BE1017390A3 - Werkwijze en inrichting voor het anaeroob vergisten van organisch materiaal. - Google Patents

Abstract

werkwijze voor het anaÙroob vergisten van organisch materiaal, waarbij het te vergisten vers organisch materiaal wordt vermengd met entmateriaal en in een vergistingstank (1) wordt gebracht en van een inlaat (6) van de vergistingstank (1) naar een uitlaat (9) ervan voortbeweegt of wordt voortbewogen, waarbij het vergiste materiaal via de uitlaat (9) uit de tank (1) wordt verwijderd, daardoor gekenmerkt dat een fractie van het vergistende materiaal dat zich tussen de inlaat (6) en de uitlaat (9) bevindt uit de vergistingstank (1) wordt verwijderd via een terugvoeropening (12) en als entmateriaal wordt aangewend, terwijl het vergistende materiaal tussen de terugvoeropening (12) en de uitlaat (9) nog een bepaalde tijd wordt navergist vooraleer via de uitlaat (9) uit de vergistingstank (1) te worden verwijderd.

Description

Werkwijze en inrichting voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal.

Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het anaëroob vergisten van biologisch afbreekbaar organisch materiaal, waarbij het verse organische materiaal gemengd wordt met een hoeveelheid materiaal dat gedeeltelijk werd vergist als actieve entstof voor de anaërobe vergisting.

Het organisch materiaal betreft hier biologisch afbreekbaar materiaal, dat niet vloeibaar is, in het bijzonder diverse landbouwgewassen, al dan niet specifiek geteeld voor de productie van energie, of de organische fractie van huishoudelijk afval, en van gelijkaardig industrieel afval of andere organische fracties, zoals bijvoorbeeld slib van waterzuiveringsinstallaties, slib van de papiernijverheid, groenafval, tuinafval, organische afvalstromen van de productie van bio-energie uit landbouwgewassen, of andere biologisch afbreekbare fracties die minstens 15% droge stof bevatten of opgehoopt kunnen worden.

In het algemeen bestaan er verscheidene wijzen van anaërobe vergisting. Zo kan men de vergisting van deze organische stromen onder natte omstandigheden (maximaal 5 à 10% droge stof in de vergistingstank) of onder droge omstandigheden (meer dan 15% droge stof in de vergistingstank) laten plaatsvinden bij ofwel mesofiele (circa 30 tot 40°C) ofwel thermofiele (circa 50 tot 60°C) condities.

Voor de vergisting onder natte omstandigheden van organisch materiaal betekent dit dat men grote hoeveelheden water toevoegt aan het organisch materiaal om een vloeibare slurry te bekomen in de vergistingstank van de natte systemen, waardoor de inhoud van de vergistingstanks intern makkelijk mengbaar is en de uitgegiste massa via overloop of eenvoudige pompen makkelijk afgevoerd wordt.

Voor de droge systemen beperkt men die hoeveelheid water tot een minimum of voegt men zelfs geen water toe zodat men een pasteuze massa bekomt. Deze pasteuze massa kan dan in speciaal voor droogfermentatie ontwikkelde vergistingstanken bij een droge stofgehalte van meer dan 15% worden vergist. Aangezien de hoge viscositeit van het gistende materiaal in een droogfermentatie van meer dan 15% droge stof geen vlotte menging toelaat, worden er speciale mengsystemen in vergistingstanken ingebouwd die ofwel over de gehele lengte van de vergistingstank een menging verwezenlijken (verschillende mengers in de verschillende zones of één menger over de ganse lengte) of wordt het te mengen materiaal buiten de vergistingstank in een beperkt volume gemengd. Ook wordt biogas in verschillende zones geïnjecteerd om in die zones een menging te veroorzaken.

Bij natte vergistingssystemen wordt vers water of gerecycleerd proceswater samen met het organisch materiaal gemengd en in de vergistingstanken gepompt, ofwel wordt het organisch materiaal direct in de vergistingstank geduwd en worden tevens vers water, gerecycleerd proceswater of natte vloeibare organische stromen in het vergistingsvat gepompt, waarbij de inkomende massa over de ganse vergistingstank wordt gemengd tot een vloeibare massa. Doel is daarbij steeds een sterk vloeibare brij of "slurry" te maken die gemakkelijk kan worden verpompt en die in de vergistingstank gemakkelijk kan worden gemengd.

Deze natte vergistingstanken werken meestal volgens het principe van de volledig gemengde reactor waarbij de inkomende massa volledig over het ganse volume van de vergistingstank met het gistende materiaal wordt vermengd door middel van roerwerken of gasinjectie in de vergistingstank.

Gezien de vloeibare brij of slurry in de vergistingstanks en de intensieve menging die men intern toepast, mengen het vergistend materiaal en het vers toegevoegd materiaal zich snel doorheen de ganse vergistingstank.

Dit heeft tot gevolg dat een deel van het vers gevoede materiaal mogelijk binnen een zeer korte tijdsspanne weer uit de vergistingstank wordt verwijderd samen met het uitgegist digestaat. Met andere woorden, een stuk verse voeding kan binnen een tijdspanne van slechts enkele minuten weer uit de vergistingstank worden verwijderd, terwijl de gemiddelde verblijftijd van het te vergisten materiaal in de vergistingstank 20 tot 30 dagen kan bedragen.

