BE1017279A3 - Werkwijze voor het vergisten van energierijke en nutrientrijke stoffen. - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het vergisten van energierijke en nutriëntrijke stoffen, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze minstens een werkstap bevat voor het vergisten van minstens een gedeelte van de stoffen, evenals een stap voor het biologisch zuiveren van minstens een gedeelte van de stoffen door nitrificatie en denitrificatie, waarbij tijdens het biologisch zuiveren een biologisch gezuiverde vloeistof en slib worden gevormd, daardoor gekenmerkt dat minstens een gedeelte van de gezuiverde vloeistof en/of het slib wordt toegevoegd aan het gedeelte van de stoffen dat wordt vergist.

Description

Werkwijze voor het vergisten van energierijke en nutriëntrijke stoffen.

DOMEIN VAN DE UITVINDING

Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vergisten van energierijke en nutriëntrijke stoffen, waarbij, enerzijds, door de specifieke bedrijfsvoering een sterk verhoogde performantie en controleerbaarheid van het vergistingsproces wordt bekomen en, anderzijds, de nutriënten uit de te vergisten stoffen verregaand worden verwijderd.

STAND VAN DE TECHNIEK

In toenemende mate wordt vergisting van organisch materiaal gezien als het ultieme middel om te komen tot de benodigde hoeveelheid groene energieproductie, en dit onder meer teneinde de C02-emissie die ontstaat bij het aanwenden van fossiele energiebronnen te beperken.

Vergisting zorgt evenwel enkel voor een . omzetting van organisch materiaal (koolstof) in biogas, terwijl nutriënten, zoals stikstof en fosfor niet worden verwijderd. Specifiek wat betreft stikstof wordt tijdens de vergisting enkel een gedeeltelijke omzetting van organische stikstof in ammoniakale stikstof bekomen, maar het totaal stikstofgehalte blijft ongewijzigd.

Bij klassieke vergisting van deze stoffen ontstaat met andere woorden een digestaat waarin alle nutriënten uit de vergiste materialen (energiegewassen, dierlijke mest, ...) nog aanwezig zijn, zodat veelal gekozen wordt om via nageschakelde technieken de nutriënten uit het digestaat te verwijderen en dit teneinde te voldoen aan de heersende lozingsnormen of teneinde te voldoen aan de opgelegde noodzaak tot nutriëntenverwijdering.

In de praktijk wordt bovendien vastgesteld dat bij de beschreven klassieke manier van vergisten van nutriëntrijke stoffen de aanwezigheid van hoge stikstofconcentraties, met name ammoniakale stikstof (NH4-N) , kan zorgen voor een aanzienlijke inhibitie van het vergistingsproces, met als gevolg onder andere de noodzaak tot het bouwen van grote vergistingsreactoren en/of het hanteren van lange verblij ftijden.

Hierdoor wordt het vergisten van bijvoorbeeld dierlijke mest weinig interessant. Diverse auteurs rapporteren een inhibitie bij vergisting vanaf 2 à 4 g/1 NH4-N, en dit dan afhankelijk van onder meer de zuurtegraad (pH) en temperatuur in de vergistingsreactor. In dierlijke mest worden veelal hogere ammoniumconcentraties gemeten, zodat in de praktijk bij vergisting van dierlijke mest veelal een gedeeltelijke ammoniakinhibitie zal optreden.

Daarbij komt dat vergisting van nutriëntrijke stoffen, zoals dierlijke mest resulteert in een relatief lage biogasopbrengst, mede doordat, door de noodzaak tot het bouwen van grote installaties, een aanzienlijk deel van de energie die vrijkomt bij de vergisting aangewend zal moeten worden om de vergistingsreactor op temperatuur te houden.

Met betrekking tot de verwerking van het bekomen digestaat wordt bij de meeste concepten het digestaat rechtstreeks en dus onbehandeld op het land gebracht. In enkele gevallen wordt melding gemaakt van een scheiding van het digestaat in een vaste en een vloeibare fractie, bijvoorbeeld met behulp van een vijzelpers of centrifuge. De resulterende vaste fractie wordt gedroogd of gecomposteerd. Voor de eventuele verwerking van de bekomen vloeibare fractie van het digestaat wordt nagenoeg steeds gekozen voor een combinatie van diverse opconcentratietechnieken, zoals membraanfiltratie en indamping.

Deze zuiveringstechnieken zorgen evenwel in het beste geval . enkel voor een opconcentratie van de resterende nutriënten (voornamelijk stikstof), waarbij de verdere verwerking van deze bekomen concentraten dan veelal niet zo eenvoudig is.

