Inhaltsverzeichnis
1 Bioabfallwirtschaft: Einführung und wissenschaftliche Entwicklung
2 Abfallwirtschaftliche Zusammenhänge
2.1 Verbrennung von nicht getrennt erfasstem Bioabfall
2.2 Ablagerung nicht getrennt erfassten Bioabfalls auf der Deponie
2.2.1 Biochemische Umsetzungsprozesse auf einer Deponie
2.2.2 Probleme bei der Deponierung von organischem Material
2.2.2.1 Deponiegas
2.2.2.1.1 Zusammensetzung
2.2.2.1.2 Umweltrelevanz
2.2.2.2 Sickerwasser
2.2.2.2.1 Zusammensetzung
2.2.2.2.2 Umweltrelevanz
2.2.2.3 Setzungen
2.2.2.4 Geruch
2.2.2.5 Auswirkungen hygienischer Art
2.2.3 Konsequenz des Gesetzgebers aus den Umweltproblemen bei der Deponierung organikhaltiger Abfälle
2.3 Behandlung des Bioabfalls bei getrennter Erfassung durch Kompostierung oder Vergärung
3 Stoffkreisläufe
3.1 Kohlenstoffkreisläufe
3.1.1 Aerober Kohlenstoffkreislauf
3.1.2 Anaerober Kohlenstoffkreislauf
3.1.3 Kohlendioxid-Methan-Kreislauf
3.2 Sauerstoffkreislauf
3.3 Stickstoffkreislauf
4 Politische Rahmenbedingungen
4.1 Umweltpolitik
4.1.1 Umweltpolitische Ziele
4.1.2 Prinzipien der Umweltpolitik
4.1.3 Umweltpolitisches Instrumentarium
4.2 Abfallpolitik
4.2.1 Entwicklung und Ziele
4.2.2 Probleme
5 Rechtliche Vorgaben
5.1 Europäisches Umwelt- und Abfallrecht
5.1.1 Rechtliche Wirkung und Bedeutung des EU-Rechts
5.1.2 Europäisches Abfallrecht
5.1.2.1 Die Begriffe „Abfall“ und „Ware“
5.1.2.2 Richtlinien für die Bioabfallwirtschaft
5.1.2.2.1 Europäische Klärschlammrichtlinie
5.1.2.2.2 Europäische Deponierichtlinie
5.1.2.2.3 EU-Richtlinie zur Förderung erneuerbarer Energiequellen
5.1.2.2.4 Biologische Behandlung von biologisch abbaubaren Abfällen, Entwurf
5.1.3 Europäisches Umweltstrafrecht
5.2 Deutsches Abfallrecht
5.2.1 Gesetze
5.2.1.1 Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz
5.2.1.2 Bundes-Immissionsschutzgesetz
5.2.1.3 Düngemittelgesetz
5.2.1.4 Bundes-Bodenschutzgesetz
5.2.1.5 Erneuerbare-Energien-Gesetz
5.2.1.6 Umwelthaftungsgesetz
5.2.2 Rechtsverordnungen
5.2.2.1 Bioabfallverordnung
5.2.2.2 Klärschlammverordnung
5.2.2.3 Abfallablagerungsverordnung
5.2.2.4 Gewerbeabfallverordnung
5.2.2.5 Biostoffverordnung
5.2.2.6 Düngeverordnung
5.2.2.7 Düngemittelverordnung
5.2.2.8 Bundesbodenschutz- und Altlastenverordnung
5.2.2.9 Biomasseverordnung
5.2.2.10 Verordnung über Anlagen zur biologischen Behandlung von Abfällen
5.2.3 Verwaltungsvorschriften
5.2.4 Weitere Richtlinien
5.3 Deutsches Abfallrecht auf Ebene der Länder und Kommunen
5.4 Umweltstrafrecht
6 Ausgangsmaterial
6.1 Stoffliche Analyse: Herkunft und Zusammensetzung
6.1.1 Biogene Abfälle aus Privathaushalten
6.1.1.1 Zusammensetzung
6.1.1.2 Abhängigkeit der Zusammensetzung von äußeren Faktoren
6.1.2 Biogene Abfälle aus dem öffentlichen Bereich
6.1.3 Biogene Gewerbeabfälle
6.1.4 Biogene Abfälle aus der Industrie
6.1.4.1 Produktionsspezifische Abfälle von pflanzlichen Erzeugnissen
