DE102011115869B4

DE102011115869B4 - Verfahren zur Karbonisierung von Biomasse, sowie Einrichtung hierzu

Info

Publication number: DE102011115869B4
Application number: DE102011115869.7A
Authority: DE
Inventors: Hermann-Josef Wilhelm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: DE102011115869A1

Abstract

Verfahren zur Karbonisierung von Biomasse, bei welcher mit Hilfe eines hydrothermalen Prozesses (HTK-Prozess) die Biomasse unter Druck- und Temperaturerhöhung in ein kohlenstoffreiches Festsubstrat und ein Ablaufwasser überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablaufwasser des HTK-Prozesses mindestens einer aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird, in welcher abwasserbedenkliche Inhaltstoffe biogen in der oder den aquatischen Pflanzenkultur bzw Pflanzenkulturen gebunden werden, und dass die Pflanzenkultureinrichtung sowie der HTK-Prozess einen zumindest teilweise gekoppelten Wärmehaushalt aufweisen, so dass zumindest ein Teil der Abwärme des HTK-Prozesses der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Karbonisierung von Biomasse, bei welcher mit Hilfe eines hydrothermalen Prozesses die Biomasse unter Druck- und Temperaturerhöhung in ein kohlenstoffreiches Festsubstrat und ein Ablaufwasser überführt wird, sowie diesbezügliche Einrichtung, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 15.
Aus dem Stand der Technik ist das hydrothermale Verfahren zur Behandlung von Biomasse in verschiedenen Verfahrensausführungen bekannt.
Letztendlich ist dies eines der wenigen Verfahren, in denen eine tatsächliche finale CO₂-effektive Bindung in Festkohlenstoff erfolgt. Somit stellt diese Form der Abfallbeseitigung eine nachhaltige CO₂-bindende Klimamaßnahme dar. Der erhaltene Reinkohlenstoff kann dabei endgelagert, oder als Filterkohle, oder gar als Energieträger eingesetzt werden.
So können bspw auch Biomasse-Problemabfälle, wie bspw Gärreste aus Biogasanlagen, in Karbonsubstrate, Biokohle überführt werden. Ein dabei entstehendes Entsorgungsproblem stellen die oftmals unter anderem phenolreichen Ablaufwasser sogenannter HTK-Verfahren dar. Wegen der starken stofflichen Reduktion der eingetragenen Biomasse oder Abfälle dürfen solche Ablaufwässer ohne Vorreinigung nicht in das Abwassernetz eingeleitet werden. Somit stellt entweder die Entsorgung, oder aber die Behandlung solcher Abwässer stets die Wirtschaftlichkeit solcher HTK-Verfahren sehr grundlegend in Frage. Aus der DE 10 2010 019 352 A1 ist es zwar bekannt, Industrieabwässer mit einer Pflanzenkläranlage in Form eines Photobioreaktors zu behandeln. Die Kopplung eines Karbonisierungsprozesses mit einem solchen Reaktor ist jedoch ohne weiteres nicht möglich. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass die Ablaufwässer so effektiv behandelt werden können, dass die Wirtschaftlichkeit solcher HTK-Verfahren erheblich gesteigert wird. Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art, erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen 2 bis 14 angegeben. Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 15. gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass das Ablaufwasser der Hydrothermalen Karbonisierung (HTK-Verfahren) mindestens einer aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird, in welcher abwasserbedenkliche Inhaltstoffe biogen in der oder den aquatischen Pflanzenkultur bzw Pflanzenkulturen gebunden werden.
Die dabei verwendeten HTK-Verfahren laufen dabei so ab, dass Biomasse einem geschlossen druckfesten Reaktorraum zugeführt wird, und dieser Reaktorraum aufgeheizt wird, auf Temperaturen z. B. um die 250°C oder mehr, und der Reaktorraum zugleich wie bei einem Autoklaven mit Druck beaufschlagt wird. Nach der Zufuhr einer Anschub-Thermoenergie läuft der weitere Karbonisierungsprozess exotherm ab. Am Ende bleibt ein kritisches Ablaufwasser und eine ausgefällte Biokohle übrig. Das besagte Ablaufwasser ist in vielen Fällen bspw stark phenolisch und darf daher nicht direkt ins Abwassernetz eingeleitet werden. Diese Ablaufwässer können jedoch mit aquatischen Pflanzenkultureinrichtungen behandelt/gereinigt werden, in der nachfolgend noch beschriebenen Weise.
Die Verstoffwechselung und damit die Beseitigung abwasserbedenklicher Inhaltstoffe erfolgt dabei ohne primäre Energiezufuhr, als lediglich Abwärme, sofern diese überhaupt benötigt wird. HTK-Ablaufwässer beinhalten zumeist phenolische Verbindungen. Diese werden insbesondere aber nicht ausschließlich von aufschwimmenden Aquakulturpflanzen, wie Eichhornia und/oder Juncus aufgenommen und verstoffwechselt. Eine Kumulation von Inhaltsstoffen, die nicht verstoffwechselt werden, erfolgt lediglich bei Schwermetallen. Wichtig ist hierbei aber, dass die Schwermetallbindung in ganz auffallendem Maße durch die Eichhornia erfolgt.
Zumindest beseitigt diese die Schwermetalle nahezu vollständig aus dem Kulturwasser, so dass diese in der Pflanzenmasse abgesondert und gesammelt wird. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere aber nicht ausschließlich das kritische Element Blei aus dem Kulturwasser, dem das HTK-Abwasser beigemischt wird, in der Eichhornia gesammelt wird. Dabei hat sich gezeigt, dass sich bspw das Element Blei ausschließlich in den Wurzelbärten der Eichhornia ablagert, während gleichzeitig in den übrigen Pflanzenteilen Blei unterhalb der Nachweisgrenze bleibt. Diese ganz besondere Eigenschaft führt dazu, dass die übrige Pflanze nach wie vor einer Biomassenverwertung, bspw der Rückführung als Biomassenteilstrom in den HTK-Prozess eignet, ohne dass es zu einer Kumulation von Blei käme, wenn der HTK-Prozess und der Biomasse erzeugende Abwasser-Reinigungsprozess gekoppelt würden. Lediglich die Wurzeln der Eichhornia-Kulturen müssen aus dem Prozess ausgekoppelt werden und dürfen nicht im Kreis gefahren werden.
