Behandlung von Wirtschaftsdüngern

Luftbild einer Biogasanlage in direkter Aufsichtzum Vergrößern anklicken
Biogasanlage

Die Vergärung von Mist und Gülle in Biogasanlagen beschleunigt den Abbau zahlreicher Tierarzneimittel.

Quelle: Contrypixel / Fotolia.com

Die gezielte Lagerung, Vergärung oder Kompostierung von Wirtschaftsdünger vor seiner Ausbringung auf dem Feld kann die Konzentration von Tierarzneimitteln im Dünger verringern damit der Eintrag von Tierarzneimitteln in die Umwelt abnimmt.

Inhaltsverzeichnis

 

Viele Faktoren sind bedeutend für den Abbau von Tierarzneimitteln

Zu den Faktoren, die den Gehalt von Tierarzneimitteln in Wirtschaftsdüngern beeinflussen, zählen:

Einzelne Wirkstoffe können sich dabei sehr unterschiedlich verhalten. Oft zeigen Wirkstoffe keinen oder nur einen geringfügigen Abbau unter Bedingungen, die den Abbau von Stoffen einer anderen Wirkstoffgruppe stark fördern (siehe: Eintrag und Vorkommen von Tierarzneimitteln in der Umwelt).

Es gibt also keinen einfachen Königsweg zur Verringerung aller Tierarzneimittelwirkstoffe in Wirtschaftsdüngern, aber für die Lagerung und Vergärung gibt es Faustregeln, deren Anwendung in den meisten Fällen den Eintrag von Tierarzneimitteln in die Umwelt mindern kann.

 

Lagerung von Wirtschaftsdüngern

Die passive Lagerung von Wirtschaftsdüngern ist der gebräuchlichste Umgang mit Wirtschaftsdüngern tierischer Herkunft. Dabei wird das Material bis zur Ausbringung auf landwirtschaftliche Nutzflächen gesammelt und mit oder ohne Abdeckung gelagert, ohne dass gezielt weitere Behandlungen durchgeführt werden. Es entstehen Stapelmiste bzw. Flüssigmiste/Güllen, die in offenen oder geschlossenen Behältern gelagert werden.

Während der Lagerung werden zahlreiche Tierarzneimittel durch Mikroorganismen abgebaut, wobei der Abbau stark wirkstoffabhängig, von der Temperatur und dem Sauerstoffgehalt des gelagerten Düngers beeinflusst ist.

Zahlreiche Versuche stellen hohe Abbauraten bei passiver Lagerung für die folgenden Tierarzneimittelgruppen fest:

  • Tetrazykline
  • Makrolide
  • Progesteron

Durch die Novellierung der Düngeverordnung, wurden die Sperrfristen für die Wirtschaftsdüngerausbringung verlängert, weshalb der Wirtschaftsdünger länger gelagert werden muss. Ziel der Novellierung ist es die Nitrateinträge in das Grundwasser zu verringern, gleichzeitig wirkt sich die längere Lagerung auch positiv auf den Tierarzneimittelabbau auf. Generell gilt, dass mit steigender Lagerdauer die Tierarzneimittelgehalte sinken. Dabei sollte - wenn möglich - keine weitere Gülle aufgefüllt, sondern auf eine lange Ruhelagerzeit geachtet werden, sodass der Abbau ungestört stattfinden kann. Ist das aufgrund voller Lagerkapazitäten nicht möglich, ist der Abbau zwar herabgesetzt, findet aber immer noch statt.

Die Lagerung von Wirtschaftsdüngern bringt auch weitere Effekte mit sich. Mit steigender Lagerdauer sinken nicht nur die Tierarzneimittelgehalte, sondern auch der Keimbesatz - ein positiver Effekt. Allerdings ist jede Lagerung mit Klimagasemissionen verbunden, welche umweltschädlich sind, sofern die Abgase nicht gezielt behandelt werden. Zudem können vor allem bei der Lagerung von Festmisten erhebliche Nährstoffverluste eintreten (insbesondere Stickstoff und Kalium), die aber durch die Art der Stapelung der Festmiste (z. B. Abdeckung) etwas verringert werden können.

 

Vergärung von Wirtschaftsdüngern

Fast alle Wirtschaftsdünger, stapelfähige wie flüssige, eignen sich grundsätzlich für eine Vergärung in einer Biogasanlage. Die Erzeugung von Biogas als Ersatz fossiler Energieträger ist in erster Linie der Grund, warum Gülle vergoren wird. Bei der Vergärung wird organische Masse unter Luftabschluss – daher wird sie als ‚anaerobe Vergärung‘ bezeichnet – zu Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) abgebaut. In der Regel werden Biogasanlagen in einem Temperaturbereich zwischen 37 und 45 °C (mesophil) bzw. zwischen 50 und 55 °C (thermophil) geführt.

Der Stand der Forschung ist hier derzeit (Stand 2016) zum Teil widersprüchlich. Es gibt Hinweise darauf, dass eine anaerobe Vergärung den Abbau zahlreicher Tierarzneimittel beschleunigt. Mittlere bis hohe Abbaugrade konnten für Tierarzneimittel aus den Antibiotikagruppen der Tetrazykline, Sulfonamide und Makrolide beobachtet werden. Allerdings ist die anaerobe Vergärung bei bestimmten Wirkstoffen weniger effizient als die passive Lagerung bei stapelfähigen Wirtschaftsdüngemitteln (z. B. Chlortetrazyklin).

