DE102013101401A1 - Pretreating horse manure including urine and litter for subsequent fermentation, comprises bringing horse manure with aqueous medium, and circulating a mixture of horse manure and aqueous medium for separation of horse manure and litter - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von Pferdemist sowie ein Vergärungsverfahren und eine Vergärungsanlage zur Vergärung von Pferdemist.The invention relates to a method and a device for the pretreatment of horse manure and a fermentation process and a fermentation plant for the fermentation of horse manure.
Angesichts der knapper werdenden Ressourcen an fossilen Energieträgern und des gleichzeitig weltweit nach wie vor steigenden Energie- und Ressourcenbedarfs wird verstärkt nach Alternativen zur Nutzung fossiler Energiequellen gesucht. Hinzu kommt, dass die Nutzung fossiler Energieträger mit der Emission von Klimagasen verbunden ist, welche den weltweiten Klimawandel noch weiter verstärken. Daher gibt es seit einiger Zeit Bestrebungen, den Ausstoß klimaschädlicher Gase zu begrenzen. Die verstärkte Nutzung und Förderung regenerativer Energien führte beispielsweise in Deutschland zu einem stetig steigenden Anteil regenerativ erzeugten Stromes, wobei der größte Anteil bislang mittels Windkraft erzeugt wird, gefolgt von Biomasse, Wasserkraft und Photovoltaik. Damit Überbelastungen im Stromnetz oder auch fehlende Speichermöglichkeiten ausgeglichen werden können, muss der Strom zunehmend bedarfsabhängig erzeugt werden können, was durch die Nutzung von Biomasse geschehen kann. In view of the dwindling resources of fossil fuels and the simultaneously increasing worldwide demand for energy and resources, the search for alternatives to the use of fossil energy sources is increasing. In addition, the use of fossil fuels is linked to the emission of greenhouse gases, which further increase global climate change. Therefore, there are efforts for some time to limit the emission of climate-damaging gases. For example, the increased use and promotion of renewable energies in Germany has led to a steadily rising share of renewable electricity, with the largest share being generated by wind power, followed by biomass, hydropower and photovoltaics. In order to be able to compensate for overloads in the power grid or even lack of storage possibilities, the electricity must increasingly be able to be generated as needed, which can be done by using biomass.
Die Stromerzeugung aus Biomasse erfolgt in Deutschland etwa zur Hälfte durch die Verstromung von Biogas, welches in Biogasanlagen produziert wird. Dabei werden bisher insbesondere nachwachsende Rohstoffe (NaWaRo) und Gülle eingesetzt. Die Anlagentechnik ist speziell auf die Nutzung dieser Rohstoffe ausgerichtet bzw. entwickelt. Die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen hat jedoch Nachteile, beispielsweise die zunehmende Flächenkonkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion sowie den derzeitigen Anbau in Monokulturen. Es besteht daher nach wie vor ein Bedarf, alternative regenerative Energiequellen nutzbar zu machen.About half of electricity generated from biomass in Germany is generated by the generation of biogas, which is produced in biogas plants. Renewable raw materials (NaWaRo) and manure have been used to date. The plant technology is specially designed or developed for the use of these raw materials. The use of renewable raw materials, however, has disadvantages, for example the increasing competition for food production and the current monoculture cultivation. Therefore, there is still a need to harness alternative renewable energy sources.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine regenerative Energiequelle als Alternative zur Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen oder Gülle verfügbar zu machen.The object of the present invention is therefore to make available a regenerative energy source as an alternative to the use of renewable raw materials or liquid manure.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 8, 10 und 15. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is solved by the subject matters of
In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Vorbehandlung von Pferdemist für eine nachfolgende Vergärung bereit, wobei der Pferdemist Pferdekot, Pferdeurin und Einstreu umfasst, umfassend die Schritte des
- a. Zusammenbringens des Pferdemists mit einem wässrigen Medium,
- b. Umwälzens der Mischung aus Pferdemist und wässrigem Medium zur Trennung von Pferdekot und Einstreu,
- c. Einbringens eines gasförmigen Mediums in die Mischung aus Pferdemist und wässrigem Medium, so dass die Einstreu auftreibt,
- d. Abschöpfens der auftreibenden Einstreu mittels einer Abschöpfeinrichtung, und
- e. Homogenisierens des Pferdekots in dem wässrigen Medium.
- a. Bringing together the horse manure with an aqueous medium,
- b. Circulating the mixture of horse manure and aqueous medium to separate horse manure and bedding
- c. Introducing a gaseous medium into the mixture of horse manure and aqueous medium so that the litter floats,
- d. Skimming of the raising litter by means of a skimming device, and
- e. Homogenizing the horse droppings in the aqueous medium.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verahrens wird Pferdemist, ein organischer Reststoff aus der Pferdehaltung, der lokal in erheblichen Mengen verfügbar ist, für die nachfolgende Vergärung nutzbar gemacht. Bisher wurde Pferdemist nach einer gesetzlich vorgeschriebenen Kompostierungsphase von sechs Monaten energetisch ungenutzt als Wirtschaftsdünger auf die Felder ausgebracht. Durch die Erfindung wird eine Möglichkeit eröffnet, diesen Reststoff, dessen Ausbringung von Landwirten immer häufiger abgelehnt wird, und der insbesondere in der Nähe von Ballungsgebieten in einer Menge anfällt, die mangels ausreichender Flächen Entsorgungsprobleme aufwirft, in vorteilhafter Weise zu verwerten, ohne dass dadurch Nachteile hinsichtlich der Nahrungsmittelproduktion oder Umweltprobleme, z.B. durch Monokulturen, entstehen. Eine (Co-)Vergärung von Pferdemist war in bestehenden Biogasanlagen bislang nicht oder nur schwer möglich, weil Anteile wie Stroh und Störstoffe in Form von z.B. Sand, Steinen, Hufeisen und dergleichen erhebliche Störungen der Anlagenkomponenten verursachen und damit einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb verhindern.With the aid of the method according to the invention, horse manure, an organic residue from horse keeping, which is available locally in considerable quantities, is made available for subsequent fermentation. So far, horse dung has been applied to the fields energetically unused as a manure after a compulsory composting phase of six months prescribed by law. The invention opens up the possibility of recycling this residue, the yield of which is increasingly being rejected by farmers, and which arises in particular in the vicinity of metropolitan areas in an amount which causes disposal problems due to lacking sufficient areas, without any disadvantages in terms of food production or environmental problems, eg through monocultures, emerge. A (co) fermentation of horse manure was previously difficult or impossible in existing biogas plants, because shares such as straw and impurities in the form of e.g. Sand, stones, horseshoes and the like cause significant disturbances of the system components and thus prevent reliable and economical operation.
