DE102004055162B4

DE102004055162B4 - Verfahren zur Entschwefelung von Faulgas

Info

Publication number: DE102004055162B4
Application number: DE102004055162A
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dipl.-Ing. Fuchs; Martin Fuchs
Original assignee: Martin Fuchs GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter Dipl-Ing Leonhard Fuchs Martin Fuchs 56727 Mayen); MARTIN FUCHS GbR VERTRETUNGSBE
Current assignee: Martin Fuchs GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter Dipl-Ing Leonhard Fuchs Martin Fuchs 56727 Mayen); MARTIN FUCHS GbR VERTRETUNGSBE
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2024-11-17
Also published as: DE102004055162A1

Abstract

Verfahren zur Entschwefelung von Faulgas aus einer anaeroben Aufbereitung von Schlamm, dadurch gekennzeichnet, dass
a. das Faulgas in einer ersten geschlossenen Zone in eine wässrige Waschflüssigkeit eingeleitet wird, wobei der in dem Faulgas enthaltene Schwefelwasserstoff weitgehend in der Waschflüssigkeit gelöst wird,
b. das weitgehend entschwefelte Faulgas aufgefangen und weiterverwendet wird,
c. die mit Schwefelwasserstoff angereicherte Waschflüssigkeit kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich aus der ersten Zone in eine zweite Zone geleitet und dort mit einem sauerstoffhaltigen Gas belüftet wird, wobei der in der Waschflüssigkeit gelöste Schwefelwasserstoff unter Verbrauch von dem gelösten Sauerstoff zu Wasser und elementarem Schwefel oxidiert wird und wobei kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich eine entsprechende Menge mit feindispersem, elementaren Schwefel angereicherte Menge Waschflüssigkeit entweder teilweise in die erste Zone zurückgeführt oder unmittelbar vollständig abgezogen wird.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Entschwefelung von Faulgas aus einer anaeroben Aufbereitung von Schlamm sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei der anaeroben biologischen Aufbereitung von Klärschlamm, Gülle oder flüssigen organischen Abfällen entsteht ein Faulgas, auch Biogas genannt, welches hauptsächlich Methan und Kohlendioxid enthält. Darüber hinaus enthält es aus der Zersetzung von Eiweissstoffen auch Schwefelwasserstoff. Aufgrund seines hohen Gehaltes an Methan ist es ein wertvoller Brennstoff, der für Heizzwecke oder den Betrieb von Gasmotoren genutzt werden kann. Bei der Verbrennung von Schwefelwasserstoff entsteht Schwefeldioxid und schweflige Säure, die im Abgas unerwünscht sind und in Gasmotoren sehr hohen Verschleiß bewirken können.
In letzter Zeit werden vermehrt Faulanlagen zur biologischen Aufbereitung von Schlamm gebaut. Das dabei anfallende Faulgas wird in Gasmotoren verbrannt. Die Gasmotoren treiben Generatoren zur Stromerzeugung an. Die Abwärme der Motoren wird zunächst zur Heizung der Faulanlagen, aber auch anderweitig genutzt.
Ausgefaulte Gülle wird üblicherweise als flüssiger Dünger auf landwirtschaftliche Nutzflächen ausgebracht. Der in der Rohgülle enthaltene Schwefel wird bei der Düngung benötigt. Der in Form von Schwefelwasserstoff aus der Rohgülle entweichende Schwefel fehlt dann im Dünger.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Verminderung des Schwefelgehalts im Faulgas bekannt. Bei Dosierung von Eisensalzen in den Schlamm bilden sich nahezu unlösliche, d. h. nicht flüchtige Sulfide. Nachteilig sind dabei die Kosten für die erforderlichen Fällungsmittel und die Gefahr, dass die landwirtschaftlichen Nutzflächen, auf die der ausgefaulte Schlamm ausgebracht wird, versauern.
Die Offenlegungsschrift DE 42 38 170 beschreibt ein Verfahren zum Aufbereiten von Abgasen bzw. Abluft, insbesondere von Methan und Schwefelwasserstoff enthaltenden Faulgasen, wie sie beispielsweise in Faultürmen von Kläranlagen entstehen, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Abgase bzw. Abluft in einen mit Wasser zumindest teilweise gefüllten Reaktor eingeleitet werden und das Wasser/Gasgemisch mit Ozon in Kontakt gebracht wird.
Nachteilig dabei sind die Kosten für die Produktion von Ozon, welches dabei zum Einsatz kommt.
Ferner beschreibt die Offenlegungsschrift DE 33 31 189 ein Verfahren zur Reinigung von in einer Kläranlage anfallendem Faulgas, das mit Hilfe einer Reinigungsmasse entschwefelt wird.
Nachteilig daran ist, dass die verwendete Reinigungsmasse zu zusätzlichen Kosten führt und eine vermeidbare Belastung der Umwelt mit sich bringt.
Das Faulgas kann auch in Aktivkohlefiltern entschwefelt werden. Nachteilig sind dabei der hohe Wartungsaufwand und die Kosten für den Austausch bzw. die Regenerierung der Aktivkohle. Eine Bindung des im Faulgas enthaltenen Schwefelwasserstoffs an Eisenoxidgranulat wird zwar gelegentlich praktiziert, führt aber zum Teil zu erheblichen Betriebsschwierigkeiten.
