AT401022B

AT401022B - Verfahren zur erzeugung von biogas und kompost und einrichtung zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: AT401022B
Application number: AT0183193A
Authority: AT
Inventors: Erwin Hunziker
Original assignee: Ruef Geraetebau Gmbh; Orgaver Ag
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1996-05-28
Also published as: ATA183193A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas und Kompost aus organischen
Abfällen, insbesondere aus Gründabfällen, Schlachthausabfällen, Restaurantabfällen, Fettabscheiderinhal- ten, Jauche aus Tierhaltung usw. unter Beigabe von Frischschlamm aus Kläranlagen und Einrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.

Aus der EP-A2-343 535 ist ein Verfahren zur Behandlung von Abfällen bekannt, wie sie in städtischen
Gemeinden anfallen. Bei diesem bekannten Verfahren werden diese Abfälle in der Weise vorbehandelt, dass die kompostierbaren Teile und die als wertloser Brennstoff dienenden Teile voneinander getrennt werden.

Die ersten werden in der Folge einem biologischen Abbauprozess unterworfen, wogegen die anderen unter hohen Temperaturen verbrannt werden. Die bei der Verbrennung unter hohen Temperaturen frei werdenden
Gase werden in eine Nachbrennkammer geleitet, die mit dem aus dem biologischen Abbauprozess freigewordenen Gas beheizt ist.

Ein anderes bekanntgewordenes Verfahren zur Entsorgung von organischen Hausmüllfraktionen (EP-A2-
229 927) sieht vor, dass die Hausmüllfraktion in eine Laugungsanlage eingebracht wird. Hier wird eine wässrige Flüssigkeit eingesetzt, mit der die wasserlöslischen organischen Substanzen sowie die wasserlös- lichen Schwermetallsalze ausgewaschen werden. Während der Laugung werden die organischen Substan- zen durch intensive Belüftung aerob umgesetzt und die nicht gelösten Substanzen werden aus der
Laugungsanlage ausgeschieden und dann weiter verarbeitet. Die wässrige Flüssigkeit mit den gelösten
Stoffen wird abgezogen und in einem Zwischentank gelagert. Diese wässrige Flüssigkeit wird dann in einen anaeroben Festbettreaktor eingefüllt, In dem die gelösten organischen Substanzen durch anaerobe Bakte- rien zu Biogas abgebaut werden.

Die Schwermetallverbindungen werden In wasserunlöslische Sulfide umgesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs erwähnten Bioabfälle, die aus getrennten Sammlungen gewonnen worden sind, möglichst effizient zur Energiegewinnung zu nutzen und sie wieder in den Kreislauf der Natur zurückzuführen, ohne diese durch diese Rückführung zu belasten.

Zur Lösung dieser komplexen Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgesehen, - dass die organischen Abfälle vorerst intensiv miteinander vermischt, zerkleinert, zerfasert und/oder geknetet, diese Abfälle also homogenisiert werden, und die so gewonnene homogenisierte Masse über eine Rotte geleitet wird, - dass der von einer Kläranlage kommende Frischschlamm auf einen Trockensubstanzwert von annä- hernd 15% (TS) eingestellt und vorerst in einen Belüftungsbunker (7) eingebracht und hier belüftet wird, - dass anschliessend das über die Rotte geleitete, homogenisierte Material und der belüftete Frisch- schlamm miteinander vermengt und das spezifische Gewicht dieses Gemenges auf kleiner als 1 eingestellt und der Mischvorgang bis zur Erreichung einer Temperatur des Mischgutes von ca.

37 bis 400 C durchgeführt wird, - dass dieses Substrat mit einem spezifischen Gewicht kleiner als 1 und einer Temperatur von 37 bis 400 C anschliessend in einen Behälter eingebracht und unter Aufrechterhaltung der Temperatur durch
Rühren in Bewegung gehalten wird und evtl. durch Beigabe von organischen Zuschlagstoffen der pH-
Wert des Substrates auf annähernd 6, 5 - 7, 5 eingestellt wird, - dass das auf einen pH-Wert von annähernd 6, 5 - 7, 5 eingestellte Substrat in einen Biogasreaktor geleitet wird und anschliessend das entgaste, einen Trockensubstanzwert von annähernd 22% (TS) aufweisende Material in einem Mischer mit zerfaserten Holzabfällen auf einen Trockensubstanzwert von annähernd 35% (TS) eingestellt wird.

Um die Erfindung zu veranschaulichen, wird sie anhand eines schematischen Fliessbildes näher erläutert.