Om dit probleem te voorkomen of ten minste te beperken, werd, zoals omschreven in het octrooidocument WO 98/24730, een voorkamer ingebouwd die van de rest van de volledig gemengde vergistingstank deels door een wand is afgescheiden. Het vers gevoede materiaal wordt eerst in deze voorkamer gevoed, die bij voorkeur een verblijftijd van verscheidene dagen heeft, vooraleer het materiaal in de eigenlijke vergistingsruimte terechtkomt. Op deze manier kan er reeds een vergisting in de voorkamer plaatsvinden en met weinig kans dat het gevoede materiaal quasi onmiddellijk de vergistingstank via de uitlaat zou verlaten met de rest van de uitgegiste massa door de volledige continue menging in de vergistingstank.

Een andere bekende oplossing voor het voornoemde probleem wordt omschreven in het EP 0 066 582, waarin een installatie voor de vergisting van organische materialen wordt weergegeven die opereert bij een droge stofgehalte van 6% en een temperatuur van 55 tot 60°C in verschillende reactoren die aëroob of anaëroob worden bedreven. Na de anaërobe vergisting wordt het uitgegist materiaal normaal naar een opslagvat voor het restslib gepompt. In een speciale uitvoering van deze inrichting wordt dit opslagvat anaëroob bedreven als een navergister zodat er nog een bijkomende productie van biogas uit het uitgegist materiaal wordt verkregen. Hiertoe is echter een volledig aparte bijkomende vergistingstank vereist.

Naast de natte vergisting is, zoals eerder vermeld, ook de droge vergisting als werkwijze voor het anaëroob vergisten van organisch afval bekend.

Bij een droge vergistingswijze wordt de hoeveelheid water die wordt toegevoegd, beperkt zodat zich in het "droge" vergistingsvat een relatief vast mengsel bevindt dat volgens het principe van een propstroom doorheen de vergistingstank beweegt. Voor de verwerking van organische fracties van huishoudelijk afval bij hoge drogestofgehaltes, bijvoorbeeld meer dan 25% in het uitgegiste digestaat, is in het gistende materiaal intensieve menging in het vergistingsvat niet meer mogelijk, waardoor vooraf extern aan het "droge" vergistingsvat met speciale mengeenheden het verse organische materiaal dient gemengd te worden met reeds vergist materiaal. Daarna wordt het dikke mengsel met speciale pompen in het vergistingsvat gepompt of geduwd. Andere droogfermentatiesystemen werken bij droge stofgehaltes van 20 tot 25% in het uitgegiste materiaal, waardoor menging in zones via verschillende mengers of in zones waar gas via de bodem wordt geïnjecteerd toch nog mogelijk is middels speciale mengsystemen. Ook kan de droge vergistingstank zo ontworpen worden dat een menger de totale massa kan doormengen bij een droge stofgehalte van minder dan 25% in het vergiste materiaal bij de verwerking van selectief ingezamelde organische fractie uit huishoudelijk afval. Voor organische fracties afkomstig van huishoudelijk afval is het droge stofgehalte van het in de tank ingebrachte mengsel van organisch afval en uitgegist entmateriaal tussen 15 en 50% en meer specifiek tussen de 20 en 45%. Voor andere organische fracties zoals ontwaterd slib, is menging in de vergistingstank niet meer mogelijk vanaf 15 tot 20% en moeten reeds vanaf 20% droge stof in het uitgegist residu een menging buiten de vergistingstank worden toegepast. De gemiddelde droge stof in de droge vergistingstanken is meer dan 15%, waarbij het materiaal bij het inkomen in de vergistingstank droger is dan bij het verlaten van de vergistingstank omwille van de omzetting van droge stof naar biogas.

Uit het EP 1.397.482 is bekend hoe dit mengsel van vers organisch materiaal en uitgegist materiaal via stijgbuizen boven in een opstaande vergistingstank wordt gepompt waarin zich de gistende massa bevindt. Het ingevoerde mengsel zakt tijdens de droge vergisting van boven naar onder waar het uitgegist materiaal onderaan uit de vergistingstank wordt verwijderd. Op die wijze wordt een zogenaamde propstroom gerealiseerd, waarbij materiaal dat eerst in de tank wordt gebracht, er eerst terug uitkomt volgens het FIFO-principe (First In - First-Out).

Bij deze droogvergisting dient men een voldoende grote fractie vergist materiaal te vermengen met het vers aangevoerde organisch materiaal buiten de vergister, bijvoorbeeld vijf eenheden entmateriaal per eenheid vers organisch materiaal, en dit om de anaërobe bacteriën voldoende in contact te brengen met het verse organisch materiaal aangezien geen menging meer mogelijk is ééns het mengsel in de droge anaërobe vergister is gebracht.

Door de hoge recyclage van een belangrijk deel van het vergist materiaal wordt de doorlooptijd doorheen de vergistingstank gereduceerd en, afhankelijk van de recyclagehoeveelheid, bedraagt de doorlooptijd dan circa 10 dagen of zelfs 2 tot 3 dagen. Op deze wijze wordt een deel vers gevoed materiaal na 10 of zelfs twee tot drie dagen vergisting afgevoerd met het vergiste materiaal, en dit terwijl de gemiddelde verblijftijd in de vergistingstank ongeveer 12 tot 30 dagen of meer bedraagt. Dit is echter reeds een belangrijke verbetering t.o.v. volledig gemengde natte vergistingstanken aangezien het gevoede materiaal gegarandeerd 2 tot 3 dagen of zelfs een week in de vergistingstank verblijft in tegenstelling tot de quasi onmiddellijke verwijdering die mogelijk is in deze gemakkelijk vloeibare systemen.

Bij de vergisting van verse organische materialen met hoge biogasproducties per ton, kan de gemiddelde verblijftijd in de vergistingstank oplopen tot 50 à 100 dagen en meer. De doorlooptijd bedraagt dan slechts 10% of zelfs 2 tot 3% van de gemiddelde verblijftijd.

