DE102006035794A1

DE102006035794A1 - Verfahren und Anlage zur anaeroben Behandlung von zellstoffhaltigen Abfällen

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Publication number: DE102006035794A1
Application number: DE102006035794A
Authority: DE
Inventors: Paul Schäll; Ulf Theilen; Thomas Luthardt-Behle; Armin Gosch; Susanne Veser; Christian Widmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Offenbart sind ein Verfahren zur anaeroben Behandlung von zellstoffhaltigen Abfällen und eine Vergärungsanlage für derartige Produkte, wobei diese zunächst mechanisch aufbereitet und zerkleinert werden, anschließend durch Zugabe von Prozesswasser oder dergleichen auf einen vorbestimmten Trockensubstanzgehalt verdünnt werden und in einem anschließenden Verfahrensschritt hygienisiert und anaerob vergoren werden. Der verbleibende ausgefaulte Rückstand wird in eine kunststoff- und eine zellstoffreiche Fraktion geteilt und diese Fraktionen über Konfektionierstufen zu Wert- oder Brennstoffen oder zu deponiefähigen Produkten konfektioniert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaeroben Behandlung von zellstoffhaltigen Abfällen und eine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignete Vergärungsanlage.

Zellstoff wird beispielsweise durch einen chemischen Aufschluss von Pflanzenfasern, meistens Holz hergestellt und besteht vorwiegend aus Cellulose. Zur Herstellung derartiger Cellulose werden überwiegend saure Sulfit-Verfahren und alkalische Sulfat-Verfahren verwendet. In jüngster Zeit werden jedoch auch alternative Verfahren, wie beispielsweise das Natural Pulping-Verfahren eingesetzt. Zellstoffe werden in einer Vielzahl von Produkten, wie beispielsweise Zigarettenfiltern, Papier, Kartonagen, Watte und Verbandstoffen, Taschentüchern, Hygieneprodukten, Cellulosefasern zur Armierung von Gips oder Zement oder zur Herstellung von Cellulose-Derivaten verwendet.

Obwohl ein Teil des anfallenden Altpapiers einer Aufbereitung unterzogen und beispielsweise bei der Herstellung von Papier verwendbar ist, wird der überwiegende Anteil des anfallenden Papier-/Kartonagenabfalls immer noch verbrannt. Der Betrieb derartiger Müllverbrennungsanlagen bedarf jedoch erheblicher anlagentechnischer Maßnahmen, um die strengen Umweltschutzauflagen zu erfüllen – entsprechend hoch sind die Kosten, die bei einer derartigen Papier-/Kartonagenverbrennung entstehen.

Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Zellstoffe sind Hygieneprodukte und dort Windeln und Inkontinenzprodukte. Diese enthalten üblicherweise Cellulosefasern, Kunststoffe (LDPE, PP, Superabsorptionspolymer (SAP)), Urin und Fäkalien und fallen insbesondere bei Altenheimen, Krankenhäusern sowie in Privathaushalten mit Kleinkindern an. Inkontinenzprodukte – im Folgenden IKP genannt – machen inzwischen ca. 15 bis 20% des gesamten Müllaufkommens in Deutschland aus und werden bislang als Mischfraktion über den hausmüllähnlichen Gewerbeabfall bzw. den Hausmüll erfasst. Mit Umsetzung der TA-Siedlungsabfall im Juni 2005 dürfen diese IKP nicht mehr unbehandelt deponiert werden, sondern müssen in Hausmüllverbrennungsanlagen oder Müllheizkraftwerken verbrannt werden.

Derzeit besteht noch kein einheitliches Sammel- oder Entsorgungskonzept für IKP, es sind auch keine alternativen Entsorgungsmöglichkeiten vorhanden.

Es sind zwar einige Versuche bekannt, IKP und andere cellulosehaltige Verbundstoffe, wie beispielsweise Lebensmittelverpackungen zu kompostieren – aufgrund des hohen Kunststofffolienanteils im Rottematerial ergaben sich jedoch nicht beherrschbare Probleme, so dass diese Versuche abgebrochen wurden. Als Alternative verbleibt derzeit im Wesentlichen die eingangs genannte Verbrennung in Hausmüllverbrennungsanlagen oder Müllheizkraftwerken. Aufgrund des vergleichsweise geringen Brennwertes dieser cellulosehaltigen Abfälle und des aufgrund der TA-Siedlungsabfall sprungartig angestiegenen Volumens von zur Verbrennung vorgesehenen Abfallprodukten, ist derzeit nicht genügend Kapazität zur vorschriftsmäßigen Entsorgung dieses andienungspflichtigen Abfalls vorhanden. Aufgrund dieses Entsorgungsengpasses wurden für eine befristete Zeit von 12 Monaten die im Juni geschlossenen Deponien wieder geöffnet, so dass der Engpass kurzfristig beseitigt ist – eine mittel- oder langfristige Lösung liegt nicht vor. Die Situation wird weiter dadurch erschwert, dass eine EU-Norm zur Abfalllagerung und Abfallbehandlung zur Verabschiedung ansteht, gemäß der ab dem Jahr 2008 nur noch mechanisch-biologisch vorbehandelter Hausmüll gelagert werden darf. Das heißt, spätestens zu diesem Zeitpunkt werden sich europaweit die gleichen Massenprobleme einstellen, wie sie sich derzeit aufgrund der Umsetzung der TA-Siedlungsabfall in Deutschland darstellen.

Aufgrund der sehr hohen und tendenziell weiter steigenden Entsorgungspreise der Kommunen, suchen immer mehr Pflegeeinrichtungen kostengünstigere Konzepte für ihren andienungspflichtigen Inkontinenzabfall, wobei in der Regel die Hersteller bzw. Lieferanten der IKP angesprochen werden. Am Beispiel der Auto- oder Elektroindustrie, die ihre Produkte am Ende deren Gebrauchszeit wieder zurücknehmen, zeigt sich ein Wandel in der Produktverantwortung, so dass auch von Seiten der Hersteller und Lieferanten der IKP nach leistungsfähigen Aufbereitungskonzepten gesucht wird.

In der Domain www.knowaste.de ist ein Recycling-Verfahren für IKP offenbart, bei dem diese zerkleinert und anschließend über eine chemische Behandlung und eine Trennstufe in Zellstoffe, Plastikstoffe sowie deaktivierte EAP aufgetrennt werden.

Problematisch bei diesem Verfahren ist, dass durch die chemische Behandlung die Verfahrensführung relativ komplex ist und den Anforderungen an eine mechanisch-biologische Aufbereitung im Sinne der zu erwartenden EU-Normen nicht genügen dürfte.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vergärungsanlage zu schaffen, mit denen sich cellulosehaltige Abfälle, insbesondere IKP auf einfache Weise aufbereiten lassen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vergärungsanlage durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 12 gelöst.

Erfindungsgemäß werden die zellstoffhaltigen Abfälle zunächst mechanisch aufbereitet und dabei zerkleinert. Die mechanisch aufbereiteten Abfälle werden dann mit Prozess-/Presswasser verdünnt (aufgeschlämmt), wobei einige der Inhaltsstoffe bereits in Lösung gehen. In einem sich anschließenden Verfahrensschritt wird diese Suspension in einer biologischen Aufbereitungsstufe aufgeschlossen, hygienisiert und organische Bestandteile methanisiert. Der verbleibende ausgefaulte Rückstand nach der biologischen Aufbereitungsstufe wird in eine kunststoff- und in eine zellstoffreiche Fraktion getrennt und diese Fraktionen dann in einer Konfektionierstufe zu Wert- oder Brennstoffen oder zu deponiefähigen Produkten verarbeitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vergärungsanlage ermöglichen es im großtechnischen Maßstab aus den zellstoffhaltigen Abfällen auf äußerst einfache und umweltverträgliche Weise Wert- und Brennstoffe sowie Biogas zu erzeugen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die biologische Aufbereitungsstufe eine Hygienisierung bei erhöhter Temperatur und eine nachfolgende Methanisierung in einem Bioreaktor (Fermenter).

Zur Beschleunigung des Abbaus/Aufschlusses der biologischen Bestandteile können während der Methanisierung oder Hygienisierung Nährstoffe für die Mikroorganismen zugeführt werden.

Aufgrund des vergleichsweise hohen Kunststoffanteils besteht während der biologischen Aufbereitung der zellstoffhaltigen Abfälle ein Stickstoffmangel. Zum Ausgleich dieses Stickstoffmangels wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, der biologischen Aufbereitung stickstoffhaltige Zuschlagstoffe, wie Harnstoff zuzuführen.