Das erfindungsgemäße Vorbehandlungsverfahren ermöglicht erstmals, das Potenzial, das Pferdemist für die Energiegewinnung mittels Vergärungsverfahren bildet, tatsächlich zu nutzen. Pferdemist, der nach dem erfindungsgemäßen Vorbehandlungsverfahren vorbehandelt wurde, kann als Substrat oder Cosubstrat in einem nachfolgenden Vergärungsverfahren eingesetzt werden, ohne dass eine Störung des Anlagenbetriebs zu befürchten ist. Bei einer Anzahl von ca. 900.000 Pferden und einem Mistaufkommen pro Pferd und Tag von ca. 23 bis 45 kg ergibt sich allein für Deutschland eine jährliche Mistmenge von etwa 7,6–14,8 Mio. Tonnen. Pferdemist ist zudem ganzjährig und aufgrund der zunehmenden Beliebtheit des Pferdesports und der Pferdehaltung wahrscheinlich auch zukünftig in ausreichender Menge verfügbar. Insbesondere in Regionen mit hohem Pferdebestand kann Pferdemist damit einen erheblichen Beitrag zur Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien leisten.The pretreatment method according to the invention makes it possible for the first time to actually utilize the potential that horse manure forms for energy production by means of fermentation processes. Horse manure, which has been pretreated by the pretreatment process according to the invention, can be used as a substrate or cosubstrate in a subsequent fermentation process, without any fear of disrupting plant operation. With a number of approx. 900,000 horses and a dung volume per horse and day of approx. 23 to 45 kg, Germany alone has an annual dung volume of about 7.6-14.8 million tonnes. Horse manure is also available throughout the year and probably due to the increasing popularity of equestrian sport and horse husbandry in the future in sufficient quantities. Especially in regions With a high stock of horses, horse manure can make a significant contribution to the energy supply based on renewable energies.
„Vergärung“ ist der anaerobe Abbau organischer Substanz durch Mikroorganismen in einem wässrigen Medium. Der Abbau verläuft über die vier Abbauphasen Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese (s. z.B. [2]). Die Ausgangsstoffe werden dabei auf biologischem Wege in kurzkettigere Substanzen umgewandelt und letztendlich zu Biogas, einer Gasmischung mit Methan und Kohlendioxid als Hauptbestandteilen, umgesetzt. „Vergärungsverfahren“ sind Verfahren zur Vergärung von Biomasse, wobei eine Vielzahl von Verfahrensarten bekannt ist, u.a. einstufige und zwei- oder mehrstufige, mesophile und thermophile Verfahren. Unter einem „Nassvergärungsverfahren“ wird hier ein Vergärungsverfahren verstanden, bei dem das zu vergährende Substrat einen Trockensubstanzgehalt (TS) von ≤ 15 Gew.-% aufweist."Fermentation" is the anaerobic degradation of organic matter by microorganisms in an aqueous medium. The degradation proceeds through the four degradation phases of hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis (see, e.g., [2]). The raw materials are thereby converted by biological means into shorter-chain substances and finally converted to biogas, a gas mixture with methane and carbon dioxide as main components. "Fermentation processes" are processes for the fermentation of biomass, a variety of types of processes being known, i.a. single-stage and two-stage or multi-stage, mesophilic and thermophilic processes. A "wet fermentation process" here means a fermentation process in which the substrate to be fermented has a dry matter content (TS) of ≦ 15% by weight.
Unter „Pferdemist“ wird hier eine inhomogene Mischung aus Einstreu, Pferdekot, Pferdeurin und ggfs. Futter- und Haltungsrückständen bezeichnet. Unter „Einstreu“ wird hier saugfähiges Material wie Stroh, Holzspäne, Holz- und Strohpellets oder Granulat, z.B. Holzgranulat, verstanden. Unter „Langstroh“ wird hier Stroh, insbesondere Roggen- und/oder Waizenstroh, mit langen geraden Halmen von regelmäßig mindestens 10 cm, vorzugsweise mindestens 15 cm Länge, beispielsweise 18–20 cm Länge verstanden. Unter „Störstoffen“ werden Mistbestandteile verstanden, die kein Bestandteil der Einstreu, des Pferdekots, Pferdeurins oder ggfs. des Futters sind, beispielsweise Sand, Steine, Hufeisen, Halfter etc.The term "horse manure" here refers to an inhomogeneous mixture of litter, horse droppings, horse urine and, if necessary, food and housing residues. By "litter" is meant here absorbent material such as straw, wood shavings, wood and straw pellets or granules, e.g. Wood granules, understood. "Long straw" here straw, especially rye and / or wheat straw, with long straight stalks of regular at least 10 cm, preferably at least 15 cm in length, for example 18-20 cm in length understood. By "impurities" is meant manure components that are not part of the litter, the horse droppings, horse urine or if necessary. Of the feed, such as sand, stones, horseshoes, halters, etc.
