DE102014001910A1 - Process for the material and energetic utilization of biogenic residues of potato processing and arrangement for carrying out the process - Google Patents

Process for the material and energetic utilization of biogenic residues of potato processing and arrangement for carrying out the process Download PDF

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Abstract

Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung biogener Reststoffe von Anlagen der Kartoffelverarbeitung durch Einsatz der Reststoffe in eine Nassfermentation, durch Konzentration des gesamten Nährstoffpotentials in Form von Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel in einer aus den Fermentationsrückständen gewonnenen Düngemittelfraktion, und durch Bereitstellung des entschwefelten Biogases für die energetische Verwertung, dadurch gekennzeichnet, dass als Nassfermentation die Hefefermentation zur Bioethanolgewinnung und/oder die Methanfermentation zur Biogasgewinnung genutzt werden, dass die anfallenden biogenen Reststoffe aus dem Verarbeitungsprozess von stärkehaltigen Wurzelfrüchten, wie Kartoffeln, Süßkartoffeln, Maniok, Tapioka, Cassava, in Form von Schälmassen, stärkehaltigen Weißwässern, Rückständen aus der Reinigung der Einsatzstoffe, Schlempen aus der vorgeschalteten Ethanoldestillation, wässrigen Medien aus der periodischen Anlagenreinigung und/oder Schlämmen gewonnen werden, dass die verfügbaren Reststoffe einem Suspendierprozess unterzogen werden, dass unter Einsatz von Zusatzstoffen mit Trockenmassegehalten von wenigstens 25% in der Biosuspension ein Trockenmassegehalt zwischen 12 und 18% eingestellt wird, dass die erzeugte Biosuspension einem aeroben Hydrolyseprozess unterzogen wird, dass das aus der Biosuspension erzeugte Hydrolysat einem anaeroben Fermentersystem aus wenigstens einem hydraulisch und teilweise durchmischtem Fermenter mit anfangs eingesetzter und sich stetig reproduzierender Spezialkultur zugeführt wird, dass das in den verwerteten Einsatzstoffen enthaltene Potential an Pflanzennährstoffen als Gemisch aus der festen Phase der Fermentationsrückstände und den aus der Hemmstoffentfrachtung der Biofiltrate resultierenden flüssigen Waschmedien mit hohen Gehalten an Ammonium und Schwefelverbindungen gewonnen wird und dass das entschwefelte, getrocknete und verdichtete Biogas zur gekoppelten Gewinnung von elektrischer und thermischer Prozessenergie genutzt wird.Process for the material and energy recovery of biogenic residues from potato processing plants by using the residues in a wet fermentation, by concentrating the total nutrient potential in the form of nitrogen, phosphorus, potassium and sulfur in a fertilizer fraction obtained from the fermentation residues, and by providing the desulfurized biogas for the energetic utilization, characterized in that are used as wet fermentation Hefefermentation for bioethanol production and / or methane fermentation for biogas production, that the resulting biogenic residues from the processing of starchy root crops, such as potatoes, sweet potatoes, cassava, tapioca, cassava, in the form of Peelings, starchy white waters, residues from the purification of feedstocks, sludge from the upstream ethanol distillation, aqueous media from the periodic plant cleaning and / or Sch lambing, that the available residues are subjected to a suspending process that is set using additives with dry matter contents of at least 25% in the biosuspension, a dry matter content between 12 and 18%, that the biosuspension produced is subjected to an aerobic hydrolysis process that the biosuspension hydrolyzate produced an anaerobic fermenter system from at least one hydraulically and partially mixed fermenter with initially used and constantly reproducing special culture is supplied that contained in the recovered feedstock potential of plant nutrients as a mixture of the solid phase of the fermentation residues and from the Hemmstoffentfrachtung the Biofiltrate resulting liquid washing media is obtained with high levels of ammonium and sulfur compounds and that the desulfurized, dried and compressed biogas for the coupled production of electrical shear and thermal process energy is used.

Description

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung biogener Reststoffe der Kartoffelverarbeitung und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Eine derartige technische Lösung wird zur Erhöhung der Entsorgungssicherheit, zur Kostensenkung, zur Schadstoff-Emissionsminderung und zur Erhöhung der Unabhängigkeit von der fossilen Energieversorgung in der Kartoffelverarbeitungsindustrie benötigt.The invention relates to a method for the material and energetic utilization of biogenic residues of potato processing and an arrangement for carrying out the method. Such a technical solution is needed to increase the security of disposal, to reduce costs, to reduce emissions and to increase the independence of the fossil energy supply in the potato processing industry.

