DE102011084511A1

DE102011084511A1 - Biogaserzeugung

Info

Publication number: DE102011084511A1
Application number: DE201110084511
Authority: DE
Inventors: Klaus Wasmuht; Werner Gessler; Konrad Stuffer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einer Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas (7) aus mehreren Abwässern (1, 2, 3, 4, 5) der Getränke- und Lebensmittelindustrie, deren Energiepotential schwankt und/oder unterschiedlich ist. Dabei soll eine den Anforderungen entsprechende Biogaserzeugung dadurch ermöglicht werden, dass zumindest zwei Abwässer (1, 2, 3, 4, 5) getrennt gesammelt und mit einem bestimmten Mischungsverhältnis gemischt einer anaeroben Reinigungsstufe (6) zur Erzeugung des Biogases (7) zugeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus mehreren Abwässern der Getränke- und Lebensmittelindustrie, deren Energiepotential schwankt und/oder unterschiedlich ist. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas mittels einer anaeroben Reinigungsstufe aus mehreren Abwässern der Getränke- und Lebensmittelindustrie, deren Energiepotential schwankt und/oder unterschiedlich ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
In der Getränke- und Lebensmittelindustrie fallen Abwässer unterschiedlichster Zusammensetzung an. Diese werden zunehmend auch zur Erzeugung von Biogas genutzt. Problematisch ist dabei, dass die Zusammensetzung der Abwässer und damit auch die Biogaserzeugung mitunter sogar stark schwankt. Hinzu kommt, dass einige Abwässer nicht ohne Weiteres für die Biogaserzeugung nutzbar sind. Im Ergebnis kann das Biogas nur bedingt als Ersatz für andere Energieformen der entsprechenden Produktionsanlage genutzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine den Anforderungen an die Energieversorgung eines Produktionsprozesses in der Getränke- und Lebensmittelindustrie entsprechende Biogaserzeugung zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, dass zumindest zwei Abwässer getrennt gesammelt und mit einem bestimmten Mischungsverhältnis gemischt einer anaeroben Reinigungsstufe zur Erzeugung des Biogases zugeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wesentlich, dass die Abwässer in zumindest zwei unterschiedlichen Tanks gesammelt und von diesen wenigstens einer Mischvorrichtung zugeführt werden, die die Abwässer mit einem bestimmten Mischungsverhältnis mischt und das gemischte Abwasser an die anaerobe Reinigungsstufe zur Biogaserzeugung weiterleitet.
Als geeignete Abwässer fallen hierbei insbesondere Abwässer an, die beim Auspressen von Treber und/oder von einem Alkohol, Hefe jeglicher Art beispielsweise Gelägerhefe, einer Lauge oder einer Säure gebildet werden.
Anaerobe Reinigungsstufen eignen sich besonders gut zur Reinigung auch hoch belasteter Abwässer. Das dabei entstehende Biogas kann sehr effizient über Phasen-Trennvorrichtungen der entsprechenden Anaerob-Reaktoren abgeführt werden.
Da das Energiepotential der verschiedenen Abwässer einer Produktionsanlage in der Getränke- und Lebensmittelindustrie besonders bei einem Sortenwechsel stark schwanken kann, werden zumindest zwei Abwässer auch getrennt in entsprechenden Tanks gesammelt. Außerdem unterscheiden sich die Abwässer oft auch in Abhängigkeit des Ortes ihres Anfalls innerhalb des Produktionsprozesses. Mit Vorteil unterscheiden sich die getrennt gesammelten Abwässer dabei hinsichtlich ihres CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf).
Dies ermöglicht es, die Weiterverarbeitung und Weiterverwendung der Abwässer speziell anzupassen, so dass deren Energiepotential optimal genutzt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn wenigstens ein Abwasser vor der Mischung mit einem anderen Abwasser vom jeweiligen Tank über eine entsprechende Vorrichtung vorbehandelt werden sollte, was beispielsweise durch die Zugabe von Lauge, anderen Chemikalien oder durch Hitze oder durch Dampf oder mechanische Einwirkungen erfolgen kann. Eine Vorbehandlung ist insbesondere bei Abwässern, die Hefe enthalten, von Vorteil. Diese Vorbehandlung umfasst im Wesentlichen eine Hefeautolyse, d.h. die Auflösung der Hefezellen durch, den Zellen eigene Enzyme, was beispielsweise durch die Zugabe von Lauge gefördert werden kann.
Um Treber möglichst effizient für die Biogaserzeugung einsetzen zu können, sollte dieser vor der Mischung mit anderen Abwässern vorvergärt werden.
Das Mischungsverhältnis der getrennt gesammelten Abwässer kann mit Vorteil in Abhängigkeit des Energiepotentials der jeweiligen Abwässer und des Bedarfs an Biogas eingestellt, gesteuert oder gar geregelt werden.
Vorzugsweise kann dabei das Mischungsverhältnis der Abwässer auch so gewählt werden, dass sich eine möglichst konstante Biogaserzeugung einstellt oder dass eine bestimmte, variabel einstellbare Menge an Biogas erzeugt wird.