Bij hoge belastingen van de droge fermentoren, zoals bijvoorbeeld bij de vergisting van energiegewassen zoals maïs, produceert het vergiste materiaal, dat zoals bij de bekende werkwijzen voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal geacht wordt uitgegist te zijn, nog steeds een beperkte hoeveelheid biogas. Dit is een verlies aan hernieuwbare energie.

Ook is het bij toepassing van zulke bekende werkwijzen dat ziektekiemen kunnen overleven na een korte doorlooptijd in het geval ze onmiddellijk uit de vergister verwijderd worden en naar de verdere nabehandeling samen met de rest van het digestaat worden afgevoerd

De uitvinding beoogt een werkwijze voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal dat de voornoemde en andere nadelen niet vertoont.

Daartoe gaat de werkwijze volgens de uitvinding voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal uit van te vergisten organisch materiaal dat wordt vermengd met entmateriaal en in een vergistingstank wordt gebracht en van een inlaat van de vergistingstank naar een uitlaat ervan voortbeweegt of wordt voortbewogen, waarbij het vergiste materiaal via de uitlaat uit de tank wordt verwijderd, daardoor gekenmerkt dat een fractie van het vergistende materiaal dat zich tussen de inlaat en de uitlaat bevindt uit de vergistingstank wordt verwijderd vroegtijdig via een terugvoeropening en als entmateriaal wordt aangewend, terwijl het vergistende materiaal tussen de terugvoeropening en de uitlaat nog een bepaalde tijd wordt navergist vooraleer het via de uitlaat uit de vergistingstank wordt verwijderd.

De toepassing van deze werkwijze volgens de uitvinding zorgt ervoor dat een stuk vers organisch materiaal langer in de vergistingstank blijft door de verlenging van de doorlooptijd in het geval dergelijk stuk organisch materiaal na de eerste doorloop via de uitlaat wordt afgevoerd naar de nabehandeling, maximaliseert de energetische recuperatie door het opvangen van het nog geproduceerde biogas, en bewerkstelligt een nog verdere afdoding van ziektekiemen.

Het deels vergiste materiaal wordt gedurende een extra periode verder uitgegist tussen de terugvoeropening en de uitlaat tot een stabiel uitgegist digestaat binnen één en dezelfde reactor. Dankzij deze interne nagisting, die in de vergistingstank zelf plaats vindt, wordt voorkomen dat een bijkomende vergistingstank en bijhorigheden dienen te worden voorzien, wat een ernstige besparing met zich meebrengt. Deze interne nagisting is toepasbaar in zowel natte als droge vergistingssystemen, en waarbij de zone van navergisting niet terug gemengd wordt met de zone tussen de inlaat en de terugvoeropening.

Hierdoor wordt overigens ook meer zekerheid bekomen met betrekking tot de afdoding van ziektekiemen of onkruiden, aangezien alle ziektekiemen of onkruiden die eventueel aanwezig zouden kunnen zijn een langere doorlooptijd hebben in het geval ook zij meteen via de uitlaat naar de nabehandeling zouden worden afgevoerd.

Door het invoeren van een terugvoeropening voor de recyclage van het entmateriaal worden twee zones gecreëerd in de vergistingstank, namelijk een eerste zone stroomopwaarts van de plaats waar een fractie van het gedeeltelijk vergiste materiaal uit de vergistingstank wordt verwijderd via de terugvoeropening, en een tweede zone stroomafwaarts daarvan, waarbij het materiaal uit de tweede zone wordt verwijderd via de uitlaat voor uitgegist digestaat.

Het volledig uitgegist digestaat wordt normaal niet meer gerecycleerd maar wordt eventueel in een nabehandeling behandeld of rechtstreeks naar het land gebracht. Indien echter de vergisting biologisch minder stabiel zou blijken te verlopen, kan een hoeveelheid uitgegist stabiel materiaal aan het entmateriaal, met andere woorden het gedeeltelijk vergiste materiaal, worden toegevoegd om het biologische proces bij te sturen.

In de eerste zone wordt het organisch geënt materiaal aangevoerd en anaëroob vergist. Een deel van dit gistende materiaal dat zich in deze eerste zone bevindt, wordt via de terugvoeropening gerecycleerd en als entstof vermengd met vers te vergisten organisch materiaal. De rest van het gistende materiaal komt stroomafwaarts van de terugvoeropening in de tweede zone terecht.

Gedeeltelijk vergist materiaal dat zich in de tweede zone bevindt, heeft de eerste zone doorlopen, misschien wel meerdere malen, doordat het één of meer malen werd gerecycleerd en aangewend als entstof. Eenmaal in de tweede zone komt het gedeeltelijk vergiste materiaal normaal niet meer in aanmerking om te worden gerecycleerd. Het verplaatst zich gestadig en bij voorkeur volgens een propstroom verder naar de uitlaat van de vergistingstank naargelang er volledig uitgegist materiaal uit de vergistingstank wordt verwijderd.

Het gedeeltelijk vergist materiaal ondergaat daarbij een navergisting die plaatsneemt tijdens deze tweede fase in dezelfde vergistingstank en betreft een gewoon aflopen van de methanogene fase gedurende een periode waar het materiaal niet bijkomend gevoed wordt. De biologische activiteit neemt snel af naarmate het materiaal de uitlaat nadert. Het materiaal verblijft met zekerheid een bepaalde minimale tijd in deze tweede zone en wordt uiteindelijk afgevoerd via de uitlaat.

Bij voorkeur bedraagt het volume van de tweede zone minstens één vijftigste van het totale volume van de vergistingstank, zodat er voldoende volume is in de tweede zone voor een navergisting van minstens een halve dag tot zelfs enkele dagen, bijvoorbeeld 2 tot 4 dagen of meer indien nuttig.