Erfindungsgemäß können somit HTK-Abwässer in biogenen Systemen mit aquatischen Pflanzenkulturen zumindest soweit gereinigt werden, dass eine Einleitung der verbleibenden Kulturwässer ins Abwassernetz möglich ist.
Zugleich führt der kombinierte Betrieb einer HTK-Anlage mit einer solchen aquatischen Pflanzenkultureinrichtung dazu, dass die quasi als biogenes Filtersubstrat erhaltene Biomasse zumindest teilweise dem System zugeführt und daraus der Wertstoff Biokohle gewonnen werden kann. Somit stellt diese Form der Abwasserreinigung gleichzeitig eine Erhöhung der erhaltenen Gesamtenergie dar, statt energieaufzehrend zu sein. Der Grund liegt dabei darin, dass sich eine solche Abwasserreinigungsanlage über die Photosynthese der Sonnenenergie speist.
Beispiele für dementsprechende Prozesse und Anlagen sind im Weiteren ausgeführt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Pflanzenkultureinrichtung sowie der HTK-Prozess einen zumindest teilweise gekoppelten Wärmehaushalt aufweisen, so dass zumindest ein Teil der Abwärme des HTK-Prozesses der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird. Hierbei werden durch die Kopplung beider Prozesse die physikalischen bzw biophysikalischen Effekte miteinander genutzt, dass der HTK-Prozess einerseits nur beim Start ein endothermer Prozess ist, der nach Einspeisung der thermischen Anschubenergie durch Druckerhöhung in einen exothermen Prozess umsteuert. Die dabei systemintern freiwerdende Energie wird dabei zwar weitestmöglich innerhalb des HTK-Prozesses zur Karbonisierung selbst benötigt, aber energetische Abwärmeteilströme entstehen schon durch nicht ausreichende thermische Isolation. Diese werden durch die Anordnung einer solchen HTK-Einrichtung oder Teilkomponenten davon in geschlossenen Compartments doch sehr leicht auffang- und nutzbar.
So kann schon durch die räumliche Nähe der Anordnung einer HTK-Anlage und einer aquatischen Pflanzenkultureinrichtung eine hohe Abwärmenutzungseffizienz erzielt werden.
Grund für die sich ergebende Synergie dieser Abwärmenutzung durch die aquatische Pflanzenkultureinrichtung ist, dass diese, insbesondere wenn sie mit Eichhornia, Juncus, und ggfs sogar mit Lemnacea oder Spirodela besiedelt sind, eine maximale Biomassenpropagation bei einer Temperatur von um die 30°C +/– 5° erzielen. Die Biomassenpropagation geht parallel zur Abwasserreinigungsleistung. D. h. Maximierung der Biomassenpropagation bedeutet in erster Näherung auch Maximierung der Wasserreinigungsleistung.
Erste Näherung bedeutet hierbei nur, dass auch der Effekt zu berücksichtigen ist, dass die Löslichkeit von CO₂im Kulturwasser mit steigender Temperatur sinkt. Da es sich bei den genannten aquatischen Pflanzen vorrangig um sogenannte aufschwimmende Aquakulturpflanzen handelt, resorbieren diese genügend hohe Mengen an CO₂aus der Gasphase.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Pflanzenkultureinrichtung zumindest teilweise aus einer in einem geschlossen Biomassenphotoreaktor angeordneten aquatischen Pflanzenkultureinrichtung besteht. Geschlossene Bioreaktoren haben den erheblichen Vorteil, dass diese sortenrein zu betreiben sind, da weder Vögel noch Insekten die Kulturen stören, beeinträchtigen, kontaminieren. Lediglich sortenreine aquatische Pflanzenkulturen haben den technischen Vorteil reproduzierbarer technischer Betriebs- und Leistungsparameter, wie bspw reproduzierbare und steuerbare Reinigungsleistung, sowie Biomasseertrag.
Dies haben zahlreiche Versuche an geschlossenen Systemen deutlich gezeigt.
Außerdem lassen nur geschlossene aquatische Kultureinrichtungen ein koppelbares Wärmekonzept mit Abwärmenutzung aus Fremdquellen zu. Außerdem sind Versuche mit unselektierten wilden Pflanzensorten IMMER gescheitert, weil ein unspezifisches Mix unselektierter nicht sortenreiner Pflanzen in der Kultur auf Dauer sich immer degressiv verhält und nicht progressiv.
Ganz anders bei sortenreinen Kulturen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Pflanzenkultureinrichtung eine über ein Floating des Kulturwassers mehrstufige Pflanzenkultureinrichtung ist, derart, dass das Ablaufwasser in reiner oder in mit Verdünnungswasser vermischter Form als Kulturwasser zuerst einer ersten Pflanzenkultur zum ersten Behandlungsschritt zugeführt wird, und dann mindestens einer weiteren Pflanzenkultur für mindestens einen weiteren Behandlungsschritt zugeführt wird. Auf diese Weise lassen sich jeweils auf die Resorption jeweiliger bestimmter Inhaltstoffe spezialisierte aquatische Pflanzensorten miteinander kombinieren. So bspw wird zunächst eine Vorflutstufe mit Eichhornia-Kulturen vorgesehen, die Schwermetalle gänzlich aufnimmt, aber phenolische Verbindungen kaum abdämpft und diese somit für nachfolgende, aus den Vorflutkulturen gespeisten Nachflut-Kulturen aus Myriophyllum und/oder Juncus und/oder Lemnacea bereitstellt, die diese unter anderem phenolischen Verbindungen dann diesen Kulturen zuführt, die diese dann vollständig abbauen.
