AT350370B

AT350370B - Verfahren zur herstellung von energieliefernden rohstoffen aus abfallstoffen, wie muell, klaer- schlamm und komposten

Info

Publication number: AT350370B
Application number: AT668976A
Authority: AT
Original assignee: Ruthner Othmar
Priority date: 1976-09-09
Filing date: 1976-09-09
Publication date: 1979-05-25
Also published as: ATA668976A

Description

Die Probleme der Abfallverwertung sind hinlänglich bekannt. Mit Ausnahme von Industrieabfällen fallen in Ballungszentren grosse Abfallmengen an. Es handelt sich vor allem um Haushalts- und Gewerbeabwässer sowie um Müll. Pro Einwohnergleichwert (EWG) fallen täglich 60 bis 80 g Klärschlamm und zirka 600 bis 800 g Müllabfälle in fester Form an ; somit in Grossstädten mit mehreren Millionen Einwohnern tausende von Tonnen täglichem Abfallanfall. Diese Abfälle enthalten wertvolle Rohstoffe und besitzen noch einen wesentlichen Gehalt an freier Energie, entsprechen 1500 bis 5000 Kalorien/kg, so dass der tägliche Energieverlust pro EWG zirka 2000 Kalorien beträgt.

Die organischen Substanzen von Siedlungsabfällen bestehen im allgemeinen rein äusserlich aus folgenden Stoffen : Exkremente, Fäkalien, Gemüse- und Speisereste, Obstabfälle, Kartoffelschalen, Knochen, Horn, Stroh, Papier, Pappe, Holz, Textilien, Lumpen, Bindfaden, Leder, Gummi, Garten- und Parkabfälle, Schlachthausabfälle und anderes mehr und einer mehr oder weniger grossen Wassermenge. Trotz dieser vielartigen Erscheinungsformen bestehen diese Stoffe im wesentlichen aus 5 Elementen, wie C, H2, 0 , N2 und S.

Obwohl man heute eine Unzahl organischer Verbindungen kennt, gliedert sich der Hauptanteil dieser organischen Verbindungen in 4 Gruppen :
1. Kohlenwasserstoffe
2. Kohlehydrate (Stärke, Zucker, Zellulose), Lignine (Holzstoffe)
3. Fette, Öle, Wachse, Harze
4. Eiweissstoffe (Proteine).

Der Kohlenstoffgehalt in der Trockensubstanz schwankt bei den Kohlehydraten, Hemizellulosen und Zellulosen
EMI1.1

<tb>
<tb> zwischen <SEP> 40 <SEP> und <SEP> 45%
<tb> Lignine <SEP> 61 <SEP> - <SEP> 69% <SEP>
<tb> Fetten <SEP> 70-78%
<tb> Proteinen <SEP> 50 <SEP> - <SEP> 55% <SEP>
<tb>
Der Hausmüll enthält an :
EMI1.2

<tb>
<tb> Hemizellulosen <SEP> und <SEP> Zellulosen <SEP> 44%
<tb> Pertusane <SEP> und <SEP> Pektinstoffe <SEP> 8%
<tb> Lignine <SEP> 13%
<tb> Fette, <SEP> Harze, <SEP> Wachse <SEP> 2%
<tb> Eiweissstoffe, <SEP> Proteine <SEP> 3%
<tb> Asche <SEP> 15%
<tb> unbekannter <SEP> Rest <SEP> 15%
<tb>

Der Heizwert des aschen- und wasserfreien brennbaren Mülls liegt bei zirka 4500 und 5000 kcal.

Derzeit werden die Abfälle durch Deponien, Kompostierungs- oder Verbrennungsanlagen beseitigt. Es werden zumeistVerrottungs- undVerbrennungsprozesse angewendet, wobei die organischen Substanzen mittels aerober Prozesse oxydiert werden und hiebei ihre freie Energie abbauen. Im Falle anaerober Prozessführung wird bei gleichzeitiger Methangewinnung die teilweise rückgewonnene Energie selbst wieder für den Abfallbeseitigungsprozess verbraucht. Nur in vereinzelten Fällen, bei günstigen Voraussetzungen, kann ein Teil der freien Abfallenergie als Dampf bzw. elektrische Energie rückgewonnen werden. Beim Einsatz von Kompostanlagen entsteht oft die Frage der Kompostabsatzmöglichkeit, so dass unverwertbarer Kompost gewissermassen auch als Abfall gewertet werden muss.