Stand der TechnikState of the art

Moderne Produktionsstätten zur Verarbeitung von Kartoffeln, Maniok, Tapioka, Cassava und ähnlichen stärkehaltigen Knollenfrüchten werden weltweit mit ähnlicher Verfahrenstechnik betrieben. Das größte Potential an organischer und damit energiereicher Biomasse stellt im gesamten Reststoffspektrum einer Kartoffelverarbeitungsstätte die anfallende Schälmasse dar. Im getrockneten Zustand ist dieser Reststoff ein gut vertragliches, energiereiches, proteinhaltiges und lagerfähiges Tierfuttermittel, das jedoch angesichts steigender Energiepreise kaum noch mit alternativen Eiweißfuttermitteln, wie Sojaschrot oder Rapspresskuchen, konkurrieren kann. Im feuchten Anfallzustand wird die Schälmasse in den meisten Fällen als Zusatzfuttermittel eingesetzt. Dabei wird in Kauf genommen, dass wegen der Infektionsgefahr dieses hervorragenden Nährbodens für Mikroorganismen eine starke Abhängigkeit von den abnehmenden Tierzüchtern und von einer verlässlich funktionierenden Transportlogistik besteht. Die nicht für Futterzwecke geeigneten organischen Reststoffe müssen im Allgemeinen als Abfall entsorgt werden, obwohl sie ebenfalls über beachtliche energetische Potentiale und Pflanzennährstoffgehalte verfügen. Es sind Beispiele bekannt, bei denen zur Vermeidung von Abhängigkeiten von standortnahen Tierzüchtern die anfallenden Reststoffe als Bodenverbesserungsmittel auf landwirtschaftlichen Nutzflächen ausgebracht werden. Zur Vermeidung der Schädigung des Bodenlebens müssen wegen der möglichen Verkrustung der Bodenoberfläche infolge der Stärkegehalte die ausgebrachten Reststoffe unverzüglich in die Kulturschicht eingearbeitet werden. Parallel hierzu wird die Kartoffelverarbeitung in beachtlichem Umfang durch steigende Energiepreise belastet.Modern production facilities for the processing of potatoes, cassava, tapioca, cassava and similar starchy tubers are operated worldwide with similar process technology. The largest potential of organic and thus high-energy biomass is the entire residue spectrum of a potato processing plant accumulating pest. When dried, this residue is a well-contractual, high-energy, protein-containing and storable animal feed, but in view of rising energy prices barely with alternative protein feed, such as soybean meal or rapeseed cake, can compete. In wet conditions, the peel is used in most cases as a supplementary feed. It is accepted that because of the risk of infection of this excellent microbial soil there is a strong dependency on the decreasing livestock breeders and on a reliably functioning transport logistics. The organic residues not suitable for animal feed must generally be disposed of as waste, although they also have considerable energy potential and plant nutrient content. Examples are known in which, in order to avoid dependencies of animal breeders close to the location, the resulting residues are applied to farmland as soil improvers. In order to avoid damage to the soil life, because of the possible crusting of the soil surface due to the starch contents, the applied residues must be incorporated immediately into the culture layer. At the same time, potato processing is burdened to a considerable extent by rising energy prices.

Auch deshalb besteht wegen des Wettbewerbsdruckes in der Branche bei den Betreibern von Kartoffelverarbeitungsstätten ein ausgeprägtes Interesse. Trotz dieser Situation ist bisher in der industriellen Praxis kein Beispiel dafür bekannt gemacht worden, gemäß dem die überwiegend feucht anfallenden biogenen Reststoffe aus der SKartoffelverarbeitung einer stofflichen und energetischen Verwertung zugeführt worden wären. Von einer stofflichen und energetischen Verwertung der anfallenden Reststoffe könnte gesprochen werden, wenn unter Verzicht auf das thermische Trocknen mittels Nassfermentation neben dem vollständigen Erhalt der Pflanzennährstoffe aus den wenigstens 22% trockener Biomasse in den feuchten Schälmassen Biogas mit einem Heizwert von wenigstens 1.140 kWh/t, davon wenigstens 450 kWh/t Elektroenergie, gewonnen würden. Bekannte technische Lösungen beschränken sich auf die Verwertung von Bioschlämmen aus der Abwasserbehandlung mittels Methanfermentation, womit nur vergleichsweise geringe Anteile des tatsächlich verfügbaren Potentials genutzt werden. Sowohl die praktisch ununterbrochen anfallenden Reststoffe als auch der nahezu konstante Energiebedarf hinsichtlich Elektroenergie, Wärmeenergie und Kälteenergie, sowie Motorkraftstoffen bilden nahezu ideale Voraussetzungen für die Nutzung von Verfahren der Methanfermentation zur Energiegewinnung aus regenerativen Quellen und zur gleichlaufenden Verwertung der anfallenden Fermentationsreste für die Düngemittelgewinnung. Deshalb hat es auch nicht an Versuchen gefehlt, den Stand der Technik dahin weiterzuentwickeln, dass unter Nutzung der biogenen Reststoffe insbesondere Beiträge zur Senkung des fossilen Energiebedarfs einer Kartoffelverarbeitungsstätte geleistet werden können. Die Besonderheiten der biogenen Reststoffe aus der industriellen Kartoffelverarbeitung bestehen in der Feinkörnigkeit und in der Stetigkeit des Anfalls dieser Reststoffe. Als Barrieren für den Einsatz dieser Reststoffe in biotechnologischen Verwertungsanlagen gelten ganz offensichtlich die beachtlichen Gehalte an Proteinen und/oder Rohfasern, die vermeintlich einer Monofermentation, ob im Rahmen einer Hefefermentation zur Ethanolgewinnung oder einer Methanfermentation zur Biogasgewinnung entgegen stehen.This is another reason why the operators of potato processing plants are very interested in the industry because of the competitive pressure in the industry. Despite this situation, no example has been made so far in industrial practice, according to which the predominantly moist biogenic residues from the SKA processing would be a material and energy recovery would have been supplied. From a material and energetic utilization of the accumulating residues could be spoken, if waiving the thermal drying by wet fermentation in addition to the complete receipt of plant nutrients from the at least 22% dry biomass in the wet peelings biogas with a calorific value of at least 1,140 kWh / t, of which at least 450 kWh / t electrical energy would be gained. Known technical solutions are limited to the utilization of biological sludges from wastewater treatment by means of methane fermentation, whereby only comparatively small amounts of the actually available potential are used. Both the practically uninterrupted residual materials and the almost constant energy demand for electric energy, thermal energy and cooling energy, as well as motor fuels form almost ideal conditions for the use of methane fermentation for energy production from renewable sources and concurrent utilization of the resulting fermentation residues for fertilizer production. Therefore, there has been no lack of attempts to further develop the state of the art that, using the biogenic residues in particular contributions to reduce the fossil energy needs of a potato processing plant can be made. The peculiarities of the biogenic residues from the industrial potato processing consist in the fine graininess and in the continuity of the seizure of these residues. The barriers to the use of these residues in biotechnological recycling plants obviously include the considerable contents of proteins and / or raw fibers, which are supposed to counter monofermentation, whether in the context of yeast fermentation for ethanol production or methane fermentation for biogas production.

