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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Gemischen aus Müll und Klärschlamm, wobei Müll mit Klärschlamm vermischt, einer mikrobiologischen, wärmeentwickelnden Behandlung unterworfen wird.
Bei zentralen Kläranlagen, die für hohe Einwohnergleichwerte ausgelegt sind, bildet die schadlose Beseitigung oder Verwertung von Klärschlamm ein Problem. Einerseits aus hygienischen, anderseits aus ästhetischen Gründen wird der Absatz der selbst ausgefaulten Klärschlämme für den Landbau nur beschränkt bleiben. Wird berücksichtigt, dass je Tag und Einwohner 0, 25 l nasser, ausgefaulter Schlamm anfallen, so müssten bei einer zentralen Kläranlage für 100000 Einwohner rund 26000 1 Schlamm täglich weggebracht werden. Während der Vegetationsperiode kann selbst aerob oder anaerob stabilisierter Klärschlamm nicht auf Ackerflächen, Grünland, Feldfutter- und Feldgemüsebauflächen ausgebreitet werden. Ein Ausweichen auf Brachland oder Grenzertragsböden oder ein Weiterbehandeln des Klärschlammes wird dadurch unerlässlich.
Es gibt nun bereits die unterschiedlichsten aeroben Verfahren zur Behandlung von Gemischen aus Müll und Klärschlamm. So ist etwa aus der AT-PS Nr. 299994 ein aerobes Verfahren zur Kompostierung des Behandlungsgutes, das aus einem Gemisch aus Müll und Klärschlamm besteht, bekannt.
In der DE-OS 2252188 ist ein diskontinuierlich, jedoch ebenfalls aerob ablaufender Prozess zur Kompostierung beschrieben, bei dem der Rottevorgang durch Lufteintrag gesteuert wird. Der
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fahrens sieht die Beigabe von Bentonitmehl bei einem ebenfalls aeroben Verfahren vor.
Aus der DE-OS 2309457 wurde eine Verbesserung des sogenannten Giessener Verfahrens, also eines aeroben Kompostierverfahrens für Gemische aus Müll und Klärschlamm, bekannt. Hiebei wird der zerkleinerte Müll in Mieten gelagert und dem Luftzutritt ausgesetzt, wobei der Luftzutritt entsprechend gesteuert wird. Gemäss einem aus der DE-OS 2305909 bekanntgewordenen Verfahren wird Müll durch Kompostierung, also aerob, beseitigt. Für die Herstellung von Düngemitteln wird in der AT-PS Nr. 164803 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem einem Gemisch aus Müll und Klär- schlamm zeitweise Luft zugeführt und die offen gestapelte Masse der Selbsterhitzung überlassen wird. Das Einblasen von Luft zusätzlich zur Luftzutrittsmöglichkeit durch die offene Stapelung dient hiebei der Temperatursteuerung.
Schliesslich wurde durch die AT-PS Nr. 157686 ein zweistufiges Verfahren bekannt, dessen erste Stufe anaerob und dessen zweite Stufe aerob abläuft. Die aerobe Phase bringt hiebei Schwie- rigkeiten, die mit der Zucht einer aeroben Bakterienkultur und der Durchtränkung der Masse mit Bakterienstämmen zusammenhängen. Für die anaerobe Phase schlägt das bekannte Verfahren
Temperaturen von 85 C vor. Bei diesen Temperaturen würden jedoch alle Bakterien (auch solche am Abbauprozess beteiligten) abgetötet, wenn man von Sporenbildnern, also Bazillen absieht. Bei dem bekannten Verfahren werden des weiteren sauerstoffverzehrende Pilze zugesetzt, was die Ge- fahr eines vorzeitigen Abtötens von für die Vergärung wichtigen Bakterien (etwa penicillium glaucum) erhöht.
Aus der FR-PS Nr. 1. 002. 684 und auch aus der CH-PS Nr. 375299 wurde die anaerobe Behand- lung organischer Abfallstoffe bekannt, wobei auch eine Gasrückführung in einen Gärbehälter vor- gesehen ist. Bei den bekannten Verfahren werden nun die in den Gärbehälter rückgeführten Gase vor ihrem Wiedereintritt in den Gärbehälter durch Fremdwärmezufuhr erhitzt. Hiefür ist zusätz- liche Energie aufzuwenden.