Daarnaast dient vermeld dat technieken, zoals membraanfiltratie en indamping vanwege hun energie-intensief karakter zorgen voor een duidelijke afroming van de netto energieproductie van de vergistingsinstallatie.

Uit het voorgaande volgt dus dat bij de momenteel gehanteerde vergistingsconcepten voor stoffen die rijk zijn aan energie en tevens rijk zijn aan nutriënten, gereduceerde netto energieopbrengsten worden bekomen en dit onder meer omwille van optredende ammoniakinhibitie, terwijl tevens de verwerking van het bekomen digestaat zeer moeilijk wordt behoudens de hoge kosten die gepaard gaan met de verwerking ervan.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De huidige uitvinding heeft tot doel aan de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe betreft de uitvinding een werkwijze voor het vergisten van energierijke en nutriëntrijke stoffen, waarbij deze werkwijze minstens een werkstap bevat voor het vergisten van minstens een gedeelte van de stoffen, evenals een stap voor het biologisch zuiveren van minstens een gedeelte van de stoffen door nitrificatie en denitrificatie, waarbij tijdens het biologisch zuiveren een gezuiverde vloeistof en slib worden gevormd, en waarbij minstens een gedeelte van de gezuiverde vloeistof en/of het slib wordt toegevoegd aan het gedeelte van de stoffen dat wordt vergist.

De biologische zuiveringsinstallatie bestaat uit een aëroob nitrificatiebekken, waarin de aanwezige stikstof eerst wordt geammonificeerd en vervolgens in twee stappen wordt genitrificeerd door Nitrosomonas en Nitrobacter species in de aanwezigheid van zuurstof, en een daarop aansluitend denitrificatiebekken waarin, door diverse heterotrofe micro-organismen bij afwezigheid van zuurstof en in aanwezigheid van voldoende koolstofbron, de nitriet- en nitraatstikstof worden omgezet in onschadelijk stikstofgas.

Het toevoegen van een deel van de biologisch gezuiverde vloeistof bij de te vergisten materialen vormt eigenlijk de kern van het voorgestelde concept, aangezien dit ervoor zorgt dat het vergistingsproces veel gecontroleerder en optimaler kan verlopen.

Het betreft hier (1) eerst en vooral de mogelijkheid om het te vergisten materiaal voor te verwarmen en dus op een gewenste temperatuur te krijgen. Inderdaad, de biologische afbraak van stikstof en organisch materiaal in een biologische zuiveringsinstallatie zorgt voor een duidelijke vrijstelling van restwarmte. Zo komt bij de biologische afbraak van COD ± 14 MJ/kg COD vrij, terwijl bij de biologische afbraak van stikstof ± 25 MJ/kg N vrijkomt.

Daarnaast (2) wordt expliciet verwezen naar de mogelijkheid om door recirculatie van de biologisch gezuiverde vloeistof en/ of het slib, het ammoniakale stikstofgehalte in de vergistingstank te verlagen en aldus inhibitie door ammoniaktoxiciteit in de vergistingstank te vermijden. Bij de klassieke manier van vergisting van nutriëntrijke stoffen vormt dit juist een cruciaal probleem.

Verder (3) wordt verwezen naar de mogelijkheid om op deze manier de droge stof concentratie (DS) in de vergistingstank te regelen, en dit in functie van het gehanteerde vergistingsconcept.

Ook (4) is het mogelijk een pH-correctie in de vergistingstank te realiseren, en dit aangezien, via sturing van het nitrificatie- en denitrificatieproces, de pH van de bekomen biologisch gezuiverde vloeistof kan worden bij geregeld, zodat bij recirculatie van deze vloeistof naar de vergistingstank ook de pH in de vergistingstank kan worden aangepast.

(5) Tenslotte biedt het vooropgestelde concept de mogelijkheid om, onder meer bij de aanwezigheid van te hoge concentraties vluchtige vetzuren, de eventuele optredende inhibitie te verminderen door gezuiverd effluent terug te sturen en aldus de concentratie vluchtige vetzuren te reduceren.

In een biologische zuiveringsinstallatie kunnen verwijderingsrendementen van 90% of meer op totale stikstof worden bekomen, en bij optimale nitrificatie-omstandigheden zelfs een nagenoeg totale (> 99%) verwijdering van de ammoniakale stikstof. Door het toevoegen van het effluent van de biologische zuivering bij de te vergisten stoffen, zal het vergistingsproces veel beter verlopen, met kleinere vergistingstanks en/of kortere verblijftijden in de vergistingstank en aldus een economischere bedrijfsvoering tot gevolg.