Die DE 3627253 C2 (1986) beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur biologischen Behandlung von organische Stoffe enthaltenden Substraten, wobei die zentrale Behandlungsstufe für die feststoffabgereicherte Phase eines Biosubstrates und der in nachfolgenden Behandlungsschritten verflüssigten feststoffreichen Phasen des Biosubstrates ein Hydrolyse-Reaktor für den aeroben Abbau der im Biosubstrat enthaltenen organischen Stoffe ist.The DE 3627253 C2 (1986) describes, for example, a method for the biological treatment of substrates containing organic substances, wherein the central treatment stage for the solids-depleted phase of a biosubstrate and the solids-rich phases of the biosubstrate liquefied in subsequent treatment steps comprises a hydrolysis reactor for the aerobic degradation of the organic substances contained in the biosubstrate is.

Zu der Behandlung der dabei anfallenden Hydrolysegase, die bekanntermaßen auch Fettsäuredämpfe aus der aeroben Spaltung von ausgewählten Phasen der eingetragenen Biostoffe enthalten, gibt die beschriebene Lösung jedoch keine Hinweise. Die aus dem Hydrolysereaktor ausgetragenen Substrate gelangen zu einem Teil ohne weitere Vorbehandlung in die Hydrolysestufe zurück. Die übrigen feststoffreichen Phasen werden nach mehreren Zwischenbehandlungen von verbleibenden ungelösten Bestandteilen abgetrennt und der weiteren fermentativen Behandlung entzogen. Die behauptete Eignung für die Verwertung von bekanntermaßen feststoffreichen Produktionsresten aus der Kartoffelverarbeitung ist mangels dafür verfügbarer adaptierter Methanbakterienkulturen und mangels kulturerhaltender Fermentationstechnik für die offenbarte technische Lösung nicht gegeben. However, the solution described gives no indication of the treatment of the resulting hydrolysis gases, which are known to also contain fatty acid vapors from the aerobic decomposition of selected phases of the registered biostats. The discharged from the hydrolysis substrate return to a part without further pretreatment in the hydrolysis. The remaining solids-rich phases are separated after several intermediate treatments of remaining undissolved constituents and removed from the further fermentative treatment. The alleged suitability for the utilization of known solid-high production residues from the potato processing is not given for lack of available adapted Methanbakterienkulturen and lack of culture-preserving fermentation technology for the disclosed technical solution.

Weiterhin wird mit der DE 4000834 C2 (1990) eine technische Lösung zur Biomethanisierung von organischen Reststoffen von Brauereien bekannt gemacht, die prinzipiell auch für Reststoffe der Kartoffelverarbeitung angewendet werden könnte. Sie sieht vor, den anfallenden Abwässern die üblichen Reststoffe aus dem unmittelbaren Produktionsprozess zuzusetzen und das nun extrem hoch organisch belastete Abwasser einem mehrstufigen Fermentationsprozess zu unterziehen. Das offenbarte Verfahren bedient sich dabei kaskadenförmig angeordneter Schlaufenreaktoren, die zumindest teilweise mit Füllkörpern gefüllt sind und durch komprimierte Prozessgase vollständig gemischt werden. Der erkannten Notwendigkeit einer hydrolytischen Vorbehandlung in einer ersten Fermentationsstufe wird erklärtermaßen durch chemische, enzymatische und fakultativ durch aerobe bis anaerobe Maßnahmen entsprochen. Offensichtlich im Interesse der energetischen Erschließung der überwiegend lignocellulose- und proteinhaltigen Pülpeinhaltsstoffe sollen diese vorzugsweise nach einer Zerkleinerung auf < 1,0 mm eingesetzt werden. Das beschriebene Verfahren unterstellt die Möglichkeit, den anfallenden Gärresten der letzten anaeroben Behandlungsstufe mittels Ultrafiltration ein Reinwasser entziehen zu können, das jedoch zugleich Quelle eines zusätzlichen Entgasungsprozesses sein soll. Eine Nachfaulstufe soll zur weiteren Feststoffreduktion und eine aerobe Nachbehandlungsstufe zur Geruchseliminierung und Stickstoffreduktion genutzt werden. Der theoretische Ansatz dieses Vorschlages widerspricht in mehrfacher Hinsicht vielfach bestätigten praktischen Erfahrungen und konnte folgerichtig keinen Eingang in die moderne Kartoffelverarbeitungstechnik finden.Furthermore, with the DE 4000834 C2 (1990) published a technical solution for the biomethanization of organic residues from breweries, which could in principle also be applied to potato processing residues. It provides for the wastewater to be added to the usual residual materials from the immediate production process and for the wastewater, which is now subjected to extremely high levels of organic pollution, to undergo a multi-stage fermentation process. The disclosed method makes use of cascaded loop reactors, which are at least partially filled with random packings and completely mixed by compressed process gases. The perceived need for hydrolytic pretreatment in a first fermentation stage is said to be met by chemical, enzymatic and optionally by aerobic to anaerobic means. Obviously, in the interests of energetic development of predominantly lignocellulosic and protein-containing pulp ingredients, these should preferably be used after comminution to <1.0 mm. The process described assumes the possibility of being able to extract a pure water by ultrafiltration from the fermentation residues of the last anaerobic treatment stage which, however, should at the same time be the source of an additional degassing process. A refining step should be used for further solids reduction and an aerobic aftertreatment step for odor elimination and nitrogen reduction. The theoretical approach of this proposal contradicts in many respects often confirmed practical experience and could logically no input into the modern potato processing technology.