Die DD-PS Nr. 97640 zeigt, dass man sich schon 1972 mit thermophilen Prozessen beschäftigte.
Das in dieser Patentschrift empfohlene Verfahren arbeitet sowohl anaerob als auch aerob, wobei jedoch nur Frischschlamm, nicht jedoch eine Mischung aus Frischschlamm und Müll behandelt wird, der bekanntermassen auch noch anorganische Substanzen enthält, die besondere Probleme mit sich bringen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für ein Verfahren der eingangs erwähnten
Art, eine Verfahrensführung anzugeben, die auf energiesparendem und umweltfreundlichem Weg ein verwertbares, von pathogenen Bakterien freies Endprodukt liefert. Erreicht wird dies erfin- dungsgemäss dadurch, dass das Müll/Klärschlamm-Gemisch bevorzugt in einem dem Einwohneräquiva-
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lent entsprechenden Mischungsverhältnis von z.
B. 1, 08 1 Klärschlamm (Frischschlamm) auf 0, 7 kg Müll in einen luftdicht verschliessbaren Behälter gemeinsam aufgegeben und ausschliesslich unter Luftabschluss gefault wird, wobei Gas aus dem Behälter abgezogen und gespeichert wird und der Gasstrom in einen rückzuführenden und einen abzuführenden Strom in der Weise aufgeteilt wird, dass durch Rückführung der Wärmeenergie des einen Teilstromes in den Behälter, eine Temperatur von 30 C in dem Behälter aufrechterhalten wird, bis nahezu kein Gas mehr entwickelt wird (Beendigung der mesophilen Phase), worauf unter Benutzung des gespeicherten Gases, sei es durch direkte Zufuhr in den Behälter, sei es durch Erhitzen eines Wärmeträgers, sei es durch direkte Speisung eines den Behälter beheizenden Brenners, der Behälterinhalt auf 55 2 C erhitzt wird,
worauf Gasentwicklung durch thermophile Bakterien eintritt und man nahezu bis zum Ende der Gasentwicklung zur Aufrechterhaltung der Temperatur auf 55 2 C so verfährt wie für die mesophile Phase angegeben, worauf auf 105 C erhitzt wird, in dem wieder nur die Energie des meso-bzw. thermophil gespeicherten Gases zur Temperaturerhöhung und folgender Aufrechterhaltung der Temperatur zum Zwecke der Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehaltes auf einen gewünschten Wert, z. B.
40%, zugeführt wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren tritt, da es unter Luftabschluss vollzogen wird, keine Umweltbelastung auf. Darüber hinaus bedarf es keiner Fremdenergie. Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, ein Gebiet in seiner Gesamtheit von allen flüssigen und festen Abfallstoffen zu entsorgen, weil ein einwohneräquivalenter Durchsatz von Müll und Klärschlamm möglich ist. Da lediglich fäulnisfähiger Schlamm verwendet wird, d. h. Frischschlamm, der rund 95% Wassergehalt aufweist, erübrigt sich der Bau von Faultürmen bei Kläranlagen, wenn der erfindungsgemässe Thermofaulungsprozess mit einem Klärwerk kombiniert wird.
Die Energie wird durch das beim Faulprozess entstehende Methangas erzeugt. Der geringe Endwassergehalt von z. B. rund 40% erlaubt die Verwendung des Endproduktes bei einem thermischen Prozess (Verbrennung oder Pyrolyse) ohne Energieeinbusse oder die Verwendung des Endproduktes als Bodenstrukturverbesserungsmittel direkt. Dies ist deshalb möglich, da durch die
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der heisse Wärmeträger kann dann durch Heizrohre, die sich im Innern des Behälters befinden, durch den Behälter und wieder zurück zur Wärmequelle (Kessel, Wärmetauscher) geführt werden.