Bij voorkeur worden de energierijke en nutriëntrijke stoffen, voorafgaand aan de vergisting, gedeeltelijk of volledig gescheiden in een vaste fractie en een vloeibare fractie, en dit bij voorkeur via een centrifuge. Bij centrifugatie van deze stoffen (vb. dierlijke mest) zal de stikstof, voor het grootste deel (typisch 60 à 70%) in de vloeibare fractie worden verzameld, terwijl de fosfor voor het grootste deel (typisch 70 à 80%) in de vaste fractie wordt geconcentreerd.

Terwijl de vaste fractie naar de vergisting gaat, wordt de stikstofrijke vloeibare fractie rechtstreeks behandeld in de biologische zuiveringsinstallatie.

Aangezien de vloeibare fractie niet voorafgaand is vergist, is er voldoende koolstof (COD) aanwezig om de denitrificatiestap optimaal te laten verlopen.

Een deel van de biologisch gezuiverde vloeistof wordt vervolgens toegevoegd bij de te vergisten vaste fractie van de energierijke en nutriëntrijke stoffen, en dit teneinde het vergistingsproces optimaal te laten verlopen.

Na de vergisting wordt het digestaat bij voorkeur gescheiden in een vaste en een vloeibare fractie. De vaste fractie, welke het grootste deel van de fosfor zal bevatten, wordt bij voorkeur afgevoerd voor externe verwerking, maar kan ook worden teruggevoerd naar de vergisting. De vloeibare fractie van het digestaat wordt samen met de niet-vergiste vloeibare fractie behandeld in de biologische zuivering.

Naast het feit dat de aanwezigheid van een biologische zuivering zorgt voor een doorgedreven verwijdering van stikstof, wordt op deze manier tevens bijkomend gebruik gemaakt van de resterende energie-inhoud van het digestaat en de niet-vergiste vloeibare fractie.

Bij de biologische zuivering van zwaar beladen afvalwaterstromen, zoals digestaat en vloeibare fractie van dierlijke mest worden door metabolische activiteit in de biologische reactor watertemperaturen van 35°C à 40°C bekomen, waarbij in sommige situaties de noodzaak tot koeling van het biologisch slib ontstaat teneinde de actieve micro-organismen niet te oververhitten.

Het is duidelijk dat bij de biologische zuivering van licht organisch beladen afvalwater zoals van huishoudelijke of industriële oorsprong, de metabolische activiteit in de biologische reactor onvoldoende is om dergelijke watertemperaturen te bereiken. Om die reden is het duidelijk dat de huidige uitvinding zich niet uitstrekt tot het vergisten van stoffen die voorkomen in concentraties zoals die voorkomen in dergelijke licht beladen afvalstromen.

In de voorliggende werkwijze wordt deze warmteproductie tijdens de biologische zuivering nuttig benut en wel op 3 verschillende manieren.

(1) Enerzijds, kan via optimalisatie van de uitvoeringswijze van de installatie gezorgd worden voor een thermische conditionering van de vergistingsinstallatie, en dit meer bepaald door de bouw van de biologische zuiveringsinstallatie als een omhulling rond de vergistingstank te voorzien. Als een voorkeurdragende uitvoeringswijze van dit laatste concept kan worden gedacht aan twee concentrische tanks, waarbij de binnenste tank de vergistingstank en de buitenste tank de biologische zuiveringsinstallatie vormt, die aldus de vergistingstank isoleert en op temperatuur houdt.

(2) Daarnaast kan deze restwarmte worden gebruikt om het te vergisten materiaal voor te verwarmen, en dit door het recirculeren en bijmengen van een deel van de biologisch gezuiverde vloeistof bij de te vergisten materialen.

(3) Tenslotte zorgt deze warmteproductie voor een gedeeltelijke verdamping van de vloeistof aan het oppervlak van de biologische zuiveringsinstallatie, zodat de hoeveelheid af te voeren restvloeistof wordt beperkt.

Wij bemerken dat in de gangbare vergistingsconcepten een deel van de warmte die vrijkomt bij de valorisatie van het biogas moet worden ingezet voor de opwarming van de vergistingstank en/of het te vergisten materiaal, terwijl dit in het hier beschreven concept gebeurt met de warmte die vrijkomt bij de biologische zuivering van minstens een gedeelte van het digestaat en de niet-vergiste vloeibare fractie.