Die Beschaffenheit und Zusammensetzung von Pferdemist ist von zahlreichen Faktoren abhängig, beispielsweise von der Haltungsform, Fütterung oder Mistung. So hat beispielsweise die Haltung Einfluss auf die Mistbeschaffenheit. Bei überwiegender Weidehaltung kann beispielsweise Sand einen erheblichen Anteil der Störstoffe ausmachen, bei Boxenhaltung ist der Einstreuanteil beispielsweise in der Regel höher als bei Weidehaltung. Auch die Jahreszeit kann einen Einfluss ausüben, beispielsweise hinsichtlich des Wasseranteils. Der Großteil der Pferde in Deutschland, insbesondere solche, die zu Sportzwecken und/oder in der Nähe von Ballungsräumen gehalten werden, wird allerdings in Boxen gehalten, die mit (Lang-)Stroh eingestreut werden. Ein beispielhafte Zusammensetzung für die oben bereits genannte Tagesmistmenge pro Tag und Pferd ist in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben: Tabelle 1: Beispielhafte Mengen von Pferdemistbestandteilen bei Boxenhaltung
Das Verhältnis von Kot zu uringetränktem Stroh beträgt bei Boxenhaltung 15:20 bis 25:8, entsprechend einem prozentualen Kotanteil von 43 bis 75 Gewichts-%. Im Durchschnitt kann daher ungefähr von Anteilen von etwa 50 Gew.-% Kot und 50 Gew.-% nassem Stroh im Pferdemist ausgegangen werden [1].The ratio of manure to uringetränktem straw is at boxing 15:20 to 25: 8, corresponding to a percentage of feces from 43 to 75% by weight. On average, therefore, approximately proportions of about 50% by weight of feces and 50% by weight of wet straw in the horse manure can be assumed [1].
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Pferdemist zunächst mit einem wässrigen Medium zusammengebracht, d.h. der Pferdemist wird zu einem wässrigen Medium zugegeben, oder ein wässriges Medium wird dem Pferdemist hinzugegeben. Als wässriges Medium kommt insbesondere Brauchwasser in Frage. Es kann sich beispielsweise um Prozesswasser handeln, das bei einer biologischen Vergärungsanlage anfällt, z.B. Brauchwasser aus der Lagerung bzw. Weiterverarbeitung von Gärresten. Auf diese Weise kann das Prozesswasser in vorteilhafter Weise wieder in den Vergärungsprozess zurückgeführt werden. Es kann sich aber auch um Leitungswasser oder ein anderes wässriges Medium handeln.In the method of the invention, the horse manure is first contacted with an aqueous medium, i. the horse manure is added to an aqueous medium, or an aqueous medium is added to the horse manure. As an aqueous medium in particular service water comes into question. It may be, for example, process water obtained from a biological fermentation plant, e.g. Process water from the storage or further processing of digestate. In this way, the process water can advantageously be returned to the fermentation process. It may also be tap water or another aqueous medium.
In einem folgenden Schritt wird die Mischung aus Pferdemist und wässrigem Medium umgewälzt, um den Pferdekot von der Einstreu zu trennen. Es hat sich gezeigt, dass eine Umwälzung des in der wässrigen Lösung befindlichen Pferdemists erforderlich ist, um eine Trennung der Einstreu, beispielsweise von Stroh, vom Kot zu bewirken. In a following step, the mixture of horse dung and aqueous medium is circulated to separate the horse droppings from the litter. It has been found that a circulation of the horse manure contained in the aqueous solution is required in order to effect a separation of the litter, for example of straw, from the faeces.
In einem weiteren Schritt wird ein gasförmiges Medium in die Mischung aus Pferdemist und wässrigem Medium eingebracht, so dass die vom Kot abgetrennte Einstreu auftreibt. Bei dem gasförmigen Medium kann es sich um Druckluft oder beispielsweise auch Sauerstoff handeln. Auch andere gasförmige, beispielsweise sauerstofffreie, Medien kommen in Frage. Vorzugsweise wird das gasförmige Medium so eingebracht, dass die Einstreu von den Gasblasen erfasst und an die Oberfläche der wässrigen Pferdemistmischung (wässriges Medium plus Pferdemist) getragen wird und/oder eine Strömung in der wässrigen Pferdemistmischung hervorgerufen wird, die die Einstreu an die Oberfläche der wässrigen Pferdemistmischung bringt.In a further step, a gaseous medium is introduced into the mixture of horse manure and aqueous medium, so that the bedding separated by the faeces drifts up. The gaseous medium may be compressed air or, for example, also oxygen. Also other gaseous, for example Oxygen-free, media come into question. Preferably, the gaseous medium is introduced so that the bedding is captured by the gas bubbles and carried to the surface of the aqueous horse manure mixture (aqueous medium plus horse manure) and / or a flow is caused in the aqueous horse manure mixture which spreads the bedding to the surface of the aqueous manure Horse manure mix brings.
In einem weiteren Schritt wird die auftreibende Einstreu mittels einer geeigneten Abschöpfeinrichtung abgeschöpft. Dies kann beispielsweise mit einem Rechen geschehen, der die auftreibende Einstreu erfasst und austrägt.In a further step, the bedding litter is skimmed off by means of a suitable skimming device. This can be done, for example, with a rake, which detects and discharges the raising litter.
Der verbleibende Pferdekot wird in dem wässrigen Medium homogenisiert, d.h. möglichst fein und gleichmäßig verteilt. Diese Homogenisierung kann in vorteilhafter Weise beispielsweise durch die Umwälzung der wässrigen Pferdemistmischung geschehen. Es hat sich herausgestellt, dass der Pferdekot sich unter Umwälzung in dem wässrigen Medium weitgehend lösen bzw. fein verteilen lässt.The remaining horse droppings are homogenized in the aqueous medium, i. as finely and evenly distributed. This homogenization can be done in an advantageous manner, for example by the circulation of the aqueous horse manure mixture. It has been found that the horse droppings largely dissolve in circulation in the aqueous medium or can be distributed finely.