Die Stoffströme beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vergärungsanlage können so gesteuert werden, dass biologisch aktive Suspensionsbestandteile aus einer oder mehreren der Stufen abgezogen und als Impfgut oder zur Einstellung eines vorbestimmten Konzentrationsprofils einer oder mehreren der anderen Stufen oder an einer anderen Stelle des Strömungspfads in der gleichen Stufe wieder zuführbar sind. Dabei können die abgezogenen Suspensionsanteile sowohl Schwimm- als auch Sinkstoffe enthalten. Des Weiteren können die im Prozess erforderlichen Wasserströme in nahezu beliebiger Weise zwischen den einzelnen Stufen gesteuert werden, um die Abbau- und Reinigungsvorgänge zu optimieren.

Die zellstoffreiche Fraktion wird vorzugsweise zu einem niederkalorischen Brennstoff und sonstige Wertstoffe, die kunststoffreiche Fraktion zu einem hochkalorischen Brennstoff und Wertstoffe, wie Kunststoffgranulat konditioniert.

Die organische Umsetzung und Hygienisierung wird verbessert, wenn die Suspension in der Hygienisierstufe und während der Methanisierung mit Scherkräften beaufschlagt ist.

Die Hygienisierung kann mehrstufig erfolgen und lässt sich nach unterschiedlichen Konzepten realisieren. Bei einem Konzept erfolgt die Hygienisierung durch Begasung eines oder mehrerer Hygienisierungsbehälter, so dass aufgrund der durch die Beaufschlagung mit Prozesswasser und Gas (Luft) erfolgende Hydrolysierung (Versäuerung) das Substrat auf die Hygienisierungstemperatur (ca. 70°C) erwärmt wird und biologische Bestandteile bereits aufgeschlossen werden und in Lösung gehen. Die Hygienisierungsbehälter können durch einen Überlauf hydraulisch verbunden sein.

Alternativ kann die Temperaturerhöhung auch dadurch erfolgen, dass der Hygienisierungsstufe mittels eines Wärmetauschers erwärmte Suspension zugeführt wird.

Prinzipiell kann die Hygienisierungsstufe aus einem Hygienisierungsapparat mit zwei in Reihe geschalteten Hygienisierungsbehältern stehen, die jeweils ein Rührwerk aufweisen. Dabei wird es bevorzugt, wenn der Ablauf aus dem stromaufwärts gelegenen Hygienisierungsbehälter mit einem Wärmetauscher verbunden ist, dessen Ausgang über eine Ventileinrichtung mit einem Zulauf dieses Hygienisierungsbehälters und/oder des stromabwärts gelegenen Hygienisierungsbehälters verbindbar ist.

Alternativ kann der Hygienisierungsapparat auch als ein liegender Behälter ausgeführt sein, der von einer mit einem Durchlauf versehenen Trennwand in eine erste und eine zweite Hygienisierungskammer unterteilt ist. Die Suspension wird in beiden Kammern von einem gemeinsamen Rührwerk mit Scherkräften beaufschlagt, wobei die Suspension wiederum ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel über einen Wärmetauscher auf Hygienisierungstemperatur gebracht wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Hygienisierung und die Methanisierung in einem Kompaktreaktor, durch den die Suspension etwa als Pfropfenströmung von einem Suspensionseintrag zu einem Suspensionsaustrag gefördert wird. Der Behälter ist durch eine Zwischenwand mit Suspensionsdurchführung in eine Hygienisierungsstufe und eine stromabwärts davon gelegene Methanisierungs-/Fermentationsstufe unterteilt. Zur Verbesserung der Hygienisierung kann die Hygienisierungsstufe ihrerseits wiederum in zwei Kammern unterteilt sein.

Da die Verweilzeit in der Fermentationsstufe wesentlich länger als in der Hygienisierungsstufe ist, ist Letzere mit einer geringeren Axiallänge als die Fermentationsstufe ausgeführt.

Zur Einstellung eines vorbestimmten Temperaturprofils innerhalb des Behälters ist dieser isoliert und zumindest abschnittsweise beheizt.

Die Auftrennung der Gärprodukte erfolgt vorzugsweise in einem Trennbehälter, in dem durch Einbringen von Scherkräften die Zellstoffe vom Kunststoff ablösbar sind und in dem sich nach dem Aufbringen der Scherkräfte, beispielsweise bei Abschalten eines Rührwerks, eine Schichtung mit einer kunststoffhaltigen Schwimmschicht, einer faser-/zellstoffhaltigen Bodenschicht und einer dazwischen liegenden wässrigen Zone ausbildet, so dass diese Fraktionen auf einfache Weise aus dem Trennbehälter abziehbar sind.

Die Einstellung der Stoffströme zu und zwischen den einzelnen Stufen (Hygienisierung, Methanisierung, Trennanlage) erfolgt erfindungsgemäß über eine Dosierstation, die über eine geeignete Verrohrung mit den genannten Stufen verbunden ist, so dass Stoffströme aus einer oder mehreren der Stufen abziehbar und als Impfgut oder zur Einstellung eines vorbestimmten Konzentrationsprofils einer oder mehreren anderen Stufen oder der gleichen Stufe an einer anderen Stelle zuführbar sind. Unter dem Begriff "Dosierstation" soll eine Pumpeinrichtung mit dazugehöriger Verrohrung und Ventilanordnung verstanden werden, die es ermöglicht Stoffströme zwischen oder innerhalb der Stufen umzuwälzen und zu fördern.

Über diese Dosierstation kann auch die Zuführung der Nährstoffe und der sonstigen Zuschlagstoffe zur Verbesserung der biologischen Umsetzung gesteuert werden.