Het afscheiden en biologisch zuiveren van de vloeibare fractie uit nutriëntrijke materialen, voorafgaand aan het vergistingsproces, heeft in theorie als nadeel dat een deel van het organisch materiaal niet langer beschikbaar is voor methaanproductie in de vergistingstank.

Zoals hierboven vermeld, wordt de warmte die vrijgesteld wordt tijdens de biologische zuivering echter aansluitend nuttig gebruikt, zodat er niet van een verliespost kan worden gesproken. Integendeel, door deze werkwijze volgens de uitvinding wordt het vergisten van enkel dierlijke mest net interessant. Daarnaast dient vermeld te worden dat stikstofverwijdering via denitrificatie enkel kan doorgaan in aanwezigheid van voldoende koolstof.

Een belangrijk bijkomend voordeel van de biologische zuivering van het digestaat is dat deze vloeistof geurloos wordt, en dit in sterke tegenstelling tot het onbehandelde digestaat of de ongezuiverde vloeibare mest. Het uitrijden van de overmaat vloeistof (al dan niet na opconcentratie) op cultuurgrond zal dus niet resulteren in geuroverlast.

In een eerste uitbreiding van de beschreven werkwijze wordt, zowel het nitrificatiebekken, als het denitrificatiebekken van de biologische zuiveringsinstallatie voorzien van een compartiment waarin de vloeistof kan bezinken. Via bezinking van de vloeistof uit het denitrificatiebekken ontstaat een onderstaande vloeistof (slib) die arm is aan nitraat en die door opconcentratie tevens een belangrijk deel van de restfosfor bevat, die niet werd afgescheiden in de voorafgaande centrifugatie. Door preferentieel deze onderstaande vloeistof te gebruiken als recirculatievloeistof naar de vergistingstank wordt bekomen dat (1) de overmaat biologisch slib mee naar de vergistingstank gaat en vergist wordt waardoor de biogasproductie wordt verhoogd, (2) de restfosfor teruggebracht wordt naar de vergistingstank waarna deze bij aansluitende centrifugatie van het digestaat wordt opgeconcentreerd bij de vaste fractie en (3) nitraatarme vloeistof naar de vergistingstank wordt teruggevoerd waardoor de vergisting niet nadelig wordt beïnvloed door potentieel optredende denitrificatie (en dus verbruik van organisch materiaal zonder biogasproductie) in de vergistingstank. In het bezinkingscompartiment van het nitrificatiebekken daarentegen zal de bovenstaande vloeistof nagenoeg vrij zijn van ammoniakale stikstof en tevens laag zijn in fosforconcentratie. Deze bovenstaande vloeistof wordt dan preferentieel gebruikt om uit te rijden op het land of verder op te concentreren, en dit vanwege het gereduceerde nutriëntengehalte en de reductie van de potentiële geuremissie (onder meer afwezigheid van ammoniak) bij het uitrijden of verder verwerken.

In een tweede uitbreiding van de beschreven werkwijze wordt tevens een verregaande volumereductie van de biologisch gezuiverde vloeistof bekomen, en dit via nuttige aanwending van de restwarmte (koelwater, rookgassen) die ontstaat bij de valorisatie van het biogas uit de vergistingstank. Hierbij wordt dan via warmtewisselaren rechtstreeks een deel van de biologisch gezuiverde vloeistof opgewarmd (vb. tot een temperatuur van meer dan 50°C), waardoor een geforceerde verdamping en dus opconcentratie van de vloeistof ontstaat. Aangezien uit de biologische gezuiverde vloeistof nagenoeg alle ammoniakale stikstof is verwijderd en tevens alle organische zuren en andere potentieel geurende verbindingen zijn afgebroken, kan deze verdamping van de biologisch gezuiverde vloeistof gebeuren zonder de noodzaak tot nageschakelde geurbehandelingsinstallaties of toevoeging van chemicaliën.

Opconcentratie door verdamping van het biologisch gezuiverde vloeistof resulteert in een sterk verminderde transportkost voor afvoer van de resterende vloeibare fractie. Deze uitvinding beoogt dus tevens om de volumes af te voeren vloeistof te beperken door via een nuttige aanwending van de restwarmte die ontstaat bij de energievalorisatie van biogas een verdere opconcentratie van de biologisch gezuiverde vloeistof te bekomen.

De aanwezigheid van dergelijke opgewarmde biologisch gezuiverde vloeistof biedt bovendien bijkomende voordelen qua temperatuursturing van het te vergisten materiaal, en dit via de keuzemogelijkheid tot recirculatie van biologisch gezuiverde vloeistof vanuit de biologische zuivering en/of vanuit de opgewarmde nageschakelde verdamper.