Ähnliches gilt für Abwässer mit hoher Salinität (bis 30 gramm pro Liter). Diese würden in Vorflutsystemen mit Juncus nahezu vollständig herunterreduziert werden, so dass nachfolgende Kulturen aus bspw. Lemnacea und/oder Spirodela den Rest erledigen.
Dies berücksichtigt dann die weitere vorteilhafte Ausgestaltung, nämlich dass bei einem Behandlungsschritt, oder bei mehreren Behandlungsschritten zumindest beim ersten Behandlungsschritt als Kulturpflanzen die Eichhornia crassipes und/oder die Juncus effusus und/oder die Myriophyllum als Kulturpflanzen eingesetzt werden, und dass in der ggfs vorhandenen weiteren Behandlungsstufe Lemnacea Minor L und/oder Spirodela und/oder Landolthia eingesetzt werden. So werden die aquatischen Pflanzen bei der HTK-Abwasserbehandlung optimal eingesetzt.
Ferner ist zu beachten, dass HTK-Abwasserzusammensetzungen bei Schwankungen der Zusammensetzungen der zum HTK-Prozess zugeführten Biomasse ebenso schwanken können. Aus diesem Grund ist die Verwendung verschiedener Sortenkandidaten auch so einsetzbar, dass durch verschiedenes Befluten und/oder chronologisches Befluten unterschiedlicher Sorten in den Kulturen der schwankenden Zusammensetzung des HTK-Abwassers gefolgt werden kann. Schwankende Konzentrationen der HTK-Abwässer machen wiederum keinerlei Probleme, weil ggfs mit Frischwasser oder Brunnenwasser gemischt werden kann auf verträgliche und optimale Konzentrationen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass zumindest ein Teilstrom der in den Pflanzenkulturen erzeugten Biomasse mit der übrigen, in das HTK-Verfahren eingespeisten Masse oder Biomasse vermischt wird. Dies hat zur Folge, dass zum einen die ggfs großen Mengen an Biomasse aquatischer Pflanzen, die bei der Abwasserbehandlung entstehen können, auf geeignete Weise verwertet werden, um daraus Biokohle herzustellen. Die zumindest teilweise Rückführung der so generierten aquatischen Pflanzen ist dabei außerdem eine stete Aufwertung der in der Regel als Abfallstoffe dem HTK-Verfahren zugeführten übrigen oder anderweitigen Biomasse. Da die genannten aquatischen Pflanzen einen hohen Anteil Reinkohlenstoff in der Trockenmasse enthalten, führt dies in geeigneter Weise zu einer Aufwertung der resultierenden Biokohle am Ende des HTK-Prozesses.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das aus HTK-Ablaufwasser und ggfs Verdünnungswasser bestehende Kulturwasser über die aufschwimmenden aquatischen Pflanzenkulturen teilweise oder gänzlich aufgenommen und zumindest teilweise verdunstet wird. So entsteht außer dem vollständig in den aquatischen Pflanzen gebundenen Wasser kein weiteres Abwasser mehr, weder behandeltes noch unbehandeltes. Hierzu wird das Wasser entweder über gestapelte aquatischen Kulturflächen verdunstet und/oder über solarthermisch betriebene Verdunster.
Hieraus ergibt sich die weitere Ausgestaltung, dass das aus HTK-Ablaufwasser und ggfs Verdünnungswasser bestehende Kulturwasser zumindest teilweise über die Zuleitung zu zusätzlichen Verdunstungseinrichtungen verdunstet wird.
So kann in einer Ausführungsform sogar erreicht werden, dass überhaupt kein Abwasser mehr übrig bleibt, sondern sämtliches Abwasser biogen in den aquatischen Pflanzen verstoffwechselt oder gebunden ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass in einem ersten Prozess lediglich eine thermische Behandlung einer eingetragenen Biomasse 1 zur Denaturierung führt, und der Auslaufbrei dieser Denaturierung über eine ggfs Zumischung von Wasser ein Nährstoff angereichertes Kulturwasser für die besagte nachfolgende aquatischen Pflanzenkultureinrichtung bildet und dort zugeführt wird, und dass die so generierte Biomasse 2 einem HTK-Prozess zur Erzeugung letztendlicher Kohle aus der besagten Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird. Denaturierung bedeutet hierbei nur eine thermische Behandlung, aber noch keine Druck- und Temperatur-kombinierte Hydrothermale Karbonisierung. Es soll lediglich eine nährstoffreiche Basis für ein Kulturwasser für aquatischen Pflanzenkulturen geschaffen werden.
Eine weitere Problematik besteht beim HTK-Verfahren schon beim Eintrag der Biomasse in den HTK-Prozess. Es werden vielfach ungewollt Kunststoffteile in der Biomasse mit transportiert. Diese verhalten sich problematisch beim nachfolgenden HTK-Prozess.
Da sich Kunststoffabfälle kaum automatisch trennen lassen, ist in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, dass als Vorreinigung der in den HTK-Prozess eingetragenen Stoffe oder Stoffgemische, aus Kunststoffen bestehende Bestandteile durch vorherige Zuführung derselben in einen mit Wachsmotten besiedelten abgeschlossen, oder teilabgeschlossenen Raum geführt werden, und erst nach einer Verweilzeit entnommen und samt der Wachsmotten dem HTK-Prozess zugeführt werden. Wachsmotten haben die Eigenart, Kunststoffe zu fressen und hernach in Fette umzubauen. Für die kleineren Kunststoffreste in der eingetragenen Biomasse ist dies völlig hinreichend. Die so erfolgte biogene Umwandlung von Kunststoff mittels Wachsmotte erfolgt hernach in biogene und damit im HTK-Prozess verwertbare Stoffe.