In einer besonders bevorzugt Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umwälzung der Mischung aus Pferdemist und wässrigem Medium und das Homogenisieren des Pferdekots in dem wässrigen Medium durch Einbringen des gasförmigen Mediums in die Mischung aus Pferdemist und wässrigem Medium bewirkt. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das gasförmige Medium, beispielsweise Druckluft, so in die wässrigen Pferdemistmischung eingebracht, dass diese umgewälzt wird und dadurch gleichzeitig eine Auflösung des Pferdekots und ein Auftreiben der Einstreu bewirkt wird. Beispielsweise kann dies geschehen, indem durch die Einbringung des gasförmige Mediums eine zirkulierende Strömung in der wässrigen Pferdemistmischung erzeugt wird, die die sich vom Pferdekot abtrennende und auftreibende Einstreu, beispielsweise Stroh, der Abschöpfeinrichtung, beispielsweise einem Rechen, zuführt.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the circulation of the mixture of horse manure and aqueous medium and the homogenization of the horse droppings in the aqueous medium is effected by introducing the gaseous medium into the mixture of horse manure and aqueous medium. In this embodiment of the method according to the invention, the gaseous medium, for example compressed air, introduced into the aqueous horse manure mixture, that this is circulated and thereby at the same time a dissolution of the horse droppings and a flooding of the bedding is effected. For example, this can be done by a circulating flow in the aqueous horse manure mixture is generated by the introduction of the gaseous medium, which feeds off the horse droppings and auftrreibende litter, such as straw, the skimming device, such as a rake.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorbehandlungsverfahrens wird der Pferdemist mit einer solchen Menge wässrigen Mediums zusammengebracht, dass die Mischung nach dem Homogenisieren einen Trockensubstanzgehalt von ≤ 15 Gew.-%, bevorzugt ≤ 12 Gew.-% oder ≤ 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von ≤ 9 Gew.-% oder ≤ 8 Gew.-% aufweist. Dadurch kann der vorbehandelte Pferdemist anschließend in vorteilhafter Weise einem Nassvergärungsverfahren unterworfen werden.In a further preferred embodiment of the pretreatment method according to the invention, the horse manure is combined with an amount of aqueous medium such that the mixture after homogenization has a dry matter content of ≦ 15% by weight, preferably ≦ 12% by weight or ≦ 10% by weight, particularly preferably ≦ 9% by weight or ≦ 8% by weight. As a result, the pretreated horse manure can then be advantageously subjected to a wet fermentation process.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine große Bandbreite von Pferdemistzusammensetzungen vorbehandelt werden. Besonders gut geeignet ist das Vorbehandlungsverfahren, wenn die Einstreu aus Langstroh besteht oder Langstroh umfasst. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das abgeschöpfte Langstroh wiederverwertet werden, indem es zerkleinert und in zerkleinerter Form beispielsweise dem Vergärungsprozess wieder zugeführt wird. Beispielsweise kann es nach der Vorbehandlung der homogenisierten Mischung wieder beigemischt werden oder gesondert, gebenenfalls zusammen mit dem homogenisierten Pferdemist, in einen anschließenden Vergärungsprozess eingebracht werden. Die Zerkleinerung des Strohs dient vor allem dazu, dieses Substrat förderfähig, d.h. pumpfähig, zu machen. Besonders vorteilhaft wird das Stroh daher auf eine Halmlänge von ≤10 mm zerkleinert.With the method according to the invention, a wide range of horse manure compositions can be pretreated. The pre-treatment process is particularly suitable if the litter consists of long straw or comprises long straw. In an advantageous embodiment of the method, the skimmed long straw can be recycled by crushing it and fed back into comminuted form, for example, the fermentation process. For example, it may be mixed again after the pretreatment of the homogenized mixture or separately, if appropriate together with the homogenized horse manure, introduced into a subsequent fermentation process. The comminution of the straw is primarily to make this substrate eligible, i. pumpable, to do. The straw is therefore particularly advantageously comminuted to a neck length of ≤10 mm.
Etwaige in dem Pferdemist vorhandene Störstoffe wie Sand, Steine und dergleichen werden vorzugsweise aus der Mischung aus Pferdemist und wässrigem Medium abgetrennt. Bevorzugt wird hierbei die meist höhere Dichte und/oder Trägheit der Störstoffe ausgenutzt, und auf dieser Basis eine Abscheidung, beispielsweise eine Schwerkraftabscheidung, vorgenommen. Sand kann beispielsweise nach dem Verfahren eines belüfteten Sandfangs abgetrennt werden. Beispielsweise kann hierzu das gasförmige Medium, z.B. Druckluft, so eingebracht werden, dass Sand, Steine etc. aufgrund der Schwerkraft nach unten sinken, während leichtere Bestandteile wie die Einstreu und Kotbestandteile in der Schwebe bleiben bzw. auftreiben.Any contaminants present in the horse manure such as sand, stones and the like are preferably separated from the mixture of horse manure and aqueous medium. In this case, the usually higher density and / or inertia of the contaminants is preferably utilized, and a deposition, for example a gravitational separation, is carried out on this basis. Sand can be separated, for example, by the method of a ventilated sand trap. For example, the gaseous medium, e.g. Compressed air, are introduced so that sand, stones, etc. sink due to gravity down, while lighter components such as the litter and Kotbestandteile remain or hover.
Das Verfahren kann satzweise (im Batch) oder kontinuierlich betrieben werden. Bei kontinuierlichem Betrieb kann es vorteilhaft sein, wenn die Mischung aus Pferdemist und wässriger Lösung einen Behälter in Längsrichtung durchströmt und in der Mischung durch Eintragung des gasförmigen Mediums eine hierzu quer verlaufende zirkulierende Strömung erzeugt wird. Die Strömung lässt die Einstreu auftreiben und treibt die Einstreu vorteilhaft in Richtung der Abschöpfeinrichtung. Der Schritt des Abtrennens vorhandener Störstoffe kann im Falle von Sand in Strömungsrichtung nachgelagert sein. Beispielsweise kann eine Sandfangrinne am Ende des Behälters vorgesehen sein.The process can be operated batchwise or continuously. In continuous operation, it may be advantageous if the mixture of horse manure and aqueous solution flows through a container in the longitudinal direction and in the mixture by entry of the gaseous medium, a transverse thereto circulating flow is generated. The flow causes the litter to be raised and advantageously drives the bedding in the direction of the skimming facility. The step of separating existing contaminants may be downstream in the case of sand in the direction of flow. For example, a sand trap may be provided at the end of the container.