Zum Lösen oder Suspendieren des mechanisch aufbereiteten, zellstoffhaltigen Abfalls wird vorzugsweise ein Pulper verwendet.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 Verfahrensschemata von erfindungsgemäßen Verfahren zur anaeroben Behandlung von zellstoffhaltigen Abfällen;
2 Anlagenschemata von erfindungsgemäßen Vergärungsanlagen;
3 einen Kompaktreaktor zur Hygienisierung und Methanisierung der zellstoffhaltigen Abfälle;
4 eine alternative Lösung mit getrenntem Hygienisierungsapparat und zwei parallel geschalteten Bioreaktoren welche beliebig zum Hinzufügen von weiteren Reaktoren vergrößert werden kann.
5 ein Ausführungsbeispiel ähnlich demjenigen in 3, wobei der Hygienisierungsapparat mit zwei in Reihe geschalteten Hygienisierungsbehältern ausgeführt ist.
In 1 ist das Grundverfahrensschema erfindungsgemäßer Verfahren zur anaeroben Behandlung von zellstoffhaltigen Abfällen, wie Papier, Kartonagen, Verbundstoffen, Zellstoffabfällen und IKP dargestellt. Die in den Schemata gemäß den 1 und 2 gezeigten Verfahren unterscheiden sich jeweils im Wesentlichen darin, dass zum Einen IKP aus Altenheimen, Krankenhäusern oder Haushalten 1.1, 1.2 und zum Anderen sonstige zellstoffhaltige Abfälle wie Papier, Kartonagen, Verbundstoffe (beispielsweise Verpackungen der Lebensmitteltechnologie) (1.3 bis 1.6) verarbeitet werden. Anhand von 1 sei zunächst die Aufbereitung von IKP beschrieben.
IKP (Windeln) enthalten in der Regel ein absorbierendes Zentrum aus Flockenzellstoff und Superabsorptionspolymer (SAP), eine durchlässige Nonwovenschicht auf der Oberseite und eine Sperrschicht bestehend aus einem Polyethylenfilm. Diese Schichten werden miteinander verklebt (Polymermischung). Zur Fixierung der IKP werden Klebestreifen verwendet, die im Wesentlichen aus einem Polypropylenfilm bestehen. Längsseitig angeordnete elastische Fäden ermöglichen eine bessere Anpassung an die Körperform – diese Fäden bestehen in der Regel aus Polyurethan. Das heißt, im Wesentlichen bestehen derartige IKP aus Zellstoffen, aus den SAP und einer Polymermischung, im Folgenden Kunststoffe genannt. Bei Benutzung der IKP kommen dann selbstverständlich Urin und Fäkalien hinzu.
Das erfindungsgemäße Konzept sieht vor, dass diese andienungspflichtigen IKP getrennt gesammelt werden. Derzeit sind Krankenhäuser und Altenheime bereits verpflichtet, die anfallenden IKP getrennt zu sammeln. In einigen Bundesländern ist die getrennte Sammlung von Babywindeln ebenfalls vorgeschrieben (Windelsack). Die getrennt angelieferten IKP aus den Spitälern und Altenheimen 1.1 und die Babywindeln 1.2 werden zunächst in einem Bunker 1 gesammelt und dabei gegebenenfalls die die IKP enthaltenden Säcke/Gebinde geöffnet. Der Bunker 1 ist mit einer Dosiereinrichtung ausgeführt, über die die IKP den weiteren Verfahrensstufen zugeführt werden können. Aus dem Bunker 1 gelangen die IKP zunächst in eine mit den Bezugszeichen 2 bis 9 angedeutete mechanische und biologische Aufbereitung, wobei die mechanische Aufbereitung (hinsichtlich Details siehe 2) eine Stör- und Fremdstoffdetektion zur Abtrennung von Fremd- und Schadstoffen 3, eine Zerkleinerungseinrichtung 4, eine Dosiereinrichtung 5, über die die zerkleinerten IKP entweder einer Hygienisierung oder einer Methanisierung zuführbar sind, eine Fördereinrichtung 6 zum Fördern dieser Stoffströme zur Hygienisierung oder Methanisierung, einer zentralen Dosierstation 8 zur Steuerung der den einzelnen Verfahrensstufen zugeführten und abgezogenen Stoffströme sowie einen Bioreaktor 9 enthält. Unter Dosiereinrichtung 5 wird im Folgenden eine Schieber- oder Ventilanordnung bezeichnet, über die ein Stoffstrom mit einstellbarem Volumenstromverhältnis in zumindest zwei Teilströme unterteilbar ist. Zur Hygienisierung und Methanisierung wird im Kreislauf geführtes Press- oder Prozesswasser 13.4 eingetragen, das nach der mechanisch-biologischen Aufbereitung anfallende beladene Prozesswasser wird einer mechanisch-biologischen Abwasseraufbereitung 13.6 zugeführt und eventuell anfallendes Überschusswasser 13.8 abgezogen. Das gereinigte Prozesswasser wird als Betriebswasser 13.7 wieder in den Prozesskreislauf eingespeist. Wie in 1 mit 9.7 angedeutet, wird durch die Methanisierung im Bioreaktor Biogas 9.7 erzeugt, das einer energetischen Verwertung, beispielsweise in einem Heizwerk zuführbar ist.
Das nach der Methanisierung anliegende Faulgut wird einem Trennbehälter 10 zugeführt und dort in eine kunststoffreiche Fraktion 10.2 und eine faserstoffreiche Frakton 10.4 aufgetrennt. Die faserstoffreiche Fraktion 10.4 wird einer Faserstofftrennanlage 12 bestehend aus einer Entwässerungseinrichung 12.1 und einem Trockner 12.2 zugeführt und die danach vorliegende getrocknete Fraktion 12.5 einer Konfektionierstufe 12.3 zugeführt, in der diese Fraktion vorzugsweise zu einem niedrigkalorischen Brennstoff 12.4 konditioniert wird. Das während der Entwässerung und Trocknung anfallende Presswasser 13.2 wird dem Prozesswasserkreislauf zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Entwässerungseinrichtung mit einer Waschvorrichtung zum Abreinigen der Faserstoffe ausgeführt. Diese Entwässerung kann beispielsweise durch Zuführen von Betriebswasser 13.7 erfolgen, das nach der Abwasseraufbereitung abgezweigt wird.
Die Aufbereitung der kunststoffreichen Fraktion 10.2 erfolgt entsprechend. Diese wird in einer Entwässerungspresse 11.1 entwässert, wobei vor dem Pressvorgang zunächst das Abreinigen der Kunststoffschnitzel mittels Betriebswasser 13.7 erfolgt. Im nachfolgenden Schritt wird die entwässerte kunststoffreiche Fraktion in einem Trockner 11.2 getrocknet. Das während der Entwässerung und dem Waschvorgang sowie der Trocknung anfallende Presswasser 13.1 wird dem Press- oder Abwassergemisch 13.4 hinzugefügt, das zur mechanisch-biologischen Aufbereitungsstufe zurückgefördert wird.
Die getrocknete kunststoffreiche Fraktion 11.6 wird dann einem Granulator 11.3 zum Aufbereiten des Kunststoffmaterials zugeführt. Dieses Granulat kann direkt als Handelsprodukt 11.4 verkauft werden oder aber zu einem hochkalorischen Brennstoff 11.5 (Heizwert größer 20.000 kJ/kg) verpresst werden. Der Prozess-/Presswasserkreislauf ist in 1 stark vereinfacht dargestellt – hinsichtlich der tatsächlischen Führung des Wasserkreislaufs sei auf 2 verwiesen.
Aus dem vorbeschriebenen Verfahrensschema ergibt sich, dass keine Fremdenergie zugeführt werden muss, sondern durch das Biogas Energie erzeugt wird und als Verfahrensprodukte hochwertige Brennstoffe oder als Handelsprodukte verwertbare Wertstoffe anfallen. Vorsichtigen Schätzungen zufolge können mit dem vorbeschriebenen Verfahren die Kosten für eine Aufbereitung von IKP von derzeit ca. 130,00 EURO pro Tonne auf weniger als 80,00 EURO pro Tonne verringert werden, so dass dieses Verfahren auch für die Betreiber von Krankenhäusern, Altenheimen eine höchst interessante Alternative darstellt.
Die Aufbereitung von sonstigen cellulosehaltigen Abfällen kann auch in der vorbeschriebenen Weise erfolgen. In den meisten Fällen müssen diese Zellstoffe nach der mechanische Zerkleinerung und vor der Hygienisierung oder Methanisierung noch mit Prozesswasser verdünnt werden. Bei diesen cellulosehaltigen Abfällen handelt es sich vorwiegend um mit Organik belastete Abfälle, die beispielsweise in Sortieranlagen von Restmüllbehandlungsanlagen aussortiert (Negativsortierung) sind. Als zellstoffhaltige Abfälle kommen dabei Papier 1.3, Kartonagen 1.4, Verbundstoffe 1.5 und sonstige Zellstoffabfälle 1.6 in Frage. Diese zellstoffhaltigen Abfälle 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 werden in der Regel nach der mechanischen Aufbereitung (Stör- und Fremstoffdetektion und ggf. einer Zerkleinerung) und vor der mechanischen Aufbereitung (Hygienisierung und/oder Methanisierung) in einem Pulper 18 gelöst. Bei einem derartigen Pulper 18 handelt es sich um einen großen Rührbehälter, in den einerseits die zu lösenden Abfallstoffe und andererseits Prozesswasser eingeleitet werden. Durch intensives Durchmischen mittels eines Rührwerks werden die löslichen Bestandteile des Abfalls in Prozesswasser gelöst und Feststoffanteile suspendiert. Die Pulperverweilzeit richtet sich im Wesentlichen nach der Löslichkeit der Inhaltsstoffe. Bei großen Stoffströmen können mehrere Pulper 18 parallel oder in Reihe geschaltet betrieben werden.
Wie anhand 2 noch detailliert erläutert wird, kann der aus dem Pulper abgezogene Stoffstrom dann dem Hygienisierungsaparat 7 oder dem Bioreaktor 9 zugeführt werden. Prinzipiell kann es vorteilhaft sein, auch die IKP vor der biologischen Aufbereitung einem Pulper 18 zuzuführen, um die biologische Aufbereitung zu erleichtern.
Im Übrigen entspricht die Vorbehandlung der zellstoffhaltigen Abfälle dem vorbeschriebenen Verfahren zur Aufbereitung von IKP, so dass diese Ausführungen entsprechend auf zellstoffhaltige Abfälle anzuwenden sind.
In 2 ist ein konkretes Anlagenschema für die anhand 1 erläuterten Verfahren dargestellt. Mit einer derartigen Anlage lassen sich sowohl IKP als auch zellstoffhaltige Abfälle (Papier 1.3, Kartonagen 1.4, Verbundstoffe 1.5, sonstige Zellstoffabfälle 1.6 oder dergleichen) in reiner Fraktion oder als Mischfraktion aufbereiten. Gemäß 2 werden die im Bunker 1 aufgenommenen, vom sonstigen Müll getrennt angelieferten IKP 1.1 und 1.2 über die Dosiereinrichtung zur Stör- und Fremdstoffdetektion 2 gefördert und die anfallenden Störstoffe 3 über geeignete Sortier- und Abscheideeinrichtungen einem Störstoffcontainer zur Entsorgung zugeführt.