Bei vorhandenen Faulanlagen wird häufig ein kleiner Luftstrom in den Gasraum über dem Schlamm eingeleitet. Mit Hilfe des Sauerstoffs aus der Luft wird der Schwefelwasserstoff im Faulgas dort teilweise zu elementarem Schwefel oxidiert, der sich an der Decke, der Seitenwand und den Einbauten im Gasraum niederschlägt. Dadurch bilden sich Schwefelkrusten, die von Zeit zu Zeit mühsam entfernt werden müssen und als Dünger ungeeignet sind. Das Einblasen von Luft in den Schlamm kommt nicht in Frage, da die Methanbildner obligatorisch anaerobe Mikroorganismen sind, die keinen Sauerstoff vertragen.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Entschwefelung von Faulgas zu entwickeln, das sicher und kostengünstig arbeitet, für das keine Chemikalien oder andere Hilfsstoffe zugekauft werden müssen, und bei dem der Schwefelwasserstoff in brauchbarer oder wiederverwendbarer Form anfällt. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, weil hierbei der in der Waschflüssigkeit gelöste Schwefelwasserstoff von in Wasser gelöstem Sauerstoff zu elementarem Schwefel oxidiert wird und dabei in feindisperser Form anfällt. Dieser feindisperse elementare Schwefel kann vorzugsweise mit dem ausgefaulten Schlamm als Dünger auf landwirtschaftlichen Nutzflächen ausgebracht werden. Er kann dadurch Schwefelverluste im Dünger verhindern.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in kommunalen Kläranlagen steht meist ausreichend Brauchwasser zur Verfügung. Es ist dann möglich, sowohl die Reinigung des Faulgases vom Schwefelwasserstoff in der Zone 1 als auch die Oxidation des Schwefelwasserstoffs in der Zone 2 mit in wässriger Phase gelöstem Sauerstoff durchzuführen. Auch hierbei entsteht der feindisperse elementare Schwefel und kann beispielsweise durch Filtrieren abgetrennt werden. Ein so gewonnener Schwefel kann sowohl als Dünger als auch als sonstiger Wertstoff gesondert verwertet werden.
Von entscheidender Bedeutung ist, dass der Sauerstoff auf keinen Fall direkt in die Faulanlage eingeleitet werden darf, da er dort den anaeroben Mikroorganismen schadet. Weiterhin ist es zu empfehlen, sowohl das Faulgas als auch den Sauerstoff getrennt in wässrige Phasen einzubringen und erst danach miteinander zu vereinigen.
Je nach Gehalt an Schwefelwasserstoff im Faulgas einerseits und der Löslichkeit von Sauerstoff in der verwendeten wässrigen Phase andererseits kann es erforderlich sein, die beiden Flüssigkeiten zu rezirkulieren. Die ausgefaulten Schlämme sind im Allgemeinen neutral oder schwach alkalisch und sind deshalb in der Lage, relativ hohe Mengen an Schwefelwasserstoff zu lösen. Demgegenüber ist die Löslichkeit von Sauerstoff in derartigen wässrigen Phasen relativ gering. Durch Umpumpen der beiden wässrigen Phasen zwischen den beiden Zonen kann dennoch eine nahezu vollständige Entschwefelung stattfinden, da der feindisperse elementare Schwefel aus dem Reaktionsgleichgewicht entfernt wird.
Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass das Verfahren durchgeführt werden kann mit ausgefaultem Klärschlamm, einem Belebtschlamm/Abwasser-Gemisch oder auch gereinigtem Abwasser als Brauchwasser. Der Begriff "Schlamm" umfasst somit erfindungsgemäß dieses breite Spektrum ausgefaulter Schlämme und wässriger Phasen.
Bei Verwendung von ausgefaulter Gülle entsteht ein Produkt, welches nach der Entfernung des Schwefelwasserstoffs zusätzlich feindispersen elementaren Schwefel enthält und deshalb ausgezeichnet geeignet ist, als Dünger in der Landwirtschaft eingesetzt zu werden. Aber auch bei der Verwendung von ausgefaulten organischen Abfällen kann ein für Düngemittel geeigneter Schlamm entstehen.
Als sauerstoffhaltiges Gas für die Belüftung der zweiten Zone kommt vorzugsweise Luft in Frage. Es können aber auch technischer Sauerstoff, Abgase oder Mischungen derselben eingesetzt werden. Je nach dem, wie hoch der Gehalt an Schwefelwasserstoff im Faulgas und wie niedrig die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Zone ist, wird erfindungsgemäß rezirkuliert, das heißt die Flüssigkeit aus der zweiten Zone mit bereits gebildetem feindispersen elementaren Schwefel wird in die erste Zone zurückgepumpt.
Aus den obigen Ausführungen ergibt sich weiterhin, dass nur die erste Zone geschlossen sein muss, während die zweite Zone durchaus offen ausgebildet sein kann. Vorzugsweise wird die erste und die zweite Zone in mehreren Behältern oder Becken durchgeführt. Es ist aber durchaus möglich, in nur einem Behälter oder Becken die erste Zone abgedeckt zu halten, um das entschwefelte Faulgas ableiten zu können. Die Zufuhr von Sauerstoff in der zweiten Zone kann dann im offenen Teil des Behälters stattfinden.
Selbstverständlich können sowohl die erste wie auch die zweite Zone zusätzlich gerührt werden. Bei Bedarf weisen sie vorzugsweise im oberen Teil eine Vorrichtung auf zur Begrenzung oder Vernichtung von Schaum.
Schließlich werden vorzugsweise die Belüftungsintensität und/oder die Rührintensität in den Zonen geregelt. Die Regelung erfolgt dabei in Abhängigkeit von analytischen Daten der wässrigen Phasen.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Faulanlage mit einer Ableitung für schwefelhaltiges Faulgas in einen gerührten Behälter für die erste Zone, mindestens einer Verbindungsleitung zu einem weiteren gerührten Behälter für die zweite Zone, einer Ableitung für entschwefeltes Faulgas, einer Zuleitung für ein sauerstoffenthaltendes Gas in die zweite Zone, einer Ableitung von der zweiten Zone in einen Lagerbehälter, einer Ableitung aus dem Lagerbehälter sowie Verbindungsleitungen von der Faulanlage zu den Behältern der zweiten Zone oder der ersten Zone.
Bei Bedarf besitzt die Vorrichtung in den Zonen 1 und 2 Vorrichtungen zur Begrenzung oder Vernichtung von Schaum.
Das Verfahren und die bevorzugte Vorrichtung sind in den anliegenden 1–5 näher erläutert. In diesen bedeuten

