA registrierte Abnahme der Bedüsung zur vom Hersteller vorgeschriebenen Anlagenreinigung hin, macht die Wichtigkeit einer Reinigung der Filterwände deutlich. Mit 2,8 m³/d im Sommer und 2,1 m³/d im Winter lag die für den einstufigen Rieselbettreaktor gemessene Abschlämmung in einem gängigen Bereich ohne größere Schwankungen. Auch der Frischwasserverbrauch und Energiebedarf beider ARA entsprach den in anderen Praxismessungen ermittelten Werten.

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Ausführendes Institut:

Institut für Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie (ITTN) Details von Institut für Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie

Übergeordnete Institution:

Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo) Details von (TiHo) (Niedersachsen)

Laufzeit:

24. 06. 2009 - 15. 06. 2013

Projektbudget:

348.485 €

Mitwirkende Institutionen:

Förderprogramm:

Fachgebiet:

  • Tierhaltung

Forschungszweck:

Bestandsaufnahme & Abschätzung

Förderer:

Träger:

Weitere Informationen:

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