In dem Fall, in dem der Abfall 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 oder 1.6 bereits weitestgehend zerkleinert angeliefert ist, kann dieser mit Feststoffanteilen mit vergleichsweise geringer Größe (10 bis 30 cm² Grundfläche) vorliegende Stoffstrom 6.6 dem vorgenannten Pulper 18 zugeführt werden. Wie bereits ausgeführt, werden die löslichen Bestandteile des Stoffstroms 6.6 in dem Pulper 18 zugeführten Prozesswasser 8.3/8.7 gelöst, wobei dieser Lösevorgang durch Durchmischung mittels des Rührwerks unterstützt wird. In diesem Pulper wird der Stoffstrom 6.6 auf einen Trockensubstanzgehalt TS von etwa 5 bis 15% verdünnt. Der aus dem Pulper 18 abgezogene Stoffstrom 18.2 wird entweder dem Bioreaktor 9 oder dem diesem vorgeschalteten Hygienisierungsapparat 7 zugeführt. Die Aufteilung des Stoffstroms 18.2 erfolgt dabei über eine Dosiereinrichtung 5, in der der Stoffstrom 18.2 zum Hygienisierungsapparat 7 (Stoffstrom 6.5) oder zum Bioreaktor 9 (Stoffstrom 6.4) geleitet wird. Prinzipiell kann über die Dosiereinrichtung 5 auch jeweils ein Teilstrom zu den Apparaten 9, 7 abgezweigt werden. In der Praxis zeigte es sich, dass bei der Aufbereitung von Inkontinenzprodukten eine Verdünnung des Stoffstroms in einem Pulper 18 nicht erforderlich ist, so dass die IKP direkt der Zerkleinerungseinrichtung 4 zugeführt werden können.
Die von Störstoffen befreiten IKP und/oder sonstigen zellstoffhaltigen Abfallstoffe werden dann in einer Zerkleinerungseinrichtung 4 zerkleinert, so dass sie beispielsweise in Streifen mit einer Grundfläche zwischen 10 bis 30 cm² vorliegen. Der zerkleinerte Stoffstrom 4.1 wird über eine Dosiereinrichtung 5 entweder dem Pulper 18 oder dem Hygienisierungsapparat 7 oder dem Bioreaktor 9 zugeführt. Im Bunker 1 oder der Zerkleinerungseinrichtung 4 entstehende Abluft 14.2 wird über ein Gebläse 14.1 abgesaugt und einer Abluftreinigungsanlage 14 zugeführt, die beispielsweise einen Wäscher und einen Biofilter zur Entfernung biologischer Bestandteile und zur Geruchsneutralisierung aufweist.
In dem Fall, in dem der zellstoffhaltige Abfall 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 nicht mit dem erforderlichen Trockensubstanzgehalt vorliegt, kann der nach der Zerkleinerungsvorrichtung 4 vorliegende zerkleinerte Abfall 4.1 über die Dosiereinrichtung 5 und eine weitere Dosiereinrichtung 5 als Stoffstrom 6.4 zum Pulper 18 umgeleitet werden, in dem dieser Stoffstrom 6.3 auf den gewünschten Trockensubstanzgehalt (5 bis 15%) verdünnt wird und in dem die löslichen Bestandteile im Stoffgemisch 18.1 gelöst werden. Wie bereits beschrieben, wird der aus dem Pulper abgezogene Stoffstrom 18.2 dann über eine weitere Dosiereinrichtung 5 entweder dem Hygienisierungsapparat 7 (Stoffstrom 6.1) oder dem Bioreaktor (Stoffstrom 6.4) zugeführt.
Der über die Dosiereinrichtung 5 eingestellte Stoffstrom 6.1 wird etwa über Kopf in den Hygienisierungsapparat 7 eingetragen. Dieser weist bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Hygienisierungsbehälter 7.1, 7.2 auf, die über einen freien Überlauf 7.10 miteinander verbunden sind. In jedem der Hygienisierungsbehälter 7.1, 7.2 ist ein Rührwerk 7.3 angeordnet, über das Scherkräfte in die Suspension aus zerkleinertem Abfall 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 und zugeführtem Prozess- oder Presswasser 7.6 einbringbar sind. Die Temperatur im Hygienisierungsapparat 7 wird über eine Temperaturkontrolle 7.5 überwacht. Zur aeroben Erwärmung der Suspension wird über Belüftungselemente 7.7 und eine Luftverteilleitung 7.8 Luft zugeführt, die über ein Druckluftgebläse 7.9 angesaugt und zu den Belüftungselementen 7.7 gefördert wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Druckluftgebläse 7.9 als Drehkolbengebläse mit freiem Ansaugstutzen dargestellt, selbstverständlich können auch andere Konstruktionen eingesetzt werden. Bei schwierig aufzubereitendem Abfall kann anstelle Luft auch ein mit Sauerstoff angereichertes Gas oder reiner Sauerstoff zugeführt werden.
Durch die Begasung über die Belüftungselemente 7.7 und das zugeführte Press- oder Prozesswasser 7.6 wird die Suspension hygienisiert, weil durch die Versäuerung (aerobe Hydrolysierung) der organischen Bestandteile die Temperatur in dem Hygienisierungsbehälter 7.1, 7.2 ansteigt. Dieser Temperaturanstieg kann durch die Menge der zugeführten Luft in Abhängigkeit vom Signal der Temperaturkontrolle 7.5 gesteuert werden. Zur Verminderung von Wärmeverlusten ist der Hygienisierungsapparat 7 mit einer Isolation 7.4 versehen. Über das Rührwerk 7.3 werden Scherkräfte in die Suspension eingebracht, so dass diese innerhalb des Behälters homogenisiert und die Stoffaustauschfläche maximiert wird, wobei bereits eine Vortrennung in Faser- und Kunststoffbestandteile erfolgt. Der Überlauf 7.10 ist so eingestellt, dass die Suspension nach einer bestimmten Verweilzeit im ersten Hygienisierungsbehälter 7.1 zum zweiten Hygienisierungsbehälter 7.2 überströmt und dort weiter hygienisiert und hydrolysiert wird. Auch in diesem Hygienisierungsbehälter 7.2 erfolgt die Luftzufuhr in Abhängigkeit von dem Signal der Temperaturkontrolle 7.5. Die bei der Hydrolyse anfallende stickstoffbeladene Abluft 14.2 wird über das Gebläse 14.1 abgesaugt und in der einen sauren Wäscher enthaltenden Abluftreinigungsanlage 14 gereinigt.
Nach einer Verweilzeit von etwa einer Stunde bei 70 °C ist die Suspension gemäß den einschlägigen EU-Normen hygienisch und humanmedizinisch unbedenklich. Um jedoch eine gezielte Versäuerung (Hydrolyse) zu erzielen, sollte die Aufenthaltszeit des Stoffgemisches im Hygienisierungsapparat 7 zumindest zwei Tage betragen. Wird nur eine Hygienisierung angestrebt, so kann diese in einem einzigen Behälter 7.1 oder 7.2 durchgeführt werden, dessen Inhalt – wie im Folgenden noch ausgeführt – im Umpumpverfahren umgewälzt und über einen Wärmetauscher erhitzt wird.
Die hygienisierte und – bei dem in 2 dargestellten Hygienisierungsapparat – bereits teilweise biologisch aufgeschlossene und versäuerte Suspension wird dann über eine Absaugleitung 7.11 abgezogen und über eine weitere Dosiereinrichtung 5 entweder direkt als Substrat 7.12 dem Bioreaktor 9 und/oder zur zentralen Dosierstation 8 geleitet. Dementsprechend erfolgt die Aufteilung der abgezogenen Stoffströme durch geeignete Einstellung der Dosiereinrichtung 5.
Das Substrat 7.12 wird in den vorzugsweise als liegenden Behälter ausgeführten Bioreaktor 9 stirnseitig eingespeist. Im Bioreaktor 9 ist ein Rührwerk 9.2 vorgesehen, über das Scherkräfte in das über den Überlauf eingeführte Substrat 7.12 eingebracht werden können. Dieses liegt nach der Hygienisierung/Versäuerung mit etwa 70 °C an. Die Methanisierung im Bioreaktor 9 läuft üblicher Weise im thermophilen Bereich von etwa 55 °C ab, so dass durch das Substrat Wärme in den Bioreaktor 1 eingebracht wird und entsprechend zur Kompensation von Abstrahlverlusten weniger Energie zugeführt werden muss. Diese Energiezufuhr erfolgt beispielsweise über eine Außenmantelheizung 9.6 des mit einer Isolierung 9.1 versehenen Bioreaktors 9. Zusätzlich zu dem vom Hygienisierungsapparat 7 überlaufenden Substrat 7.12 wird von der Dosierstation 8 Press- oder Prozesswasser 8.1 zum Bioreaktor 9 gefördert und in einem Wärmetauscher 8.2 auf dessen Arbeitstemperatur gebracht. Stromabwärts des Wärmetauschers 8.2 ist eine weitere Dosiereinrichtung 5 vorgesehen, über die der Press-/Prozesswasserstrom in Richtung zum Hygienisierungsapparat (Prozesswasserstrom 7.6) und in Richtung zum Bioreaktor 9 (Prozesswasserstrom 8.3) einstellbar ist. Der Prozesswasserstrom 8.3 kann dann über eine weitere Dosiereinrichtung 5 dem Bioreaktor 9 und/oder dem Pulper 18 zugeführt werden. Wie in 2 des Weiteren dargestellt ist, kann über die zentrale Dosierstation 8 und eine Beladungsleitung 8.7 sowie eine weitere Dosiereinrichtung 5 nicht vorgewärmtes Prozesswasser 8.7 in den Pulper 18 geführt werden, so dass durch Einstellung des Mischungsverhältnisses zwischen den Prozesswasserströmen 8.3 und 8.7 zum Pulper 18 eine geeignete, den Lösevorgang unterstützende Temperatur im Pulper 18 einstellbar ist.
Über den dem Bioreaktor 9 zugeführten Prozesswasserstrom 8.3 wird das Substrat im Bioreaktor 9 auf einen für die biologische Umsetzung optimalen Trockensubstanzanteil gebracht. Die Temperatur im Bioreaktor 9 wird über eine weitere Temperaturüberwachung 9.8 erfasst, deren Signal zur Ansteuerung der Dosiereinrichtung 5 zur Einstellung des Prozesswasserstroms 8.3 und zur Einstellung der Außenmantelheizung 9.6 verwendet wird. Des Weiteren kann in Abhängigkeit vom Signal der Temperaturüberwachung 9.8 auch der vom Hygienisierungsapparat überströmende Substratvolumenstrom 7.12 eingestellt werden. Im Bioreaktor werden die hygienisierten Abfallschnitzel bei einer thermophilen Betriebsführung bei etwa 55 °C und unter Luftabschluss einem anaeroben Faulprozess unterzogen, in dem die abbaufähigen Bestandteile wie Kot und Zellstoffe biologisch umgesetzt und zu Biogas umgewandelt werden. Dieses im Gasraum 9.4 anliegende Biogas wird über einen Gasabzugsbogen 9.5 aus dem Bioreaktor 9 abgezogen und einer energetischen Verwendung zugeführt.