So ist es bekanntermaßen grundsätzlich nicht möglich, in vollständig durchmischten Fermentern eine für die Verwertung der lignocellulose- und proteinreichen Einsatzstoffe geeignete spezielle Bakterienkultur ausreichend stabil verfügbar zu erhalten. Das anerkannte Erfordernis der Vorhydrolyse von Biosuspensionen mit Kartoffelverarbeitungsreststoffen ist hingegen durch Enzymzugabe oder durch anaerobe Behandlung nur zu erfüllen, wenn Zusatzstoffkosten keine Rolle spielen, oder wenn großvolumige zusätzliche Anaerobsysteme verfügbar sind. In der vorgeschlagenen technischen Lösung dient die aerobe Stickstoffreduktion der Gärreste nach dem mehrstufigen Fermentationsprozess ausschließlich der Gewinnung von gering belastetem Abwasser bei Inkaufnahme der Rückführung der reduzierten Stickstofffracht in die Atmosphäre. Hingegen sollen Eluate aus einzelnen Fermentationsstufen zur Steuerung optimaler C-N-P-Verhältnisse in den jeweiligen Gärsubstraten in andere Fermentationsstufen zurückgeführt werden. Damit wird eine entscheidende Voraussetzung für die Aufrechterhaltung eines nachhaltigen Fermentationsprozesses unbeachtet gelassen, gemäß der eine Entfrachtung des geschlossenen Fermentationssystems von Stickstoff- und Schwefelverbindungen zur Vermeidung des Entstehens toxischer Konzentrationen dieser Verbindungen im Gärsubstrat unverzichtbar ist. Das ist vor allem deshalb beachtlich, da in Form der Schälmassen aus der Kartoffelverarbeitung protein- und damit stickstoff- und schwefelreiche Substrate in den Fermentationsprozess eingeführt werden.Thus, it is generally known that it is fundamentally not possible to obtain sufficiently stable available, in completely mixed fermenters, a special bacterial culture suitable for the utilization of the lignocellulosic and protein-rich starting materials. However, the acknowledged requirement of prehydrolysis of biosuspensions with potato processing residues can only be met by enzyme addition or by anaerobic treatment if additive costs are not an issue, or if large volume additional anaerobic systems are available. In the proposed technical solution, the aerobic nitrogen reduction of the digestate after the multi-stage fermentation process is used exclusively for the recovery of low-polluted wastewater at the expense of recycling the reduced nitrogen load into the atmosphere. On the other hand, eluates from individual fermentation stages should be recycled to other fermentation stages to control optimal C-N-P ratios in the respective fermentation substrates. Thus, a key condition for maintaining a sustainable fermentation process is ignored, according to which delousing the closed fermentation system of nitrogen and sulfur compounds to avoid the formation of toxic concentrations of these compounds in the fermentation substrate is indispensable. This is especially remarkable, because in the form of the peelings from the potato processing protein and thus nitrogen and sulfur rich substrates are introduced into the fermentation process.

Die DE 4226087 A1 (1992) beschreibt u. a. ein Verfahren zur biologischen Aufbereitung organischer Substanzen, insbesondere zur anaeroben biologischen Hydrolyse zur anschließenden Biomethanisierung. Der offenbarte technische Vorschlag versucht die Aufgabe zu lösen, die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren einfacher und effizienter auszugestalten und insbesondere ein Steuerungskonzept bereitzustellen, durch das der pH-Wert, die Feststoffkonzentration und die Feststoffverweilzeit unabhängig voneinander einstellbar sind. Die wesentlichen Mittel dieser technischen Lösung bestehen darin, dass in einer ersten anaeroben Hydrolysestufe die überwiegend gelösten organischen Bestandteile einer Biosuspension und in einer zweiten Anaerob-Stufe eine feststoffreiche Fraktion der zu behandelnden Biosuspension hydrolytisch versauert werden, damit in einer dritten Behandlungsstufe beide Hydrolysate der Methanisierung unterzogen werden können. Auch mit diesen Vorschlägen ist es aus mehreren Gründen nicht möglich, den Prozess der stofflichen und energetischen Verwertung von Kartoffelverarbeitungsreststoffen mit der erforderlichen energetischen Effizienz und Stabilität zu führen.The DE 4226087 A1 (1992) describes inter alia a method for the biological treatment of organic substances, in particular for anaerobic biological hydrolysis for subsequent biomethanization. The disclosed technical proposal seeks to solve the problem simpler and more efficient to design the methods known from the prior art and in particular to provide a control concept by which the pH, the solids concentration and the Feststoffverweilzeit are independently adjustable. The essential means of this technical solution are that in a first anaerobic hydrolysis step, the predominantly dissolved organic constituents of a biosuspension and in a second anaerobic stage a solids-rich fraction of the biosuspension to be treated are hydrolytically acidified so that in a third treatment stage, both hydrolyzates undergo methanation can be. Even with these proposals, it is not possible for many reasons, the process of material and energy recovery of potato processing residues with the required energy efficiency and stability to lead.

Weder kann mit den vorgeschlagenen Prozeduren der tatsächliche und zeitlich gegebenenfalls auch wechselnde Reststoffstrom einer Kartoffelverarbeitungsstätte wegen der erforderlichen pH-Wert-Steuerung nachhaltig behandelt werden, noch steht die noch vor der Methanisierungsstufe aus dem Anaerobprozess auszuschleusende Feststofffraktion für die weitere energetische Nutzung zur Verfügung. Außerdem fehlen jegliche Voraussetzungen für die Begrenzung der Gehalte an Stickstoff- und Schwefelverbindungen im Gärsubstrat auf Konzentrationen unterhalb der Toxizitätsschwelle, wenn dem System proteinreiche Schälmassen aus der Kartoffelverarbeitung zugeführt werden sollen.Neither can be effectively treated with the proposed procedures, the actual and temporally possibly changing residual flow of a potato processing plant because of the required pH control, still stands before the methanization of the anaerobic process rejectable solids fraction available for further energy use. In addition, any preconditions for limiting the levels of nitrogen and sulfur compounds in the fermentation substrate to concentrations below the toxicity threshold are lacking if the system is to be supplied with high-protein potato peelings.