In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Vergärung von Pferdemist, umfassend die Schritte des
- a. Vorbehandelns von Pferdemist mit dem Vorbehandlungsverfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung, und
- b. Vergärens des vorbehandelten Pferdemistes.
- a. Pretreatment of horse manure with the pretreatment method according to the first aspect of the invention, and
- b. Fermenting the pretreated horse manure.
Der Schritt des Vergärens des vorbehandelten Pferdemistes kann mit einem beliebigen Vergärungsverfahren, bevorzugt einem Nassvergärungsverfahren, durchgeführt werden. Der vorbehandelte Pferdemist kann dabei als Monosubstrat oder Cosubstrat zugeführt werden. Bei einem einstufigen Verfahren wird der vorbehandelte Pferdemist vorzugsweise direkt in den Fermenter gegegeben, bei mehrstufigen Verfahren vorzugsweise der ersten Stufe zugeführt. Abgeschöpftes und zerkleinertes Langstroh kann zusammen mit dem vorbehandelten Pferdemist vergoren wird.The step of fermenting the pretreated horse manure may be carried out by any fermentation process, preferably a wet fermentation process. The pretreated horse manure can be supplied as a monosubstrate or cosubstrate. In a one-step process, the pretreated horse manure is preferably added directly to the fermenter, preferably fed to the first stage in multi-stage processes. Skinned and shredded long straw can be fermented together with the pre-treated horse manure.
In einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zur Durchführung des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung, das heißt eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von Pferdemist für eine nachfolgende Vergärung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Behälter mit einer bodenseitigen Rinne, eine Einstreu-Abschöpfeinrichtung und mindestens eine Begasungseinrichtung zur Einleitung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Druckluft. Die Einstreu-Abschöpfeinrichtung ist vorzugsweise an einer Seite des Behälters angeordnet. Insbesondere im Falle einer kontinuierlichen Behandlung ist die Einstreu-Abschöpfeinrichtung bevorzugt an einer Seite des Behälters angeordnet, an der eine Beruhigungszone, das heißt eine Behälterzone mit verringerter Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Mediums, ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Behälter die Form eines Sandfangs aufweisen, wie er im Stand der Technik zur mechanischen Klärung von Abwasser grundsätzlich bekannt ist (s. z.B. [3], [4]). Anstelle eines Fettfangs ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch eine Einstreu-Abschöpfeinrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe Einstreu in geeigneter Weise abgeschöpft werden kann.In a third aspect, the present invention for carrying out the method according to the first aspect of the invention, that is a device for pretreatment of horse manure for a subsequent fermentation. The device according to the invention comprises a container with a bottom-side channel, a bedding-skimming device and at least one gassing device for introducing a gaseous medium, for example compressed air. The litter skimming device is preferably arranged on one side of the container. In particular, in the case of a continuous treatment, the litter skimming device is preferably arranged on one side of the container, on which a calming zone, that is to say a container zone with a reduced flow velocity of the medium flowing through, is formed. For example, the container may be in the form of a grit trap, as is generally known in the art for the mechanical clarification of wastewater (see, e.g., [3], [4]). Instead of a grease trap, however, a litter skimming device is provided in the device according to the invention, with the aid of bedding can be skimmed off in a suitable manner.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Begasungseinreichtung zur Einleitung eines gasförmigen Mediums vorzugsweise derart angeordnet, dass die Einleitung eines gasförmigen Mediums eine Umwälzung eines in dem Behälter befindlichen wässrigen Mediums bewirkt. Die Begasungseinrichtung kann beispielsweise wie im Falle eines belüfteten Sandfangs auf einer Seite des Behälters knapp oberhalb der Rinne angeordnet sein. Die Begasung auf einer Seite des Behälters induziert eine Sekundärströmung durch die aufsteigenden Gasblasen, wodurch ein sich drehender Strömungswirbel innerhalb des Behälters entsteht, durch den organische Partikel in der Schwebe gehalten werden, während der Sand absinkt. Das mit Sand verunreinigte Medium durchströmt den Behälter der Länge nach und wird dabei vom Sand befreit. Gegebenenfalls kann eine zusätzliche Räumungseinrichtung vorhanden sein, mit deren Hilfe der abgesetzte Sand aus der Rinne entfernt werden kann. In the device according to the invention, the gassing device for introducing a gaseous medium is preferably arranged such that the introduction of a gaseous medium causes a circulation of an aqueous medium in the container. The gassing device may, for example, be arranged just above the channel, as in the case of a ventilated sand trap on one side of the container. Fumigation on one side of the container induces a secondary flow through the rising gas bubbles creating a rotating vortex within the container which holds organic particles in suspension while the sand is sinking. The sand-contaminated medium flows through the container lengthwise and is thereby freed from the sand. Optionally, an additional evacuation means may be provided, with the aid of which the settled sand can be removed from the channel.
In einer Ausführungsform kann die Begasungseinrichtung auf einer Seite des Behälters angeordnet sein, die der Behälterseite, auf der die Einstreu-Abschöpfeinrichtung angeordnet ist, gegenüberliegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Begasungseinrichtung jedoch auch auf der Seite des Behälters angeordnet sein, an der auch die Einstreu-Abschöpfeinrichtung angeordnet ist. Bevorzugt ist die Begasungseinrichtung hierbei im oberen Bereich der Rinne oder im Übergangsbereich zwischen der Rinne und dem darüberliegenden Behälterteil angeordnet, und zwar so, dass die aus der Begasungseinrichtung im Betrieb austretenden Gasblasen die Rinne queren und an der gegenüberliegenden Behältersseite aufsteigen. Auf diese Weise bilden die aufsteigenden Gasblasen eine Barriere für leichtere Medienbestandteile, wodurch beispielsweise verhindert werden kann, dass Pferdekot oder nasses Stroh in den Rinnenbereich absinkt.In one embodiment, the gassing means may be disposed on a side of the container opposite to the container side on which the bedding skimming means is disposed. Alternatively or additionally, however, the gassing device can also be arranged on the side of the container on which the litter skimming device is also arranged. In this case, the gassing device is preferably arranged in the upper region of the channel or in the transitional region between the channel and the overlying container part, in such a way that the gas bubbles emerging from the gassing device cross the channel during the operation and ascend on the opposite side of the container. In this way, the rising gas bubbles form a barrier for lighter media components, which can be prevented, for example, that horse droppings or wet straw sinks into the gutter area.