Ein weiterer möglicher Schritt für alle beschriebenen Verfahrensschritte ist, dass die aquatischen Pflanzenkulturen auch so betrieben werden können, dass das gesamte, oder nahezu das gesamte Wasser (Kulturwasser), bestehend aus Mischwasser und HTK-Abwasser zum einen biogen eingelagert und der Rest durch Verdunstung beseitigt wird. In einem solchen Fall entsteht ÜBERHAUPT kein Abwasser mehr, sondern wie oben bereits ausgeführt nur noch Biomasse mit einer durchschnittlichen Trockenmasse von 10%.
Aus Gründen der Teilbarkeit der aquatischen Pflanzen, zumindest die Eichhornia, die Juncus, die Myriophyllum etc können somit ggfs „kontaminierte” Biomasse leicht von unkontaminierter Biomasse getrennt werden. D. h. es können bspw Wurzelbereiche von übrigen Pflanzenteilen getrennt werden.
Hochkontaminierte Biomasse, die als biogenes Filtermaterial aus dem Prozess zurückbleibt, kann gesondert verwertet werden. So kann diese Biomasse aber noch energetisch genutzt werden, und so wird die Kontamination dann leicht auf die Asche in erheblichem Maße volumenreduziert. Bei bestimmten Inhaltsstoffen, die zunächst nur als Kontamination gewertet werden, lassen sich entweder aus der Biomasse direkt oder deren Asche diese jedoch auch zurückgewinnen. Bestimmte Metalle und Schwermetalle zum Beispiel.
Es zeigt sich also, dass das erfindungsgemäße Verfahren ALLE Vorteile des HTK-Verfahrens nochmals aufwertet, und die besonderen Nachteile des HTK-Verfahrens, wie z. B. die HTK-Abwasser-Problematik vollständig beseitigt. Auch die Gesamtenergiebilanz von HTK-Verfahren wird erheblich gesteigert, weil die Verwendung und verfahrenstechnische Einbindung der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung biogen (metabolisch) genutzte Sonnenenergie, sowie direkte weitere biochemische und biophysikalische Energieanteile mit in das HTK-Kombi-System einspeist.
So erfährt die biogene Umwandlung von Abfällen in Biokohle eine erheblich höhere Effizienz.
Unter anderem die Darstellung der Stoffkreisläufe der 1, 2 und 4 machen die umfassende Feststoffbindung von Kohlenstoff deutlich.
Die Erzeugung anderer Energieträger aus pflanzlicher Biomasse schafft immer einen Schleppverlust von wieder freigesetztem CO₂. Bspw bei der Aufmethanisierung von Biogas, beim Bioethanol-Prozess, etc. Im erfindungsgemäßen Fall werden jedoch die Stoffströme so zusammengeführt, dass sowohl der über die Biomasse zum HTK-Prozess eingetragene Kohlenstoff, als auch die über die aquatischen Pflanzen produzierte Biomasse, die ebenso dem HTK-Prozess zugeführt wird, gleichermaßen das darin aus der Luft oder der CO₂-reichen Rauchgaszuführung verstoffwechselte Kohlendioxid in die entstehende Biokohle feststoffgebunden wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Beheizung bzw. die Anschubbeheizung des HTK-Prozesses direkt oder über Wärmetauscher aus einem heißen Abgas- oder Heißgas- oder Rauchgasstrom erfolgt, und dass das im Abgas- oder Heißgas- oder Rauchgasstrom enthaltene CO₂vor oder nach einer Gaswäsche der geschlossenen aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird. Auf diese Weise speist sich der HTK-Prozess in Bezug auf seine zumindest zum Start notwendige thermische Energiezufuhr aus der Abwärme der genannten Gase.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der HTK-Prozess in einem aus mehreren parallelen Reaktor-Rohren bestehenden HTK-Einrichtung von Rohr zu Rohr zeitversetzt gestartet wird, derart, dass die jeweils pro Reaktorrohr entstehenden Ablaufwässer zeitversetzt zur Zuführung zur aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zur Verfügung stehen. Da der HTK-Prozess als solcher in der Regel 24 Stunden dauert, kann auf diese Weise eine zeitversetzte HTK-Prozessierung erfolgen, so dass bspw bei der Verwendung von 5 oder 6 Reaktorrohren alle 4 Stunden einer zur Entleerung ansteht. Damit vergleichmässigt sich die Entnahme und Weiterbehandlung des Ablaufwassers ganz erheblich.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das permanente Vorhandensein von oben beschriebener genutzter Abwärme so genutzt wird, dass in mindestens einem Reaktorrohr der Mehrfachreaktorrohranordnung eine direkte Pyrolyse erfolgt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Ablaufwasser aus dem HTK-Prozess vor Einleitung in die aquatische Pflanzenkultureinrichtung zur Vorklärung zunächst durch einen Osmose- oder Umkehrosmose-Prozess hindurchgeleitet wird, und dass entweder der aufkonzentrierte Abwasseranteil oder der abkonzentrierte Abwasseranteil der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird. Ob der aufkonzentrierte oder abkonzentrierte Abwasserteil den Pflanzenkultureinrichtungen zugeführt werden hängt davon ab, welche genauen Inhaltstoffe die primär in den HTK-Prozess eingetragene Biomasse in den Folgeprozess mitliefert oder im HTK-Prozess generiert. Phenolische Verbindungen sollten eher abkonzentriert werden, während andere Spurenelemente, die für die Pflanzenkulturen sehr vorteilhaft sind, eher aufkonzetriert werden könnten.
Grundsätzlich erfolgt die Ablaufwasserbehandlung NACH der Abtrennung der Biokohle aus dem HTK-Prozess-Ablaufwasser.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass dem Ablaufwasser aus dem HTK-Prozess oder direkt der aquatischen Kultureinrichtung, d. h dem Kulturwasser der aquatischen Kultureinrichtung Zeolithe (Stoffgruppe der Zeolithe) zugeführt werden, derart, dass die Zeolithe bei Erntung der aquatischen Biomasse wieder entnommen werden. Diese sind in der Lage Stoffverbindungn im Ablaufwasser zu resorbieren und nachdem diese Zeolithe wieder vom Wasser getrennt werden, durch Erhitzung diese Stoffe später wieder freigeben, und die Zeolithe gereinigt und wiederverwendet werden können.