Die hydraulische Verweilzeit des Stoffgemisches 9.3 im Bioreaktor 9 beträgt ca. 18 Tage. Der Trockensubstanzgehalt der Substratmischung liegt zwischen 5 und 15 % (zwischen dem 3. und 5. Tag). Im Bioreaktor 9 werden durch die mikrobiologische Einwirkung und die eingetragenen Scherkräfte die Zellstoffe von flächigen Kunststoffteilen getrennt. Diese Kunststofffolien besitzen eine im Mikrobereich aufgeraute Oberfläche, so dass bei einem Quadratmeter Kunststofffolie für die Bakterienbesiedlung eine spezifische Oberfläche von ca. 50 m² zur Verfügung gestellt wird und entsprechend wirksam die organische Umsetzung erfolgt. Die Bakterienflora setzt sich an dieser Kunststoffoberfläche fest, somit wird die aktive Bakteriendichte gegenüber einem "glatten" Substrat mit geringer spezifischer Oberfläche wesentlich erhöht. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass diese immobilisierten Mikroorganismen nachweisbar höhere Aktivitäten entwickeln als frei bewegliche Organismen. Die wirksame Stoffaustauschfläche ist bei der vorgenannten Fläche (10 bis 30 cm²) der zerkleinerten Kunststoffschnitzel optimal.
Durch das Rührwerk 9.1 wird die gesamte Suspension 9.3 umgewälzt und somit in der Konzentration vergleichmäßigt und die Entwicklung von Schwimmdecken weitest gehend vermieden.
Eine Besonderheit des in 2 dargestellten Anlagenschemas besteht darin, dass der Bioreaktor 9 mit einer Vielzahl von Umwälz- und Kreislaufanschlüssen 8.6 bis 8.6n ausgeführt ist, die über eine Kreislauf/Umwälzverrohrung 8.11 (mit den erforderlichen Ventilelementen) sowie einen Zulauf 8.4 und einen Ablauf 8.6 mit der zentralen Dosierstation 8 verbunden sind, so dass Suspension/Substrat 9.3 über einen oder mehrere der Umwälz- und Kreislaufanschlüsse 8 abgezogen und über andere dieser Umwälz- und Kreislaufanschlüsse wieder zugeführt werden kann. Dadurch ist es möglich, innerhalb des Reaktors alleine durch diese umgewälzten Stoffströme eine partielle Durchmischung und Rückmischung zwischen Eintragsseite (links in 2) und Austragsseite (rechts in 2) durchzuführen. Die Dosierstation ist des Weiteren über eine mit 16.1 angedeutete Dosiereinrichtung mit einem Harnstoffbehälter 16 und über eine weitere Dosiereinrichtung 15.1 mit einem Nährstofflösungsbehälter 15 verbunden, so dass über die Dosierstation 8 Harnstoffe, Nährstoffe oder dergleichen in den Bioreaktor 9, dem Pulper 18 oder auch zum Hygienisierungsapparat 7 oder in den Trennbehälter 10 geführt werden können. Durch das Rührwerk 9.2 wird die Suspension 9.3 bewegt und die beispielsweise über die Verrohrung 8.11 zugeführten Nährstoffe und Harnstoffe den immobilisierten Bakterien konstant zugeführt, welche dann als Stoffwechselprodukt Methangas, Kohlensäure und in Spuren Schwefelwasserstoff erzeugen.
Die Zugabe von Harnstoff ist vorteilhaft, da das Nährstoffverhältnis gebrauchter Inkontinenzprodukte nicht ausgewogen ist. Im Mittel beträgt das CSB/N-Verhältnis etwa 170:1. Für kohlenstoffreiche Substrate sollte dieses Verhältnis im Bioreaktor jedoch bei etwa 60:1 liegen. Es liegt somit ein Stickstoffmangel vor. Um diesen Stickstoffmangel auszugleichen, wird dem Prozess Stickstoff, beispielsweise in Form von Harnstoff zudosiert. Prinzipiell ist es auch möglich, über die Dosierstation 8 weitere Zuschlagstoffe wie beispielsweise Klärschlamm zuzuführen, über den die Fermentation stabilisiert und verbessert werden kann. Da durch die Zugabe von Klärschlamm jedoch die vergorene, fast sortenreine Fraktion zusätzlich verunreinigt wird, wird erfindungsgemäß die Zugabe von ausgewählten Nährstoffen zur Unterstützung der Fermentation bevorzugt. Der für die biologische Umsetzung optimale ph-Wert kann über eine ph-Wert-Steuerung 17 und die Dosiereinrichtung 8 eingestellt werden. Da die Dosiereinrichtung sowohl im Saug- als auch im Druckbetrieb gefahren werden kann, kann die biologisch aktive Impfmasse wie beispielsweise von Mikroorganismen besiedelte Kunststoffteilchen in Zonen transportiert werden, in welchen die Bioaktivität reduziert abläuft oder der ph-Wert einreguliert werden muss. Prinzipiell können die Nährstoffe und die Zuschlagstoffe zur Einstellung dieses Stickstoffgehaltes auch direkt, d.h. unabhängig von der Dosierstation 8 zugeführt werden.
Zum Stabilisieren und ggf. sogar Steuern des Stoffwechselprozesses wird vor dem Austrag des vergärten Rückstandes das Rührwerk 9.2 angehalten. Danach trennt sich sofort die aufsteigende kunststoffreiche Fraktion von der absinkenden faserstoffreichen Fraktion ab. Diese Fraktionen des vergärten Rückstands (Faulgut) werden über als Überlauflaufleitungen ausgeführte Abzugsleitungen 8.9 (oben) und 8.8 (unten) abgezogen und über die gemeinsame Überlaufleitung 8.10 zum Trennbehälter 10 geführt und diesem über Kopf zugegeben. Dieser Trennbehälter 10 ist ebenfalls als stehender Behälter ausgeführt und mit einem Rührwerk 10.1 zur Durchmischung des Faulguts ausgeführt. Es besteht auch die Möglichkeit, beide Fraktionen bei laufendem Rührwerk über einen gemeinsamen Überlauf direkt zum Trennbehälter 10 zu führen (nicht dargestellt). Die Abzugsleitungen 8.9 und 8.8 sind über die Umwälz/Kreislaufverrohrung 8.11 mit der Dosierstation 8 und damit mit den Umwälz- und Kreislaufanschlüssen 8.6 verbunden, so dass auch gezielt zellstoffreiche oder kunststoffreiche vergärte Rückstände mit entsprechender Mikroorganismenpopulation in den Bioreaktor zurückgeführt und/oder in einer anderen Stufe der Anlage als Impfgut eingespeist werden können. Über die Dosierstation 8 kann auch direkt Substrat aus dem Hygienisierungsapparat 7 oder – vorzugsweise – aus dem Bioreaktor 9 oder Prozesswasser in die Trennanlage 10 gefördert werden. Dieser Stoffstrom ist in der Darstellung gemäß 2 mit 8.7 gekennzeichnet.
Der Trennbehälter 10 gemäß 2 wird absatzweise betrieben, wobei zunächst das in dem Trennbehälter 10 über die Überlaufleitung 8.10 eingebrachte Faulgut durchmischt wird und durch die eingebrachten Scherkräfte die Zellstofffasern und der Biofilm von den Kunststoffbestandteilen abgelöst wird.
Bei Stillstand des Rührwerks 10.1 trennt sich innerhalb von wenigen Minuten die aufschwimmende kunststoffreiche Fraktion 10.2 von der absinkenden wasserstoffreichen Fraktion 10.4 ab, wobei zwischen den beiden Schichten eine wässrige Zone 10.3 (Trübwasser) ausgebildet wird. Die auf dem Trübwasser 10.3 aufschwimmende kunststoffreiche Fraktion 10.2 wird über eine Saugleitung 10.6 und die absinkende zellstoffreiche Fraktion 10.4 über eine Saugleitung 10.7 abgezogen. In 2 nicht dargestellt ist die Möglichkeit, die im Trennbehälter 10 anfallenden, mit Mikroorganismen besiedelten Folienschnitzel (10.2) über eine Rückführeinrichtung (beispielweise durch Verbindung mit der Dosierstation 8) wieder in den Bioreaktor 9 zurückzuführen.
Die kunststoffreiche Fraktion 10.2 wird einer Kunststoffkonditioniereinrichtung 11 zugeführt, die im Wesentlichen aus der Entwässerungspresse 11.1, dem Trockner 11.2 und einem Granulator 11.3 besteht. Die Entwässerungspresse 11.1 ist mit einer Waschvorrichtung ausgeführt, in der durch Zuführung von Betriebswasser 13.7 die Kunststoffschnitzel der kunststoffreichen Fraktion 10.2 abgereinigt werden können. Der Trockner 11.2 hat einen Kondensator zum Trocknen der nach der Entwässerungspresse anliegenden Kunststoffschnitzel. Im Granulator 11.3 werden die getrockneten Kunststoffe schließlich granuliert und ggf. zum hochkalorischen Brennstoff 11.5 gepresst. Das anfallende Kunststoffgranulat 11.4 kann direkt verkauft werden. Das während der Entwässerung und Trocknung anfallende Presswasser 13.2 wird über eine weitere Dosiereinrichtung 5 entweder als Prozesswassergemisch 13.4 der Dosierstation 8 zugeführt und von dieser zu den vorbeschriebenen Stationen 7, 9, 10 oder 18 gefördert, so dass das Presswasser im Wesentlichen als Kreislaufwasser geführt ist. Ein Anteil 13.5 wird von der Dosiereinrichtung 5 zu einer mechanisch-biologischen Abwasseraufbereitung 13.6 zur Entstickung und Hygienisierung und zur Aufbereitung von Betriebswasser geführt.
Die bei der Abwasseraufbereitung anfallende Abluft 14.2 wird der Abluftreinigungsanlage 14 zugeführt. Das entstickte Überschusswasser 13.8 wird in die kommunale Kläranlage überführt. Der Großteil des entstickten Abwassers wird als Betriebswasser 13.7 zu den beiden Konditionieranlagen 11, 12 zurückgeführt.