In einer weiteren Ausführungsform kann beispielsweise auch eine Rinnenverschlusseinrichtung vorgesehen sein, das heißt eine Verschlusseinrichtung, mit deren Hilfe die Rinne gegenüber dem darüberliegenden Behälterteil zumindest zeitweise verschlossen werden kann. Dies kann beispielsweise im Satzbetrieb vorteilhaft sein.In a further embodiment, for example, a channel closure device can also be provided, that is to say a closure device with the aid of which the channel can be closed at least temporarily with respect to the overlying container part. This can be advantageous, for example, in the sentence mode.
Die Einstreu-Abschöpfeinrichtung ist bevorzugt als Rechen, beispielsweise als Stabrechen mit umlaufenden Reinigungsharken, ausgebildet. Beispielsweise kann es sich um eine auf Rollen umlaufende Matte handeln, in die Stifte aus Metall, Kunststoff oder anderen Materialien eingelassen sind, wobei die Stifte nach außen vorstehen und in Eingriff mit Strohhalmen gebracht werden können. Der Einstreu-Abschöpfeinrichtung kann eine Auffangvorrichtung zugeordnet sein, die abgeschöpfte Einstreu auffängt. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine Abstreifeinrichtung vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Abschöpfeinrichtung von anhaftenden Strohhalmen befreit werden kann. Es kann sich hierbei beispielsweise um eine feststehende oder rotierende Bürste handeln.The litter skimming device is preferably designed as a rake, for example as a bar screen with circulating cleaning rakes. For example, it may be a mat circulating on rollers, into which pins of metal, plastic or other materials are embedded, the pins projecting outwardly and engageable with straws. The litter skimming device may be associated with a catcher that catches skimmed litter. Optionally, in addition, a stripping means may be provided, with the aid of which the skimming device can be freed from adhering straws. This may be, for example, a fixed or rotating brush.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die für eine kontinuierliche Betriebsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut geeignet ist, ist der Behälter in Strömungsrichtung der Mischung aus Pferdemist und wässrigem Medium in drei Abschnitte A, B, und C untergliedert, wobei der erste Behälterabschnitt A eine Aufgabeeinrichtung für Pferdemist und wässriges Medium umfasst, der in Strömungrichtung dem Behälterabschnitt A nachfolgende Behälterabschnitt B die Einstreu-Abschöpfeinrichtung umfasst, der in Strömungrichtung dem Behälterabschnitt B nachfolgende Behälterabschnitt C die Rinne umfasst, und wobei die Begasungseinrichtung sich über die Behälterabschnitte A bis C erstreckt. Die Begasungseinrichtung kann beispielsweise in Form einer Ringleitung ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in Abschnitte untergliedert. Im ersten Behälterabschnitt A befindet sich eine Aufgabeeinrichtung, beispielsweise ein Einfüllschacht. Hier können der Pferdemist und das wässrige Medium, beispielsweise Prozesswasser, in den Behälter gegeben werden, wobei die Begasungseinrichtung für eine Durchmischung sorgt. Der anschließende Behälterabschnitt B weist die Einstreu-Abschöpfeinrichtung auf, so dass in diesem Behälterabschnitt die den Behälter durchströmende Mischung aus Pferdemist und wässrigem Medium von Einstreu, beispielsweise Stroh, befreit werden kann. Im anschließenden Behälterabschnitt C ist eine Rinne vorgesehen, in der beispielsweise Sand und weitere Störstoffe aufgefangen werden können. Die Begasungseinrichtung sorgt für eine quer zur Fließrichtung der Mischung verlaufende zirkulierende Strömung in dem Behälter, die für eine Vergleichmäßigung (Homogenisierung) des Pferdemists in dem wässrigen Medium sorgt. Am Ende des Behälterabschnitts C liegt dann ein vergleichmäßigtes von Einstreu und Störstoffen befreites wässriges Pferdemistsubstrat vor, das einer Vergärungsanlage zugeführt werden kann. In a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, which is particularly well suited for continuous operation of the method according to the invention, the container in the flow direction of the mixture of horse manure and aqueous medium in three sections A, B, and C is divided, wherein the first container section A a horse manure and aqueous medium loading device comprising in the flow direction of the container section A container section B the bedding Abschöpfeinrichtung comprising in the flow direction of the container section B subsequent container section C the channel, and wherein the gassing device extends over the container sections A to C. The gassing device can be designed, for example, in the form of a loop. In this embodiment, the device according to the invention is divided into sections. In the first container section A is a task device, such as a hopper. Here, the horse manure and the aqueous medium, such as process water, are added to the container, wherein the gassing ensures mixing. The subsequent container section B has the litter skimming device, so that in this container section, the mixture flowing through the container of horse manure and aqueous medium of bedding, such as straw, can be exempted. In the subsequent container section C, a channel is provided in which, for example, sand and other contaminants can be collected. The gassing device ensures a circulating flow in the container, which runs transversely to the flow direction of the mixture, which ensures equalization (homogenization) of the horse manure in the aqueous medium. At the end of the container section C is then a uniform litter and impurities freed aqueous horse manure substrate, which can be fed to a fermentation plant.