Erfindungsgemäss wird ein umweltfreundliches Verfahren vorgeschlagen, in welchem die Abfälle mittels eines Hydrolyse- und Extraktionsverfahrens behandelt werden, wobei beachtet werden soll, die möglichst Stoffe und deren potentielle Energie durch Stoff- und Energiewechsel, insbesondere die organischen, vegeta- bilen Abfälle erhaltenbleiben. Es handelt sich hiebei zumeist um die biochemische Energie, welche ursprüng-
EMI1.3
können wertvolle anorganische Rohstoffe mittels Recyclingverfahren rückgewonnen werden. Das Verfahren kann schlechthin mit einer biotechnologischen Abfallverdauungsanlage verglichen werden.

Nicht zuletzt kann
EMI1.4

B.einer Vorsortierung zur weitgehenden Abtrennung von Holz, Papier, Pappe, Glas, Metall, Kunststoff unterworfen und dann in an sich bekannter Weise einer sauren Hydrolyse in einem Bioreaktor unterzogen werden, der mit einer Anlage zum Versprühen und Erhitzen des Gutes in direkter Verbindung steht, und wobei die

EMI2.1

dampfförmigen Reaktionsprodukte rückgeführtFeiastsieb-7-in dieFeinstzerkIeinerungseinrichtung-6-rückgeführt. Der feingemahlene Müll wird nur dann in den Intensivmischer --8-- eingebracht, falls gleichzeitig auch Klärschlamm aufbereitet werden soll ; hiebei wird das Klärschlamm/Müll-Gemisch über einen Trockner --9-- in einen Bioreaktor--10-- eingetragen.

Es ist auch möglich, den entwässerten bzw. getrockneten Klärschlamm (43% H20) direkt in den Bio- reaktor --10-- einzubringen. Im Falle dass Klärschlamm nicht aufgearbeitet wird, d. h. nur organische Abfälle des Mülls zur Verwertung gelangen, wird der feingemahlene Müll direkt über den Trockner --9-- in den Bioreaktor-10-- eingeführt. ad B) Hydrolyse
Mit dem Einführen des Gutes in den Bioreaktor --10-- beginnt das Hydrolyseverfahren.

Der geschlossene Bioreaktor --10-- besteht aus einem Behälter, welcher mit einem Rührwerk --10A-- versehen und mit einem Absorber--11-- verbunden ist. IndenBioreaktor--10-- wird ein Gas/Salzsäure-Gemisch (zum Teil auch als azeotropes Gemisch) mittels einer Pumpe --12-- aus einem tiefer beschriebenen Sprühreaktor --14--, der aus einem direkt oder indirekt beheizten Röstofen besteht, eingepresst, wobei eine Hydrolyse, vorzugsweise bei zirka 800C und in zirka 10 bis 30 min erfolgt. Die Hydrolyse im Behälter-10kann, je nach Beschaffenheit des Einsatzes, sowohl chargenweise, als auch kontinuierlich erfolgen.

Das Hydrolysat wird mitHilfe einer Pumpe --13-- zum Sprühreaktor --14-- gebracht. Mittels Zerstäubung wird das Hydrolysat im Gegen- oder Gleichstrom einem Heizgas bei zirka 200 C zugeführt. Das dabei freigesetzte Dampf/Wasser-Gemisch sowie die Verbrennungsgase werden durch die Pumpe --12-- über den Bioreaktor
EMI3.1
rend H20, wie angedeutet, abgeführt wird. Im Sprühreaktor-14-erfolgt die Trennung des festen Röst- gutes vom Salzsäure/Wasserdampf-Gemisch.

Dieser Prozess kann auch mehrstufig erfolgen, wobei weitere Sprühreaktoren undTrockeneinrichtungen - mit oder ohne Vakuum herangezogen werden können. Es findet sowohl eine kontinuierliche Umsetzung bzw. Hydrolyse, als auch eine Sterilisation der Abfallstoffe statt. Bei einer derartigen Einrichtung besteht dieExtraktionsanlage aus einem Lösebehälter, Rührkesselkaskaden, Siebbandpressen, Ionentauscher, Trennsäulen, Fermenter sowie Löse-, Filtrations-, Wasch-. und Mischanlagen, Pumpen, Rohrleitungen und Messanlagen.