6.1.4.2 Produktionsspezifische Abfälle von tierischen Erzeugnissen
6.1.4.3 Sonstige produktionsspezifische Abfälle
6.2 Chemische Zusammensetzung des Ausgangsmaterials
7 Erfassung von Bioabfällen
7.1 Ablauf
7.2 Erfassungsquote
7.3 Problematik
7.4 Gründe für eine mangelhafte Erfassung
7.5 Möglichkeiten zur Beeinflussung der Erfassung
7.5.1 Einflussnahme durch das Sammelsystem
7.5.2 Einflussnahme durch die Behältergröße
7.5.3 Einflussnahme durch das Gebührensystem
7.5.4 Einflussnahme durch eine Störstofferkennung
7.6 Öffentlichkeitsarbeit zur Optimierung der Erfassung
7.6.1 Einführung zum Begriff „Öffentlichkeitsarbeit“
7.6.2 Öffentlichkeitsarbeit zur Einführung der Bioabfallsammlung
7.6.3 Öffentlichkeitsarbeit zur Optimierung des Sammelerfolges
7.6.3.1 Einflussfaktor Motivation
7.6.3.2 Einflussfaktor Komfort
7.6.3.3 Einflussfaktor Information
7.6.4 Erfahrungen und Kritik
8 Sammlung
8.1 Rechtliche Grundlagen
8.2 Aufgabe, Funktion und Kosten des Einsammelns
8.3 Organisation der getrennten Sammlung
8.3.1 Unterscheidung nach Abfuhrsystem und Entleerungsturnus
8.3.2 Unterscheidung nach dem Grad der Vorsortierung
8.3.3 Unterscheidung nach dem Benutzerkomfort
8.3.4 Auswahlkriterien
8.4 Sammelsysteme
8.4.1 Sammelverfahren
8.4.1.1 Umleerverfahren
8.4.1.2 Wechselverfahren
8.4.1.3 Einwegverfahren
8.4.1.4 Systemlose Sammlung
8.4.2 Behältersysteme
8.4.2.1 Mülleimer und Mülltonnen
8.4.2.2 Müllgroßbehälter
8.4.2.3 Müllgroßcontainer
8.4.2.4 Spezialfall Biotonne
8.5 Kosten
9 Transport
9.1 Ablauf und Organisation der Müllabfuhr
9.2 Sammelfahrzeuge
9.2.1 Heck-, Front- und Seitenlader
9.2.2 Schüttungen
9.2.3 Verdichtungseinheiten
10 Planung einer Bioabfallbehandlungsanlage
10.1 Auslegung
10.2 Transportwege und regionalspezifische Faktoren
10.3 Zentrale und dezentrale Anlagen
10.4 Anforderungen an Anlagen zur Bioabfallbehandlung
10.5 Kosten
11 Annahme von Bioabfällen
11.1 Anlieferung
11.2 Abfallannahme
11.3 Speicherung
11.4 Dosierung
12 Genutzte Organismen und deren Anforderungen an die Verfahrensgestaltung
12.1 Die Zelle: Definition und Abgrenzung zu anderen „Lebens-?!”-Formen
12.1.1 Allgemeingültige Charakteristika des Zellaufbaus
12.1.2 Unterscheidung Prokaryonten und Eukaryonten
12.1.3 Untergliederung der Eukaryonten in tierische und pflanzliche Zellen
12.1.4 Unterscheidung in ein- und mehrzellige Eukaryonten
12.2 Mikrobiologische Grundlagen
12.2.1 Bakterien
12.2.1.1 Aufbau
12.2.1.2 Vermehrung
12.2.1.3 Lebensweise und Anpassungsmodi
12.2.1.4 Ernährung/Stoffwechsel
12.2.1.5 Spezialfall Actinomyceten
12.2.2 Pilze
12.2.2.1 Aufbau
12.2.2.2 Vermehrung
12.2.2.3 Lebensweise und Anpassungsmodi
12.2.2.4 Ernährung/Stoffwechsel
12.3 Herkunft der bei Vergärung und Kompostierung beteiligten Organismen
12.4 An der Vergärung beteiligte Organismen
12.4.1 Anaerobe Bakterien
12.4.2 Spezialfall methanogene Bakterien
12.5 An der Kompostierung beteiligte Organismen