In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vergärungsanlage, die eine Vorrichtung nach dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise mit einem Fermenter einer Vergärungsanlage über Leitungen verbunden sein.In a fourth aspect, the invention relates to a fermentation plant comprising a device according to the third aspect of the invention. The device according to the invention can be connected, for example, to a fermenter of a fermentation plant via lines.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und eines Ausführungsbeispiels rein zu Veranschaulichungszwecken näher beschrieben. Es zeigt:In the following the invention will be described in more detail by means of figures and an embodiment purely for illustrative purposes. It shows:
Ausführungsbeispielembodiment
Mit Hilfe einer Vorrichtung, wie sie in
Die Vorrichtung wurde zunächst mit 600 Liter Wasser gefüllt. Die Temperatur betrug zu Versuchsbeginn 15,6 °C. Anschließend wurden 5 kg nasses Stroh und 5 kg mit Sand durchsetzte Pferdeäpfel aus der Reitbahn in die Vorrichtung eingefüllt. 13 Minuten nach Beginn des Einfüllens wurde mit der Austragung des Strohs begonnen. Der Austragungsvorgang wurde für 15 Minuten durchgeführt und das Stroh in einem Behälter aufgefangen. Die anfangs mittels einer Kunsstoffplatte noch verschlossene Sandfangrinne wurde jetzt geöffnet. Die Belüftung wurde zur Abscheidung des Sandes für weitere 10 Minuten durchgeführt.The device was first filled with 600 liters of water. The temperature was 15.6 ° C at the beginning of the experiment. Subsequently, 5 kg of wet straw and 5 kg of sand interspersed horse apples from the riding track were filled into the device. 13 minutes after the start of filling, the straw was discharged. The discharge process was carried out for 15 minutes and the straw collected in a container. The initially closed by means of a plastic plate Sandfangrinne was now open. The aeration was carried out to deposit the sand for an additional 10 minutes.
Anschließend wurde die Flüssigphase abgelassen. Dabei verhinderte ein Sieb am Auslass ein Austreten des in der Flüssigphase noch verbliebenen Strohs. Dieses wurde zudem mittels eines weiteren Siebes abgeschöpft und separat erfasst. Das vorwiegend feste Sediment in der Sandfangrinne wurde mittels einer Schaufel entnommen und ausgewogen. Der verbliebene Rest des Sediments wurde ausgespült.Subsequently, the liquid phase was drained. A sieve at the outlet prevented leakage of the remaining straw in the liquid phase. This was also skimmed off by means of another sieve and recorded separately. The predominantly solid sediment in the sand gutter was removed by a shovel and weighed out. The remainder of the sediment was rinsed out.
Der Modellbetrieb zeigte, dass sowohl eine Abscheidung des Strohs und als auch des Sandes aus der Flüssigphase erfolgte. Zur Bestimmung der Abscheideleistungen des Strohs und des Sandes, wurden die in Tabelle 2 genannten Probenkennwerte für die Bilanzierung und Auswertung ermittelt. Tabelle 16: Probenkennwerte zur Inbetriebnahme
Eine Bilanzierung des in das System eingefüllten Strohs und des ausgetragenen Strohs ergab anhand der gerundeten Trockensubstanzgehalte für die eingefüllten und ausgetragenen Strohmengen gemäß Tabelle 2 folgendes Ergebnis:
- 1. Eingefülltes Stroh: 5 kg × 33 – 81 % TS = 1,65 – 4,05 kg Stroh
- 2. Ausgetragenes Stroh: 10,5 kg × 14,0 % TS = 1,47 kg Stroh
- 3. Strohmenge in der Flüssigphase: 0,44 kg × 10 % TS = 0,04 kg Stroh
- 4. Differenz: 0,14 – 2,54 kg
- 1. Stuffed straw: 5 kg × 33 - 81% TS = 1.65 - 4.05 kg straw
- 2. Thrown straw: 10.5 kg × 14.0% TS = 1.47 kg straw
- 3. Volume of straw in the liquid phase: 0.44 kg × 10% DM = 0.04 kg straw
- 4. Difference: 0.14 - 2.54 kg
Die Differenz ergibt sich aus der dem Stroh anhaftenden Organik oder Sandanhaftungen, die in die Flüssigphase sowie in das Sediment übergegangen sind. Da das nicht ausgetragene Stroh in der Flüssigphase abgeschöpft bzw. am Austritt gehindert wurde und nur vereinzelte Strohhalme in der Sandfangrinne zu finden waren, erfolgt eine nahezu vollständige Abscheidung des Strohs. Wird davon ausgegangen, dass der Strohanteil in der Flüssigphase und der ausgetragene Strohanteil zusammen die Gesamtmasse an Stroh ergeben, beträgt die Abscheideleistung 1,47 kg/(1,47 kg + 0,04 kg) ≈ 97,4 %. Die verbliebenen Strohanteile in der Sandfangrinne waren gering.The difference arises from the organic matter adhering to the straw, or from sand accumulations that have been transferred to the liquid phase and sediment. Since the unsprayed straw was skimmed off in the liquid phase or prevented from escaping and only isolated straws were to be found in the sand trapping channel, an almost complete separation of the straw takes place. Assuming that the straw content in the liquid phase and the discharged straw content together give the total mass of straw, the separation efficiency is 1.47 kg / (1.47 kg + 0.04 kg) ≈ 97.4%. The remaining straw shares in the sand gutter were small.
Die der Vorrichtung zu- und abgeführte Sandmenge wurde über die Bestimmung der anorganischen Bestandteile des Pferdemistes ermittelt. Dazu wurden die gerundeten oTS-Gehalte aus Tabelle 2 ohne die Standardabweichung verwendet. Zunächst wurde der Sandanteil in den mit Sand verunreinigten Pferdeäpfeln bestimmt.The amount of sand added and removed from the device was determined by determining the inorganic constituents of the horse manure. For this purpose, the rounded oTS contents from Table 2 without the standard deviation were used. First, the sand content was determined in the sand-contaminated horse apples.