Das Abfallprodukt läuft, wie ersichtlich, kontinuierlich (wenn erforderlich aber auch diskontinuierlich) durch die Hydrolyseanlagen, während das Salzsäuregas und zum Teil auch Wasser bzw. Wasserdampf im Kreis geführt werden. Freiwerdendes Salzsäuregas aus dem Bioreaktor --10-- wird durch die Absorptionskolonne --11-- in denselben rückgeführt, wobei der mit Säurenebel-und Wasserabscheidung ausgestattete Ventilator --15-- auch die Verbrennungsgase der direkten Röstofebeheizung entsprechend den Reinheitsvorschriften in die Atmosphäre entlässt.

Um eventuelle Salzsäurerückstände zu entfernen, wird das Röstgut aus dem Sprühreaktor-14-mittels einer Transportschnecke --14A-- einem Wirbelschichtreaktor --17-- zugeführt. Das dabei freiwerdende restliche Salzsäuredampfgemisch wird gleichfalls über die Pumpe --12-- in den Bioreaktor --10-- eingepresst.

Der Wirbelschichtreaktor --17-- stellt zusätzlich eine apparative Variante dar, zu dem als Variante auch einwirbelschichttrockner-18-inBetracht gezogen werden kann, wobei nicht nur restliche Salzsäure, sondern auch eine weitgehende Entwässerung stattfinden kann. (Eine solche Entwässerung wird erforderlich sein, falls spezielle Extraktionen zur Abtrennung bestimmter Bestandteile, wie toxische Stoffe, Fette, Nukleinsäuren, Vitamine usw., erforderlich bzw. gewünscht sind. )
Das trockene Röstgut wird nunmehr in einem Bunker --19-- gelagert. ad C) Extraktion
EMI3.2

EMI3.3
bracht.

Es ist auch möglich, das Röstgut direkt ohne Wasserzusatz in eine Extraktionsanlage --22-- einzubringen, aus welcher mit einem beliebigen Extraktionsmittel, welches dem Behälter --L-- entnommen wird, mittels einer Pumpe --21-- die jeweiligen Extrakte, z. B. organische Stoffe, toxische Stoffe, Nukleinsäure oder Fette aus dem Röstgut in einem Behälter --23-- extrahiert und dann in einem Behälter --25-- gesam- melt werden.

Unter der Annahme, dass durch die Hydrolyse ein Teil der markomolekularen Verbindungen, insbesondere die Eiweissstoffe zu Peptiden bzw. zu Aminosäuren sowie die Polysaccharide und Zelluloseverbindungen teilweise zu Zucker hydrolysiert wird, werden hingegen die unlöslichen Feststoffe, wie Fette, Eiweiss usw.,
EMI3.4

skade-24- im GegenstromIm Lösebehälter --20--, der auch als eine Sedimentiereinrichtung dient, wird die Dispersion (Röst- gut + Wasser) der Rühr- und Siebbandpressenkaskade zugeführt. Eventuell anfallende spezifisch schwere
Reststoffe, wie Metall-, Glasreste usw., sammeln sich in einem konischen Teil des Lösebehälters und wer- den im Behälter --26-- gesammelt.

Die Kaskade --24-- ermöglicht einen stufenweisen Waschprozess, wobei jeweils mittels Siebbandpresse der entwässerte Feststoff in die direkt anschliessenden Rohrbehälter eingetragen, dabei neuerdings aufge- schlämmt und über weitere Siebbandpressen wieder der nächsten Kaskadenstufe zugeführt wird. Je nach Los- lichkeit der hydrolysierten Stoffe wird die Anzahl der Kaskadenstufen gewählt.

Beginnend in der Kaskade --24A-- wird Frischwasser dem Feststoff im Gegenstrom zugeführt und stu- fenweise über die weiteren Kaskaden --24B und 24C-- bis zu demLösebehälter-20-geleitet. Der nunmehr ausgewaschene Feststoff wird in einer Trockentrommel --27-- einer Trocknung unterzogen, wobei weitgehend Wasser abgegeben wird, das über den Absorber --11-- der Hydrolyseanlage rückgeführt wird. Das nunmehr gereinigte Trockengut gelangt in einen Bunker --28-- und kann nach analytischer Überprüfung, z. B. als Tierfutterbasis bzw. -zusatz --T bzw. n, S-dienen. Das gelöste hydrolysierte Filtrat aus der Rührkaskade verlässt die Siebbandpresse-29-.

Zur Abscheidung der Metallverbindungen wird mit Hilfe eines Ionentauschers --30-- mittels kationenaktiven, einem Behälter-L-entnommenen Chemikalien das Hydrolysat von den Metallsalzen befreit, die im Behälter --31-- zur Weiterverarbeitung entweder für eine Elektrolyse oder Röstgut gesammelt werden.