Een bijkomend voordeel van het toepassen van zulke werkwijze volgens de uitvinding is dat het gedeeltelijk vergiste materiaal dat via de terugvoeropening uit de tank wordt verwijderd en daarna wordt gerecycleerd en aangewend als entmateriaal, biologisch nog actiever is dan het volledig vergiste materiaal dat volgens de bekende werkwijzen wordt aangewend als entmateriaal.

Ook zijn de karakteristieken van het uitgegiste materiaal na de nagisting meer gewijzigd dan het gedeeltelijk vergiste materiaal. Bijvoorbeeld het gedeeltelijk vergiste materiaal dat als actief entmateriaal via de recyclageleiding wordt verwijderd, heeft een pH van 7,5 tot 7,8 terwijl het volledig uitgegiste materiaal een pH heeft van 8,2 tot 8,5. Bij het voeden daalt de pH tot circa 7, zodat de overgang van de zuurtegraad, de zogenaamde pH schok, minder groot is bij het gedeeltelijk vergiste materiaal dan indien men het volledig uitgegiste materiaal zou recirculeren voor menging met het vers organisch materiaal.

Door de juiste plaats te selecteren voor het aftappen van het entmateriaal via de terugvoeropening, kan een maximaal actief entmateriaal worden gerecycleerd, en door voor het gedeeltelijk vergiste materiaal dat niet als entmateriaal wordt gerecycleerd, een voldoende groot volume voor de nagisting te voorzien stroomafwaarts de terugvoeropening, kan een optimaal gestabiliseerd uitgegist materiaal worden geproduceerd. Eveneens kan een optimale hoeveelheid biogas nog worden gerecupereerd tijdens de nagisting in de twee fasen.

Indien de vergisting biologisch minder optimaal zou gaan functioneren, kan eventueel alsnog een deel van het volledig uitgegist materiaal dat via de uitlaat wordt afgevoerd aan het mengsel van entmateriaal en vers te voeden organisch materiaal worden toegevoegd om een bijkomende enting te bewerkstelligen. Op deze wijze kan de vergisting snel worden bijgestuurd door de navergisting deels te beperken. Het volume in de tweede zone kan dus als een reserve aan intensieve vergistingscapaciteit worden beschouwd. Desnoods kan enkel volledig uitgegist materiaal gebruikt worden als entmateriaal bij het vers te voeden organisch materiaal, bijvoorbeeld om seizoensschommelingen of biologische onevenwichten op te vangen.

De huidige uitvinding betreft tevens een inrichting voor het realiseren van zulke werkwijze volgens de uitvinding, en deze omvat daartoe een vergistingstank met een vergistingsruimte waarin organisch materiaal kan worden vergist, een voedingsinrichting die vers organisch materiaal kan vermengen met entmateriaal en kan doorvoeren naar een inlaat in de vergistingstank, die ook is voorzien van een uitlaat waarlangs vergist materiaal kan worden afgevoerd, evenals een uitlaat voor biogas, en waarbij de inrichting tevens is voorzien van een terugvoeropening waarlangs een fractie van het vergistende materiaal, dat zich tussen de inlaat en de uitlaat bevindt, uit de vergistingstank kan worden verwijderd en tot aan de voedingsinrichting kan worden gevoerd.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van een werkwijze en inrichting voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuren 1 tot 3 schematisch en in doorsnede variante uitvoeringsvormen van een inrichting voor het anaëroob vergisten volgens de uitvinding weergeven; figuur 4 een doorsnede weergeeft volgens de lijn IV-IV in figuur 3; figuur 5 schematisch en in doorsnede een bijkomende variante uitvoeringsvorm van een inrichting voor het anaëroob vergisten volgens de uitvinding weergeeft.

De inrichting voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal, weergegeven in figuur 1, bestaat in hoofdzaak uit een opstaande gesloten vergistingstank 1 die een vergistingsruimte 2 bevat, en een voedingsinrichting 3 die in dit geval bestaat uit een mengpomp 4 voor het mengen van vers organisch materiaal met entstof en het verpompen van deze gemengde massa, die hier via voedingsleidingen 5 uitmondt in een inlaat 6 boven aan de vergistingstank 1. Bovenaan is de vergistingstank 1 tevens voorzien van een uitlaat 7 voor biogas.

Onder aan de vergistingstank 1 is centraal in de bodem 8 een afsluitbare uitlaat 9 voorzien.

Deze uitlaat 9 mondt uit in een extractiepomp 10 die het volledig vergiste materiaal kan afvoeren via leidingen 11 voor nabehandeling.

Volgens de uitvinding is de vergistingstank 1 tussen de inlaat 6 en de uitlaat 9 voorzien van een terugvoeropening 12 die toelaat een fractie van het deels vergiste materiaal, dat zich tussen de inlaat 6 en de uitlaat 9 bevindt, uit de vergistingstank 1 te verwijderen en via recyclageleidingen 13 tot aan de voedingsinrichting 3 te voeren, in dit geval tot aan de mengpomp 4, waar het gemengd wordt met vers aangevoerd organisch materiaal alvorens het aldus bekomen mengsel via de inlaat 6 in de vergistingstank 1 wordt gebracht,

De terugvoeropening 12 bevindt zich in deze uitvoeringsvorm op een hoogte boven de uitlaat 9 in de tank 1, meer bepaald zodanig dat het volume stroomafwaarts de terugvoeropening 12 één vijfde van het totaal volume van de vergistingstank 1 inneemt.