In een derde uitbreiding van de beschreven werkwijze wordt de al dan niet door verdamping opgeconcentreerde vloeibare fractie verder opgeconcentreerd via een indamper, bijvoorbeeld van het type meertrapsindamping.

Aangezien in de biologische zuivering alle potentieel vervluchtigbare stoffen (ammonium, organische zuren,...) zijn verwijderd, zal bij indamping van de opgeconcentreerde en biologisch gezuiverde vloeibare fractie een zuiver en loosbaar condensaat ontstaan. Het concentraat van de indamper kan bij de vaste fractie van het digestaat worden gevoegd voor externe verwerking of worden teruggevoerd naar de vergistingstank.

Wij bemerken dat, bij indamping van de biologisch gezuiverde vloeistof (in tegenstelling tot indamping van digestaat) geen chemicaliën (zuren, basen) dienen gebruikt te worden om te vermijden dat ammoniak of vluchtige vetzuren in het condensaat verzameld worden.

In een vierde uitbreiding van de beschreven werkwijze worden rookgassen, die ontstaan bij de verbranding van biogas, gezuiverd in de biologische zuiveringsinstallatie of in de nageschakelde verdamper. Deze behandeling bestaat er in essentie uit dat de rookgassen in intens contact worden gebracht met de vloeistof (bijvoorbeeld via doorborreling) , waarna de aanwezige componenten (C02, S02, N0X, ...) worden weerhouden in de vloeistof fase en/of biologisch worden afgebroken.

In een vijfde uitbreiding van de beschreven werkwijze wordt een deel van de restwarmte, die ontstaat bij de valorisatie van het biogas uit de vergistingstank nuttig aangewend om de afgescheiden vaste fractie van het digestaat in te drogen. Dit kan gebeuren met behulp van een condensatiedroger, waarbij het afgescheiden condensaat dan wordt behandeld in de biologische zuiveringsinstallatie.

De huidige uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het vergisten van energierijke en nutriëntrijke stoffen, welke inrichting bestaat uit een eenheid voor een biologische zuiveringsinstallatie en een vergistingstank, waarbij de biologische zuiveringsinstallatie minstens een nitrificatie- en een denitrificatiebekken vertoont, en dat de inrichting is voorzien van middelen voor het recirculeren van een hoeveelheid biologisch gezuiverde vloeistof of slib naar de vergistingstank.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, wordt hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een werkwijze en inrichting voor het vergisten van energierijke en nutriëntrijke stoffen, met verwijzing naar de bijgaande figuren, waarin:

KORTE SAMENVATTING VAN DE FIGUREN

figuur 1 een blokschema weergeeft van een inrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een variante weergeeft van figuur 1 met tussen haakjes de massabalans en concentratie van verschillende componenten; figuur 3 schematisch een voorkeurdragende uitvoeringsvorm weergeeft van een gedeelte van de inrichting volgens de uitvinding.

BESCHRIJVING VÄN EEN VOORKEURDRAGENDE UITVOERINGSVORM

Zoals schematisch is weergegeven in figuur 1, bevat de inrichting een vergistingstank 1 en een biologische zuiveringsinstallatie 2.

De vergistingstank 1 is voorzien van een toevoerleiding 3 waarin, in dit geval, een menginrichting 4 is voorzien met een inlaat 5 die aansluit op een uitlaat voor vaste fractie van een scheidingsinrichting 6. Deze scheidingsinrichting 6, die bij voorkeur een centrifuge is, bevat een inlaat 7 waarop een nevenleiding 8 aansluit die de scheidingsinrichting 6 overbrugt en een uitlaatleiding 9 voor vloeibare fractie die uitmondt in de biologische zuiveringsinstallatie 2.

De vergistingstank 1 bevat in dit geval een uitlaatleiding 10 voor biogas 11 die bij voorkeur wordt gevoed aan een biogasmotor 12 voor het opwekken van elektriciteit.

Verder is de vergistingstank 1 voorzien van een afvoerleiding 13 voor digestaat, welke afvoerleiding 13 uitmondt in een scheidingsinrichting 14.

De scheidingsinrichting 14 voor digestaat is bij voorkeur een centrifuge met een afvoerleiding 15 voor vaste fractie, waarop een nevenleiding 16 aansluit die uitmondt in de voornoemde menginrichting 4 stroomopwaarts van de vergistingstank 1.