12.5.1 Mikroflora und -fauna
12.5.1.1 Mikroflora
12.5.1.2 Mikrofauna
12.5.2 Mesofauna
12.5.3 Makrofaun
12.5.4 Megafauna
12.6 Bedeutung dieser Organismen für die Abfallbehandlung
12.7 Anforderungen der Organismen an das Substrat
12.7.1 Temperatur
12.7.2 Wassergehalt
12.7.3 Sauerstoff
12.7.4 Nährstoffe
12.7.4.1 Mineralische Nährstoffe
12.7.4.2 Organische Nährstoffe
12.7.4.3 C/N-Verhältnis
12.7.5 pH-Wer
12.7.6 Schadstoffe
12.7.7 Aktive Oberfläche
12.8 Konsequenzen für die Aufbereitung des Ausgangsmaterials
13 Aufbereitung für die biologische Behandlung
13.1 Entfernung von Störstoffen
13.1.1 Handlese
13.1.2 Siebung
13.1.3 Magnetscheider
13.1.4 Sink-Schwimm-Trennung
13.2 Behandlung des verbleibenden Bioabfalls
13.2.1 Zerkleinerung
13.2.2 Mischung und Homogenisierung
14 Anaerobe Behandlung
14.1 Einführung und Geschichte
14.2 Allgemeine biochemische Grundlagen
14.2.1 Erstes Charakteristikum: Reaktionsablauf mit Zwischenstufen
14.2.2 Zweites Charakteristikum: Nutzung unterschiedlicher Wege und Kompartimente in Anabolismus und Katabolismus
14.2.3 Drittes Charakteristikum: Stoffwechsel als ein enzymatisch geregeltes Fließgleichgewicht
14.2.4 Viertes Charakteristikum: Metaboliten-Reservoir im Stoffwechsel
14.3 Biochemie der Vergärung
14.3.1 Unterschiede zwischen anaerobem und aerobem Stoffwechsel
14.3.2 Glycolyse als gemeinsamer Startpunkt aerober und anaerober Abbauwege
14.3.3 Aufbau der anaeroben Stoffwechselkette
14.3.3.1 Erste Phase: Hydrolyse
14.3.3.2 Zweite Phase: Acidogenese
14.3.3.3 Dritte Phase: Acetogenese und Methanogenese
14.4 Enzyme als Katalysatoren biochemischer Reaktionen
14.4.1 Definition und Nomenklatur
14.4.2 Funktion
14.4.3 Aufbau und Lokalisierung
14.4.4 Kinetik
14.4.5 Regulation
14.5 Technische Umsetzung
14.5.1 Inbetriebnahme
14.5.2 Verfahrensparameter
14.5.2.1 Sauerstoff
14.5.2.2 pH-Wert
14.5.2.3 Verweildauer
14.5.3 Methoden zur Erhöhung der Bakteriendichte im Reaktor
14.5.4 Vergärungsprozesse, unterschieden nach der Prozessführung
14.5.4.1 Einstufige Prozesse
14.5.4.2 Zweistufige Prozesse
14.5.5 Vergärungsprozesse, unterschieden nach Trockensubstanzgehalt des Ausgangsmaterials
14.5.5.1 Trockenfermentation
14.5.5.2 Nassfermentation
14.5.6 Vergärungsprozesse, unterschieden nach der Betriebstemperatur
14.5.6.1 Mesophile Prozesse
14.5.6.2 Thermophile Prozesse
14.5.7 Energiebilanz
14.6 Spezialfall Speisereste-Verwertung
14.6.1 Rechtliche Grundlagen
14.6.1.1 Tierkörperbeseitigungsgesetz
14.6.1.2 Viehverkehrsordnung
14.6.2 Verwertungsmöglichkeiten
14.6.3 Ausblick
15 Aerobe Behandlung
15.1 Einführung und Geschichte
15.2 Biochemische Stoffwechselprozesse
15.2.1 Prinzipielle Schritte der Energiegewinnung aus organischem Material
15.2.1.1 Erste Ebene: Zerlegung großer Moleküle in kleine Untereinheiten
15.2.1.2 Zweite Ebene: Direkte Verwendung dieser kleinen Untereinheiten oder Umbau zu wenigen einheitlichen Grundsubstanzen