Kern der einrichtungsgemäßen Erfindung ist, dass der HTK-Reaktor ablaufwasserseitig mit mindestens einer aquatischen Pflanzenkultureinrichtung verbunden ist, in welcher abwasserbedenkliche Inhaltstoffe des HTK-Ablaufwassers biogen in der oder den aquatischen Pflanzenkultur bzw Pflanzenkulturen gebunden werden. Hieraus ergeben sich die oben beim Verfahren bereits bschriebenen Funktionen und Vorteile.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die aquatische Kultureinrichtiung mindestens einen Vorfluter mit mindestens einer Lage aquatischer Pflanzenkulturfläche und einen gestapelten Nachfluter mit gestapelten aquatischen Pflanzenkulturflächen enthält.
Konsequenterweise ist es vorteilhaft, dass die aquatische Pflanzenkultureinrichtung eine geschlossene Biophotoreaktoreinrichtung ist.
Um die nachfolgend noch weiter beschriebenen Wärmekopplungen zwischen HTK-Prozess und HTK-Ablaufwasserbehandlung mittels aquatischen Pflanzenkulturen besonders effektiv zu gestalten, ist weiterhin ausgestaltet, dass der HTK-Prozess bzw der HTK-Reaktor in der geschlossenen Biophotoreaktoreinrichtung integriert angeordnet ist.
Eine besonders energiearme Weiterleitung der Wässer von Reinigungslevel zu Reinigungslevel ist darin gegeben, dass die Wasserkörper der mit Kulturwasser und aquatischen Pflanzen gefüllten Kulturwannen miteinander über Kapillarelemente, bspw Dochte verbunden sind.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass in den Wasserkörpern d. h im Kulturwasser der aquatischen Kulturen (Wannen) Zeolithe oder andere keramische Partikel zur zumindest temporären Bindung von Schwermetallen eingebracht sind, die zeitweise herausgespült und gereinigt, und wiederverwendet werden. Auf diese Weise ist es möglich, auch Lemnacea-Kulturen, die nicht sehr schwermetallresistent sind, dennoch auch an Stellen noch hoher Schwermetallbelastung einsetzen zu können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Schmutzfracht des HTK-Ablaufwassers enthaltende Kulturwasser nach erfolgtem reinigendem Durchlauf durch die aquatischen Kulturen einem Verdunster zugeführt werden, derart, dass das restverbleibende Kulturwasser nach oder während der Beerntung der Biomasse teilweise oder ganz verdunstet wird.
In letzter vorteilhafter einrichtungsgemäßer Ausgestaltung ist angegeben, dass zwischen einer HTK-Ablaufwasser-Entnahmestelle und der Einleitungsstelle desselben in die aquatischen Pflanzenkultureinrichtung eine Osmose-, oder Umkehrosmoseeinrichtung angeordnet ist, über welche das HTK-Ablaufwasser bezüglich separierbarer Inhaltsstoffe auf- oder abkonzentrierbar ist. Ob bestimmte erwartbare Inhaltsstoffe aus dem HTK-Prozess, die immer abhängig von der dem HTK-Prozess zugeführten Biomasse ist, für die nachfolgende Pflanzenkultureinrichung förderlich ist oder nicht, hängt von den ausgewählten Pflanzensorten ab, und natürlich von den besagten Inhaltsstoffen des Ablaufwassers. Demzufolge sollten phenolische Verbindungen und Salze tendenziell abkonzentriert werden, während bestimmte andere Inhaltsstoffe die Nährstoffe für die aquatischen Pflanzenkulturen darstellen eher aufkonzentriert werden können.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt:
1: Kombinationsverfahren von Hydrothermaler Karbonisierung mit aquatisch pflanzlicher Abwasserbehandlung
2: Stoff- und Energieströme eines Kombinationsverfahrens
3: unmotorische Wasserförderung in der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung
4: Kombination mit Hochtemperatur-Rauchgas-Nutzung
5: Spezialausführung eines HTK-Prozessors
6: Nutzung von Wachsmotten im HTK-Prozess
7: Einbindung von Osmose und/oder Umkehrosmose
1 zeigt ein erstes Ausgestaltungsbeispiel, bei welchem eine systemexterne erste Biomasse 1, bspw Klärschlämme, Gärreste aus Biogasherstellung etc dem HTK-Prozess 5 zugeführt werden. Nach Durchlaufen des HTK-Prozesses liegt dann Biokohle 10 sowie Ablaufwasser 20 vor. Das Ablaufwasser wird einem Kulturwassermischer 4 zugeführt in den ggfs noch von außen Brunnenwasser oder andere kaum bis gar nicht belastete Wässer zur Mischung mit dem HTK-Ablaufwasser zum Abkonzentrieren zugeführt werden, falls dies notwendig ist. Dies hängt zum Teil auch von den nachfolgend verwendeten Kulturpflanzen ab. Sodann wird das so gemischte HTK-Ablaufwasser als Kulturwasser der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung 8 zugeführt, die teilweise aus ungestapelten Wasserwannen und teilweise aus gestapelten Wasserwannen bestehen kann. In den gestapelten Kulturen werden dabei Schwachlichtpflanzen (wie bspw Lemnacea) verwendet, die mit erheblich weniger Licht auskommen als andere aquatische Pflanzen. Das Kulturwasser wird dort zu einem großen Teil von den aquatischen Pflanzen aufgenommen und ein Teil wird einem exteren Verdunster 31 zugeführt um ggfs das gesamte restliche, geklärte Abwasser zu verdunsten. Die so erhaltene Biomasse 2 besteht aus Frischmasse der aquatischen Pflanzen. Sollte nicht alles Wasser verdunstet sein, so wird zumindest einleitfähiges Wasser erzeugt, was durch die Pflanzenbehandlung so stark abgereichert oder gereinigt ist, dass dies nun ins normale Abwassernetz einleitbar ist.