De scheidingsinrichting 14 bevat eveneens een uitlaatleiding 17 voor vloeibare fractie die in verbinding staat met een denitrificatiebekken 18 van de biologische zuiveringsinstallatie 2. Opgemerkt wordt dat de scheidingsinrichtingen 6 en 14 in elkaar kunnen worden geïntegreerd.

In het voornoemde denitrificatiebekken 18 mondt ook de uitlaatleiding 9 voor vloeibare fractie van de scheidingsinrichting 6, stroomopwaarts van de vergistingstank 1, uit.

De biologische zuiveringsinstallatie 2 bevat naast het voornoemd denitrificatiebekken 18, een nitrificatiebekken 20 en beide bekkens 18 en 20 zijn bij voorkeur elk voorzien van een eigen bezinkingscompartiment 2IA en 21B.

Het bezinkingscompartiment 21A van het denitrificatiebekken 18 is in de nabijheid van zijn bodem voorzien van een afvoerleiding 22 die, bij voorkeur vertakt in een eerste vertakking die terugstroomt naar de voornoemde menginrichting 4 en een tweede vertakking die uitmondt in een verdamper 23 waarin ook een uitlaatleiding 24 uitmondt van het bezinkingscompartiment 21B van het nitrificatiebekken 20.

Desgevallend kan de verdamper 23 worden voorzien van een uitlaatleiding 25 voor vloeistof die uitmondt in de voornoemde menginrichting 4.

Als alternatief voor de verdamper 23 kan eventueel een indamper 26 worden voorzien.

Het is duidelijk dat in de voornoemde leidingen pompinrichtingen en kranen of andere debietregelaars kunnen worden voorzien, zodat de aan- en afvoer van materiaal naar de verschillende inrichtingen en installaties kan worden gestuurd.

De werking van de inrichting 1 is eenvoudig en als volgt.

Energierijke en nutriëntrijke stoffen worden aan de scheidingsinrichting 6 gevoed, waarin ze worden gescheiden in een vloeibare fractie die wordt afgevoerd naar de biologische zuiveringsinstallatie 2 en in een vaste fractie die naar de menginrichting wordt verpompt.

De vloeibare fractie wordt vervolgens, samen met het digestaat uit de vergistingstank 1, behandeld in een biologische zuiveringsinstallatie 2. Een deel van de biologisch gezuiverde vloeistof wordt verwerkt in de verdamper 23, terwijl het resterende deel wordt teruggevoerd naar de menginrichting 4 vóór de vergistingstank 1.

In de verdamper 23 wordt de restwarmte, die ontstaat bij de valorisatie van het biogas 11, gebruikt om de vloeistof op te warmen tot meer dan 50°C, waardoor een verregaande verdamping en dus opconcentratie wordt bekomen. De vloeistof uit deze verdamper 23 wordt gedeeltelijk gebruikt als recirculatievloeistof, terwijl de resterende hoeveelheid vloeistof kan worden uitgereden op cultuurgrond of verder kan worden geconcentreerd in de indamper 26.

Volgens de uitvinding wordt de vaste fractie uit de scheidingsinrichting 6, stroomopwaarts van de vergistingstank 1, gemengd met de recirculatievloeistof.

Afhankelijk van onder meer de gewenste vergistingstemperatuur wordt deze recirculatievloeistof genomen uit de biologische zuiveringsinstallatie 2 (temperatuur 35 à 40°C) en/of uit de verdamper 23 (temperatuur meer dan 50°C).

De bedrijfsvoering van de biologische zuivering en het recirculatiedebiet naar de vergistingstank 1 wordt zo gekozen dat optimale omstandigheden in de vergistingstank 1 worden bekomen met betrekking tot onder meer pH, temperatuur, droge stofconcentratie en concentratie aan ammoniakale stikstof en vluchtige vetzuren.

In de vergistingstank 1 wordt het organisch materiaal met behulp van anaërobe micro-organismen omgezet in biogas 11. Met behulp van de biogasmotor 12 wordt het biogas, gewoonlijk na voorafgaande ontzwaveling, omgezet in elektriciteit. De restwarmte die hierbij vrijkomt, wordt, zoals vermeld, nuttig aangewend in de verdamper 23.

Het digestaat uit de vergistingstank 1 wordt vervolgens gescheiden in een vaste fractie en een vloeibare fractie.

De scheidingsinrichting 14 waarin dit gebeurt, is bij voorkeur een centrifuge. De vaste fractie wordt gedeeltelijk teruggevoerd naar de vergistingstank 1 en gedeeltelijk afgevoerd naar een erkende verwerker voor bijvoorbeeld verdere compostering of droging. In het geval wordt geopteerd voor het drogen van een gedeelte van het digestaat, wordt hiertoe bij voorkeur een condensatiedroger toegepast, waarbij voor het drogen externe warmte wordt aangewend die afkomstig is van de koeling en/of rookgassen van de biogasmotor 12.