Die DE 19613397 C2 (1992) beschreibt ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, das sich insofern vom damals verfügbaren bekannten Stand der Technik unterscheidet, dass die aufzubereitende Biosuspension in Form eines Abwassers zunächst einer Phasentrennung unterzogen wird, wobei lediglich die feststoffreiche Phase dem Fermenter direkt zugeführt wird. Die feststoffarme Phase aus dieser Prozessstufe soll einer Ammoniak-Strippung zugeführt werden, obwohl im Falle der Schälmassen aus der Kartoffelverarbeitung das Stickstoffinventar bekanntermaßen zunächst überwiegend in Proteinform vorliegt und daraus Ammonium erst durch den anaeroben Fermentationsprozess gebildet wird. Gemäß der vorgeschlagenen technischen Lösung dient der beschriebene Versuch der Stickstoffausschleusung mit Sicherheit nicht der Vermeidung der Stickstoffanreicherung bis zu toxischen Konzentrationen im Fermentationsprozess. Die aerobe Hydrolyse des Ablaufs aus der Ammoniak-Strippung hat damit nahezu keinen Einfluss auf die erforderliche Auflösung des Lignocelluloseverbundes und auf die Erschließung des Energiepotentials der mit den Schälmassen eingetragenen lignocellulosehaltigen Reststoffen aus der Kartoffelverarbeitung.The DE 19613397 C2 (1992) describes a process for the biological purification of wastewater, which differs from the prior art available at that time, in that the biosuspension to be treated in the form of a waste water is first subjected to a phase separation, wherein only the solids-rich phase is fed directly to the fermenter. The low-solids phase from this process stage is to be fed to an ammonia stripping, although in the case of the peelings from the potato processing, the nitrogen inventory is known to be predominantly present in protein form and ammonium is formed from it only by the anaerobic fermentation process. According to the proposed technical solution, the described attempt at nitrogen discharge certainly does not serve to avoid nitrogen enrichment up to toxic concentrations in the fermentation process. The aerobic hydrolysis of the effluent from the ammonia stripping thus has virtually no influence on the required dissolution of the lignocellulose composite and on the development of the energy potential of the lignocellulose-containing residues from the potato processing introduced with the peelings.

Mit der DE 19615551 C2 (1996) wird u. a. eine technische Lösung beschrieben, die der mehrstufigen Behandlung von Biomassen zur Erzeugung von Biogas dient. Das entwickelte Verfahren soll der Lösung der Aufgabe dienen, mit einem minimalen Aufwand an Investition- und Betriebskosten einen maximalen Abbau der Zellinhalte der biologischen Abfallstoffe zu erreichen. Bei kurzen Verweilzeiten der Biomasse im anaeroben Milieu muss ein wirtschaftlich nutzbares Gasgemisch aus Methan und Kohlendioxid gewinnbar sein, wobei die Biogasmenge zu maximieren und die nachzuverrottende Gärkompostmenge zu minimieren ist.With the DE 19615551 C2 (1996), inter alia, a technical solution is described, which serves the multi-stage treatment of biomass for the production of biogas. The developed method is intended to solve the problem of achieving a maximum reduction of the cell contents of the biological waste with a minimum investment and operating costs. In the case of short residence times of the biomass in the anaerobic environment, an economically usable gas mixture of methane and carbon dioxide must be obtainable, whereby the amount of biogas to be maximized and the post-rotting fermentation compost quantity to be minimized.

Dazu soll das Einsatzgut zunächst von nicht biologisch abbaubaren Begleitstoffen durch Siebung und Metallabscheidung befreit sowie durch Nachzerkleinerung aufbereitet werden. Danach soll die einsetzende Versäuerung durch Zwischenpufferung des zu behandelnden Gärsubstrates in einem Vorhydrolysebehälter intensiviert werden. Zum Zwecke der Vergrößerung der Angriffsflächen für die Mikroorganismen ist vorgesehen, die Auflösung der Zellstrukturen durch Ultraschallbehandlung zu bewirken. Danach erfolgt die Herstellung einer Biosuspension durch Vermischen des Gärsubstrates mit aktive Biomasse enthaltendem Prozesswasser in einem statischen Mischer. Nun wird die erzeugte Biosuspension bei Temperaturen für den mesophilen Abbauprozess unter Zugabe von Luft einer aeroben Hydrolysebehandlung unterworfen. Dabei soll es trotz des Einbringens von Luft zu einer Schwimm-Sink-Trennung und zur Austreibung von Schwefelwasserstoff kommen. Nun wird die anfallende Flüssigphase mit den enthaltenden organischen Sauren auf Temperaturen für thermophile Kulturen erwärmt und unter Zugabe von weiterem Prozesswasser dem Methanreaktor zugeführt. Die offensichtlich im Hydrolysebehälter anfallende Feststoffphase wird entwässert, einer Nachrotteeinheit zugeführt bzw. erneut hydrolysiert. Bemerkenswert ist der Vorschlag, den Methanisierungsteil so auszulegen, dass die einzelnen Gärbehälter jeweils nur für die Aufnahme einer Tagesmenge des anfallenden Einsatzgutes ausgelegt sind, so dass die postulierte Verweilzeit gewährleistet werden kann, weil Kurzschlussströme sicher vermieden werden. Die schonende vollständige Umwälzung des Gärsubstrates in den Gärbehältern wird unter Vermeidung von so genannten Totzonen durch rezirkuliertes eingepresstes Biogas gewährleistet. Ebenso, wie beim Hydrolysebehälter, werden auch aus dem Methanreaktor die nicht vollständig abgebauten Feststoffe mittels Austragsschnecke abgezogen, entwässert und aerob nachverrottet. Die wässrigen Anteile der Gärreste werden dekantiert, in einem Prozesswassertank gesammelt und von dort als Wärmeträger und Anmaischwasser für den Hydrolyseprozess oder zur Befeuchtung der Nachrotteeinheit und des Biofilters eingesetzt. Das vorgeschlagene Verfahren ist ganz offensichtlich für die Beseitigung biogener Abfallstoffe konzipiert und aus mehreren Gründen nicht für die effiziente stoffliche und energetische Verwertung von Reststoffen der Kartoffelverarbeitung geeignet. Zwar ist eine mehrstufige aerobe Vorhydrolyse der suspendierten Biomassen vorgesehen, jedoch sind weder Maßnahmen zur Vermeidung toxischer Konzentrationen von Stickstoff- und Schwefelverbindungen im Gärmedium vorgesehen, wie sie für den Einsatz von besonders proteinreichen Reststoffen aus der Kartoffelverarbeitung unerlässlich sind.For this purpose, the feed should first be freed of non-biodegradable by-products by screening and metal deposition and processed by post-shredding. Thereafter, the incipient acidification should be intensified by intermediate buffering of the fermentation substrate to be treated in a prehydrolysis tank. For the purpose of increasing the attack surfaces for the microorganisms is intended to effect the dissolution of the cell structures by ultrasonic treatment. This is followed by the production of a biosuspension by mixing the fermentation substrate with process water containing active biomass in a static mixer. Now, the biosuspension produced at temperatures for the mesophilic degradation process with the addition of air is subjected to an aerobic hydrolysis treatment. It should come despite the introduction of air to a sink-float separation and the expulsion of hydrogen sulfide. Now the resulting liquid phase is heated with the containing organic acids to temperatures for thermophilic cultures and fed to the methane reactor with the addition of further process water. The solid phase which obviously arises in the hydrolysis vessel is dehydrated, fed to a post-rotting unit or hydrolyzed again. It is worth noting the proposal to interpret the methanization so that the individual fermentation tanks are each designed only for receiving a daily amount of the resulting feed, so that the postulated residence time can be guaranteed, because short-circuit currents are reliably avoided. The careful complete circulation of the fermentation substrate in the fermentation tanks is ensured by avoiding so-called dead zones by recirculated injected biogas. Likewise, as in the case of the hydrolysis vessel, the solids which have not been completely degraded are removed from the methane reactor by means of a discharge screw, dewatered and post-aerobically retted. The aqueous fractions of the fermentation residues are decanted, collected in a process water tank and used from there as a heat carrier and mashing water for the hydrolysis or moistening the Nachrotteeinheit and the biofilter. The proposed method is obviously designed for the disposal of biogenic waste materials and, for several reasons, not suitable for the efficient recycling of energy and potato residues from potato processing. Although a multi-stage aerobic prehydrolysis of the suspended biomasses is provided, however, neither measures to prevent toxic concentrations of nitrogen and sulfur compounds in the fermentation medium are provided, as they are indispensable for the use of particularly protein-rich residues from potato processing.

