DE10125408A1

DE10125408A1 - Verfahren zur mechanisch-biologischen Abfallbehandlung fester sperriger und hausmüllähnlicher Siedlungsabfälle mit energetischer und stofflicher Kopplung der biologischen und physikalischen Prozessstufen

Info

Publication number: DE10125408A1
Application number: DE10125408A
Authority: DE
Inventors: Christoph Tischer; Peter Thiem; Georg Koerner
Original assignee: ABFALLENTSORGUNGSVERBAND SCHWA
Current assignee: ABFALLENTSORGUNGSVERBAND SCHWA
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2002-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanisch-biologischen Abfallbehandlung, bei dem feste Siedlungsabfälle bei Aushaltung von Störstoffen und Metallen in eine hochwertige und schadstoffentfrachtete Brennstofffraktion und in eine unter höchstmöglicher Ausnutzung des biologisch verfügbaren Energiepotenzials inertisierte Fraktion getrennt werden. Zu den Besonderheiten des Verfahrens gehört die Nutzung der Verbrennungsabwärme des beim biologischen Abbau entstandenen Biogases zur Brennstofftrocknung und eine Technologie, bei der der Fermenteroutput unter starker Wassergehaltsreduzierung unmittelbar in ein aerobes Milieu überführt wird. Des weiteren ist das Verfahren durch eine vom Wassergehalt des Nachrotteoutputs abhängige Belüftungssteuerung und durch geschlossene Wasserkreisläufe gekennzeichnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung und Behandlung unterschiedlich ent sorgbarer Materialfraktionen aus gemischten Siedlungsabfällen, wobei die Funktionalität und die Besonderheiten des Verfahrens durch stoffliche und energetische Synergien zwischen den einzelnen Verfahrensschritten geschaffen werden. Verfahrensbestandteile sind mechanische Trennschritte zur Materialfraktionierung, biologische Behandlungsschritte aus Vergärung und Nachrotte sowie Aufbereitungsschritte verwertbarer heizwertreicher Anteile in Verbindung mit einer Materialtrocknung.

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf gemischte Siedlungsabfälle, insbesondere auf Hausmüll. Er besteht aus einer Vielzahl von Stoffen, wie beispielsweise Papier, Glas, Metallen, Keramik, Verbunden und Kunststoffen. Der Abfall kann folgende Zusammensetzung besitzen:

Derart gemischte Abfälle werden durch physikalische Prozesse wie Zerkleinerung, Siebung, Sichtung, Metallabscheidung und Schwimm-Sinktrennung oder Auswaschung in verschiede ne Stoffgruppen zerlegt. Alle Verfahrensschritte zielen auf die Herstellung verwertbarer Frak tionen ab. Hierbei hat insbesondere die Herstellung einer heizwertreichen Fraktion für die thermische Verwertung die mengenmäßig größte Bedeutung. Bei den bekannten Verfahren fallen auch mehr oder weniger Anteile an, die unter wirtschaftlichen oder ökologischen Ge sichtspunkten in Müllverbrennungsanlagen oder auf Deponien beseitigt werden.

Neben den physikalischen Behandlungsschritten sind biologische Aufbereitungsverfahren wie die Rottetechnik, die Vergärung und die biologische Trocknung üblich.

Die Vergärungsverfahren werden in nasse und trockene Verfahren unterschieden. Bei den Nassverfahren mit Wassergehalten größer 90% gibt es Technologien, bei denen die nativ or ganischen Stoffe mit einem Percolator in eine Suspension überführt werden, die dann an schließend vergoren wird. Bei den Trockenvergärungsverfahren mit Wassergehalten kleiner 70% werden die nativ organischen Bestandteile mit Presswasser aus der Entwässerung des Fermenteroutput und einer internen Rückführung von Gärsubstraten, die der Impfung mit Mikroben dient, vermischt. Das Biogas wird einer Verwertung, meist in einem Blockheiz kraftwerk, zugeführt.

Mängel bestehender Verfahren

Bei allen Verfahren wird viel Energie für die Entwässerungs- und Trocknungsprozesse so wohl der biologisch behandelten, als auch der heizwertreichen Fraktion benötigt.

Flüssigvergärungsverfahren haben den Nachteil, dass der hohe Wassereintrag in die nativ organische Fraktion nur durch einen hohen Energieeintrag (Pressen, Trocknen) wieder ent fernt werden kann und dass das Auswaschen der organischen Fraktion unter praktischen Be dingungen nur mehr oder weniger vollständig gelingt.

Das Substrat der Trockenvergärung enthält bis zu 70% Wasser. Der Fermenteroutput wird oftmals durch Pressvorgänge entwässert und anschließend durch Wärmezufuhr getrocknet.