Die anfallenden organischen Abfälle (Grünabfälle, Biotonnenmaterial, Papier und eventuell Frischschlamm mit 25% TS aus Kläranlagen) werden (Pfeil 1) in einer mechanisch arbeitenden Homogenisiereinrichtung 2 intensiv miteinander vermischt, zerkleinert, zerfasert, geknetet, also homogenisiert, und anschlie- ssend wird das so gewonnene Material, evtl. nach dem Ausscheiden von Störstoffen (Kunststoffteile, Steine, Metalle u. dgl.) in einem dazu geeigneten Abscheider 3 über einen Förderer 4 zu einer Rotte 5 gefahren, wo das Material für einige Tage, beispielsweise drei Tage verweilt und auch umgesetzt wird.

Hier auf dieser Rotte 5 erhöht sich die Eigentemperatur des gelagerten Materials bis auf 60 o. Diese Rotte 5 dient der Lagerung des Kompostes zum Zwecke der Erwärmung, wobei durch die Eigenwärme Stoffe abgebaut werden, die eventuell den nachfolgenden Gärprozess beeinträchtigen können. Solche Stoffe sind Polyelektrolyte, die über die Frischschlammzugaben eingeschleppt werden, ferner Antibiotika oder Wachstumshor- mone, die mit der Jauche aus der Tierhaltung eingebracht werden können. Durch die relativ hohe Temperatur des Matenals, die hier auf der Rotte erreicht werden, werden diese Stoffe abgebaut. Diese Rotte 5 kann in bekannter Welse aufgebaut werden.

Der von Kläranlagen mittels Tankfahrzeugen 6 angelieferte Frischschlamm mit einem Trockensubstanzanteil von annähernd 15% (TS) wird in einen eiförmigen Belüftungsbunker 7 eingefüllt und hier durch eine
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und umgeschichtet, so dass eine Vorrotte sich entwickeln kann. Die Verweildauer des belüfteten Frisch- schlammes wird dabei auf ca. drei bis vier Tage anberaumt. Die vertikale, drehbar gelagerte Schnecke 8 ist als Schraubenband ausgebildet. Auch in den anderen Behälter dieser Anlage, die in der Folge noch erläutert werden, sind solche vertikale, drehbar gelagerte Schnecken vorgesehen.

Durch diese drehbar gelagerte Schnecke 8 wird das im Bunker 7 befindliche Material in einem vertikalen Kreislauf mechanisch umgeschichtet, wobei dieser mechanische Umschichtungsvorgang thermisch unterstützt wird dadurch, dass die Bodenplatte des Belüftungsbunkers 7 beheizt ist.

Die nun hier vorliegenden Materialien, nämlich der belüftete Frischschlamm aus dem Belüftungsbunker
7 und das Material aus der Rotte 5 werden in einem Mischer 28, vorzugsweise einem sogenannten
Pflugscharmischer, intensiv miteinander vermengt, wobei die Gemengekomponenten so aufeinander abge- stellt werden, dass das spezifische Gewicht des fertigen Gemenges kleiner ist als 1, was für die nachfolgen- de Behandlung im Biogasreaktor wesentlich ist, um die Bildung von Senkschichten und Schwimmdecken so weit wie möglich zu vermeiden.

Das im Mischer 28 behandelte Material erreicht hier eine Temperatur von annähernd 37 bis 40'C, und das in dieser Weise vorbereitete Substrat (Temperatur annähernd 37 bis 40'
C ; spezifisches Gewicht kleiner als 1) wird anschliessend in einen Tank 9 eingebracht, in welchem der pHWert des Substrates ständig kontrolliert und evtl. durch Beigabe von Zuschlagstoffen auf den gewünschten Wert von annähernd 6, 5 - 7, 5 eingestellt wird. Auch hier wird mjttels einer vertikalen, drehbar gelagerten
Schnecke das Substrat in Bewegung gehalten und umgeschichtet, zweckmässigerweise ist dieser Tank 9 beheizt. Durch die hier zugeführte Wärme wird der Umschichtungsprozess auf thermischer Basis unterstützt.

In diesem Tank 9 wird unter Luftabschluss das aufgenommene Material für die anschliessende anaerobe Abbauphase vorbereitet.