Die zellstoffreiche Fraktion 10.4 wird – wie gesagt – über die Saugleitung 10.7 zur Faserstoffkonditioniereinrichtung 12 gefördert und dort – entsprechend wie bei der Kunststoffkonditioniereinrichtung 11 mittels einer Entwässerungseinrichtung mit integrierter Waschvorrichtung 12.1 und einem Trockner 12.2 getrocknet und über eine Konditionierstufe 12.3 zu einem Regelbrennstoff mit eingestelltem Brennwert zwischen 3000 bis 5000 kJ/kg aufbereitet. Dabei kann eine Pelletisierung erfolgen, so dass dieser niederkalorische Brennstoff einer Holzhackschnitzelsteuerung zugeführt werden kann. Das Prozesswasser 13.7 wird entsprechend wie bei der Aufbereitung der kunststoffreichen Fraktion der Waschvorrichtung der Entwässerungseinrichtung 12.1 zugegeben und das anfallende Presswasser 13.2 nach der Entwässerungseinrichtung und dem Trockner dem Abwassergemisch 13.3 beigemischt, das dann in der Abwasseraufbereitungsanlage 13.6 aufbereitet wird.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel liegen auf den ersten Blick zwei Wasserkreisläufe vor, ein Mal das Prozess-/Presswasser zur Einstellung des Trockensubstanzgehaltes in der Hygienisierung, dem Pulper 18, der Methanisierung und der Trockenanlage und zum Anderen der Betriebswasserkreislauf zur Konditionierung der kunststoffreichen und der faserstoffreichen Fraktion. Die beiden Kreisläufe sind jedoch über die Dosiereinheit 8 miteinander verbunden werden, so dass entsprechend Volumenströme von dem einen Kreislauf in den anderen Kreislauf eingespeist werden können.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind der Hygienisierungsapparat 7 und der Bioreaktor 9 getrennt ausgeführt, wobei der Hygienisierungsapparat 7 seinerseits aus zwei Behältern 7.1, 7.2 besteht. Der apparatetechnische Aufwand bei der Realisierung einer derartigen Lösung ist vergleichsweise hoch. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hygienisierung und die Vergärung in einem einzigen Kompaktreaktor erfolgen. Dieser ist als liegender Behälter ausgeführt und zur Vermeidung von Wärmeverlusten mit einer Isolation 9.1 versehen. Die nach der Verkleinerungseinrichtung 4 vorliegenden zerkleinerten Abfallschnitzel werden als Stoffstrom 6.1 oder 6.5 (aus Pulper 18) am linken Endabschnitt des Behälters zugeführt und entsprechend wird auch das nach dem Wärmetauscher 8.2 vorliegende erwärmte Prozesswasser 7.6 stirnseitig in den Behälter eingespeist. Die kunststoffreiche Fraktion und die zellstoffreiche Fraktion der vergärten Rückstandes werden stirnseitig am rechten Endabschnitt des Behälters über die Abzugleitungen 8.9 bzw. 8.8 abgezogen, so dass sich innerhalb des Behälters eine Pfropfenströmung von links nach rechts (Ansicht nach 3) ausbildet. Diese Pfropfenströmung wird durch ein Rührwerk 9.2 unterstützt, das im Behälter anegeordnet ist. Der Behälter ist durch eine Zwischenwand 7.16 in eine Hygienisierungsstufe mit der Axiallänge L1 und eine Methanisierungsstufe mit der Axiallänge L2 unterteilt, wobei die Axiallänge L2 wesentlich größer als L1 ist. Damit wird berücksichtigt, dass die hydraulische Verweilzeit für die Methanisierung wesentlich größer als für die Hygienisierung ist. Der Stoffstrom 6.2 oder 6.4 kann auch direkt der Methanisierung zugeführt werden.
Die die Hygienisierungsstufe 7 darstellende Kammer mit der Länge L1 ist ihrerseits über eine Trennwand 7.17 in zwei Kammern 7.1, 7.2 unterteilt, wobei in jeder Kammer 7.1, 7.2 Rührorgane des Rührwerks 9.2 angeordnet sind. Die Temperatur in der Kammer 7.1 der Hygienisierungsstufe 7 kann über die Temperaturkontrolle 7.5 und die Temperatur in der den Bioreaktor 9 bildenden Kammer durch eine Temperaturkontrolle 9.8 erfasst werden. Die Kammer 7.1 hat einen Abzugsanschluss, aus dem über eine Umwälzpumpe 7.14 Suspension abziehbar und in einem Wärmetauscher 7.13 auf die Hygienisierungstemperatur bringbar ist. Die erwärmte Suspension wird dann über eine Umpumpleitung 7.15 und einen Zulauf wieder zurück in die Kammer 7.1 geführt. Zur Einstellung der Hygienisierungstemperatur und der optimalen Temperatur für die Methanisierung ist des Weiteren eine Außenmantelheizung 9.6 mit getrennt voneinander ansteuerbaren Heizsegmenten ausgebildet. Die Trennwand 7.17 und die Zwischenwand 7.16 sind mit Durch- oder Überläufen ausgeführt, so dass die aufzubereitende Suspension als Pfropfenströmung von links nach rechts im Behälter bewegbar ist. Das bei der Methanisierung anfallende Biogas wird über den am Behälterteil 9 ausgebildeten Gasabzugsdom 9.5 abgezogen.
Wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel können aus dem den Bioreaktor 9 ausbildenden Teil über die Dosiereinheit 8 und die Umwälz- und Kreislaufanschlüsse 8.6 bis 8.6n Stoffströme abgezogen und zugeführt werden, um Rückmischungen und Kreislaufmischungen zu erzeugen und so ein vorbestimmtes Konzentrations- und Temperaturprofil im Reaktor einzustellen und/oder die vorbeschriebenen Zuschlagstoffe zuzuführen.
Der Reaktor gemäß 3 zeichnet sich durch eine äußerst kompakte Geometrie aus, wobei durch die kurzen Wege zwischen den einzelnen Stufen (Hygienisierung, Methanisierung) die Wärmeverluste und der Verrohrungsaufwand auf ein Minimum reduziert sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für beide Stufen lediglich ein einziges Rührwerk mit einem einzigen Rührwerksantrieb 9.2.1 erforderlich ist, so dass der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber der eingangs beschriebenen Lösung weiter minimiert ist. Der Rührwerksantrieb 9.2.1 ist bei allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen reversierbar ausgeführt, um unterschiedliche Scherkräfte einzubringen und die Transporteinrichtung innerhalb der jeweiligen Stufe kurzfristig umzukehren.
In den 4 und 5 sind weitere Ausführungsbeispiele der Hygienisierungsstufe und der Methanisierungsstufe gezeigt, wobei beide Stufen durch getrennte Apparate realisiert sind.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Hygienisierungsapparat 7 durch einen einzigen Behälter gebildet ist, der durch die Trennwand 7.17 in eine Hygienisierungskammer 7.1 und eine zweite Hygienisierungskammer 7.2 getrennt ist. Die Trennwand 7.17 ist so ausgebildet, dass ein Überlauf 7.10 von der Kammer 7.1 in die Kammer 7.2 möglich ist. Ähnlich wie bei dem anhand 3 erläuterten Ausführungsbeispiel ist im Bereich der ersten Kammer 7.1 ein Abzug vorgesehen, über den mittels der Umwälzpumpe 7.14 Substrat abgezogen und im Wärmetauscher 7.13 auf die Hygienisierungstemperatur erwärmt und dann über die Umpumpleitung 7.15 wieder in die Kammer 7.1 zurückgeführt werden kann. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Stoffströme 6.1, 6,5, 7.6 stirnseitig in die Kammer 7.1 eingespeist und die Hygienisierungstemperatur über die Temperaturkontrolle 7.8 überwacht. Das Einbringen von Scherkräften erfolgt über ein gemeinsames Rührwerk mit einem einzigen Rührwerksantrieb 9.2.1. Die hygienisierten Stoffströme (Substrat 7.12) werden bei diesem Ausführungsbeispiel über zwei parallele Abzugsleitung 7.18 abgezogen. Jede dieser Abzugsleitungen 7.18 mündet stirnseitig in jeweils einem liegenden Bioreaktor 9, 9n, der im Wesentlichen entsprechend der Methanisierungsstufe 9 in 3 ausgebildet ist und somit jeweils ein Rührwerk mit horizontaler Rührachse aufweist. In jedem der Bioreaktoren 9 wird das Substrat durch das Rührwerk 9.2 ähnlich einer Pfropfenströmung von links nach rechts gefördert und dann stirnseitig als kunststoffreicher oder faserstoffreicher vergärter Rückstand abgezogen. Prinzipiell können auch mehr als zwei Bioreaktoren 9 parallel geschaltet werden.
5 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ebenfalls mehrere parallel geschaltete Bioreaktoren 9 verwendet werden. Der Aufbau des Hygienisierungsapparates ist jedoch etwas anders gewählt – bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Hygienisierungsapparat 7 durch zwei getrennt voneinander angeordnete Hygienisierungsbehälter 7.1, 7.2 ausgebildet, denen jeweils ein Rührwerk 9.2 zugeordnet ist. In 5 sind diese Behälter 7.1, 7.2 stehend angeordnet – prinzipiell können natürlich auch liegende Behälter mit Horizontalrührwerk (siehe 3, 4) verwendet werden. Entsprechendes gilt natürlich für das Ausführungsbeispiel gemäß 2. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rührwerke 7.3 mit Paddelrührern ausgeführt, natürlich sind auch andere Rührorgane einsetzbar. Die Temperatur wird jeweils über eine Temperaturkontrolle 7.5 erfasst und die zu hygienisierenden Stoffströme 6.1, 6.5, 7.6 über Kopf in den ersten Hygienisierungsbehälter 7.1 eingespeist. Dieser ist wiederum mit einem Abzug versehen, über den die Suspension mittels einer Umwälzpumpe 7.14 abziehbar und im Wärmetauscher 7.13 auf die Hygienisierungstemperatur (ca. 70 °C) erwärmbar ist. Der erwärmte Stoffstrom wird dann über die Umpumpleitung 7.15 wieder in den Hygienisierungsbehälter 7.1 zurückgeführt oder über eine Dosiereinrichtung 5 als Stoffstrom 7.10 in den zweiten Hygienisierungsbehälter 7.2 eingespeist und das hygienisierte IKP-Substrat über eine Ablauf- und Ansaugleitung 7.11 und die Dosierstation 8 oder direkt (gestrichelt angedeuteter Substrat-Stoffstrom 7.12) zur Methanisierung gefördert wird, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Aufteilung der Stoffströme zu den einzelnen Bioreaktoren 9 über eine weitere Dosiereinrichtung 5 erfolgt.
Auch bei diesen Ausführungsbeispielen (4, 5) können die Stoffströme 6.2 (nach Zerkleinerung) und 6.4 (nach Pulper 18) direkt in den Bioreaktor 9 eingeleitet werden.
Der Anmelder behält sich vor, auf die unterschiedlichen Hygienisierungsapparate 7, auf den Bioreaktor 9 und auf die Trennanlage 10 sowie die Dosierstation 8 jeweils unabhängige Ansprüche zu richten.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Zellstoff nahezu vollständig zu Biogas umgesetzt werden und die Kunststofffraktion kann in einer Kunststoffkonversationsanlage zu Naphta (Dieselkraftstoff, Benzin) umgewandelt werden.
Offenbart sind ein Verfahren zur anaeroben Behandlung von zellstoffhaltigen Abfällen und eine Vergärungsanlage für derartige Produkte, wobei diese zunächst mechanisch aufbereitet und zerkleinert werden, anschließend durch Zugabe von Prozesswasser oder dergleichen auf einen vorbestimmten Trockensubstanzgehalt verdünnt werden und in einem anschließenden Verfahrensschritt hygienisiert und anaerob vergoren werden. Der verbleibende ausgefaulte Rückstand wird in eine kunststoff- und eine zellstoffreiche Fraktion geteilt und diese Fraktionen über Konfektionierstufen zu Wert- oder Brennstoffen oder zu deponiefähigen Produkten konfektioniert.