Ziel der Erfindung

Ausgehend von der dargestellten Problematik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die biogene Energie des Abfalls für den Behandlungspro zess, insbesondere für die Entwässerung und Trocknung, umfassend genutzt wird.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können die dargestellten gemischten Siedlungs abfälle unter Nutzung ihrer biogenen Energie behandelt werden.

Verfahrensbeschreibung

Die Erfindung ist in Fig. 1 beispielhaft schematisch als verfahrenstechnisches Grundfließ bild dargestellt. Die Abfallbehandlung wird wie folgt realisiert:

Abtrennung der biogenen Stoffe

Der biogene Anteil der gemischten Siedlungsabfälle wird nach einer optionalen Störstoffaus lese und einer Vorzerkleinerung (1), die dem Aufreißen der Müllsäcke und dem Homogeni sieren dient, in eine mit nativ organischen Anteilen angereicherte biogene Fraktion und in eine aus heizwertreicheren Stoffen bestehende Fraktion durch Grobsiebung (Siebschnitt 80-150 mm) aufgeteilt (2). Der Siebdurchgang der Grobsiebung wird in einer zweiten Siebstufe vom Feinkorn getrennt (3). Das Abtrennen der Feinfraktion ist vorteilhaft, um das Kornspekt rum bei der nachfolgenden Sichtung (4) des Mittelkorns zu verengen und damit die Trenn schärfe zu erhöhen. Das Mittelkorn wird mittels einer Saugsichtung vom restlichen Leichtgut befreit.

Herstellung des Gärsubstrates

In einer Misch- und Knetmaschine (5) werden die gereinigten biogenen Stoffe intensiv unter Zugabe von definierten Mengen von Feinkorn und Presswasser aus der Entwässerung des Fermenteroutputs gemischt und geknetet. Durch den Knetvorgang werden die biogenen Stoffe für die Bakterien als Nährstoffe aufgeschlossen. Das überwiegend aus mineralischen Anteilen bestehende Feinkorn dient hierbei als Mahlmittel. Mit dem Presswasser wird die optimale Feuchtigkeit (50-70%) eingestellt und gleichzeitig werden dem Teig die Bakterien für die Gärung zugemischt. Auch Anteile von Outputmaterial aus dem Fermenter können zur Beimp fung des Inhaltes der Misch- und Knetmaschine zugeführt werden. Überschüssiges Feinmate rial, welches in der Regel nur eine sehr geringes Gasbildungspotential besitzt, kann direkt zur Nachrotte gelangen.

Vergärung

Die biologische Stufe ist als Trockenfermentation ausgeführt (6).

Nachbehandlung des Fermenteroutputs

Nach der Vergärung besitzt der Abfall eine Feuchtigkeit von ca. 60-75%. Für die nachfol genden Prozessstufen muss der Wassergehalt zur Vermeidung von anaeroben Methanbil dungsprozessen vom Fermenteroutput verringert werden. Das geschieht durch Pressen (7), beispielsweise mit einer Schneckenpresse bis auf 45%. Das Presswasser dient, wie oben be schrieben, zur Einstellung der Feuchtigkeit des Gärteiges.

Da die Materialfeuchtigkeit nach der mechanischen Entwässerung für eine optimale Nachrotte noch zu hoch ist, wird das entwässerte Material mit bereits nachgerottetem Material gemischt (8). Neben der Einstellung des Wassergehaltes auf 40 bis 45% soll durch das Mischen der Nachrotteinput mit aeroben Bakterien geimpft werden. Eine Trocknung des Materials durch Wärmezufuhr ist nicht erforderlich. Der Fermenteroutput enthält ausreichend biogene Stoffe, um ihn in der Nachrotte (9) zu trocknen. Am Ende der Nachrotte ist der Wassergehalt auf 25-35% gesunken.

Abluftbehandlung

Da die Atmungsaktivität (AT₄) nach der Fermentation und der Mischung mit teilgerottetem Nachrottematerial gegenüber dem Ausgangswert des Fermenterinputs stark verringert ist, erfolgt die Abluftreinigung vorzugsweise mit einem Biofilter (10), wobei in den ersten Tagen der Nachrotte eine saure Wäsche der Abluft zur Ammoniakeliminierung vorzusehen ist. Die Nachrotte erfolgt mit gegenüber anderen Verfahren wesentlich geringeren Luftmengen. Unter Kontrolle des Sauerstoffgehaltes, der in einer Saugbelüftung gefassten Nachrotteabluft, der nicht wesentlich unter 15% fallen sollte, wird die Luftzufuhr so gesteuert, dass sich der Was sergehalt des Nachrotteoutputs auf den optimalen Deponiewassergehalt reduziert. Dabei sind die Nachrottedauer, das durch den Organikabbau bedingte Reaktionswassers und die Abluft parameter gemäß des h-x-Diagramms nach Mollier zu berücksichtigen. Da infolge der relativ geringen Belüftungsrate die Nachrotteabluft Temperaturen zwischen 50 und 75°C erreicht, muss die Abluft zum Schutz des Biofilters abgekühlt werden. Dies geschieht durch einen Kondensatorkreislauf, bei dem ein Wärmetauscher im Abluftstrom und ein Wärmetauscher vorzugsweise in einem Wassersammelbecken, dass unter anderem der Pufferung von Nieder schlagswasser und Trocknungskondensaten dient, angeordnet ist.