Für die Steuerung des Prozesses ist es allgemein vorteilhaft, wenn wenigstens ein Parameter zumindest eines Abwassers und/oder des gemischten Abwassers mittels wenigstens einer Meßvorrichtung gemessen und das Mischungsverhältnis der Abwässer in Abhängigkeit von diesen Parametern gewählt wird. Die von den Meßvorrichtungen ermittelten Parameter können dann in einer Steuereinheit zur Steuerung der Mischvorrichtung und/oder zur Steuerung von wenigstens einem, den Zustrom eines Abwassers zur Mischvorrichtung beeinflussenden Ventils ausgewertet werden.
Als Parameter eignen sich beispielsweise der CSB-Gehalt, der ph-Wert, der Stickstoffgehalt, das Redox-Potential. Auf diese Weise wird es möglich einen beträchtlichen Teil der für die Produktionsanlage nötigen Energie, insbesondere in Form von Wärmeenergie oder elektrischer Energie über die Biogaserzeugung zur Verfügung zu stellen.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur ein Anlageschema zweier Produktionsanlagen I, II der Getränke- und Lebensmittelindustrie mit Biogaserzeugung. Bei diesen Produktionsanlagen I, II kann es sich um Abfüllanlagen zur Abfüllung von Säften, Bier, Wein, Softdrinks, Milchprodukten o.ä. handeln.
An den verschiedenen Orten der Abfüllanlagen fallen dabei Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 unterschiedlicher Zusammensetzung und mit unterschiedlichem Energiepotential, insbesondere unterschiedlichem CSB an. Der durchschnittliche CSB-Gehalt derartiger Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 liegt insbesondere bei 3g/l–15g/l oder mehr.
Außerdem variieren Zusammensetzung und Energiepotential der Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 auch in Abhängigkeit vom gerade von der Produktionsanlage verarbeiteten Medium.
Daher werden hier beispielhaft ähnliche Abwässer 1, 2 beider Produktionsanlagen I, II gemeinsam in einem Tank 11 gesammelt. Ein spezielles Abwasser 5 einer Produktionsanlage II kann auch allein in einen Tank 13 geführt werden.
Davon abweichend werden bestimmte Abwässer 3, 4 der Produktionsanlagen I, II erst in einer Vorrichtung 14, 15 vorbehandelt. Bei der Vorbehandlung kann es sich bei hefehaltigen Abwässern 3, 4 um die Durchführung einer Hefeautolyse zum Beispiel mittels Zugabe von Natronlauge handeln. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, den bei der Bier-, Wein- und Saftherstellung anfallenden Treber während der Vorbehandlung vorzugären.
Nach der Vorbehandlung werden auch diese Abwässer 3, 4 hier gemeinsam in einem Tank 12 gesammelt.
Von den Tanks 11, 12, 13 mit den gesammelten Abwässern 1, 2, 3, 4, 5 führen Leitungen über je ein steuerbares Ventil 16, 17, 18 zu einer Mischvorrichtung 10. In dieser Mischvorrichtung 10 können die Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 in Abhängigkeit von ihrem Energiepotential und dem Bedarf an Biogas 7, aber auch dem Bedarf an im folgenden Anaerob-Reaktor 6 zu behandelnder Abwassermenge vermischt werden.
Hierzu müssen die zu mischenden Mengen der Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 in Abhängigkeit von ihrem aktuellen oder durchschnittlichen Energiepotential über die Ventile 16, 17, 18 eingestellt oder gesteuert werden.
Damit kann die erzeugte Menge an Biogas 7 an die Erfordernisse angepasst oder aber auch konstant gehalten werden.
Soll beispielsweise dem Anaerob-Reaktor 6 über eine bestimmte Zeit eine größere Abwassermenge unter Beibehaltung einer möglichst konstanten Biogaserzeugung zugeführt werden, so müssen wesentlich mehr Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 mit möglichst geringem Energiepotential (CSB) und nur unwesentlich weniger Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 mit hohem Energiepotential gemischt werden. Analoges gilt bei einer Verminderung der dem Anaerob-Reaktor 6 zugeführten Abwassermenge.
Außerdem können auch Veränderungen beim Energiepotential der einzelnen Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 beispielsweise infolge eines Produktwechsels problemlos durch eine Anpassung des Mischungsverhältnisses der Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 durch eine entsprechende Einstellung oder Steuerung der Ventile 16, 17, 18 ausgeglichen werden.
Die Steuerung der, zur Mischvorrichtung 10 gehörenden Ventile 16, 17, 18 erfolgt auf der Basis von gemessenen Parametern, hier beispielhaft der Abwässer 1, 2, 3, 4 durch eine Steuereinheit 22, wobei die Parameter der Abwässer 1, 2, 3, 4 von geeigneten Meßvorrichtungen 21 geliefert werden.