1: Bunkeranlagen
1.1: IKP aus Altenheimen, Krankenhäusern
1.2: IKP aus Haushalten
1.3: Papier
1.4: Kartonprodukte
1.5: Verbundstoffe
1.6: sonstige Zellstoffabfälle
2: Stör- und Fremdstoffdetektion
3: Störstoffe
4: Zerkleinerungsvorrichtung
4.1: zerkleinerter Abfall
5: Dosiereinrichtung
6: Fördereinrichtung
6.1: Stoffstrom zur Hygienisierung
6.2: Stoffstrom zum Bioreaktor
6.3: Stoffstrom zum Pulper
6.4: Stoffstrom zum Bioreaktor
6.5: Stoffstrom zum Hygienisierungsbehälter
6.6: Stoffstrom zum Pulper
7: Hygienisierungsapparat
7.1: Hygienisierungsbehälter/Kammer
7.2: Hygienisierungsbehälter/Kammer
7.3: Rührwerk
7.4: Behälterisolierung
7.5: Temperaturkontrolle
7.6: Press-/Prozesswasser
7.7: Belüftungselemente
7.8: Luftverteilleitung
7.9: Druckluftgebläse
7.10: Überlauf
7.11: Ablauf- und Ansaugleitung
7.12: Substrat (zum Bioreaktor)
7.13: Wärmetauscher
7.14: Umwälzpumpe
7.15: Umpumpleitung
7.16: Zwischenwand
7.17: Trennwand
7.18: Abzugsleitung
8: Dosierstation
8.1: Press-/Prozesswasser
8.2: Wärmetauscher
8.3: Vorgewärmtes Press-/Prozesswasser
8.4: Zulauf (kreislaufumwälzung)
8.5: Ablauf (Kreislaufumwälzung)
8.6: Umwälz- und Kreislaufanschlüsse
8.7: Beladungsleitung (von Dosierstation zu Bioreaktor und Pulper)
8.8: Abzugsleitung für Sinkstoffe
8.9: Abzugsleitung für Schwimmstoffe
8.10: Überlaufleitung
8.11: Umwälz-/Kreislauf-Verrohrung
9: Bioreaktor
9.1: Isolierung
9.2: Rührwerk
9.2.1: Rührwerksantrieb
9.3: Suspension
9.4: Gasraum
9.5: Gasabzugsdom
9.6: Außenmantelheizung
9.7: Biogas
9.8: Temperaturkontrolle
10: Trennbehälter
10.1: Rührwerk
10.2: kunststoffhaltige Fraktion
10.3: wässrige Zone
10.4: faserhaltige Fraktion
10.6: Saugleitung für kunststoffreiche Fraktion
10.7: Saugleitung für faserstoffreiche Fraktion
11: Konditioniereinrichtung (Kunststoff)
11.1: Entwässerungspresse mit Waschvorrichtung
11.2: Trockner
11.3: Granulator
11.4: Kunststoffgranulat
11.5: Hochkalorischer Brennstoff
12: Konditioniereinrichtung (Faserstoff)
12.1: Entwässerungseinrichtung mit Waschvorrichtung
12.2: Trockner
12.3: Konfektionierstufe
12.4: Brennstoff
12.5: Getrocknete Fraktion
13.1: Presswasser und Kondensat aus Entwässerung sowie Trocknung
13.2: Presswasser und Kondensat aus Entwässerung und Trocknung
13.3: Abwassergemisch
13.4: Abwassergemisch zur Dosierstation
13.5: Abwassergemisch zur Abwasseraufbereitung
13.7: Betriebswasser
13.8: entsticktes Überschusswasser
14: Abluftreinigungsanlage
14.1: Saug-Zuggebläse
14.2: Luftabsaugung
15: Nährstofflösungsbehälter
15.1: Dosiereinrichtung für Nährstofflösung
16: Harnstofflösungsbehälter
16.1: Dosiereinrichtung für Harnstofflösung
17: ph-Wertkontrolle
18: Pulper (Stofflöser)
18.1: Stoffgemisch
18.2: aus Pulper abgezogener Stoffstrom