1: ein Behälter mit der ersten Zone
2: ein Behälter mit der zweiten Zone
3: ein Lagerbehälter
4: eine Faulanlage
5: die Zuleitung für schwefelhaltiges Faulgas von der Faulanlage (4) zur ersten Zone
6: Ableitung von entschwefeltem Faulgas
7: Zuleitung von Sauerstoff enthaltendem Gas
8: Ableitung vom Lagerbehälter für Produkt, welches feindispersen elementaren Schwefel enthält
9 und 10: Verbindungsleitungen von der Faulanlage zu den Behältern der zweiten oder der ersten Zone

Besonders einfach und wirtschaftlich wird das Verfahren, wenn als Waschflüssigkeit ausgefaulter Schlamm verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ausgefaulter Schlamm kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich aus der Faulanlage entnommen und in einen Aerob-Reaktor (Zone 2) eingebracht. Dort wird er intensiv mit einem sauerstoffhaltigen Gas belüftet und gegebenenfalls durchmischt. Aus dem Aerob-Reaktor wird kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich mit Sauerstoff angereicherter Schlamm abgezogen und als Waschflüssigkeit in den geschlossenen Entschwefelungsreaktor (Zone 1) gepumpt. Dort wird das in der Faulanlage erzeugte Faulgas mit der Waschflüssigkeit vermischt. Der Schwefelwasserstoff wird weitgehend in der Waschflüssigkeit gelöst, während das weitgehend entschwefelte Faulgas wieder entweicht, aufgefangen und weiter verwertet wird. Die Waschflüssigkeit wird in den Aerob-Reaktor der Zone 2 zurückgepumpt. Dort erfolgt unter Sauerstoffzufuhr die weitere partielle Oxidation des Schwefelwasserstoffs zu Wasser und elementarem Schwefel, der feindispers in der Waschflüssigkeit verteilt und mit dem Ablauf ausgetragen wird.
Der ausgefaulte Schlamm, der als Waschflüssigkeit verwendet wird, kann auch ganz oder teilweise zuerst in den Entschwefelungsreaktor (Zone 1) gepumpt werden. Genauso kann mit feindispersem Schwefel angereicherte Waschflüssigkeit nicht nur aus dem Aerob-Reaktor (Zone 2), sondern auch ganz oder teilweise aus dem Entschwefelungsreaktor (Zone 1) abgezogen werden.
Der erforderliche Sauerstoff wird bevorzugt in den Aerob-Reaktor (Zone 2) eingebracht. Es ist aber auch möglich, den erforderlichen Sauerstoff teilweise in den Entschwefelungsreaktor (Zone 1) einzubringen, ohne daß es dort zur Krustenbildung kommt.
Wenn als Waschflüssigkeit Wasser oder Brauchwasser wie beispielsweise gereinigtes Abwasser verwendet wird, kann der feindisperse elementare Schwefel gegebenenfalls unter Einsatz von weiteren Flockungs- und Flockungshilfsmitteln ausgefällt, abfiltriert und verwendet werden.
Die Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise in den beschriebenen Behältern durchgeführt. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, das Auswaschen von Schwefelwasserstoff in der Zone 1 und/oder das Einbringen von Sauerstoff in der Zone 2 in entsprechenden Kolonnen oder Sprühtürmen durchzuführen. Derartige Vorrichtungen sind aber erfahrungsgemäß anfälliger gegen Verschmutzungen und/oder benötigen mehr Energie und sind deshalb im Allgemeinen den einfacheren Vorrichtungen unterlegen.