Eventueel worden er twee of meerdere terugvoeropeningen 12 of in de hoogte instelbare terugvoeropeningen 12 voorzien zodat deels vergist materiaal na verschillende verblijftijden kan gerecycleerd worden.

De werking van zulke inrichting, zoals hierboven besproken en weergegeven in figuur 1, alsook de werkwijze voor het op anaërobe wijze vergisten van organisch materiaal is eenvoudig en hieronder verduidelijkt in een cijfermatig voorbeeld.

VOORBEELD:

Uitgaande van een vergistingstank 1 met een totale vergistingsruimte van 2000 m3 (actief volume) die voorzien is van gistend organisch materiaal, wordt bij het dagelijks voeden 100 m3 vers organisch materiaal vermengd met 300 m3 gedeeltelijk vergist materiaal dat dient als entstof. Er wordt aangenomen dat de hoeveelheid water- en/of stoomtoevoeging nodig om het gewenste droge stofgehalte te bereiken in de mengerpomp, gelijk is aan het tonnage aan nat biogas dat geproduceerd wordt.

Op deze wijze wordt elke dag 300 m3 gedeeltelijk vergist materiaal uit de vergistingstank 1 verwijderd via de terugvoeropening 12 en de recyclageleiding 13. Aangezien de recyclageleiding 13 op een hoogte boven de uitlaat 9 in de tank 1 uitgeeft, bestaat de entstof uit gedeeltelijk vergist materiaal dat rijk is aan actieve bacteriën, in tegenstelling tot het organisch materiaal dat volledig verteerd is wanneer het via de uitlaat 9 uit de vergistingstank 1 wordt geëxtraheerd, waarbij de bacteriën reeds beduidend minder actief zijn geworden.

Het voortstuwen en vermengen van het vers materiaal en van de entstof gebeurt onder impuls van de mengpomp 4.

Via de voedingsleidingen 5 wordt het mengsel via de inlaat 6 tot in de vergistingstank 1 gevoerd.

Door een gepaste mengverhouding van het vers organisch materiaal en de entstof, is het mengsel voldoende verpompbaar en kan het in een gesloten vergistingstank gepompt of ingevoerd worden. Het mengsel is dan ook rijkelijk voorzien van anaërobe bacteriën zodat het vergistingsproces onmiddellijk en zonder noemenswaardige vertraging wordt aangevat.

Inderdaad, dankzij het feit dat de entstof bestaat uit gedeeltelijk vergist organisch materiaal dat uit de vergistingstank wordt verwijderd op een afstand van de uitlaat 9, betreft het een bacterieel actieve materie.

In de vergistingstank 1 voegt het mengsel zich bij de vergistende massa en verplaatst het zich in de richting van de uitlaat 9.

Deels vergist materiaal dat mogelijk nog wordt gerecycleerd via de recyclagebuizen 13 om als entstof te worden aangewend, bevindt zich in de zone stroomopwaarts of boven de recyclagebuizen 13, die verder de eerste zone A wordt genoemd. Deze eerste zone A betreft in dit voorbeeld een volume van om en bij de 1600 m3.

Aangezien er gemiddeld per dag 400 m3 gemengd materiaal boven aan de vergistingstank en de eerste zone A wordt binnengepompt, en er eveneens 300 m3 deels uitgegist materiaal via de recyclagebuizen 13 uit zone 1 wordt verwijderd en er onderaan de vergistingstank 1 via uitlaat 9 ook 100 m3 volledig vergist materiaal uit zone 2 wordt verwijderd, zodat er gelijktijdig 100 m3 deels vergist materiaal uit zone 1 naar zone 2 doorzakt, bekomt men een extra verblijftijd van 4 dagen. Na deze gemiddelde verblijftijd van 4 dagen wordt het mengsel aangebracht organisch materiaal en entmateriaal via de recyclageleidingen 13 uit de vergistingstank 1 verwijderd als deels vergist materiaal dat als entmateriaal zal bij gemengd worden in de mengpomp 4.

Gedeeltelijk vergist materiaal dat niet uit de vergistingstank 1 wordt verwijderd ter hoogte van de recyclageleiding 13, verplaatst zich verder neerwaarts in de richting van de uitlaat 9. In deze zone, die de tweede zone B wordt genoemd en een volume van om en bij 400 m3 inneemt, komt het gedeeltelijk vergiste materiaal niet meer in aanmerking om te worden gerecycleerd. Het zakt gestadig en volgens een propstroom verder naar de uitlaat 9 van de vergistingstank 1. Het materiaal ondergaat daarbij een navergisting die plaatsheeft in dezelfde vergistingstank 1 en betreft een gewoon aflopen van de methanogene fase waarbij het materiaal niet bijkomend gevoed wordt. De biologische activiteit neemt af naarmate het materiaal de uitlaat 9 nadert. Het materiaal verblijft in dit geval gedurende nog eens 4 dagen in deze tweede zone B, aangezien er dagelijks 100 m3 volledig vergist materiaal via uitlaat 9 verwijderd dient te worden om plaats te maken voor de 100 m3 vers organisch materiaal dat dagelijks aan de vergistingstank 1 wordt bijgevoegd.

De extractiepomp 10 verwijdert het vergiste materiaal voor nabehandeling via de leidingen 11.

De gemiddelde verblijftijd bedraagt in deze uitvoeringsvorm 20 dagen aangezien er 100 m3 vers organisch materiaal aan de installatie wordt gevoed, maar met een interne recyclagetijd van het gedeeltelijk vergiste materiaal van 4 dagen in de eerste zone A en een nagisting van 4 dagen in de tweede zone B, dus minimaal 8 dagen verblijftijd voor eender welk stuk organisch materiaal dat aan de vergistingstank werd gevoed.