Weiterhin werden die zunächst nicht gelösten Anteile der eingesetzten Biomassen, wie sie insbesondere für Schälmassen aus der Kartoffelverarbeitung in Form der Proteine und/oder lignocellulosischen Anteile der Schalmassen typisch sind, als Sink- und/oder Schwimmschlämme aus den einzelnen Prozessstufen ausgeschleust und nach einer Entwässerung einer aeroben Verrottung zugeführt. Die aerobe Verrottung benötigt in erster Linie Prozessenergie und führt zum Verlust spürbarer Anteile des enthaltenen Inventars an düngewirksamen Stickstoff- und Schwefelverbindungen. Eine spezielle für die Fermentation von lignocellulosischen Biomassen adaptierte Bakterienkultur steht weder zur Verfügung, noch ist deren Einsatz vorgesehen und könnte auch in den jeweils vollständig durchmischten Gärbehältern nicht erhalten und reproduziert werden.Furthermore, the initially undissolved portions of the biomasses used, as are typical for peelings from potato processing in the form of proteins and / or lignocellulosischen portions of Schalmaassen, discharged as sinking and / or floating sludges from the individual process stages and after dewatering a fed to aerobic rotting. The aerobic decomposition primarily requires process energy and leads to the loss of appreciable portions of the contained inventory of fertilizer nitrogen and sulfur compounds. A special for the fermentation of Bacteria culture adapted to lignocellulosic biomass is neither available nor is it intended to be used and could not be obtained and reproduced even in the respectively thoroughly mixed fermentation tanks.

Die DE 10 2004 030 482 B4 (2004) beschreibt ein Verfahren zur Aufbereitung von Abwässern aus der Bearbeitung und Aufbereitung von organischen Abfällen. Diese technische Lösung enthält u. a. den Vorschlag, zumindest einen Teil der zu verwertenden organischen Einsatzstoffe nicht der Fermentationsstufe, sondern erst der ersten vorzugsweise mechanischen Phasentrennung der anfallenden Gärreste als Flockungsmittel dem so genannten Trübablauf dieser Verfahrensstufe zuzusetzen, um damit einen für die vorgesehenen nachgeschalteten Membran-Filtrationsstufen geeigneten Klarablauf zu erreichen. Der Vorschlag enthält weiterhin den Hinweis, der vorgesehenen Umkehrosmose eine flüssige Phase zuzuführen, die durch Säurezufuhr sowohl die Bildung von sauren Ammoniumverbindungen ermöglicht als auch die Freisetzung von Ammoniak behindert. Schließlich soll der eigentliche Fermentationsprozess vor dem Aufbau toxischer Ammoniumkonzentrationen im Gärsubstrat dadurch geschützt werden, dass durch Zusatz von Umkehrosmose-Permeat als Ansetzwasser bei der Erzeugung einer fermentierbaren Biosuspension eine Konzentrationsverdünnung von Hemmstoffen für den Fermentationsprozess erzielt wird. Auch diese technische Lösung trägt den Anforderungen an die stoffliche und energetische Verwertung von Reststoffen des Kartoffelverarbeitungsprozesses nicht Rechnung, zumal die energiereichen Feststoffphasen der zu verwertenden organischen Abfälle frühzeitig und teilweise ohne jegliche fermentative Behandlung aus dem biotechnologischen Energiegewinnungsprozess ausgeschleust werden.The DE 10 2004 030 482 B4 (2004) describes a process for the treatment of waste water from the processing and treatment of organic waste. This technical solution contains, inter alia, the suggestion to add at least a portion of the organic feedstock not to the fermentation stage, but only the first preferably mechanical phase separation of the resulting digestate as flocculant the so-called turbidity of this process stage, thus one for the intended downstream membrane filtration stages to achieve a suitable course of action. The proposal also includes the advice to provide the proposed reverse osmosis a liquid phase, which allows both the formation of acidic ammonium compounds by acid addition and obstructs the release of ammonia. Finally, the actual fermentation process before the build-up of toxic ammonium concentrations in the fermentation substrate should be protected in that concentration dilution of inhibitors for the fermentation process is achieved by addition of reverse osmosis permeate as Ansetzwasser in the production of a fermentable biosuspension. This technical solution does not meet the requirements for the material and energy recovery of residues of the potato processing process, especially since the high-energy solid phases of the organic waste to be recycled are discharged from the biotechnological energy production process early and partly without any fermentative treatment.