Die bereits vor dem Faulungs- und Trocknungsprozess erfolgte Mischung von Müll und Klärschlamm stellt sicher, dass der wasserärmere, jedoch fäulnisfähige Müll mithilft, die Gasmenge beim Faulungsprozess nicht unwesentlich zu erhöhen. Dadurch wird die Energieausbeute für den Faulungs- und Trocknungsprozess des Klärschlammes derart verstärkt, dass das nach dieser Aufbereitung gewonnene Produkt weitgehend entwässert ist. Dies erlaubt es, dass das Endprodukt des erfindungsgemässen Verfahrens in einem Pyrolyseverfahren weiterverarbeitet wird oder auch unmittelbar zur Düngung bzw. zur Weiterverarbeitung für Düngemittel verwendet werden kann.
Der lediglich aus der Faulung gewonnene Gasanteil entwickelt hiebei eine solche Energie, dass der Wassergehalt des Mischgutes (Müll und Klärschlamm) auf rund 40% herabgedrückt werden kann.
Dieser geringe Wassergehalt erlaubt die Anwendung eines Pyrolyseverfahrens, ohne dass eine weitere Trocknungsstufe eingeschaltet werden muss. Für die Pyrolyse ist es nämlich wesentlich, dass der Wassergehalt nicht höher als 40 bis 50% des zu verarbeitenden Materials liegt, weil sonst der Prozessablauf beeinträchtigt und der Heizwert der bei der Pyrolyse anfallenden Gase vermindert werden würde.
In Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Teil des in einem Behälter entstehenden gespeicherten Gases zur Vorwärmung oder unterstützenden Beheizung anderer Behälter in einer Anlage mit mehreren nach dem vorerwähnten erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden Behältern eingesetzt wird. Durch Anwendung dieser Verfahrensführung ist es möglich, Anlagen mit mehreren Faulbehältern unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens besonders zweckmässig zu betreiben.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anlage, in der das erfindungsgemässe Verfahren ausgeübt werden kann ;
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die Fig. 2a, 2b und 2c die Verhältnisse innerhalb des Aufnahmebehälters für das Mischgut in drei Phasen des Verfahrensablaufes, Fig. 2a veranschaulicht hiebei die mesophile Phase, Fig. 2b die thermophile Phase und Fig. 2c die Verdampfungsphase. Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen Diagramme (aus"Lehr-und Handbuch der Abwassertechnik" Verlag Wilhelm Ernst 1969, Bd. 3) zur Ermittlung von Werten für die Aufstellung der Energiebilanz.
Fig. 3 veranschaulicht hiebei die Gasentwicklung aus 1 kg wasserfreier organischer Stoffe, die einem Faulprozess unterworfen werden (nach Fair und Moor), und Fig. 4 gibt die erforderliche Faulzeit, um bei verschiedenen Temperaturen aus 1 kg organischen Feststoffen 478 1 Gas zu erzeugen, ebenfalls nach Fair und Moor.
In den Zeichnungen ist mit-l-ein Aufnahmebehälter bezeichnet, in welchen Müll und Klärschlamm gemeinsam eingeführt werden. Dieser Behälter-l-ist luftdicht verschlossen, so dass die Gärung des aufgenommenen Gemenges anaerob erfolgt. Das bei der Gärung entstehende Gas wird aus dem Behällter --1-- über eine Leitung -2-- abgezogen und kann zumindest zum Teil wieder über eine Leitung --3-- dem Behälter --1-- zugeführt werden. Zwischen der Abzugslei- tung-2-und der Leitung --3- für die Wiederzufuhr des Gases können Wärmetauscher und Speicher in den Kreislauf eingeschaltet werden. In den Zeichnungen sind hiebei zwei Wärmetauscher --4, 5-und ein Speicher --6-- dargestellt. Der Wärmetauscher --4-- kann z.
B. dazu benutzt werden, um Gas aufzuheizen, das über eine Leitung --7-- von einem benachbarten Gärbehälter kommt und nach Durchströmen des Wärmetauschers --4-- über eine Leitung --8-- dem Aufnahmebehälter wieder zugeführt wird, aus dem es über die Leitung --7-- gekommen ist. Die Leitung - kann jedoch auch zur Speisung eines Gasbrenners verwendet werden, der von aussen einen Behälter, in dem sich ein Gemenge aus Müll und Klärschlamm befindet, aufheizt.