Gemiddeld wordt het deels uitgegiste materiaal 4x gerecycleerd als entmateriaal. Het is echter mogelijk dat een stuk vers gevoed organisch materiaal per toeval reeds de eerste keer voorbij de uitlaat passeert en niet wordt gerecycleerd. Dan blijft het stuk organisch materiaal toch nog een 4-tal dagen nagisten, dus minimaal 8 dagen verblijftijd. Andere stukken organisch materiaal zullen 2tot 6 en meer keer worden gerecycleerd om te worden geënt. Indien men geen scheiding in twee zones en bijhorende fasen had voorzien, dan zou met deze vergistingstank 1 een recyclagetijd of doorlooptijd van 5 dagen bekomen worden.

Door een terugvoeropening 12 en een recyclageleiding 13 te voorzien, wordt een volume van 400 m3 gecreëerd voor de navergisting, met als resultaat dat de minimale gegarandeerde verblijftijd van 5 naar 8 dagen wordt opgetrokken, zonder de behoefte aan een tweede aparte vergistingstank.

Het biogas dat in de vergistingstank 1 wordt aangemaakt, wordt afgevoerd via de uitlaat 7 voor biogas die bovenaan de vergistingstank 1 is voorzien.

Het is duidelijk dat de mengpomp 4 kan worden vervangen door een menger en een pomp, of gelijk welk systeem om het materiaal gedeeltelijk te mengen, en een systeem of apparaat om het gemengde materiaal naar de inlaat 6 van de vergistingstank 1 te brengen, of een systeem waarbij het vers organische materiaal en gedeeltelijk uitgegist materiaal samengevoegd of via een aparte inlaat in een bepaalde verhouding zelfs zonder actieve menging in de vergistingstank 1 wordt ingevoerd. Ook kan een menger of meerdere mengers (mechanisch of met gas) in de actieve vergistingszone en in de uitgistingszone geïnstalleerd worden maar wel op die wijze dat de twee zones niet met elkaar vermengd worden, en dat m.a.w. materiaal na de recyclageleiding 13 niet opnieuw gemengd wordt met materiaal voor recyclageleiding 13.

Het is ook duidelijk dat, indien bij een vergistingstank 1 met een zelfde volume van 2000 m3, de recyclagebuizen 13 dichter bij de uitlaat 9 zouden zijn gepositioneerd, bijvoorbeeld zodat de eerste zone A een volume inneemt van 1700 m3, terwijl de tweede zone B dan een volume inneemt van 300 m3, en bij een voeding en een overeenstemmende af voer à rato van 150 m3 en een recyclage van 700 m3, men dan een recyclagetijd bekomt van 2 dagen, een navergistingstijd van 2 dagen en een totale minimale doorlooptijd van 4 dagen, terwijl de gemiddelde totale verblijftijd dan 2000:150 = 13,33 dagen bedraagt. Op deze wijze kan men een zeer hoge belasting aanhouden terwijl nog steeds een uitgegist materiaal geproduceerd wordt dat minimaal 4 dagen in de vergistingstank heeft verbleven.

Het is evident dat de voedingsinrichting 3 middelen kan omvatten die de verhouding van vers organisch materiaal tot gerecycleerd entmateriaal bepalen, en dat deze verhouding instelbaar is of kan worden geregeld door een sturing.

Het is ook duidelijk dat de volumes van de zones, de recyclageverhoudingen en de gemiddelde verblijftijden aangepast en geoptimaliseerd dienen te worden afhankelijk van het te verwerken organisch materiaal, de gewenste organische belasting, en de gewenste biogasproductie evenals stabiliteit van het deels of volledig uitgegiste materiaal.

Het is ten slotte ook duidelijk dat een vergistingstank 1 volgens de uitvinding ook kan zijn voorzien van meerdere terugvoeropeningen 12 op verschillende afstanden tussen de inlaat 6 en de uit laat 9, en daarbij horende recyclageleidingen 13 die naar de voedingsinrichting 3 voeren, waarbij per bijkomende terugvoeropening 12 een bijkomende zone wordt gecreëerd tussen de voornoemde zones A en B. Het materiaal in elke zone vertoont specifieke kenmerken die door een gepaste sturing van de bijhorende terugvoer van organisch materiaal een beoogd effect kunnen realiseren.

De inrichting voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal, zoals weergegeven in figuur 2, verschilt daarin van de hierboven besproken inrichting dat de bodem 8 hier conisch is uitgevoerd. De uitlaat 9 sluit aan op het laagst gelegen centrale punt, en de recyclageleiding 13 sluit hier aan op een hoger gelegen gedeelte van de bodem 8, meer bepaald op een hoogte boven de uitlaat 9.

Daarnaast verschilt deze inrichting van de eerder besproken inrichting, zoals weergegeven in figuur 1, doordat de extractiepomp 10 is voorzien van een terugvoerleiding 14 die in deze uitvoering tot aan de mengpomp 4 leidt.

De werking van de vergistingstank 1, zoals weergegeven in figuur 2, verschilt daarin van de hierboven besproken vergistingstank 1, zoals weergegeven in figuur 1, dat de conische bodem 8 een eventuele dode zone voorkomt vari vergist materiaal in de hoeken nabij de aansluiting van de opstaande wanden en een vlakke bodem 8, zoals in het geval van figuur 1. De conische bodem kan ook afgerond worden.