2 zeigt einen erweiterten Prozess. Dabei sind zwei Biomassen definiert. Die erste Biomasse 1 können bspw organische Abfälle jeder Art sein. Sie werden dabei einem Denaturierungsprozess 3 zugeführt, indem dort keine Hydrothermale Karbonisierung mit Druck und Temperatur vorgenommen wird, sondern lediglich eine Denaturierung, im einfachsten Fall ein „Kochen”, solange bis die Biomasse in einen aus pflanzlicher Sicht nährstoffreichen Brei zerfällt. Dieser wird sodann einem Mischer 4 zugeführt. Dem Mischer wird Wasser 6 zugeführt. Parallel wird ein HTK-Prozess 5 aus einer ggfs pflanzlichen Biomasse 2 betrieben. Die am Ende erhaltene Biokohle 10 bleibt als separierbarer Feststoff übrig, wenn diese vom Ablaufwasser 20 des HTK-Prozesses getrennt wird. Dieses HTK-Ablaufwasser 20 wird dem Mischer 4 zugeführt. Da im Mischer nun der PH-Wert, und die Temperatur und ggfs die Leitfähigkeit gemessen wird, kann trotz möglicher variabler HTK-Ablaufwasserzusammensetzung eine einstellbare Kulturwasserzusammensetzung erzeugt werden, die sodann nachfolgend den aquatischen Pflanzenkultureinrichtung 8 zur Reinigung zugeführt wird. Diese Pflanzenkultureinrichtung 8 besteht zumindest zum Teil aus einem Photobioreaktor mit gestapelten aquatischen Kulturflächen. Um diesen geschlossen Photobioreaktor auch ganzjährig betreiben zu können, wird dieser von der Abwärme 32 des HTK-Prozesses gespeist. Die optimale Photobioreaktortemperatur liegt bei 20°C bis 30°C. Je nach Pflanzenbestückung. Zumindest ein Teil des Kulturwassers kann auch hier über einen externen Verdunster 31 verdunstet werden. Die im Photobioreaktor 8 zyklisch, d. h ggfs täglich oder in noch kürzeren Zeitabständen erntbare Biomasse 30 wird als Biomasse 2 dem HTK-Prozess wieder zugeführt. Die Biomasse 2 muss aber nicht zu 100% aus der geernteten Biomasse 2 bestehen. Idealerweise werden hier noch zusätzliche externe Stoffströme von außen, d. h systemextern mit zugeführt.
Bei diesem Kombinationsverfahren wird deutlich, dass sämtliche ursprünglichen ABFALL- oder ENTSORGUNGSTOFFE vollständig in festgebundenen Kohlenstoff überführt sind.
3 zeigt eine Besonderheit bei den gestapelten oder aber auch nebeneinander aufgestellten Kulturflächen (Wannen) 50 im Photobioreaktor 8. Links oben ist die aufschwimmende aquatische Pflanzenkultur 52 bspw Lemnacea etc dargestellt. Darunter das Kulturwasser 53 und am Boden sind ggfs zusätzlich aber nicht zwingend Zeolithe zur Schwermetallbindung etc angeordnet. Die Kulturwannen 50 sind dabei über Kapillarlemente bspw Dochte 51 wasserschlüssig miteinander verbunden. Dies führt dazu, dass ANTRIEBSFREI eine eigenmotorische Weiterleitung des Wassers von Wanne zu Wanne erfolgt, wobei sich gezeigt hat, dass die Schadstoffkonzentration von Wanne zu Wanne abnimmt.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kombinationsverfahrens, bei dem zumindest als Startwärme für den HTK-Prozess die Abwärme eines heissen Prozessabgases genutzt wird. Mittels Wärmetauscher 63, der im Prozessgasabzug 62 platziert ist und eine thermische Energie auf einem Temperaturniveau von ca 300°C aus dem Prozessabgas herauskoppelt und damit den HTK-Reaktor 5 heizt. Eine Medienpumpe 64 für diesen Wärmetauscherkreislauf regelt den Bedarf von thermischer Anschubenergie zum HTK-Prozess 5. Zusätzlich wird der HTK-Reaktor noch druckbeaufschlagt. Am Ausgang des HTK-Reaktors liegt dann Biokohle vor und das besagte HTK-Ablaufwasser 20. Dies wird dann wieder in beschriebener Weise dem aquatischen Photobioreaktor 8 zugeführt, der ggfs mit Verdunster 31 ausgestattet ist. Die erntbare Biomasse 2 wird dabei einem Energieerzeugungsprozess 60 zugeführt, die wiederum den primären Energieprozess mit füttert. Auch zusätzliche externe Energieträger 61 können eingeführt werden. Auch die Biokohle im Bedarfsfall. Dabei wird außerdem das Abgas durch einen Gaswäscher 65 gegeben, und das darin erhaltene CO₂ der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung recycliziert um die Biomasseproduktion weiter anzuregen. Wie ersichtlich ergeben sind somit vollkommen schlüssige CO₂-emmisionstreie Energie- oder Produktionsprozesse.
5 zeigt eine besondere Ausgestaltung, die wahlweise für jede der Ausführungsformen der Erfindung einsetzbar ist. Dabei wird eine Art Revolveranordnung 66 von rohrförmigen HTK-Prozessreaktoren geschaffen. Besonders ist hierbei, dass diese einzelnen Prozessrohre zeitversetzt befüllt und gestartet werden können. Ein HTK-Prozess dauert 24 Stunden oder länger, Wenn also 5 oder 6 Rohre so platziert und zeitversetzt gefüllt und gestartet werden, dann stehen alle vier bis fünf Stunden Ablaufwässer und Kohle zur Verfügung. Im Bedarfsfall kann so die Erzeugung der Ablaufwässer 70 und die Biokohleproduktion in Kopplung mit der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung betriebsmäßig vergleichmäßigt werden. Mittels eines Stofftrenners 71 erfolgt eine Trennung von Kohle 10 und Ablaufwasser 20. Wie oben beschrieben, werden die Ablaufwässer 20 dann wieder der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung 8 zugeführt und Biomasse 2 erhalten.
