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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Hausmüll und andern, organische Stoffe enthaltenden Abfällen durch Abbau dieser Stoffe in Reaktionsräumen unter Erzeugung von Methangas, wobei die Stoffe in aerober und nachfolgend anaerober Phase geführt werden, und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Die durch Mensch und Tier verursachten Abfallstoffe werden in bekannten Verfahren beseitigt, wobei vor allem die Kehrrichtverbrennung und die Kompostierung Anwendung finden. In Kläranlagen werden zudem das verunreinigte Wasser und Fäkalien behandelt, wobei der dort anfallende Schlamm getrocknet und entweder als Dünger verwendet oder verbrannt wird.
Die FR-PS Nr. 893. 537 und Nr. 1. 107. 499 zeigen bekannte Abbauverfahren, bei denen der Schlamm unter der Erzeugung von Methangas mit mesophilen Bakterien (bis etwa 27 C) abgebaut wird. Wegen der verhältnismässig niedrigen Betriebstemperatur wird eine lange Behandlungszeit und deshalb grossflächige Anlagen benötigt, wozu wieder erhebliche Investitionen notwendig sind.
Beim Chargenbetrieb nach der FR-PS Nr. 898. 669 und der Nr. 1. 009. 247 werden die Abfälle chargenweise in Behältern abgebaut. Die Wärmezufuhr muss zu den Behältern selbst erfolgen, sei es durch Beheizen einer in die Behälter eingeleiteten anaeroben Flüssigkeit oder durch Beheizung im Behälter selbst. Auch hier verlängert das Aufheizen im Behälter die Verweilzeit des Schlammes.
Nach der US-PS Nr. 4, 022, 665 muss der Schlamm ebenfalls unmittelbar in dem Abbaubehälter aufgeheizt werden. Zur Vermeidung einer Verlängerung der Verweildauer infolge langer Aufheizzeiten müssen leistungsfähige und dadurch aufwendige Heizeinrichtungen installiert werden.
Bei dem Gegenstand nach der US-PS Nr. 4, 057, 401 wird zur Verminderung des Heizaufwandes bei Abbauanlagen Wärme durch Sonnenenergie erzeugt und diese in die Abbaubehälter geleitet.
Auch in diesem Falle ist eine Erhöhung der Verweilzeit wegen der Aufheizzeit nicht zu vermeiden.
Die US-PS Nr. 4, 213, 857 wieder zeigt ein kontinuierliches Abbauverfahren, bei dem mit thermophilen Bakterien gearbeitet wird. Der aus den Abfällen gebildete Schlamm wird zuerst in einem separaten Kessel bei 55 bis 75 C vorbehandelt. Danach erfolgt die Überführung des Schlammes in einen Separator, wo die Feststoffe abgetrennt werden. Diese flüssige Phase wird dann der anaeroben Stufe zugeführt. Der hiefür benötigte Wärmebedarf ist jedoch wegen der niedrigen Ausgangstemperatur des Schlammes und wegen der bis zum Beginn der anaeroben Behandlungsphase unvermeidlichen Wärmeverluste beträchtlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass der bakterielle Abbau der organischen Abfälle wesentlich beschleunigt wird, ohne dadurch den Abbauvorgang weniger wirkungsvoll durchzuführen.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die zu behandelnden Stoffe in der anaeroben Phase auf 55 bis 60 C zwecks Bildung und Vermehrung thermophiler Bakterien erwärmt und dann bei dieser Temperatur in fliessfähigem Zustand in die Reaktionsräume übergeführt werden und dass die Reaktionsräume zwecks Bildung und Vermehrung der thermophilen Bakterien während der anaeroben Phase auf einer solchen Temperatur gehalten werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient eine Anlage, welche einen Anlageteil für eine aerobe Phase und einen Anlageteil für eine anaerobe Phase aufweist, wobei der Anlageteil für die anaerobe Phase einen Wartebehälter, zumindest einen Reaktionsbehälter und eine zwischen dem Warte- und dem Reaktionsbehälter liegende Heizvorrichtung für eine Erwärmung der Stoffe auf eine Temperatur von 55 bis 60 C aufweist.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen : Fig. l eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Anlage im Aufriss und Fig. 2 einen Grundriss der Anlage nach Fig. 1.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, das eine Beschleunigung des bakteriellen Abbaus organischer Abfälle dann erreicht werden kann, wenn thermophile Bakterien eingesetzt werden können. Dies gelingt, wenn die Abbautemperatur auf 50 bis 60 C gehalten werden kann. Dies bedingt zwar die Zuführung von Wärme zur Erwärmung der organischen Stoffe, doch wird dadurch die Verweilzeit der abbaubaren Stoffe in den hiefür vorgesehenen Reaktionsbehältern um etwa 2/3 der Zeit bei den bekannten Verfahren verkürzt, so dass der bauliche Aufwand wesentlich verringert und dadurch die wirtschaftliche Führung einer solchen Anlage beträchtlich verbessert wird.