Die reinen und frischen Pferdeäpfel aus der Box beinhalteten keinen Sand und wiesen einen TS-Gehalt von 21,0 % und einen oTS-Gehalt von 92,2 % auf. Der oTS-Gehalt der Frischmasse lag somit bei 19,4 %. Der reine Hallensand wies einen TS-Gehalt von 95,0 % und einen oTS-Gehalt von 4,7 % auf. Der oTS-Gehalt der Frischmasse lag demnach bei 4,5 %. Die Mischung aus Hallensand und Pferdeäpfeln, die in das System eingefüllt wurde, wies einen TS-Gehalt von 38,1 % und einen oTS-Gehalt von 32,5 % auf. Der oTS-Gehalt der Frischmasse liegt dann bei 12,4 %. Ausgehend von einem linearen Zusammenhang ergibt sich im Vergleich der oTS-Gehalte ein Sandanteil von 68,2 % in dem eingefüllten Pferdeäpfel-Sand-Mix.The pure and fresh horsepox from the box contained no sand and had a TS content of 21.0% and an OTS content of 92.2%. The oTS content of the fresh mass was thus 19.4%. The pure hall sand had a TS content of 95.0% and an OTS content of 4.7%. The oTS content of the fresh mass was therefore 4.5%. The mixture of hall sand and horse apples filled into the system had a TS content of 38.1% and an OTS content of 32.5%. The oTS content of the fresh mass is then 12.4%. Based on a linear relationship, a sand content of 68.2% is found in the filled horse-and-horse sand mix compared to the OTS content.
Demnach sind durch die 5 kg mit Sand verunreinigten Pferdeäpfel bei einem TS-Gehalt von 38,1 % und 69 % Sandanteil in der Trockensubstanz 1,31 kg Sand in das System eingebracht worden Der feste Anteil im Sandfang, welcher mittels einer Schaufel entnommen wurde, wies einen oTS-Gehalt von 36,2 % auf. Entsprechend einer linearen Interpolation ergibt sich damit ein Sandanteil von 64,4 %. Bei einer Sedimentmasse von 8 kg, einem TS-Gehalt von 17,7 % und einem Sandanteil von 64,4 % ergibt sich eine Sandmasse von 0,91 kg. Die Abscheideleistung des Sandfanges, d.h. die abgeschiedene Sandmasse in Bezug auf die aufgegebene Sandmenge, lag im Probebetrieb demnach bei 0,91 kg/1,31 kg ≈ 69,5 %.Accordingly, by the 5 kg of sand polluted horse apples with a TS content of 38.1% and 69% sand content in the dry matter 1.31 kg of sand have been introduced into the system The solid fraction in the sand trap, which was removed by means of a blade, had an OTS content of 36.2%. According to a linear interpolation, this results in a sand content of 64.4%. With a sediment mass of 8 kg, a TS content of 17.7% and a sand content of 64.4% results in a sand mass of 0.91 kg. The separation efficiency of the sand trap, i. The deposited sand mass in relation to the amount of sand deposited was thus 0.91 kg / 1.31 kg ≈ 69.5% in trial operation.
Eine Bilanz der organischen Bestandteile ergab folgendes Ergebnis:
Bei der Bilanzierung des Strohaustrages wurde eine verbleibende Differenz von 0,14 – 2,54 kg festgestellt, welche auf die Verunreinigungen und Anhaftungen des Strohs zurückgeführt wurde. Aufgegeben wurden neben dem Stroh zudem mit Sand verunreinigte Pferdeäpfel. Ausgehend von 5 kg Frischmasse, 38,1 % TS-Gehalt und 31,8 % Organik (Sandanteil 68,2 %) ergeben sich 0,61 kg Organik.A balance of the organic components gave the following result:
When accounting for the straw carry, a residual difference of 0.14 - 2.54 kg was found, which was attributed to the contamination and buildup of the straw. In addition to the straw were also abandoned sand-contaminated horse apples. Based on 5 kg fresh mass, 38.1% DM content and 31.8% organic (sand content 68.2%) results in 0.61 kg of organics.
Der Sandfangrinne wurden 8 kg Sediment mit einem TS-Gehalt von 17,7 % und 35,6 % Organik (Sandanteil 64,4 %) entnommen. Dies sind 0,50 kg Organik. Für die Flüssigphase ist TS-Gehalt von 0,09 % bestimmt worden. Das mit dem Substrat zugeführte Wasser wurde vernachlässigt. Im Container waren 600 Liter Wasser enthalten. Es ergibt sich eine Trockenmasse von 0,54 kg, die über das Flüssigsubstrat ausgetragen wurde. Die Trockenmasse der in der Flüssigphase verbliebenen Pferdeäpfel beläuft sich auf 0,02 kg.The grit was taken from 8 kg of sediment with a TS content of 17.7% and 35.6% organics (sand content 64.4%). This is 0.50 kg of organics. TS content of 0.09% for the liquid phase has been determined. The water supplied to the substrate was neglected. The container contained 600 liters of water. The result is a dry mass of 0.54 kg, which was discharged through the liquid substrate. The dry weight of the remaining in the liquid phase horse apples amounts to 0.02 kg.
In der Summe wurden demnach 0,61 kg Organik und 0,14 – 2,54 kg Anhaftungen am Stroh eingetragen. Der Sandfangrinne wurden bei Versuchsende 0,50 kg Organik entnommen und 0,54 kg Trockenmasse haben die Aufbereitung über das Flüssigsubstrat verlassen. Hinzu kommen 0,02 kg nicht aufgelöste Pferdeäpfel.In total, 0.61 kg of organic matter and 0.14-2.54 kg of adherence were added to the straw. At the end of the experiment, 0.50 kg of organics were removed from the sand trapping channel and 0.54 kg of dry matter left the preparation via the liquid substrate. In addition, 0.02 kg unresolved horse apples.
Pferdemist konnte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in geeigneter Weise behandelt werden. Es erfolgte eine Auflösung der Pferdeäpfel und die erforderliche Ablösung von Anhaftungen am Stroh. Das Stroh konnte mit hoher Abscheideleistung abgetrennt und ausgetragen werden. Gleiches gilt für Sand.Horse manure could be suitably treated by the method of the invention. There was a dissolution of the horse apples and the necessary detachment of attachments on the straw. The straw could be separated and discharged with high separation efficiency. The same applies to sand.
Literaturliterature
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- DIN 38409-H1-3 [0037] DIN 38409-H1-3 [0037]
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