Von der Mischvorrichtung 10 gelangt das Abwasser bei Bedarf über einen in der Figur angedeuteten Mischtank in einen Anaerob-Reaktor 6 bekannter Ausführung zur Biogaserzeugung. Das zu behandelnde Abwasser wird hierzu meist in den unteren Teil des Anaerob-Reaktors 6 eingeleitet. Im oberen Teil des Anaerob-Reaktors 6 befinden sich ein oder mehrere Abscheider, von denen das erzeugte Biogas 7 abgeführt werden kann. Des Weiteren kann über diese Abscheider das gereinigte Abwasser 8 abgeleitet und eventuell mitgerissener Anaerob-Schlamm in den Reaktionsteil des Anaerob-Reaktors 6 zurückgeführt werden.
Das vom Anaerob-Reaktor 6 gebildete Biogas 7 besteht im Wesentlichen aus Methan und Kohlenstoffdioxid, wobei der Energiegehalt des Biogases 7 vom Bestandteil an Methan bestimmt wird.
Störende Bestandteile wie Schwefelwasserstoff oder Ammoniak sollten vor einer Verwertung entfernt werden. Anschließend kann das Biogas 7 in ein Blockheizkraftwerk 9 mit Kraft-Wärme-Kopplung geleitet werden. In diesem Blockheizkraftwerk 9 wird das Biogas 7 verbrannt und dabei elektrische Energie erzeugt. Daher können die Wärmeenergie 19 und die elektrische Energie 20 des Blockheizkraftwerkes 9 auf kurzem Weg der Produktionsanlagen I, II zugeführt werden.
Da die Biogaserzeugung und damit auch die Erzeugung von Wärme- 19 und elektrischer Energie 20 auf diese Weise trotzt sich verändernder Abwässer 1, 2, 3, 4, 5 konstant gehalten oder den Anforderungen entsprechend angepasst werden können, ist es möglich einen wesentlichen Teil, wenn nicht sich sogar den gesamten Energiebedarf der Produktionsanlagen I, II über die Biogaserzeugung abzudecken.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Biogas (7) aus mehreren Abwässern (1, 2, 3, 4, 5) der Getränke- und Lebensmittelindustrie, deren Energiepotential schwankt und/oder unterschiedlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Abwässer (1, 2, 3, 4, 5) getrennt gesammelt und mit einem bestimmten Mischungsverhältnis gemischt einer anaeroben Reinigungsstufe (6) zur Erzeugung des Biogases (7) zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die getrennt gesammelten Abwässer (1, 2, 3, 4, 5) hinsichtlich ihres CSB unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abwasser (1, 2, 3, 4, 5) vor der Mischung mit einem anderen Abwasser (1, 2, 3, 4, 5) vorbehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abwasser (1, 2, 3, 4, 5) Hefe enthält und vor der Mischung mit einem anderen Abwasser (1, 2, 3, 4, 5) autolysiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abwasser (1, 2, 3, 4, 5) beim Auspressen von Treber gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abwasser (1, 2, 3, 4, 5) alkoholhaltig ist oder von einer Lauge oder einer Säure gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der Abwässer (1, 2, 3, 4, 5) einstellbar, vorzugsweise steuerbar ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der Abwässer (1, 2, 3, 4, 5) so gewählt wird, dass sich eine möglichst konstante Biogaserzeugung einstellt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der Abwässer (1, 2, 3, 4, 5) so gewählt wird, dass eine bestimmte, variabel einstellbare Menge an Biogas erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Parameter zumindest eines Abwassers (1, 2, 3, 4, 5) und/oder des gemischten Abwassers gemessen und das Mischungsverhältnis der Abwässer (1, 2, 3, 4, 5) in Abhängigkeit von diesem Parameter gewählt wird.
Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas (7) mittels einer anaeroben Reinigungsstufe (6) aus mehreren Abwässern (1, 2, 3, 4, 5) der Getränke- und Lebensmittelindustrie, deren Energiepotential schwankt und/oder unterschiedlich ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwässer (1, 2, 3, 4, 5) in zumindest zwei unterschiedlichen Tanks (11, 12, 13) gesammelt und von diesen wenigstens einer Mischvorrichtung (10) zugeführt werden, die die Abwässer (1, 2, 3, 4, 5) mit einem bestimmten Mischungsverhältnis mischt und das gemischte Abwasser an die anaerobe Reinigungsstufe (6) zur Biogaserzeugung weiterleitet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abwasser (1, 2, 3, 4, 5) vor dem jeweiligen Tank (11, 12, 13) über eine Vorrichtung (14, 15) zur Vorbehandlung geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindestens einem Abwasser (1, 2, 3, 4, 5) und/oder dem gemischten Abwasser wenigstens eine Meßvorrichtung (21) zur Ermittlung eines oder mehrerer Parameter des entsprechenden Abwassers (1, 2, 3, 4, 5) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßvorrichtung (21) über eine Steuereinheit (22) mit der Mischvorrichtung (10) und/oder mit wenigstens einem, den Zustrom eines Abwassers (1, 2, 3, 4, 5) zur Mischvorrichtung (10) beeinflussenden Ventils (16, 17, 18) verbunden ist.