Claims

Verfahren zur Entschwefelung von Faulgas aus einer anaeroben Aufbereitung von Schlamm, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Faulgas in einer ersten geschlossenen Zone in eine wässrige Waschflüssigkeit eingeleitet wird, wobei der in dem Faulgas enthaltene Schwefelwasserstoff weitgehend in der Waschflüssigkeit gelöst wird, b. das weitgehend entschwefelte Faulgas aufgefangen und weiterverwendet wird, c. die mit Schwefelwasserstoff angereicherte Waschflüssigkeit kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich aus der ersten Zone in eine zweite Zone geleitet und dort mit einem sauerstoffhaltigen Gas belüftet wird, wobei der in der Waschflüssigkeit gelöste Schwefelwasserstoff unter Verbrauch von dem gelösten Sauerstoff zu Wasser und elementarem Schwefel oxidiert wird und wobei kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich eine entsprechende Menge mit feindispersem, elementaren Schwefel angereicherte Menge Waschflüssigkeit entweder teilweise in die erste Zone zurückgeführt oder unmittelbar vollständig abgezogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschwasser ausgefaulter Klärschlamm verwendet wird, in welchem das zu entschwefelnde Faulgas bei der anaeroben Aufbereitung von Klärschlamm erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschflüssigkeit ausgefaulte Gülle verwendet wird, wenn das zu entschwefelnde Faulgas bei der anaeroben Aufbereitung von Gülle erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschflüssigkeit ausgefaulter, flüssiger organischer Abfall verwendet wird, wenn das zu entschwefelnde Faulgas bei der anaeroben Aufbereitung von flüssigem organischen Abfall erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschwasser statt ausgefaultem Schlamm Wasser oder Brauchwasser wie beispielsweise gereinigtes Abwasser verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass als sauerstoffhaltiges Gas für die Belüftung der zweiten Zone Luft, technischer Sauerstoff, Abgas oder eine Mischung derselben verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der sauerstoffhaltigen Flüssigkeit der zweiten Zone in die erste Zone rückgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone geschlossen oder offen ausgebildet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste und die zweite Zone in einem oder in mehreren Behältern oder Becken befinden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Zone Vorrichtungen zur Begrenzung bzw. Vernichtung von Schaum aufweisen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsintensität in den Zonen geregelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührintensität in den Zonen geregelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass der bei dem Verfahren anfallende feindisperse elementare Schwefel als Dünger auf landwirtschaftliche Nutzflächen verbracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit feindispersem elementaren Schwefel angereicherter ausgefaulter organischer Abfall auf landwirtschaftlichen Nutzflächen verbracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 und 5–13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit feindispersem elementaren Schwefel angereicherte Waschflüssigkeit filtriert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1–15 bestehend aus einer Faulanlage (4) mit einer Ableitung für schwefelhaltiges Faulgas (5) in einen gerührten Behälter für die erste Zone (1), mindestens einer Verbindungsleitung zu einem weiteren gerührten Behälter für die zweite Zone (2), einer Ableitung (6) für entschwefeltes Faulgas, einer Zuleitung (7) für ein sauerstoffenthaltendes Gas in die zweite Zone, einer Ableitung von der zweiten Zone in einen Lagerbehälter (3), einer Ableitung (8) aus dem Lagerbehälter (3) sowie Verbindungsleitungen (9) oder (10) von der Faulanlage zu den Behältern der zweiten oder ersten Zone.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen 1 und 2 Vorrichtungen zur Begrenzung beziehungsweise Vernichtung von Schaum aufweisen.