Das in der Zeitschrift Brauerei-Forum, Ausgabe 9/2000, unter dem Titel „Treber vergären zu Biogas” beschriebene Verfahren sieht den Zusatz von bis zu etwa 15% Biertreber zu anderen Reststoffen der Pflanzenproduktion und der Lebensmittelindustrie vor.That in the magazine Brewery Forum, issue 9/2000, under the title "Grain Fermenting to Biogas" described method provides for the addition of up to about 15% spent grains to other residues of crop production and the food industry.

Ein solches Verfahren sollte wegen der qualitativen Ähnlichkeit von Braureststoffen und Reststoffen aus der Kartoffelverarbeitung auch für Schälmassen geeignet sein. In der beschriebenen Verfahrenskette sind Verfahrensschritte für die Vermeidung von Aufkonzentrationen von so genannten Hemmstoffen im Fermentationsprozess nicht vorgesehen. Das Einsatzstoffgemisch wird zunächst eine Stunde lang bei 70°C hygienisiert und danach unter Einsatz von Versäuerungsbakterien hydrolysiert. Das erzeugte Hydrolysat wird anschließend in Methanfermentern behandelt. Nach der Beschreibung der angewendeten Technik kommt es zu keinerlei Medien-Rezirkulation, wobei die anfallenden Gärreste entweder unbehandelt düngetechnisch genutzt werden oder in einer eigenen Abwasserbehandlungsanlage zu vorflutfähigem Abwasser und zu einem feststoffreichen Rottestoff aufbereitet werden.Such a method should also be suitable for peeling masses because of the qualitative similarity of brewing solids and residues from potato processing. In the process chain described process steps for the avoidance of concentrations of so-called inhibitors in the fermentation process are not provided. The feed mixture is first sanitized for one hour at 70 ° C and then hydrolyzed using acidification bacteria. The hydrolyzate produced is then treated in methane fermenters. According to the description of the technique used, there is no media recirculation, the resulting fermentation residues are used either untreated fertilizer technology or processed in his own wastewater treatment plant to flooding wastewater and a solid matter rotting material.

Die DE 10 2007 004 135 A1 (2007) benennt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergärung von Biomassen und soll ausdrücklich auch für die Verwertung von organischen Reststoffen aus dem Brauprozess geeignet sein, wobei es bei einer tatsächlich bestehenden Eignung auch für die Verwertung der feuchten Reststoffe aus der Kartoffelverarbeitung nutzbar sein müsste. Der entwickelte Vorschlag sieht dazu die Nutzung eines dem Anaerob-Fermentersystem nachgeschalteten Stapelbehälters für die anfallenden Gärreste vor, wo dem Gärrest membrantechnisch ein Teil der wässrigen Phase entzogen werden soll, um die verbleibende teilweise entwässerte Substanz in den Fermentationsprozess erneut zurückzuführen. Dieser Vorschlag enthält weder eine Lösung für den Einsatz und die nachhaltige Reproduktion einer adaptierten Kultur für die lignocellulosehaltigen Reststoffe noch Maßnahmen zur Vermeidung von Überfrachtungen der Fermentationsstufe mit Stickstoff- und Schwefelverbindungen, deren Bildung bei Einsatz von in hohem Maße proteinhaltigen Reststoffen aus dem Kartoffelverarbeitungsprozess unvermeidlich ist. Die an sich als hilfreiche Maßnahme vorgesehene mehrfache Behandlung zumindest eines Teils der eingesetzten Feststofffraktion führt mangels gezielter hydrolytischer Behandlungen keinesfalls zu den erforderlichen Energieausbeuten.The DE 10 2007 004 135 A1 (2007) identifies a method and a device for the fermentation of biomass and should expressly be suitable for the utilization of organic residues from the brewing process, whereby it would also have to be usable for the utilization of moist residues from the potato processing in an actual existing suitability. The developed proposal provides for the use of a the anaerobic fermenter system downstream stack container for the resulting fermentation residues, where the digestate membrane technology part of the aqueous phase should be withdrawn to return the remaining partially dehydrated substance in the fermentation process again. This proposal contains neither a solution for the use and the sustainable reproduction of an adapted culture for the lignocellulose-containing residues nor measures to avoid overloading the fermentation stage with nitrogen and sulfur compounds, the formation of which is unavoidable when using highly proteinaceous residues from the potato processing process. The multiple treatment of at least part of the solids fraction used as a helpful measure in no way leads to the required energy yields due to the lack of targeted hydrolytic treatments.

Die DE 20 2008 014 330 U1 (2008) beschreibt eine Vorrichtung zur Energieversorgung einer Brauerei, mit der u. a. Mittel zur Hydrolyse und Vergärung von Brauereireststoffen bezeichnet werden. Eine derartige technische Lösung muss wegen der Ähnlichkeit der anfallenden Reststoffe gleichermaßen für eine Kartoffelverarbeitungsstätte geeignet sein.The DE 20 2008 014 330 U1 (2008) describes a device for supplying energy to a brewery, which, among other things, means for the hydrolysis and fermentation of brewery solids. Such a technical solution must be equally suitable for a potato processing plant because of the similarity of the resulting residues.

Die mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag zu lösende Aufgabe besteht allerdings in einer Verbesserung der Energieversorgung. Dies soll in erster Linie mit der Kopplung von verschiedenen Techniken zur Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie aus regenerativen Quellen erreicht werden. Der Vorschlag sieht bevorzugt die getrennte Hydrolyse für jeden der verfügbaren Einsatzstoffe vor, ohne Angaben zur Art der Hydrolyse aufzuzeigen. Den nach den Hydrolysestufen anfallenden wässrigen Substraten werden anschließend die festen Phasen entzogen und vom weiteren biotechnologischen Prozess ferngehalten. Der Fermentationsstufe sollen nur die vergleichsweise energiearmen feststoffentfrachteten Medien zugeführt werden, ohne einen Hinweis zu geben, wie die in den Gärsubstraten gelösten Stickstoff- und Schwefelverbindungen aus dem Einsatz der proteinreichen Reststoffe vor einer Aufkonzentration im Fermentationsprozess behandelt werden sollen.The object to be solved by the proposal according to the invention, however, is to improve the energy supply. This is to be achieved primarily with the coupling of different techniques for the production of electrical and thermal energy from renewable sources. The proposal preferably provides for separate hydrolysis for each of the available feedstocks without indicating the nature of the hydrolysis. The aqueous substrates obtained after the hydrolysis stages are then removed from the solid phases and kept away from the further biotechnological process. The fermentation stage, only the comparatively low-energy solids-depleted media to be supplied without giving any indication as the dissolved in the fermentation substrates nitrogen and sulfur compounds from the Use of high-protein residues to be treated before concentration in the fermentation process.