15.2.1.3 Dritte Ebene: Nutzung der gewonnenen Grundsubstanzen zur Energiegewinnung
15.2.2 Abbau von Lipiden
15.2.2.1 Grundlagen
15.2.2.2 Abbaureaktionen
15.2.2.2.1 Abbau von Fetten zu Glycerin und Fettsäuren
15.2.2.2.2 Abbau von Glycerin zu Acetyl-CoA
15.2.2.2.3 Abbau von Fettsäuren zu Acetyl-CoA bzw. Succinyl-CoA
15.2.3 Abbau von Proteinen
15.2.3.1 Grundlagen
15.2.3.2 Abbaureaktionen
15.2.3.2.1 Abbau von Proteinen zu Aminosäuren
15.2.3.2.2 Abbau oder Weiterverwendung der Aminosäuren
15.2.4 Abbau von Kohlenhydraten
15.2.4.1 Grundlagen
15.2.4.2 Abbau der Polysaccharide zu Di- und Monosacchariden
15.2.4.2.1 Abbau von Cellulose
15.2.4.2.2 Abbau von β-1-4 Xylan
15.2.4.2.3 Abbau von Stärke
15.2.4.2.4 Abbau von Chitin
15.2.4.3 Verwertung der Monosaccharide
15.2.5 Abbau von Lignin
15.2.5.1 Grundlagen
15.2.5.2 Abbau
15.2.6 Gemeinsame Wege zur Energiegewinnung aus dem Abbau der verschiedenen Ausgangssubstanzen
15.2.6.1 Citratcyclus
15.2.6.2 Glyoxylatcyclus
15.2.6.3 Atmungskette und Oxydative Phosphorylierung
15.3 Technische Umsetzung
15.3.1 Konkreter biologischer Ablauf des Rotteprozesses
15.3.1.1 Abbauphase
15.3.1.2 Umbauphase
15.3.1.3 Aufbauphase
15.3.2 Verfahrensparameter
15.3.2.1 Temperatur
15.3.2.2 Wasser
15.3.2.3 Sauerstoff
15.3.3 Häusliche Eigenkompostierung
15.3.4 Einführung in die Kompostierungstechnik
15.3.5 Energiebedarf
15.3.6 Rottesysteme
15.3.6.1 Dynamische Systeme
15.3.6.1.1 Rottetürme (Reaktortürme)
15.3.6.1.2 Rottetrommeln
15.3.6.2 Statische Systeme
15.3.6.2.1 Mietenkompostierung mit natürlicher Belüftung
15.3.6.2.2 Mattenverfahren
15.3.6.2.3 Mietenverfahren mit künstlicher Belüftung
15.3.6.2.4 Künstlich belüftete Hallen
15.3.6.2.5 Zeilenkompostierung
15.3.6.2.6 Tunnelkompostierung
15.3.6.2.7 Brikollareverfahren
15.3.6.2.8 Boxen- oder Containerkompostierung
15.3.7 Bestandsaufnahme zur Kompostierungstechnik in Deutschland
15.3.8 Vergleich alter und neuer Bundesländer
15.3.9 Quintessenz
15.4 Spezialfall Klärschlamm-Kompostierung
16 Feinaufbereitung nach der biologischen Behandlung
16.1 Aufbereitung des Biogases
16.1.1 Reinigung
16.1.2 Methananreicherung
16.1.3 Speicherung
16.2 Aufbereitung der Gärreste
16.3 Aufbereitung des gerotteten Kompostmaterials
16.3.1 Zerkleinerung und Siebung
16.3.2 Schwerstoffabscheidung
16.3.3 Folienabscheidung
16.4 Konfektionierung und Lagerung
16.5 Massenbilanzen
17 Emissionen und Emissionsminderung
17.1 Lärm
17.2 Staub
17.3 Abgase
17.4 Ungeziefer
17.5 Geruch
17.5.1 Gesetzliche Grundlagen
17.5.2 Arten von Geruchsstoffen