De vloeibare fractie wordt verwerkt in de biologische zuiveringsinstallatie 2, en dit samen met de vloeibare fractie van de energierijke en nutriëntrijke stoffen.

Ter illustratie wordt hierna, met verwijzing naar figuur 2, een uitgewerkt voorbeeld beschreven van de verwerking van energierijke en nutriëntrijke stoffen met een werkwijze volgens de uitvinding, waarbij wordt vertrokken van een belasting van 10.000 ton varkensmest / jaar en 10.000 ton maïs / jaar.

In de figuur 2 worden voor elke werkstap de massabalans, de stikstofbalans, de fosforbalans en de droge stofbalans weergegeven. De waarden die tussen haakjes zijn weergegeven zijn respectievelijk: (massa (ton/jaar); stikstofconcentratie (kg N/ton); massa stikstof (ton N/jaar); fosforconcentratie (kg P/ton); massa fosfor (ton P/jaar); concentratie droge stof (kg DS/ton); massa droge stof (ton DS/jaar).

Terwijl de maïs rechtstreeks naar de menginrichting 4 wordt gestuurd, wordt de varkensmest eerst gescheiden in de centrifuge 6.

Via centrifugatie van, zowel de varkensmest, als het digestaat uit de vergistingstank 1 wordt een afscheiding naar de dikke fractie bekomen van 15% voor de massa, 65% voor de droge stof, 75% voor de fosfor en 40% voor de stikstof. De biologische zuivering via nitrificatie en denitrificatie heeft een N-verwijderingsrendement van 90%, waarbij de reststikstof volledig bestaat uit nitraat- en organische stikstof (nagenoeg geen ammoniakale stikstof).

De stikstofconcentratie in de vergistingstank 1 bedraagt 4,1 kg/ton, welke evenwel slechts voor een deel bestaat uit ammoniakale stikstof. Wij bemerken dat, zonder voorafgaande scheiding van de mest, de N-concentratie in de vergistingstank, waarbij tevens een groter aandeel ammoniakale stikstof, 6,3 kg/ton zou bedragen.

De geraamde verdamping boven de biologische zuivering bedraagt 4 m3 per m2 en per jaar, en dit bij een vloeistoftemperatuur van 37 °C in de biologie. De hoeveelheid warmte die vrijkomt bij de valorisatie van het biogas en die wordt aangewend in de verdamper 23, is berekend op basis van een biogasproductie van 185 m3/ton maïs en 10 m3/ton mest, een methaangehalte in het biogas van circa 55 à 60% en circa 50% warmte die vrijkomt bij de omzetting van biogas in elektriciteit. De warmte voor de vergistingstank wordt in dit geval volledig geleverd door de aërobe biologische zuivering.

Uit de figuur met de massabalans blijkt dat, uitgaande van een input van 20.000 ton/jr aan energierijke en nutriëntrijke stoffen, een output van 9.200 ton/jr aan eindproducten (vaste fractie en concentraat) wordt bekomen. De rest van het materiaal verdwijnt via verdamping boven de biologische zuivering en in de verdamper 23, en via de omzetting in biogas.

Uit de figuur met de stikstofbalans volgt dat 70% van de stikstofinput in de biologische zuivering wordt omgezet in moleculaire stikstofgas. Dit is meer dan de hoeveelheid stikstof die in de onbehandelde varkensmest aanwezig was. Uit de figuur met de fosforbalans volgt dat, overeenkomstig de verwachtingen, alle input wordt teruggevonden in de output (vaste fractie en concentraat).

Belangrijk met betrekking tot de nutriëntenbalansen is dat ± 85% van de stikstof output en ± 7 9% van de fosforoutput zich bevindt in een beperkte hoeveelheid vaste fractie (± 12% van de originele massa-input), zodat er tevens een duidelijke opconcentratie aan de resterende nutriënten is gebeurd.

Tenslotte kan op basis van de droge stof (DS)-balans worden vastgesteld dat 68% van de DS-aanvoer in de vergistingstank wordt omgezet. Dit vertegenwoordigt nagenoeg de volledige DS-inhoud van de ingaande maïs.