Untersuchungen zur Wirkung der Vergärungstemperatur, also zur Frage wie thermophiler oder mesophiler Betrieb der Biogasanlage sich auf die Reduktion der Tierarzneimittelgehalte auswirkt, kommen zu widersprüchlichen Ergebnissen. Klar hingegen ist, dass mit steigenden Aufenthaltszeiten im Biogasfermenter eine erhöhte Abbauleistung erreicht wird.

Neben dem Abbau zahlreicher Tierarzneimittel treten bei der Vergärung von Wirtschaftsdüngern auch andere Effekte auf. Vorteile sind neben einer Teilhygienisierung der weitgehende Erhalt aller Nährstoffe im System, eine Verringerung der NOx und CH4-Emissionen während der Lagerung, der Ersatz fossiler Energieträger durch regenerative Energien sowie eine Verringerung der Geruchsemissionen. Auch gibt es einen pflanzenbaulichen Vorteil: die Erhöhung der N-Düngewirkung von stapelbaren Substraten (Festmiste, aber auch pflanzliche Biomasse ).

 

Kompostierung

Festmist und Feststoffe aus der Fest-Flüssig-Separierung von Substraten wie Gülle oder Gärresten können kompostiert werden. Hauptziele der Kompostierung sind die Bildung eines stabilisierten Humus-Düngemittels, eine Geruchsminderung und verringerte Stickstoffverluste bei der Ausbringung.

Nahezu alle in der Literatur beschriebenen Versuche belegen eine Reduktion der Tierarzneimittel durch Kompostierung. Im Vergleich zu einer passiven Lagerung beschleunigt eine Kompostierung die Abnahme der messbaren Gehalte zahlreicher Tierarzneimittel und verkürzt die entsprechenden Halbwertszeiten, da eine mikrobielle Umsetzung unter Sauerstoffanwesenheit effizienter als unter Sauerstoffabwesenheit erfolgt. Die Kompostierung wird darüber hinaus als eine sehr effiziente Maßnahme zur Reduzierung der messbaren Konzentrationen von Antikokzidiostatika sowie Sulfonamiden in Wirtschaftsdüngern angesehen.

Die Verringerung von Tierarzneimitteln kann bei der Kompostierung durch abiotische und biotische Prozesse oder eine Kombination beider erfolgen. Unter den abiotischen Prozessen spielen Adsorptionsreaktionen durch Anlagerung von Tierarzneimittelrückständen an die während der Kompostierung neu gebildete organische Substanz eine maßgebliche Rolle.

Ein starker Temperaturanstieg bei der Kompostierung kann zudem zu einer vorteilhaften, weitgehenden Hygienisierung des Düngemittels führen. Allerdings kann die Kompostierung von Wirtschaftsdüngemitteln tierischer Herkunft mit erheblichen schädlichen Klimagasemissionen verbunden sein, wenn diese nicht eingehäust und mit einer Abluftreinigung versehen erfolgt.

Die Tabelle listet für Tierarzneimittelwirkstoffe in verschiedenen Substraten deren Eliminierungsrate und Halbwertszeiten auf. In die Eliminierungsrate fließen sowohl der Abbau von Tierarzneimittelrückständen als auch ihre Bindung an die organische Substanz des Kompostes ein.  Das ausführliche Quellenverzeichnis finden Sie in Vidaurre et al. (2016): http://www.umweltbundesamt.de/publikationen/konzepte-zur-minderung-von-arzneimitteleintraegen
Wirkung der Kompostierung auf Eliminierungsrate und Halbwertzeiten von TMA in Wirtschaftsdüngern

Nahezu alle in der Literatur beschriebenen Versuche zur Kompostierung belegen eine Reduktion der messbaren Gehalte an Tierarzneimitteln in den untersuchten Komposten.

Quelle: Umweltbundesamt
 

Zukünftige Behandlungsmethoden zur Verringerung von Tierarzneimitteln in Wirtschaftsdüngern

Für die Zukunft sind mehrere Maßnahmen im Umgang mit Wirtschaftsdüngern denkbar. So könnte der Tierarzneimittelgehalt der Gülle in Überlegungen zur Weiterbehandlung einfließen und vorbereitend z. B. das Material in verschiedenen Behältern gelagert werden.

Es werden auch innovative Verfahren zur industriellen Gülleaufbereitung entwickelt und in großtechnischen Versuchen getestet. Viele Verfahren konzentrieren die in der Gülle enthaltenen Makronährstoffe (Sickstoff, Phosphor und Kalium) auf. So existieren z. B. Fest-Flüssig-Separation, Trocknung, Ammoniakstrippung oder Phosphorfällung als Verfahren, die sich bereits als praxistauglich erwiesen haben, aber z. T. noch nicht wirtschaftlich genug sind. Ziel dieser Methoden ist es, Düngemittel herzustellen und die Nährstoffe aus der Gülle wiederzuverwenden. Andere Verfahren sind noch in der Erprobungsphase und werden vor allem deshalb entwickelt, um die Gaserträge in Biogasanlagen zu erhöhen. Alle diese Verfahren haben denkbare Effekte auf die in der Gülle enthaltenen Tierarzneimittel, jedoch wurden sie bisher nicht auf diese untersucht.