Der Speicher - dient dazu, Gas, das aus dem Behälter-l-gekommtn ist, zu speichern und zu dem Zeitpunkt, zu dem es gebraucht wird, um die Temperatur im Behälter-l-zu erhöhen, wieder dem Behälter-l-zuzuführen. Das aus dem Speicher --6-- über eine Leitung --9-- abgezogene Gas kann im Bedarfsfall über eine Leitung -10-- auch einem Brenner --11-- zugeführt werden, der den Behälter-l-von aussen aufheizt. Das aus dem Speicher --6-- kommende Gas --9-- kann jedoch auch für einen Prozess verwendet werden, der in einem dem Behälter-l-benachbarten Behälter abläuft, der ebenfalls Müll und Klärschlamm enthält, oder aber auch andern Zwecken, z.
B. einer Kesselheizung oder zur Stadtgasverbesserung, zugeführt werden.
In Fig. 2a ist der Behälter-l-gefüllt mit Müll und Frischschlamm gezeigt. Es wird angenommen, dass der Müll einen Wassergehalt von 30% und der Frischschlamm einen solchen von 95% besitzt. Mit --2 und 3-- sind die Abzugsleitungen bzw. Zufuhrleitungen für das bei der Gärung sich oberhalb des eingesetzten Produktes bildende Gas bezeichnet. In der in Fig. 2a gezeigten mesophilen Phase beträgt der Wassergehalt der Mischung 70%. In der auf die mesophile Phase folgenden, in Fig. 2b dargestellten Phase beträgt die Temperatur im Behälter 55 C, das Volumen des eingesetzten Materials hat sich gegenüber dem Volumen in der mesophilen Phase (Fig. 2a) bereits vermindert.
In der in Fig. 2c dargestellten Verdampfungsphase wird bei einer Temperatur
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spanne von der Aufgabe bis zum Ende der thermophilen Phase, können 14 Tage angenommen werden. An diese Faulzeit muss ungefähr eine Zeit von 3 Tagen angeschlossen werden für die Verdampfung des Restwassers bis zur Erreichung einer Endfeuchte von 40%. Die gesamte Verweildauer einer Charge im Behälter-l-würde damit 17 Tage betragen.
Für die nachfolgende Ermittlung der Energiebilanz des erfindungsgemässen Verfahrens wird angenommen, dass der in einem bestimmten Gebiet anfallende Müll bzw. das dort anfallende Abwasser zur Gänze verarbeitet wird. Die Energiebilanz wird für ein Einwohneräquivalent erstellt, unter der Annahme, dass die Frischschlammenge 1,08 l/Einwohner und Tag und der Müllanfall 0, 7 kg, ebenfalls pro Einwohner und Tag, beträgt.
Wird angenommen, dass 1 l Schlamm ungefähr 1 kg Schlamm entspricht und dieser Schlamm 95% Wasser und 5% Feststoffe enthält, wobei der organische Anteil 70% dieser Feststoffe beträgt, so ergibt sich bei einer angenommenen Frischschlammenge von 1,08 l/Einwohner und Tag ein Anfall von 1, 03 kg Wasser, 0, 05 kg Feststoffen, von denen 0, 035 kg organischer Natur sind. Pro kg
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organischer Substanz ergibt sich aus dem Diagramm Fig. 3 bei einer Temperatur von 55 C in der thermobakteriellen Phase ein Anfall von 700 1 Gas.
Damit entspricht einem Anfall von 0, 035 kg organischer Substanz/Einwohner und Tag eine Gasmenge von 24, 5 1, der unter der Annahme eines Heizwertes von 25120 J/m3 Gas eine Energieausbeute von 25120 x 0, 0245 = 615, 44 J/Einwohner und Tag aus dem Schlammanteil entspricht.