17.5.3 Entstehungsorte
17.5.4 Minimierung von Geruchsemissionen
17.5.4.1 Primärmaßnahmen
17.5.4.2 Sekundärmaßnahmen
17.5.4.2.1 Biofilter
17.5.4.2.2 Biowäscher
17.5.4.2.3 Thermische und katalytische Nachverbrennung
17.5.5 Geruchsimmissionsprognose
17.5.6 Messung von Geruchsimmissionen
17.5.6.1 Geruchskonzentration
17.5.6.2 Geruchsintensität
17.5.6.3 Hedonik
17.5.6.4 Zeitpunkt und Dauer
17.5.6.5 Häufigkeit der Geruchsemission
17.6 Abwasser
17.6.1 Rechtliche Grundlagen
17.6.2 Herkunft des Abwassers
17.6.3 Aufkommen
17.6.4 Abwasser-relevante Parameter
17.6.5 Konsequenz aus den Analysen
17.6.6 Aufbereitungsverfahren
17.6.6.1 Entfernung von Kleinstpartikeln
17.6.6.2 Eliminierung hoher Stickstoff- und Kohlenstofffrachten
17.6.6.3 Membrantechnologien
17.6.6.4 Adsorption
17.6.6.5 Katalytische Oxidation
17.7 Keime
17.7.1 Grundlagen zur Emission von Keimen
17.7.1.1 Arten von Keimen
17.7.1.2 Trägermedium Luft
17.7.1.3 Medizinische Bedeutung der Mikroorganismen
17.7.1.4 Beurteilung der hygienischen Relevanz von Keimemissionen
17.7.2 Chronologie der Verbreitung von Keimen
17.7.2.1 Hygienische Aspekte bei der Sammlung
17.7.2.2 Hygienische Aspekte bei der Abholung
17.7.2.3 Hygienische Aspekte bei der Behandlung
17.7.2.4 Hygienische Aspekte bei der Anwendung
17.7.3 Minimierung von Keimemissionen
17.7.4 Schlussfolgerungen
18 Abschlussuntersuchungen
18.1 Hygienische Anforderungen an Prozesse und Produkte
18.1.1 Nachweis des Hygienisierungserfolges
18.1.2 Charakterisierung hygienisch relevanter Organismen
18.1.2.1 Phytohygienisch wichtige Organismen
18.1.2.2 Seuchenhygienisch wichtige Organismen
18.1.3 Hygienisierungsprozess bei der Vergärung
18.1.4 Durchführung und Kontrolle der Hygienisierung im Rottegut
18.1.4.1 Hygienisierung durch Antibiotika
18.1.4.2 Hygienisierung durch die Temperatur
18.2 Stoffliche Anforderungen an die Produkte
18.2.1 Körnung
18.2.2 Rottegrad und Pflanzenverträglichkeit
18.2.3 Wassergehalt
18.2.4 Gehalt an organischer Substanz
18.2.5 C/N-Wert
18.2.6 pH-Wert
18.2.7 Pflanzennährstoffe
18.2.8 Salzgehalt
18.2.9 Spurenelemente/Schwermetalle
18.2.9.1 Gehalt und Grenzwerte
18.2.9.2 Herkunft
18.2.10 Organische Schadstoffe
19 Produkte, Verwendung, Vermarktung
19.1 Biogas
19.1.1 Verwendungsmöglichkeiten von Biogas
19.1.1.1 Einspeisung ins öffentliche Gasnetz
19.1.1.2 Verbrennung in Feuerungsanlagen
19.1.1.3 Verbrennung in Wärmekraftmaschinen
19.1.1.3.1 Verbrennungsmotoren
19.1.1.3.2 Gasturbinen
19.1.1.4 Nutzung in Brennstoffzellen
19.2 Kompost
19.2.1 Kompostarten