Trocknung der Grob- und Leichtfraktion

Die Grobfraktion der gemischten Siedlungsabfälle hat, bedingt durch das Saugverhalten von Papier und Textilien sowie anhaftenden nassen Müllbestandteilen, einen Wassergehalt, der in der Regel über 30% liegt. Um das Trennverhalten und die kalorischen Eigenschaften zu verbessern, muss diese Fraktion getrocknet werden. Zur Trocknung (11) wird die Abwärme der Biogasverstromung bzw. der direkten Biogasverbrennung (12) genutzt. Vorzugsweise wird das heiße Rauchgas zur Konvektionstrocknung, beispielsweise in einem Trommeltrock ner, genutzt. Die mit einem Saugzug transportierten heißen Rauchgase verhindern, wegen des reduzierten Sauerstoffgehaltes, eine Entzündung der trockenen Stoffe. Die sich bei der Trocknung abkühlenden Rauchgase müssen dann entsprechend ihrer Schadstoffbelastung einer Rauchgasreinigung unterzogen werden (13).

Die getrockneten heizwertreichen Anteile werden entsprechend des Verwertungsweges aufbe reitet und konditioniert. Das kann durch Sichtung (14), Metallabscheidung, Nachzerkleine rung und Konfektionierung (15) - wie Pelletierung oder Kompaktierung - geschehen.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von gemischten Siedlungsabfällen, um diese in verwertba re und zu beseitigende Fraktionen zu trennen mit folgenden optionalen Behandlungs schritten, wobei die in den Unteransprüchen zwei bis sieben genannten verfahrens charakterisierende Besonderheiten nicht vollständig umgesetzt werden müssen:

- Vorbehandlung des Abfalls durch mechanische Zerkleinerung
- Trennung des Abfalls durch Siebung in Grob-, Mittel- und Feinfraktion
- Reinigung der Mittelfraktion von Leichtgut durch Sichtung
- Mischen der Mittelfraktion mit einem Teil des Feinkorns und einem Teil des Fer menter - Outputs sowie Aufschließen der Nährstoffe durch Kneten des Teiges
- Produktion von Biogas durch die Fermentation der Abfälle
- Verwertung des Biogases zur Stromherstellung in einem Blockheizkraftwerk
- Konvektionstrocknung der Grob- und Leichtfraktion durch die Abgase des Block heizkraftwerkes
- Trennen der getrockneten Grob- und Leichtfraktion in Leichtgut, Schwergut, Me talle, inerte Bestandteile durch Siebung, Zerkleinerung, Magnet- und Induktions abscheider und Sichter
- Konfektionierung eines Brennstoffes
- Entwässern des Substrates aus dem Fermenter durch Pressen
- Mischen des gepressten Substrates mit teilgerottetem Material
- Nachrotten des Materials
- Kühlung der Rotteabluft und Reinigung über einen Biofilter/sauren Wäscher

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nativ organische Stoffe von den anderweitig verwertbaren Stoffen der gemischten Siedlungsabfälle getrennt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralienhaltige Feinkorn mit den nativ organischen Stoffen gemischt wird und dem Mischungspro zess als Mahlmittel dient.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Feuchtigkeitsgehaltes für die Nachrotte das Substrat mit einem Teil des Nachrottema terials zur Einstellung der Prozessparameter gemischt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme der Abgase des Blockheizkraftwerkes zur Konvektionstrocknung der Grob- und Leichtfraktion genutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase der Nachrotte vor der Reinigung mit dem Biofilter/Saurer Wäscher durch das Auskondensieren von Wasserdampf an einem mit dem Wassersammelbecken verbundenen Kondensa torkreislauf abgekühlt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Belüf tungsmenge in der Nachrotte durch den optimalen Einbauwassergehalt des Nachrot teoutputs, gemäß der Wasseraufnahmekapazität der Zuluft, abzüglich des durch den Organikabbau resultierenden Reaktionswassers über den Behandlungszeitraum be stimmt wird, wodurch keine Bewässerung der Nachrotte nötig wird. Die Steuerung dient neben der Möglichkeit der Feuchteeinstellung während und nach der Rotte dem Geringhalten der Belüftungsmenge.