In figuur 3 is een gedeelte van een voorkeurdragende inrichting volgens de uitvinding weergegeven. Dit gedeelte omvat in hoofdzaak de vergistingstank 1 en de biologische zuiveringsinstallatie 2 die rondom de vergistingstank 1 is gebouwd, zodat beide één zijwand gemeenschappelijk hebben of met hun respectievelijke zijwanden tegen elkaar aansluiten.

Deze opbouw van de inrichting biedt het voordeel dat de vergistingstank goed is geïsoleerd tegen warmteverliezen en dat voor het op gang houden van de vergisting de warmte die vrijkomt van de biologische zuivering kan worden aangewend.

Tevens zijn in de leidingen tussen de vergistingstank 1 en de biologische zuiveringsinstallatie 2, op schematische wijze pompen 27 en 28 weergegeven. De menginrichting 4 en de scheidingsinrichting 14 tussen de vergistingstank 1 en de installatie 2 zijn om reden van eenvoud niet in de figuren weergegeven.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de hierboven beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een werkwijze en inrichting volgens de uitvinding kunnen volgens verschillende varianten worden gerealiseerd zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (15)

1. Werkwijze voor het vergisten van energierijke en nutriëntrijke stoffen, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze minstens een werkstap bevat voor het vergisten van minstens een gedeelte van de stoffen, evenals een stap voor het biologisch zuiveren van minstens een gedeelte van de stoffen door nitrificatie en denitrificatie, waarbij tijdens het biologisch zuiveren een biologisch gezuiverde vloeistof en slib worden gevormd, daardoor gekenmerkt dat minstens een gedeelte van de gezuiverde vloeistof en/of het slib wordt toegevoegd aan het gedeelte van de stoffen dat wordt vergist.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat minstens een gedeelte van de energierijke en nutriëntrijke stoffen worden gescheiden in een vloeibare fractie en een vaste fractie, waarna de vloeibare fractie biologisch wordt gezuiverd terwijl de vaste fractie en de ongescheiden energierijke en nutriëntrijke stoffen worden vergist.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde biologisch gezuiverde vloeistof en/of het slib aan de biologische zuivering wordt onttrokken vanuit een bezinkingscompartiment (21A-21B).

4. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de biologisch gezuiverde vloeistof of het slib dat naar de vergisting wordt geleid een temperatuur bezit die hoger is dan 35°C.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat bij het vergisten een digestaat ontstaat, waarvan minstens een gedeelte aan de werkstap van het biologisch zuiveren wordt onderworpen.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat minstens een gedeelte van het digestaat wordt gescheiden in een vloeibare fractie en een vaste fractie, waarna de vloeibare fractie aan de werkstap van het biologisch zuiveren wordt onderworpen.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de vaste fractie wordt gedroogd door middel van condensatiedrogen, waarbij voor het drogen externe warmte wordt aangewend die afkomstig is van de koeling en/of rookgassen van een motor (12) die wordt aangedreven met biogas dat ontstaat tijdens het vergisten.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de biologisch gezuiverde vloeistof wordt geconcentreerd door middel van verdamping.

9. Werkwijze volgens conclusie 1 of 8, daardoor gekenmerkt dat de biologisch gezuiverde vloeistof wordt opgeconcentreerd door indamping.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat een gedeelte van de niet verdampte vloeistof uit de verdamper (23) naar de vergistingstank (1) wordt geleid.

11. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat biogas dat wordt gevormd tijdens de vergisting wordt toegepast voor het opwekken van energie.

12. Werkwijze volgens conclusie 11 en 1, 8 of 9, daardoor gekenmerkt dat bij de verbranding van het biogas rookgassen ontstaan en dat deze rookgassen in contact worden gebracht met de biologisch gezuiverde vloeistof of met de voornoemde geconcentreerde biologisch gezuiverde vloeistof.

13. Inrichting voor het vergisten van energierijke en nutriëntrijke stoffen, daardoor gekenmerkt dat ze bestaat uit een biologische zuiveringsinstallatie (2) en een vergistingstank (1), waarbij de biologische zuiveringsinstallatie (2) minstens een nitrificatie- (20) en een denitrificatiebekken (18) vertoont, en dat de inrichting is voorzien van middelen voor het recirculeren van een hoeveelheid biologisch gezuiverde vloeistof en/of slib naar de vergistingstank (1).

14. Inrichting volgens conclusie 13, daardoor gekenmerkt dat de biologische zuiveringsinstallatie (2) en de vergistingstank (1) tegen elkaar zijn gebouwd.

15. Inrichting volgens conclusie 14, daardoor gekenmerkt dat de biologische zuiveringsinstallatie (2) rond de vergistingstank (1) is aangebracht.