De terugvoerleiding 14 kan worden aangewend indien er zich enige biologische onstabiliteit voordoet, omwille van seizoensschommelingen, verandering van kwaliteit van afval en dergelijke meer, in de eerste fase boven de terugvoeropening 12. Een gedeeltelijke recyclage en recirculatie van volledig uitgegist materiaal bekomen via de uitlaat 9, de extractiepomp 10 en de terugvoerleiding 14, zorgt ervoor dat de verblijftijd in de eerste zone A wordt verlengd en in de tweede zone B waarin de navergisting plaatsgrijpt, wordt ingekort. In het extreme geval zou bijvoorbeeld tijdelijk enkel volledig uitgegist materiaal via uitlaat 9 worden gerecycleerd, zodat de actieve vergisting gedurende 5 dagen in plaats van 4 dagen zou plaatsvinden, zodat een biologische remming of tijdelijke extra aanvoer van vers organisch materiaal kan worden opgevangen.

In de figuren 3 en 4 wordt een inrichting weergegeven die verschilt van de hierboven besproken inrichting voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal, zoals weergegeven in figuur 2, doordat de voedingsleidingen 5 tussen de mengpomp 4 en de inlaat 6 verticaal en gedeeltelijk in de vergistingstank 1 zijn gelegen. Zowel de voedingsleidingen 5 als de recyclageleidingen kunnen deels of geheel horizontaal zijn, afhankelijk van de positie van de mengpomp 4.

De uitlaat 12 bestaat hier uit verschillende uitlaatpunten die door middel van recyclageleidingen 13 naar de mengpomp 4 leiden.

Ook deze recyclageleidingen 13 tussen de mengpomp 4 en de aansluiting met de bodem 8 van de vergistingstank 1 verlopen verticaal, meer bepaald tot op een hoogte boven de uitlaat 9 in het conische deel van de vergistingstank 1.

Figuur 4 verduidelijkt hoe drie voedingsleidingen 5 zijn voorzien, hier elk op een onderlinge hoekverdraaiing van 120°, en hoe op gelijkaardige wijze drie recyclageleidingen 13 zijn voorzien, telkens één op een hoekverdraaiing a, hier gelijk aan 60° ten opzichte van een voedingsleiding 5.

De voedingsleidingen 5 zijn in deze uitvoeringsvorm nabij de opstaande wand van de vergistingstank 1 gelegen, terwijl de recyclageleidingen 13 enigszins dichter bij de centraal gelegen uitlaat 9 zijn gelegen.

Dit kan ook omgekeerd worden uitgevoerd waarbij de recyclageleidingen 13 dichter bij de wand, en de voedingsleidingen 5 meer centraal in het conische gedeelte van de vergistingstank 1 worden ingebouwd.

Eventueel kan de toevoer via één of meerdere punten in het dak of bovenaan de reactor via externe voedingsbuizen gebeuren. Ook kunnen de recyclagebuizen hoger of lager worden aangebracht in het conische gedeelte of zelfs in het verticale gedeelte van de wand van de vergistingstank 1, of hoger ten opzichte van de vlakke bodem 8 in het geval van een cilindervormige vergistingstank 1.

De uitvoering, zoals weergegeven in de figuren 3 en 4, is in dat opzicht voordelig doordat de verticale plaatsing van de recyclagebuizen 13 en van de voedingsbuizen 5, die gedeeltelijk in de vergistingstank 1 zijn aangebracht, gravitair worden gevoed en geen extra ruimte vergen buiten de tank.

Door de bijzondere onderlinge positionering van de voornoemde buizen, wel verdeeld en hier op 60° onderlinge hoekverdraaiing, waarbij de recyclagebuizen enigszins meer centraal of meer naar de wand toe zijn gelegen, wordt een goede doorstroom van het vergistend materiaal bekomen.

Zoals in de figuren 3 en 4 is weergegeven, kan de terugvoeropening 12 ook uit verschillende uitlaatpunten bestaan. Eventueel worden de verschillende uitlaatpunten op een onderling verschillende afstand van, of hier op een verschillende hoogte boven, de uitlaat 9 voorzien. Eventueel is de afstand van een uitlaatpunt tot de uitlaat 9 instelbaar.

In figuur 5 tenslotte is een variante uitvoeringsvorm weergegeven van een inrichting voor het anaëroob vergisten van organisch afval waarbij de vergistingstank 1 horizontaal is gepositioneerd.

Het vergistende materiaal wordt volgens het principe van een propstroom horizontaal verplaatst van de inlaat 6, die zich in figuur 5 aan de linkse zijde bevindt, naar de uitlaat 9 aan de rechtse zijde.

De werking van de vergistingstank 1, zoals weergegeven in figuur 5, is volledig gelijkaardig aan de werking van de opstaande vergistingstank 1, zoals weergegeven in figuur 1, doch in deze uitvoeringsvorm wordt het materiaal horizontaal van de inlaat 6 naar de uitlaat 9 verplaatst.

Het is duidelijk dat voor alle besproken uitvoeringsvormen de voedingsinrichting 3 ook anders kan zijn opgebouwd en bijvoorbeeld een gescheiden pomp en menger kan bevatten, of waarbij de pomp is vervangen door andere middelen voor de voortstuwing van het vers organisch materiaal en de entstof in een bepaalde verhouding, eventueel zonder actieve menger.

Ook kan het vers organisch materiaal via een aparte pomp in de vergistingstank 1 of in de voedingsleiding 5 bijgevoegd worden, alsook het deels uitgegiste materiaal apart via een andere pomp en voedingsleiding 5. Een menger of duwschroef kan bijkomend in de vergistingstank 1 ingebouwd worden om het materiaal ofwel te mengen ofwel voort te stuwen. Ook kan biogas geïnjecteerd worden om het gistende materiaal deels te stuwen en/of te mengen. Bij voorkeur wordt het horizontale duw- of mengsysteem zo geconcipieerd dat er geen of slechts een beperkte menging tussen de eerste zone A en de tweede zone B plaatsvindt.