Auch die anorganischen Verbindungen werden mittels anionenaktiven Tauschern --32-- durch bestimmte,
EMI4.1
eines Fermenters --39--, z. B. zu Hefe und Nahrungseiweiss, zu fermentieren. Die Hefe bzw. das Fetteiweiss wird mit Hilfe einer Zentrifuge --41-- aus dem Fermentationsprozess abgeschieden und im Behälter-40- gesammelt, während der flüssige Bestandteil als Abwasser einem Klärwerk bzw. einer Abwasserreinigungsanlage mit Hilfe eines Pumpen- und Rohrleitungssystems --42-- oder dem Absorber --11-- der Hydrolyseanlage zugeführt wird. ad D) Aufarbeitung der rückgewonnenen Rohstoffe
Diese besitzen noch weitgehend ihre biologische Energie, so dass es von Interesse ist, daraus wertvolle Futterstoffe herzustellen.

Vor allem eignen sich alle diese Stoffe bei entsprechenden Mischkombinationen zur Herstellung von Kraftfutter, das als Zusatzstoff für Fütterung von Kühen, Schafen, Ziegen, Hühnern, Schweinen usw., eingesetzt werden kann.

Nicht zuletzt sei darauf hingewiesen, dass diese Kraftzusatzstoffe bei Vermischung mit einem Grünfutter als Basis für eine integrierte Nahrungsmittelfabrik in einer biologischen Kette eingesetzt werden kann, wie z. B. Grünfutter, Kraftstoffe-, Kuhhaltungs-, Molkereiprodukte (Käse, Milch und Butter) bzw. auch zur angeschlossenen Fütterung von Schweinen, Schafen, Hühnern usw., Verwendung finden kann.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht somit, im Rahmen eines Recyclingsystems sowohl einen Teil der Energie-, als auch der Rohstofflücke zu schliessen, wobei deren Anwendung zukünftig weltweite Bedeutung zukommen kann.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine Reihe anderer Verfahrensvarianten. Welche der Verfahren zum Einsatz gelangen, hängt sowohl vom Ausgangsmaterial, als auch vom gewünschten Endprodukt und dessen Verwertbarkeit ab.

Nach der selektiven Sammlung von Abfallmaterial bzw. Vermischung der Abfallkomponenten, wie Müll, Klärschlamm oder Kompost, wird vorerst eine Hydrolyse und anschliessend eine Extraktion durchgeführt.

Die Hydrolyse kann sowohl im sauren (Salzsäure), als auch im alkalischen (Ammoniak) pH-Bereich erfolgen. Für jede Hydrolyseart ist es erforderlich, dass auch die eingebrachte Salzsäure oder der Ammoniak im Kreislauf geführt wird. Dies erfordert, dass vorerst ein Röstgut der sauren Elektrolyse anfällt, anschliessend kann eine alkalische Hydrolyse erfolgen. Es ergeben sich hiebei weitere Varianten, so dass z. B. aus dem saurenRöstgut eine Extraktion, z. B. mit Wasser oder sonstigen Lösungsmitteln, erfolgt. Das ausgewascheneRöstgut wird einer alkalischen Hydrolyse unterzogen, welcher auch eine weitere Extraktion folgt.

Diese Durchführungsvariante ist abhängig von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und von der qualitativen Beschaffenheit der Hydrolyseprodukte. Die Weiterverarbeitung der Hydrolysate bzw. deren Reaktionsprodukte kann, wie in der zuerst beschriebenen Variante und der zuletzt beschriebenen durchgeführt werden.

Schliesslich ist es möglich, eine getrennte Hydrolyse sowohl von Müll, als auch von Klärschlamm-KW- (Klärwerk) durchzuführen, wobei beide Hydrolysate mit den festen Stoffgemischen gemeinsam in einem Sprüh- reaktor in Röstgut und Salzsäure-Wasserdampf-Gemisch zerlegt werden. Letzteres wird geteilt in die je- weiligenBioreaktoren der Müll- bzw. Klärschlamm-Hydrolyseanlage rUckgefUhrt. Die Aufarbeitung desRöst- gutes mittels Extraktion kann gemeinsam erfolgen. Es ist somit möglich, die Hydrolyse von Müll und Klär- schlamm in den Bioreaktoren unabhängig voneinander parallel zu führen und die entstandenen Reaktionspro- dukte getrennt abzuführen.