Claims

Verfahren zur anaeroben Behandlung von zellstoffhaltigen Abfällen, mit den Schritten: – Mechanische Aufbereitung, insbesondere Zerkleinerung der Abfälle; – Suspendieren/Lösen der zerkleinerten Abfälle in Prozesswasser; – Aufschließen, Hygienisieren und/oder Methanisieren von organischen Bestandteilen der Suspension in einer biologischen Aufbereitungsstufe (7, 9); – Trennen des verbleibenden ausgefaulten Rückstands in eine kunststoff- und eine zellstoffreiche Fraktion und – Konfektionieren der Fraktionen zu Wert- oder Brennstoffen oder zu deponiefähigen Produkten.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die biologische Aufbereitungsstufe (7.9) eine Hygienisierung bei erhöhter Temperatur und eine Methanisierung in einem Bioreaktor (9) aufweist.
Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei der biologischen Aufbereitungsstufe, insbesondere dem Bioreaktor (9) Nährstoffe zur Beschleunigung des biologischen Umsatzes zugeführt werden.
Verfahren nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei der biologischen Aufbereitungsstufe (7, 9) stickstoffhaltige Zuschlagstoffe, wie beispielsweise Harnstoff zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Abfälle auf einen Trockensubstanzgehalt von 5 bis 20 %, vorzugsweise 8 bis 12 % verdünnt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Stoffströme aus zumindest einer der Stufen (7, 9) mit steuerbarer Menge abziehbar und als Impfgut oder zur Einstellung eines vorbestimmten Konzentrationsprofils einer oder mehreren der anderen Stufen oder an einer anderen Stelle des Suspensionsströmungspfades in der gleichen Stufe zuführbar ist.
Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei die abgezogenen Suspensionsanteile Schwimm- oder Sinkstoffe enthalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zellstoffreiche Fraktion zu einem niedrigkalorischen Brennstoff und sonstige Wertstoffe und die kunststoffreiche Fraktion zu einem hochkalorischen Werkstoff und Wertstoffe, wie Kunststoffgranulat konditioniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Suspension in der Hygienisierstufe (7) und im Bioreaktor (9) mit Scherkräften beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Hygienisierung mehrstufig erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Suspendieren, Lösen des zellstoffhaltigen Abfalls in einem Pulper (18) erfolgt.
Vergärungsanlage für zellstoffhaltige Abfälle, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer mechanischen Aufbereitungsstufe (4) zum Zerkleinern des zellstoffhaltigen Abfalls, mit einer biologischen Aufbereitungsstufe (7, 9), in der die Abfälle in Prozesswasser suspendiert und biologische Bestandteile methanisiert und abgeführt werden, mit einer Trennanlage (10) zum Auftrennen des nach der biologischen Aufbereitung vorliegenden ausgefaulten Rückstands in eine kunststoffreiche und zell-/faserstoffreiche Fraktion und mit einer Konfektionierstufe (11, 12) zum Aufbereiten der jeweiligen Fraktionen zu einem Brenn- oder Wertstoff oder zu einem deponiefähigen Produkt.
Anlage nach Patentanspruch 12, mit einem der Methanisierung vorgeschalteten begasten Hygienisierungsapparat (7), der zumindest zwei, mit jeweils einem Rührwerk ausgeführte Hygienisierungsbehälter (7.1, 7.2) hat, die hydraulisch miteinander verbunden sind.
Anlage nach Patentanspruch 12, mit einem der Methanisierung vorgeschalteten und mit einem Rührwerk ausgeführten Hygienisierungsapparat (7), dem eine auf Hygienisierungstemperatur erwärmte Suspension zugeführt wird.
Anlage nach Patentanspruch 14, wobei der Hygienisierungsapparat (7) zwei in Reihe geschaltete Hygienisierungsbehälter (7.1, 7.2) hat, die jeweils mit einem Rührwerk (9.2) ausgeführt sind, wobei der Ablauf aus dem stromaufwärts gelegenen Hygienisierungsbehälter (7.1) mit einem Wärmetauscher (7.13) verbunden ist, dessen Ausgang über eine Dosiereinrichtung (5) mit einem Zulauf des ersten Behälters (7.1) und/oder einem Zulauf des stromabwärts gelegenen Hygienisierungsbehälters (7.2) verbindbar ist.
Anlage nach Patentanspruch 14, wobei der Hygienisierungsapparat (7) ein liegender Behälter ist, der von einer Trennwand (7.17) mit Durchlauf in eine erste und eine zweite Hygienisierungskammer (7.1, 7.2) unterteilt ist und dem ein gemeinsames Rührwerk (9.2) zugeordnet ist, wobei ein Ablauf aus der ersten Hygienisierungskammer (7.1) mit einem Wärmetauscher (7.13) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Zulauf der ersten Hygienisierungskammer (7.1) verbunden ist.
Anlage nach Patentanspruch 14 oder 16, wobei die Hygienisierung und die Methanisierung in einem Kompaktreaktor erfolgt, der als liegender Behälter ausgeführt ist, durch den die Suspension über ein Rührwerk (9.2) etwa als Pfropfenströmung von einem Eintrag zu einem Austrag förderbar ist, wobei der Behälter über eine Zwischenwand (7.16) mit Suspensionsdurchführung in eine Hygienisierungsstufe (7) und eine stromabwärts davon gelegene Fermentationsstufe (9) unterteilt ist.
Anlage nach Patentanspruch 17, wobei die Fermentationsstufe (9) eine größere Axiallänge (L2) als die Hygienisierungsstufe (7) hat.
Anlage nach Patentanspruch 17 oder 18, wobei der Behälter mit einer Isolierung (9.1) versehen ist und zumindest abschnittsweise über eine Heizung (9.6) beheizt ist.
Anlage nach einem der Patentansprüche 12 bis 19, wobei die Methanisierung in einen oder mehreren parallel geschalteten Bioreaktoren (9) erfolgt.
Anlage nach einem der Patentansprüche 12 bis 20, wobei die der biologischen Aufbereitung nachgeschaltete Trennanlage einen Trennbehälter (10) hat, in dem durch Einbringen von Scherkräften die Zellstoffe vom Kunststoff ablösbar sind, und in dem sich nach dem Aufbringen der Scherkräfte eine Schichtung mit einer Schwimmschicht aus einer kunststoffhaltigen Fraktion (10.2), einer Sinkschicht aus einer faser-/zellstoffhaltigen Fraktion (10.4) und einer dazwischen liegenden wässrigen Zone (10.3) ausbildet.
Anlage nach einem der Patentansprüche 12 bis 21, mit einer Dosierstation (8), die derart an den Hygienisierungsapparat (7), den Bioreaktor (9), einem Pulper (18) und/oder den Trennbehälter (10) angeschlossen ist, dass Stoffströme aus einer oder mehrerer der Stufen abziehbar und als Impfgut oder zur Einstellung eines vorbestimmten Konzentrationsprofils einer oder mehreren der anderen Stufen oder an einer anderen Stelle des Suspensionsströmungspfads in der gleichen Stufe zuführbar ist.
Anlage nach einem der Patentansprüche 12 bis 22, mit einem Nährstoff- und einem Zuschlagstoffvorratsbehälter (15, 16), aus denen Nährstoffe für Mikroorganismen, Harnstoffe oder sonstige Zuschlagstoffe den einzelnen Stufen zudosierbar ist, um die biologische Umsetzung zu unterstützen.
Anlage nach einem der Patentansprüche 12 bis 23, mit einem Pulper (18) zum Lösen/Suspendieren des zellstoffhaltigen Abfalls in Prozesswasser (8.3, 8.7).