Het is ook duidelijk dat de terugvoeropening 12 op verschillende wijzen met de voedingsinrichting 3 kan worden verbonden en dat de recyclageleidingen 13 kunnen worden vervangen door andere middelen die kunnen instaan voor het transport van deels uitgegist materiaal als entmateriaal.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze en inrichting voor het anaëroob vergisten van biologisch afbreekbaar materiaal kan in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (21)

1. Werkwijze voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal, waarbij het te vergisten organisch materiaal samen met entmateriaal in een vergistingstank (1) wordt gebracht en van een inlaat (6) van de vergistingstank (1) naar een uit laat (9) ervan voortbeweegt of wordt voortbewogen, waarbij het vergiste materiaal via de uitlaat (9) uit de tank (1) wordt verwijderd, daardoor gekenmerkt dat een fractie van het deels vergiste materiaal dat zich tussen de inlaat (6) en de uitlaat (9) bevindt uit de vergistingstank (1) wordt verwijderd via minstens één terugvoeropening (12) en als entmateriaal wordt aangewend, terwijl het deels vergiste materiaal tussen de terugvoeropening (12) en de uitlaat (9) nog een bepaalde tijd wordt navergist vooraleer via de uitlaat (9) uit de vergistingstank (1) te worden verwijderd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde fractie deels vergist materiaal via terugvoeropening (12) wordt verwijderd na minstens 12 uur en bij voorkeur minstens 2 dagen, en waarbij deels vergist materiaal minstens 6 uur, en bij voorkeur minstens 2 dagen via uitlaat (9) wordt verwijderd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat een deel van het uitgegiste materiaal dat via de uitlaat (9) uit de vergistingstank (1) wordt verwijderd, gerecirculeerd wordt naar de invoer van de vergistingstank (1), en daarbij eventueel wordt vermengd met vers te vergisten organisch materiaal en eventueel ook met entmateriaal dat via de terugvoeropening (12) uit de vergistingstank (1) werd verwijderd.

4. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 3, daardoor gekenmerkt dat het materiaal gravitair van boven naar onder doorheen de vergistingstank (1) beweegt.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat in de vergistingstank (1) geen mechanische menging noch een menging met gasinjectie plaats vindt.

6. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 3, daardoor gekenmerkt dat het materiaal horizontaal van het éne einde naar het andere einde doorheen de vergistingstank (1) beweegt.

7. Inrichting voor het realiseren van een werkwijze volgens één of meer voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat ze een vergistingstank (1) omvat met een vergistingsruimte (2) waarin organisch materiaal kan worden vergist, een voedingsinrichting (3) die vers organisch materiaal kan vermengen met entmateriaal en kan doorvoeren naar een inlaat (6) in de vergistingstank (1), die ook is voorzien van een uitlaat (9) waarlangs vergist materiaal kan worden afgevoerd en een uitlaat voor biogas (7), waarbij de inrichting tevens voorzien is van een terugvoeropening (12) waarlangs een fractie van het deels vergiste materiaal, dat zich tussen de inlaat (6) en de uitlaat (9) bevindt, uit de vergistingstank (1) kan worden verwijderd en tot aan de voedingsinrichting (4) kan worden gevoerd.

8. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de terugvoeropening (12) de vergistingstank (1) opdeelt in een eerste zone (A) stroomopwaarts de terugvoeropening (12), en in een tweede zone (B) stroomafwaarts daarvan, en dat de terugvoeropening (12) zich op een voldoende grote afstand van de uitlaat (9) bevindt, bij voorkeur zodanig dat het volume van de tweede zone (B) minstens één vijftigste of zelfs één twintigste, één vijfde, één vierde, één derde of tot de helft van het totale volume van de vergistingstank (1) inneemt, om te bekomen dat tenminste een navergisting van 6 uren en bij voorkeur van minstens 2 dagen, kan worden gegarandeerd.

9. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de voedingsinrichting (3) een mengpomp (4) omvat.

10. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de voedingsinrichting (3) een menger omvat.

11. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de voedingsinrichting (3) een pomp omvat.

12. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de voedingsinrichting (3) twee toevoersystemen bevat waarbij vers organisch materiaal samen met het deels vergiste materiaal of elk via een aparte leiding via een gezamenlijke voedingsleiding (5) of twee aparte leidingen (5) in de vergistingstank (1) worden gebracht.

13. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat een mengsysteem is voorzien in de eerste zone (A).

14. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat een mengsysteem is voorzien in de eerste zone (A) en de tweede zone (B) , waarbij er geen of weinig menging is tussen de twee zones.

15. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de voedingsinrichting (3) middelen omvat die de verhouding van vers organisch materiaal tot gerecycleerd entmateriaal bepalen, en dat deze verhouding instelbaar is of kan worden geregeld door een sturing.

16. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de voedingsinrichting (3) voedingsleidingen (5) omvat.

17. Inrichting volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de vergistingstank (1) twee of meerdere terugvoeropeningen (13) omvat.

18. Inrichting volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de vergistingstank (1) in de hoogte instelbare terugvoeropeningen (13) omvat.

19. Inrichting volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat de voedingsleidingen (5) uitmonden in een inlaat (6) in de vergistingstank (1).

20. Inrichting volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat tussen de terugvoeropening (12) en de voedingsinrichting (3), recyclageleidingen (13) zijn voorzien.

21. Inrichting volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat tussen de extractiepomp (10) en de voedingsinrichting (3) een terugvoerleiding (14) is voorzien.