Das auf diese Weise vorbereitete Substrat wird nun mit einer Pumpe 10 zu einem Biogasreaktor 11 geleitet, der aus mehreren, hier zehn hintereinander in Reihe geschalteten Reaktorbehältern 12 bis 21 besteht, die hinsichtlich der Gasentnahmeleitung 22, die zu einem Gasbehälter 23 führt, zueinander parallel geschaltet sind. Alle diese Reaktorbehälter 12 bis 21 sind gleich ausgebildet, sie sind eiförmig und besitzen je eine zentral liegende, vertikale, drehbar gelagerte Schnecke 24, wie dies im Zusammenmenhang mit dem Belüftungstank 7 beschrieben ist. Der Boden ist jeweils als Heizfläche ausgebildet. Mit der Schnecke sind zweckmässigerweise Abstreifer verbunden, die über den beheizbaren Boden streifen und hier am Boden die Bildung von Ablagerungsschichten unterbinden.

Die zentralen, drehbar gelagerten Schnecken schichten das eingebrachte Substrat ständig um, wobei dieser mechanische Umschichtungsvorgang thermisch unterstützt wird durch den beheizten Boden. Beim Durchlauf des Substrates durch die einzelnen Reaktorbehälter 12 bis 21 wird die Temperatur allmählich und schrittweise erhöht, bis im letzten Reaktorbe- hälter 21 das Substrat eine Temperatur von annähernd 60'C erreicht hat. Dabei wird der Temperaturanstieg beim Durchlauf so gesteuert, dass die Temperaturschntte von Reaktorbehälter zu Reaktorbehälter anfänglich klein, beispielsweise 1'C betragen, in den nachfolgenden Behältern, beispielsweise in den Behältern 17 bis 21 dann der Temperaturanstieg jeweils ca. 5'C von Behälter zu Behälter beträgt.

In den Behältern 12 bis 16 durchläuft das Substrat die sogenannte mesophile Phase, in den nachfolgenden Reaktorbehältern die thermophile Phase.

Das entgaste Substrat, das aus dem letzten Reaktorbehälter 21 abgezogen wird. besitzt dann einen Trockensubstanzwert von annähernd 22% (TS) und wird anschliessend in einem Mischer 26, der ebenfalls zweckmässigerweise als Pflugscharmischer ausgebildet ist, mit zerfaserten Holzabfallen (Pfeil 25) vermengt, so dass sich der Trockensubstanzanteil auf annähernd 35% (TS) einstellt. Die den Mischvorgang unmittelbar bewirkenden Baukomponenten sind in einem Mischergehäuse untergebracht, das über eine Leitung 30 und ein Rückschlagventil 29 mit dem Gasbehälter 23 verbunden ist. Durch den Mischvorgang wird das noch an das Material gebundene Restgas frei, das über die erwähnte Leitung zum Behälter 23 geleitet wird. Hier in diesem Mischer 26 beginnt nun wieder die aerobe Abbauphase.

Dieses so gewonnene Material wird einer Rotte 27 zugestellt, wo es bei einer Temperatur von annähernd 70'C durch mehrere Tage hindurch verweilt und umgeschichtet wird. Das so gewonnene Material kann für Fetdrandmietenkompostterung verwendet werden oder auch zu einem Spezialkompost weiterverarbeitet werden, beispielsweise In einer Tunnefrotte unter Zugabe von Zuschlagstoffen und unter Temperaturkontrolle. Die Temperatur soll 50'C nicht überschreiten. Auch diese Rotte 27 kann in herkömmlich bekannter Weise aufgebaut sein. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten.

Alle Behälter, Tanks und Reaktoren 7,9, 12 bis 21 sind eiförmig ausgebildet und besitzen eine zentral angeordnete vertikale drehbare Schnecke, wodurch die in den Behältern, Tanks und Reaktoren befindlichen Materialien schonend umschichtbar sind.

Mit dem gewonnenen und im Gasbehälter 23 gesammelten Biogas kann ein Gasmotor zum Antrieb eines Elektrogenerators verwendet werden, wobei die Abwärme des Gasmotors zum Beheizen der verschiedenen Behälter der Anlage verwendet wird.

Legende zu den Hinweisziffern :
1 Pfeil
2 Homogenisiereinrichtung
3 Abscheider
4 Förderband
5 Rotte
6 Tankfahrzeug
7 Belüftungsbunker
8 Vertikale Schnecke
9 Tank
10 Pumpe
11 Biogasreaktor
12 Reaktorbehäiter
13 Reaktorbehälter 14 Reaktorbehälter 15 Reaktorbehälter
16 Reaktorbehälter 17 Reaktorbehälter 18 Reaktorbehälter 19 Reaktorbehälter
20 Reaktorbehälter
21 Reaktorbehälter
22 Gasentnahmeleitung
23 Gasbehälter
24 Vertikale Schnecke
25 Pfeil
26 Mischer
27 Rotte
28 Mischer
29 Rückschlagventil
30 Leitung Patentansprüche 1.