19.2.1.1 Unterscheidung nach dem Ausgangsmaterial
19.2.1.2 Differenzierung nach dem Reifegrad
19.2.1.3 Unterscheidung nach dem Grad der Aufbereitung
19.2.1.4 Unterscheidung nach Düngemitteltyp
19.2.2 Verwendungsmöglichkeiten von Kompost
19.2.2.1 Einmal Abfall, immer Abfall?!
19.2.2.2 Gleichwertigkeit gegenüber anderen Düngemitteln
19.2.2.3 Landwirtschaftliche Verwertung
19.2.2.4 Garten- und Landschaftsbau
19.2.2.5 Produktionsgartenbau
19.2.2.6 Weinbau
19.2.2.7 Forstwirtschaft
19.2.2.8 Bedarf seitens der öffentlichen Hand
19.2.2.9 Erdenwerke
19.2.2.10 Technische Anwendungen
19.2.3 Bedeutung der durch Kompost substituierten Produkte
19.2.3.1 Wirtschafts- und Mineraldünger
19.2.3.2 Rindenhumus
19.2.3.3 Torf
19.2.4 Vermarktung von Komposten
19.2.4.1 Marktanalyse
19.2.4.2 Inhalte einer möglichen Imagekampagne für Kompost aus Bioabfällen
19.2.4.3 Probleme
19.2.4.4 Prognosen
20 Qualitätsmanagement
20.1 Elemente des Gütesicherungssystems
20.1.1 Güterichtlinien für Kompost
20.1.2 Fremdüberwachung
20.1.3 Deklarationspflicht
20.1.4 Angaben zur Anwendung
20.1.5 Konsequenzen bei mangelnder Qualität
20.2 Gütezeichen in der Bioabfallwirtschaft
21 Vergleich und Bewertung verschiedener Behandlungsverfahren
21.1 Technisch-wirtschaftlicher Verfahrensvergleich
21.1.1 Eignung und Realisierbarkeit
21.1.2 Unterschiede in der Verfahrenstechnik
21.1.3 Flächen- und Raumbedarf
21.1.4 Emissionspotential
21.1.5 Endprodukte
21.1.6 Energie
21.1.7 Kosten
21.1.8 Ergebnisse
21.2 Ökobilanz verschiedener Entsorgungswege für organische Abfälle
21.2.1 Bewertungskriterien
21.2.2 Verglichene Entsorgungsszenarien
21.2.3 Ergebnisse
22 Spezialfall biologisch abbaubarer Kunststoffe
22.1 Rechtliche Grundlagen
22.2 Ausgangsmaterial und Herstellung
22.3 Einsatzgebiete
22.4 Biologischer Abbau
22.5 Erfassung von Produkten aus biologisch abbaubaren Werkstoffen
22.6 Sammlung, Transport und Sortierung
22.7 Zertifizierung von Produkten aus biologisch abbaubaren Werkstoffen
22.8 Wege zur Verwertung und Beseitigung biologisch abbaubarer Kunststoffe
23 Perspektiven der Bioabfallwirtschaft
23.1 Stand und Perspektiven der aeroben Abfallbehandlung in Europa
23.1.1 Status quo der getrennten Erfassung organischer Abfälle
23.1.2 Verwendung des erzeugten Kompostes
23.1.3 Entwicklungspotential bei der Getrennterfassung und Vermarktung
23.2 Stand und Perspektiven der anaeroben Abfallbehandlung
23.2.1 Stand der Anaerobtechnik in Deutschland
23.2.2 Internationaler Stand der Anaerobtechnik
23.2.3 Entwicklungs- und Exportpotentiale