Die in Fig. l und 2 dargestellte Anlage dient der Verwertung von Hausmüll, wobei jedoch
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die aus dem Hausmüll aussortierten organischen Stoffe mit andern organischen Abfällen, z. B. Mist, Jauche, Klärschlamm od. dgl., gemischt werden können.
Der in der Anlage ankommende Hausmüll wird zunächst einer schematisch dargestellten Sortier- anlage --1-- zugeleitet, in der die organischen Stoffe von den übrigen Materialien, wie z. B.
Metallen, Glas, Kunststoffen, Kartons, getrennt werden. Die organischen Stoffe werden durch einen Förderer --2-- einer Dosiervorrichtung --3-- zugeführt. Die Dosiervorrichtung --3-- z.B. eine Dosierschnecke, weist einen auf ihrer Oberseite angeordneten, leicht konisch ausgebildeten Einfüllschacht --4-- auf. Vom Ausgang der Dosierschnecke --3-- werden die organischen Stoffe in einen Mischbehälter --5-- gefördert. In den Mischbehälter --5-- wird auch Flüssigkeit über eine Flüssig- keitszuleitung --6-- geleitet. Die Flüssigkeitszuleitung --6-- weist einen Anschluss --7-- auf, durch den zusätzlich organische Materialien in den Mischbehälter --5-- eingeführt werden können, z. B. Jauche oder Klärschlamm.
Der Inhalt des Mischbehälters --5-- wird durch ein schematisch dargestelltes mechanisches Rührwerk --8-- gemischt. Der Mischbehälter --5-- weist keine besonderen Vorrichtungen zur Fernhaltung von Sauerstoff auf ; es herrschen darin aerobe Verhältnisse.
Am Boden des Mischbehälters --5--, der zweckmässig zur Mitte geneigt ist, führt eine Leitung --9-- zu einer Zerkleinerungsvorrichtung, die aus einem Grobzerkleinerer --10-- und einem nachgeschalteten Feinzerkleinerer --11-- besteht. Die Zerkleinerer --10, 11-- sind zweckmässig Mühlen, z. B. Scheibenmühlen, wobei die Feinmühle zwecks Homogenisierung des sich bildenden Schlamms eine Zerkleinerung bis zu einer Teilchengrösse von etwa 1, 5 mm erreicht. Die zerkleinerten organischen Stoffe werden über eine Verbindungsleitung --12-- in einen Wartebehälter --13-- übergeleitet. Der Warbebehälter --13-- ist luftdicht abgeschlossen. Der darin befindliche Schlamm wird durch Methangas, das unter Druck durch im Boden des Wartebehälters --13-- befindliche Mündungen gepresst wird, gerührt.
Es entsteht ein sauerstofffreies Gemisch von Schlamm und Methangas, das durch eine Pumpe --14-- durch einen Wärmeaustauscher --15-- in einen Reaktions- behälter --16-- gefördert wird. Da im Wartebehälter --13-- anaerobe Verhältnisse herrschen, beginnt hier bereits der Abbau der organischen Stoffe durch anaerobe Bakterien, wodurch die Tempe-
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zw.scher --15--, der z. B. als Röhrenwärmeaustauscher ausgebildet sein kann, erreicht der Schlamm eine Temperatur von etwa 60 C. Bei dieser Temperatur vermehren sich die thermophilen Bakterien und bauen die organischen Stoffe mit erhöhter Intensität ab. Es entsteht hiebei ein Gemisch von Kohlendioxyd und Methangas, etwa im Verhältnis von 35 Vol.-% Kohlendioxyd und 65% Methangas.