Für den anfallenden Müll, der die zweite Komponente, die in den Behälter eingesetzt wird, darstellt, wird ein Wassergehalt von 30% angenommen. Bei einem Anfall von 0, 7 kg Müll/Einwohner und Tag fallen damit 0, 21 kg Wasser und 0, 49 kg Feststoffe an. Unter der Annahme, dass der organische Anteil in den Feststoffen wieder 70% der Feststoffe beträgt, fallen 0, 343 kg an organischen Feststoffen an. Die Gasausbeute ergibt sich aus dem Diagramm zu 305 l für 1 kg organischer Feststoffe, so dass für 0, 343 kg organische Feststoffe mit einer Gasausbeute von 305 x 0, 343 = 104, 5 1 Gas/Einwohner und Tag gerechnet werden kann. Bei einem Heizwert von rund 25120 J/m3 Gas ergibt sich damit eine Energieausbeute aus dem Müllanteil von 2625, 12 J/Einwohner und Tag.
Wird nun die Energieausbeute aus dem Müllanteil und dem Schlammanteil zusammengenommen, so fallen 3240, 56 J/Einwohner und Tag an.
Energiebilanz :
Energiebedarf für die Verdampfung des Wassers aus Müll und Klärschlamm entsprechend einem Einwohneräquivalent :
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Feststoffe auf die Verdampfungstemperatur beträgt somit rund 4170 J. Die bei dem erfindungsgemässen Verfahren anfallende Energiemenge ohne Fremdenergiezufuhr beträgt jedoch nur rund 3200 J/E, Tg. Es soll nun errechnet werden, auf welchen Wassergehalt die Mischung gebracht werden kann, wenn nur die Eigenenergie für die Faulung und Trocknung verwendet wird.
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Aus der Gleichung
468, 92 + 62, 80 +x+ (468, 92 + 62, 80 + x) : 4 = 3200 J errechnet sich der auf die Verdampfungsenergie entfallende Teil mit x 2028 J.
Verdampfbare Wassermenge : 2028 : 2261 = 0, 89 kg Wasser
Verbleibende Wassermenge : 1, 24 - 0, 89 = 0, 35 kg Wasser
Verbleibendes Gesamtgewicht : 0, 54 + 0, 35 = 0, 89 kg (dabei wurde jedoch nicht der Substanzverlust durch die Vergasung während der Faulung berücksichtigt) 0, 35
Verbleibender Wassergehalt : (Gew. -%) - = 0, 393 0, 89 somit annähernd 40% Wassergehalt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung von Gemischen aus Müll und Klärschlamm, wobei Müll mit Klärschlamm vermischt, einer mikrobiologischen, wärmeentwickelnden Behandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Müll/Klärschlamm-Gemisch bevorzugt in einem dem Einwohneräquivalent entsprechenden Mischungsverhältnis von z.
B. 1, 08 1 Klärschlamm (Frischschlamm) auf 0, 7 kg Müll in einen luftdicht verschliessbaren Behälter gemeinsam aufgegeben und ausschliesslich unter Luftabschluss gefault wird, wobei Gas aus dem Behälter abgezogen und gespeichert wird und der Gasstrom in einen rückzuführenden und einen abzuführenden Strom in der Weise aufgeteilt wird, dass durch Rückführung der Wärmeenergie des einen Teilstromes in den Behälter, eine Temperatur von 30 C in dem Behälter aufrecht erhalten wird, bis nahezu kein Gas mehr entwickelt wird (Beendigung der mesophilen Phase), worauf unter Benutzung des gespeicherten Gases, sei es durch direkte Zufuhr in den Behälter, sei es durch Erhitzen eines Wärmeträgers, sei es durch direkte Speisung eines den Behälter beheizenden Brenners, der Behälterinhalt auf 55 2 C erhitzt wird,
worauf Gasentwicklung durch thermophile Bakterien eintritt und man nahezu bis zum Ende der Gasentwicklung zur Aufrechterhaltung der Temperatur auf 55 2 C so verfährt wie für die mesophile Phase angegeben, worauf auf 105 C erhitzt wird, indem wieder nur die Energie des meso-bzw. thermophil gespeicherten Gases zur Temperaturerhöhung und folgender Aufrechterhaltung der Temperatur zum Zwecke der Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehaltes auf einen gewünschten Wert, z. B. 40%, zugeführt wird.
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