6 zeigt ein besonderes Ausgestaltungsbeispiel, bei dem es um die Vorbehandlung der Biomasse zum Zweck des Einsatzes des erfindungsgemäßen Kombinationsverfahrens geht. Häufig ist Biomasse 3, d. h. auch Klärschlämme, mit Kunststoffpartikeln belastet. Mitgeschleppte Kunststoffpartikel sind im HTK-Verfahren unerwünscht oder gar ganz zu vermeiden. Hierzu wird nun diese Biomasse 80 einem geschlossenen Reaktionsraum 81 zugeführt, dem ebenfalls Wachsmotten (Galleriinae) zugeführt werden. Die Impfung 82, d. h. die Zuführung von Wachsmotten zum Reaktionsraum erfolgt dabei bei jeder Neubefüllung. Wachsmotten sind in der Lage Kunststoffe zu fressen und diese zu verstoffwechseln. Damit werden die Kunststoffe in HTK-gängige Stoffwechselprodukte der Wachsmotte umgewandelt. Die so behandelte Biomasse wird dann samt Wachsmotten dem HTK-Prozess zugeführt und dort in Biokohle 10 umgewandelt. Das entstehende Ablaufwasser wird dabei wieder dem oben beschrieben aquatischen Pflanzenbehandlungsverfahren zugeleitet.
7 zeigt nun nach die optionale Einbindung der Osmose oder der Umkehrosmose. Die Osmose bewirkt bei Durchgang durch eine semipermeable Membran eine Stofftrennung von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten. Bei der Umkehrosmose erfolgt die Stofftrennung unter der zusätzlichen Aufbringung von Druck, um bestimmte Durchgangsrichtungen durch die Membran zu generieren.
In beiden Fällen erfolgen somit Stofftrennungen oder Abtrennungen bestimmter Inhaltsstoffe aus dem Abwasser. So zeigt 7 die optionale Einbindung eines solchen Verfahrens. Aus dem HTK-Prozess 5 werden wieder die Ablaufwässer 20 nach der Abtrennung der Kohle 10 abgezogen. Dieses Abwasser wird dann einer Osmose- oder Umkehrosmoseeinrichtung 72 zugeführt. Dabei können sich aufkonzentrierte Abwässer 74, oder abkonzentrierte Abwässer 73 ergeben. Beide Ablaufwasserströme werden in einer Separiereinrichtung voneinander getrennt. Das gewünschte Ablaufwasser wird dann wieder dem Mischer 4 zugeführt, in den optional ggfs Brunnenwasser zum Kulturwasser dazugemischt werden kann. Dieses wird sodann wiederum dem Bioreaktor (aquatische Kultureinrichtung) 8 zugeführt. Aus diesem resultieren dann wiederum der Abzug des behandelten Abwassers 40, oder das Abwasser wird einem Verdunster 31 zugeführt. Zusätzlich liefert der Bioreaktor 8 wiederum Frischbiomasse.
Bezugszeichenliste

1: Biomasse 1
2: Biomasse 2
3: Denaturierungsprozess
4: Mischer
5: HTK-Prozess
6: Zugeführtes Wasser (bspw Brunnenwasser)
7: Kulturwasser
8: Aquatischer Pflanzenkulturreaktor
10: Kohle, Biokohle
20: HTK-Ablaufwasser
30: zyklisch geerntete Frischbiomasse
31: Verdunster, Kulturwasserreduktion
32: Abwärmenutzung, Wärmekreislauf
40: Abwassereinleitung
50: Kulturwannen des aquat. Pflanzenkultureinrichtung
51: Kapillarelemente, Dochte
52: (aufschwimmende) aquatische Pflanzenkulturen
53: Kulturwasser unter einer Kultur 52
54: Zeolithe
60: Primärenergieerzeugungsprozess, bpsw Kraftwerk
61: Fremdenergieträger
62: Rauchgasabzug, Schornstein
63: Wärmetauscher
64: Medienpumpe
65: Gaswäsche
66: HTK-Vielfach-Rohrprozessor
70: Ablauf Gemisch Kohle und HTK-Ablaufwasser
71: Stofftrennung Kohle/HTK-Ablaufwasser
72: Osmose- oder Umkehrosmoseeinrichtung
73: abkonzentriertes Abwasser
74: aufkonzentriertes Abwasser
75: Separiereinrichtung

Claims

Verfahren zur Karbonisierung von Biomasse, bei welcher mit Hilfe eines hydrothermalen Prozesses (HTK-Prozess) die Biomasse unter Druck- und Temperaturerhöhung in ein kohlenstoffreiches Festsubstrat und ein Ablaufwasser überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablaufwasser des HTK-Prozesses mindestens einer aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird, in welcher abwasserbedenkliche Inhaltstoffe biogen in der oder den aquatischen Pflanzenkultur bzw Pflanzenkulturen gebunden werden, und dass die Pflanzenkultureinrichtung sowie der HTK-Prozess einen zumindest teilweise gekoppelten Wärmehaushalt aufweisen, so dass zumindest ein Teil der Abwärme des HTK-Prozesses der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkultureinrichtung zumindest teilweise aus einer in einem geschlossen Biomassenphotoreaktor angeordneten Pflanzenkultureinrichtung besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkultureinrichtung eine über ein Floating des Kulturwasser mehrstufige Pflanzenkultureinrichtung ist, derart, dass das Ablaufwasser des HTK-Prozesses in reiner oder in mit Verdünnungswasser vermischter Form als Kulturwasser zuerst einer ersten Pflanzenkultur zum ersten Behandlungsschritt zugeführt wird, und dann mindestens einer weiteren Pflanzenkultur für mindestens einen weiteren Behandlungsschritt zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Behandlungsschritt, oder bei mehreren Behandlungsschritten zumindest beim ersten Behandlungsschritt als Kulturpflanzen die Eichhornia crassipes und/oder die Juncus effusus und/oder die Myriophullum als Kulturpflanzen eingesetzt werden, und dass in der ggfs vorhandenen weiteren Behandlungsstufe Lemnacea Minor L und/oder Spirodela und/oder Landolthia eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilstrom der in den Pflanzenkulturen erzeugten Biomasse der übrigen, in das HTK-Verfahren primär eingespeisten Masse oder Biomasse beigemischt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aus