Verfahren zur Erzeugung von Biogas und Kompost aus organischen Abfällen, insbesondere aus
Grünabfallen Schlachthausabfäll, Restaurantabfällen, Fettabscheiderinhalten, Jauche aus Tierhaltung usw unter Beigabe von Frischschlamm aus Kläranlagen, dadurch gekennzeichnet.

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Claims

- dass die organischen Abfälle vorerst intensiv miteinander vermischt, zerkleinert, zerfasert und/oder geknetet, diese Abfälle also homogenisiert werden, und die so gewonnene homogenisierte Masse über eine Rotte geleitet wird, - dass der von einer Kläranlage kommende Fnschschlamm auf einen Trockensubstanzwert von annähernd 15% (TS) eingestellt und vorerst in einen Belüftungsbunker eingebracht und hier belüftet wird, - dass anschliessend das über die Rotte geleitete, homogenisierte Material und der belüftete Frischschlamm miteinander vermengt und das spezifische Gewicht dieses Gemenges auf kleiner als 1 eingestellt und der Mischvorgang bis zur Erreichung einer Temperatur des Mischgutes von ca. 37 bis 40.

C durchgeführt wird, - dass dieses Substrat mit einem spezifischen Gewicht kleiner als 1 und einer Temperatur von 37 bis 40. C anschliessend In einen Behälter eingebracht und unter Aufrechterhaltung der Tempera- tur durch Umschichtung In Bewegung gehalten wird und evtl. durch Beigabe von organischen Zuschlagstoffen der pH-Wert des Substrates auf annähernd 6, 5 - 7, 5 eingestellt wird, - dass das auf einen pH-Wert von annähernd 6, 5 - 7, 5 eingestellte Substrat In einen Biogasreaktor geleitet wird und anschliessend das entgaste, einen Trockensubstanzwert von annähernd 22% <Desc/Clms Page number 4> (TS)

aufweisende Material in einem Mischer mit zerfaserten Holzabfällen auf einen Trockensub- stanzwert von annähernd 35% (TS) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Biogasreaktor mit mehreren hinterein- ander geschalteten Reaktorbehältern verwendet wird und in den in Durchlaufsrichtung des Substrates aufeinanderfolgenden Reaktorbehältern die Temperatur des Substrates allmählich erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Substrates beim Durchlauf durch die einzelnen Reaktorbehälter des Biogasreaktors auf annähernd 60. C erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass das den Biogasreaktor durchlaufende Substrat In den einzelnen Reaktorbehältern In Bewegung gehalten wird, vorzugsweise durch Umschichtung.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Biogasreaktor mit zehn hintereinander geschalteten Reaktorbehältern verwendet wird, und der jeweilige Temperaturanstieg des Substrates in Durchlaufrichtung mit der Anzahl der durchgelaufenen Reaktorbehälter erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Belüftungs- und Reaktionsbehälter eiförmige Behälter verwendet werden mit vertikalen, zentralen, drehbar gelagerten Schnecken und beheizbaren Bodenplatten.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das entgaste, mittels zerfaserten Holzab- fallen auf einen Trockensubstanzwert von annähernd 35% (TS) eingestellte Material über eine Rotte geleitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen der Substrate und Materia- lien sogenannte Pflugscharmischer eingesetzt werden.
9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekenn- zeichnet, dass der Biogasreaktor (11) aus einer Vielzahl von Reaktorbehältern (12 - 21) besteht, dass die Reaktorbehälter (12 - 21) hinsichtlich des zu entgasenden Mediums in Reihe hintereinandergeschaltet und hinsichtlich der Gasentnahme parallel geschaltet sind und dass In Durchlaufrichtung des zu entgasenden Materials gesehen in den In der Reihe aufeinanderfolgenden Reaktorbehältern (12 - 21) die Arbeitstemperatur des Mediums schrittweise erhöht ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Biogasreaktor (11) bildenden Reaktorbehälter (12 - 21) einen Identischen Aufbau besitzen, eiförmig gestaltet sind und eine zentrale, vertikale, drehbar gelagerte Schnecke (24) aufweisen.
11. Einrichtung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, dass der der letzten Rotte (27) vorgeschaltete Mischer (26) über ein Rückschlagventil (29) und eine Leitung (30) mit dem Gasbehälter (23) verbunden ist