Auch die Abröstung kann parallelnebeneinander geführt werden und die jeweiligen erhaltenenRöstgute einzeln oder vermischt oder durch weitere Zusätze einer Extraktion unterzogen werden.
Letzteres hat den Vorteil, dass z. B. kanzerogene oder metallhaltige Stoffe aus dem Klärschlamm, ohne die
Reaktionsprodukte des Müllschlamms zu verunreinigen, separat aufgearbeitet werden können. In diesem Zu- sammenhang kann die Temperatur im Sprühreaktor auch niedriger als angegeben, z. B. 80 C, sein.

Nicht zuletzt soll darauf hingewiesen werden, dass durch Hydrolyse selbst Cyanverbindungenin Ammoniak und Ameisensäure bzw. Ammoniumverbindungen und Nitrite zu Stickstoff, Kohlensäure und Wasser umge- wandelt werden, wobei eine weitgehende Entgiftung ermöglicht wird.

Die Zeichnung lässt auch im linken oberen Teil erkennen, wie der selektierte Müll-Sperrgut --S--, Glas, Metall, Kunststoff-a--, Papier-b--, organische Abfälle-c--z. B. anteilig direkt verschiedenen Verarbeitungsanlagen z. B. einerVerbrennungsanlage--m--, einer Metallhütte-n--, einerGlashütte--o--, einer Kunststoffverarbeitung --p--, einer Papierfabrik--q--zugeführt werden kann.
EMI5.1
--1 (-- eine Kompostanlage, --d-- eine- eine Zentrifuge,-l-einen Trockner.

Die Führung verschiedener Stoffe wird durch unterschiedliche Linien angedeutet, u. zw. bezeichnet die strichlierte Linie organische Substanz (Müll), die strichpunktierte Linie Extrakte (Zucker, Proteine, Fette), Strich-3 Punkte Wasser, punktierte Linie Salzsäure, Strich-Kreis Grünfutter, Strich Reststoffe.

Schliesslich sei bemerkt, dass an Stelle eines Röstgutes ein Trockengut stehen kann.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Tierfutter aus organischen Abfallstoffen, wie z. B. Klärschlamm, landwirtschaftlichen Abfallen (Kuhmist, Tierfäkallen usw. ), Abfällen nahrungsmittelverarbeitender Industrien und Hausmüll, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Abfallstoffe zunächst einer Vorsortie- rung zur weitgehenden Abtrennung von Holz, Papier, Pappe, Glas, Metall, Kunststoff unterworfen und dann in an sich bekannter Weise einer sauren Hydrolyse in einem Bioreaktor unterzogen werden, der mit einer
EMI5.2
sich bekannter Trennverfahren, z. B. durch neuerliche Extraktion zur Gewinnung weiterer verwertbarer Stoffe erfolgt.

2. VerfahrennachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass bei der sauren Hydrolyse die Salz- säure bzw. azeotrope HCl/HO-Gemische und 1-12 0-Dampf im Kreislauf geführt werden.

Claims

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Müll, als auch Klärschlamm in weitgehend entwässertem Zustand (vorzugsweise zirka 40% H20-Gehalt) in einen Bioreaktor eingetragen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bioreaktor das Abfallbreigemisch mit Salzsäure bei einer Temperatur von wenigstens 200C bis vorzugsweise von80 () C unddarüber behandelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolyse wenigstens 10 min, vorzugsweise wenigstens 20 min und darüber durchgeführt wird.

6. VerfahrennachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass eventuell entweichende Salzsäuregase bzw. azeotrope HCI-H20-Gemische in eine mit dem Bioreaktor verbundene Absorptionskolonne rückgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrolysierte salzsaure Stoffbrei in einen Sprühreaktor eingebracht, vorzugsweise eingedüst, wird, der durch indirekte oder direkte Beheizung auf eine Temperatur von vorzugsweise 180 bis 2500C aufgeheizt ist.

'8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Versprühen unter Vakuum erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen in einen Sprüh- reaktor erfolgt, der als Röstofen ausgebildet sein kann und mehrstufig angeordnet ist. <Desc/Clms Page number 6>

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt (Röstgut) aus dem Sprühofen in Wirbelschichtreaktoren, Wirbelschichttrockenöfen od. dgl., gegebenenfalls unter vermindertem Druck weitgehend von freier Salzsäure und Wasser befreit wird.