HTK-Ablaufwasser und ggfs Verdünnungswasser bestehende Kulturwasser über die aufschwimmenden aquatischen Pflanzenkulturen teilweise oder gänzlich aufgenommen und zumindest teilweise verdunstet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus HTK-Ablaufwasser und ggfs Verdünnungswasser bestehende Kulturwasser zumindest teilweise über die Zuleitung zu zusätzlichen Verdunstungseinrichtungen verdunstet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Prozess lediglich eine thermische Behandlung einer eingetragen Biomasse 1 zur Denaturierung führt, und der Auslaufbrei dieser Denaturierung über eine ggfs Zumischung von Wasser ein Nährstoff angereichertes Kulturwasser für die besagte nachfolgende aquatische Pflanzenkultureinrichtung geschaffen und dort zugeführt wird, und dass die so generierte Biomasse 2 einem HTK-Prozess zur Erzeugung letztendlicher Kohle aus der besagten Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorreinigung der in den HTK-Prozess eingetragenen Stoffe oder Stoffgemische, aus Kunststoffen bestehende Bestandteile durch vorherige Zuführung derselben in einen mit Wachsmotten besiedelten abgeschlossen, oder teilabgeschlossenen Raum geführt werden, und erst nach einer Verweilzeit entnommen und samt der Wachsmotten dem HTK-Prozess zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass die Beheizung bzw. die Anschubbeheizung des HTK-Prozesses direkt oder über Wärmetauscher aus einem heißen Abgas- oder Heißgas- oder Rauchgasstrom erfolgt, und dass das im Abgas- oder Heißgas- oder Rauchgasstrom enthaltene CO₂ vor oder nach einer Gaswäsche der geschlossenen aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der HTK-Prozess in einer aus mehreren parallelen Reaktor-Rohren bestehenden HTK-Einrichtung von Rohr zu Rohr zeitversetzt gestartet wird, derart, dass die jeweils pro Reaktorrohr entstehenden Ablaufwässer zeitversetzt zur Zuführung zur aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zur Verfügung stehen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Reaktor-Rohr der Mehrfachreaktorrohranordnung eine direkte Pyrolyse erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablaufwasser aus dem HTK-Prozess vor Einleitung in die aquatische Pflanzenkultureinrichtung zur Vorklärung zunächst durch einen Osmose- oder Umkehrosmose-Prozess hindurchgeleitet wird, und dass entweder der aufkonzentrierte Abwasseranteil oder der abkonzentrierte Abwasseranteil der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ablaufwasser aus dem HTK-Prozesses oder direkt der aquatischen Kultureinrichtung, d. h dem Kulturwasser der aquatischen Kultureinrichtung Zeolithe (Stoffgruppe der Zeolithe) zugeführt werden, derart, dass die Zeolithe bei Erntung der aquatischen Biomasse wieder entnommen werden.
Einrichtung zur Karbonisierung von Biomasse, bei welcher mit Hilfe eines hydrothermalen Prozesses (HTK-Prozess) innerhalb eines HTK-Reaktors die Biomasse unter Druck- und Temperaturerhöhung in ein kohlenstoffreiches Festsubstrat und ein Ablaufwasser überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der HTK-Reaktor ablaufwasserseitig mit mindestens einer aquatischen Pflanzenkultureinrichtung verbunden ist, in welcher abwasserbedenkliche Inhaltstoffe des HTK-Ablaufwassers biogen in der oder den aquatischen Pflanzenkultur bzw Pflanzenkulturen gebunden werden, und dass die Pflanzenkultureinrichtung sowie der HTK-Prozess einen zumindest teilweise gekoppelten Wärmehaushalt aufweisen, so dass zumindest ein Teil der Abwärme des HTK-Prozesses der aquatischen Pflanzenkultureinrichtung zuführbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die aquatische Kultureinrichtung mindestens einen Vorfluter mit einer Lage aquatischer Oberfläche d. h. Pflanzenkulturfläche und einen gestapelten Nachfluter mit gestapelten aquatischen Pflanzenkulturflächen enthält.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die aquatische Pflanzenkultureinrichtung eine geschlossene Biophotoreaktoreinrichtung ist.
Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der HTK-Prozess bzw der HTK-Reaktor in der geschlossenen Biophotoreaktoreinrichtung integriert angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserkörper der mit Kulturwasser und aquatischen Pflanzen gefüllten Kulturwannen miteinander über Kapillarelemente, bspw Dochte verbunden sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wasserkörpern d. h im Kulturwasser der aquatischen Kulturen (Wannen) Zeolithe oder andere keramische Partikel zur zumindest temporären Bindung von Schwermetallen eingebracht sind, die zeitweise herausgespült und gereinigt, und wiederverwendet werden.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmutzfracht des HTK-Ablaufwassers enthaltende Kulturwasser nach erfolgtem reinigendem Durchlauf durch die aquatischen Kulturen einem Verdunster zugeführt wird, derart, dass das restverbleibende Kulturwasser nach oder während der Beerntung der Biomasse teilweise oder ganz verdunstet wird.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer HTK-Ablaufwasser-Entnahmestelle und der Einleitungsstelle desselben in die aquatischen Pflanzenkultureinrichtung eine Osmose, oder Umkehrosmoseeinrichtung angeordnet ist, über welche das HTK-Ablaufwasser bezüglich separierbarer Inhaltsstoffe auf- oder abkonzentrierbar ist.