Auch im Reaktionsbehälter --16-- wird eine intensive Rührbewegung des Schlammes aufrechterhal-
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im Reaktionsbehälter --16-- verbleibende Restschlamm wird durch eine Pumpe --17-- in ein Rest- schlamm-Bassin --18-- gefördert. Dort wird die Flüssigkeit von den restlichen Stoffen getrennt und durch eine Pumpe --19-- über eine Förderleitung --20-- je nach Bedarf zum Mischbehälter --5-- und/oder Wartebehälter --13-- gefördert, um die gewünschte Zusammensetzung des homogenisierten Schlammes zu erreichen. Dieser Schlamm weist eine Trockensubstanz von etwa 6% auf, jedoch kann dieser Anteil je nach den jeweiligen Verhältnissen erhöht werden.
Wesentlich ist, dass im Reaktionsbehälter --16-- die Temperatur auf etwa 60 C gehalten werden kann. Zu diesem Zweck werden im Reaktionsbehälter --16-- Heizschlangen angeordnet und durch einen Wärmeträger beaufschlagt.
Das im Reaktionsbehälter --16-- anfallende Gas wird über eine Leitung --21-- in eine Trennanlage --22-- gefördert und dort in seine beiden Komponenten Kohlendioxyd und Methangas zerlegt, worauf das Methangas in Gasometern --23-- gespeichert wird. Das Methangas wird teilweise für die Rührbewegung des Schlammes im Wartebehälter --13-- und im Reaktionsbehälter --16-verwendet. Mit dem verbleibenden Methangas kann ein Gasmotor (nicht dargestellt) betrieben werden, der einen Elektro-Generator treibt. Dieser liefert die elektrische Energie zum Antrieb elektrischer Motoren, die beispielsweise in der Dosiervorrichtung --3--, beim Rührwerk --8--, bei den
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Abwärme des erwähnten Gasmotors herangezogen werden kann.
Es lässt sich somit ein autarker Betrieb der Anlage durchführen, dies obwohl durch den Einsatz thermophiler Bakterien und dementsprechend der Erhöhung der Abbautemperatur die Abbaugeschwindigkeit wesentlich beschleunigt wird.
Das beschriebene Verfahren verläuft demnach sowohl in aeroben als auch in anaeroben Phasen. Die aerobe Phase unterteilt sich in eine aerobe Vorphase mit den Anlageteilen Sortieranlage - l-, Förderer-2-, Dosierschnecke-3-, Mischbehälter-5-, Zerkleinerungsvorrichtung - 10, 11-und in eine aerobe Nachphase mit den Anlageteilen Restschlamm-Bassin --18--, Pumpe - -19-- und Leitung --20--. Die anaerobe Phase umfasst den Wartebehälter --13-- mit einer Temperaturstufe von 30oC, den Wärmeaustauscher --15--, den Reaktionsbehälter --16-- und die Pumpe - -17--.
Aus Fig. 2 sind die anlageinternen Verbindungen etwas deutlicher ersichtlich. Der Weg des Schlammes ist durch ausgezogene und gestrichelte Doppellinien dargestellt. Der Transport des Methangases und des Kohlendioxyds aus den Reaktionsbehältern --16-- ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Die Rückleitung des Wassers aus dem Restschlamm im Restschlamm-Bassin --18-erfolgt über die punktierte Leitung --20--. Die Wärmezufuhr aus einer Wärmeerzeugungsanlage - zum Wärmeaustauscher-15-- und in die einzelnen Reaktionsbehälter --16-- ist durch ausgezogene einfache Linien dargestellt. Fig. 2 zeigt auch die Zahl der einzelnen Anlageteile, die für die beschriebene Anlage erforderlich sind, während in Fig. l die Lage der Anlageteile gegen- über dem Boden ersichtlich ist.
Die Sortieranlage --1--, die Dosierschnecke --3--, der Mischbehälter --5-- und die Zerkleinerungsvorrichtung --10, 11-- befinden sich oberhalb des Bodens --25-- und sind zudem in einem nicht dargestellten Gebäude untergebracht. Der Mischbehälter --5-- ist teilweise im Boden --25-- eingebettet, während der bzw. die Reaktionsbehälter --16-- ganz im Boden --25-- liegen und zudem eine wirkungsvolle Isolation aufweisen. Das Restschlamm-Bassin - liegt teilweise im Boden --25--, während die Pumpe --19--, die Trennanlage --22-- und mindestens teilweise auch die Gasometer --23-- über dem Boden --25-- angeordnet sind.
An Hand von Fig. l und 2 soll ein Beispiel für eine solche Anlage erläutert werden. Für eine Anlage, die pro Tag 27 t frischen, nichtsortierten Hausmülls, entsprechend 15 t abbaufähiger Stof-
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lich. Zweckmässig ist der Mischbehälter --5-- zylindrisch, um mit dem Rührwerk --8-- eine gute Rührwirkung zu erreichen. Die Abfälle verbleiben etwa 24 h im Mischbehälter --5--.
Nach der Zerkleinerungsvorrichtung --10, 11-- werden die gemahlenen Stoffe, denen Flüssigkeit aus dem Restschlamm-Bassin-18-zugesetzt wird, bis eine Mischung mit 5 bis 6 Gew.-%
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eingeführtes Methangas, das nach der Trennanlage --22-- entnommen und in einer Leitung --26--, s. Fig. l, zugeleitet wird, in ständiger Bewegung gehalten. Der Wartebehälter --13-- weist zweckmässig ebenfalls zylindrische Form mit konisch geneigtem Boden auf ; der Schlamm verweilt hier ebenfalls etwa 24 h.
Für die eigentliche Methangärung einer Temperatur von 55 bis 60 C werden, s. Fig. 2, vier Reaktionsbehälter --16-- mit einem Inhalt von 500 bis 600 m3 benötigt, um die genannte Menge von 15 t abbaufähiger Stoffe zu verarbeiten. In den Reaktionsbehältern --16-- verbleibt der Schlamm während etwa 8 Tagen. Während dieser Zeit ist es erforderlich, täglich eine bestimmte Menge Schlamm abzuleiten und neuen Schlamm zuzuführen, um eine konstante Aktivität ohne Erschöpfung oder Sättigung aufrechterhalten zu können. Bei den Reaktionsbehältern --16-- handelt es sich um geschlossene Behälter, die ebenfalls zylindrische Form mit konischem Boden aufweisen können.
Das entstehende Gas weist etwa 65% Methan (CH) und 35% Kohlendioxyd (C02) auf. Pro Tonne aussortierten Hausmülls können etwa 140 Nm3 Methangas erzeugt werden, das bei der anfallenden Menge von 15 t/Tag 2175 Nm3 ergibt. Das anfallende Gas weist einen hohen Wärmewert, etwa 40600 kJ/Nm3, auf und ist demnach gut verwendbar. Am Ausgang der Gasometer --23-- ist es zudem verhältnismässig rein.
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Der im Restschlamm-Bassin --18-- anfallende Restschlamm enthält noch etwa 20% der Stoffe, was bei 15 t täglichem Anfall etwa 3 t Kompost mit einem Flüssigkeitsgehalt von etwa 53% entspricht.
Selbstverständlich müssen die Anlageteile nicht immer genau nach Fig. 2 angeordnet sein, z. B. können die Reaktionsbehälter --16-- auch nur teilweise im Boden --25-- eingebettet sein.
Der Behälter --18-- kann aber auch zur Pasteurisierung des Restschlamms verwendet oder zur zusätzlichen Erzeugung von Methangas aus dem im Behälter --18-- anfallenden Restschlamm ausgenutzt werden. Im letzteren Fall wird die Nachphase anaerob geführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verwertung von Hausmüll und andern, organische Stoffe enthaltenden Abfällen durch Abbau dieser Stoffe in Reaktionsräumen unter Erzeugung von Methangas, wobei die Stoffe in aerober und nachfolgend anaerober Phase geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnden Stoffe in der anaeroben Phase auf 55 bis 60 C zwecks Bildung und Vermehrung thermophiler Bakterien erwärmt und dann bei dieser Temperatur in fliessfähigem Zustand in die Reaktionsräume übergeführt werden und dass die Reaktionsräume zwecks Bildung und Vermehrung der thermophilen Bakterien während der anaeroben Phase auf einer solchen Temperatur gehalten werden.
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