Die DE 10 2008 060 140 A1 (2008) beschreibt ein Biertreberhydrolyseverfahren, das bei entsprechender Eignung prinzipiell wegen der stofflichen Ähnlichkeit des Biertrebers mit den Schälmassen aus dem Kartoffelverarbeitungsprozess auch für die Kartoffelverarbeitung geeignet sein müsste. Es sieht vor, die verfügbaren protein- und lignocellulosereichen Reststoffe zunächst mit Abwasser und Schlamm zu vermischen und einem ersten Hydrolyseprozess zuzuführen. Das erzeugte Hydrolysat soll dann in einer Phasentrennung in eine feststoffreiche und in eine feststoffarme Fraktion getrennt werden, wobei die feststoffreiche Fraktion unter Laugeeinsatz einem Feststoffaufschluss unterworfen wird. Das aus dem Laugenaufschluss entstehende Medium wird danach erneut einer Phasentrennung zugeführt und die dabei gewonnene feststoffreiche Fraktion in einem zweiten Hydrolyseprozess erneut einem Laugenaufschluss unterworfen. Nach erneuter Phasentrennung soll die feststoffarme Fraktion einer dritten Hydrolysestufe zugeführt werden, während die feststoffreiche Fraktion gegebenenfalls mit anderen biogenen Reststoffen getrocknet und für eine anschließende Verbrennung kompaktiert wird. Das aus der dritten Hydrolysestufe anfallende Substrat soll schließlich einem Vergärungsprozess zugeführt werden. Eine spezielle Starterkultur, die vorzugsweise aus parallelen Anlagen entnommen oder speziell in Kleinanlagen gezüchtet werden muss, soll bereits in der ersten Hydrolysestufe, die zudem bevorzugt bei 60°C zu betreiben ist, zum Einsatz kommen.The DE 10 2008 060 140 A1 (2008) describes a Biertreber hydrolysis process, which would have to be suitably suitable for potato processing in principle because of the material similarity of the spent grains with the peeling masses from the potato processing process. It plans to first mix the available proteins and lignocellulose-rich residues with wastewater and sludge and to feed them into a first hydrolysis process. The hydrolyzate produced is then to be separated in a phase separation in a high-solids and in a low-solids fraction, wherein the high-solids fraction is subjected under liquor use a solids digestion. The resulting from the liquor digestion medium is then fed again to a phase separation and subjected to the recovered solids-rich fraction in a second hydrolysis process again a liquor digestion. After renewed phase separation, the low-solids fraction is to be fed to a third hydrolysis stage, while the solids-rich fraction is optionally dried with other biogenic residues and compacted for subsequent combustion. The resulting from the third stage hydrolysis substrate is finally fed to a fermentation process. A special starter culture, which preferably has to be taken from parallel plants or grown specially in small plants, should already be used in the first hydrolysis stage, which is also preferred to be operated at 60 ° C.

Ganz offensichtlich wird von anaeroben Hydrolyseprozessen gesprochen, bei denen die aktiven Bakterienkulturen die erforderlichen Versäuerungsenzyme selbst bilden. Für die mit den Reststoffen eingesetzten Fette, Proteine und Kohlenhydrate wird die hydrolytische Vorbehandlung an sich nicht benötigt, bestenfalls für die beschleunigte Prozessführung in der Fermentationsstufe. Das regelmäßige Neutralisieren der mehr oder weniger sauren Hydrolysate aus den einzelnen Hydrolysestufen durch Laugenzugabe führt nicht erkennbar zu dem Ergebnis, dass die insbesondere mit den Reststoffen eingesetzten lignocellulosischen Stoffanteile für den anschließenden Fermentationsprozess aufgeschlossen werden. Diese energiereichen Anteile aus den eingesetzten Reststoffen finden sich mit hoher Sicherheit in der auszuschleusenden feststoffreichen Fraktion nach der zweiten Hydrolysestufe und tragen mit deutlich über 70% Feuchtegehalt nach einer energieaufwendigen Trocknung kaum zum Energiegewinn für den Kartoffelverarbeitungsprozess bei. Selbst bei Verfügbarkeit einer den Hydrolyseprozess unterstützenden Startkultur kann diese bei den genannten Temperaturen von 60°C den Methanisierungsprozess in der nachgeschalteten Fermentationsstufe kaum wirksam unterstützen, weil die dort erforderlichen Mikroorganismen entweder im Temperaturbereich zwischen 30 und 40°C als mesophile Kultur oder im Temperaturbereich zwischen 48 und 55°C als thermophile Kultur bekanntermaßen andere Zusammensetzungen aufweisen.Obviously, anaerobic hydrolysis processes are used in which the active bacterial cultures produce the necessary acidification enzymes themselves. For the fats, proteins and carbohydrates used with the residues, the hydrolytic pretreatment is not required per se, at best for the accelerated process control in the fermentation stage. The regular neutralization of the more or less acidic hydrolyzates from the individual stages of hydrolysis by addition of alkali does not appreciably lead to the result that the lignocellulosic material components used in particular with the residues are digested for the subsequent fermentation process. These high-energy components from the residual materials used can be found with a high degree of certainty in the high-solids fraction to be discharged after the second hydrolysis stage and hardly contribute to the energy gain for the potato processing process with significantly more than 70% moisture content after energy-intensive drying. Even if a starting culture which supports the hydrolysis process is available, it can scarcely support the methanation process in the downstream fermentation stage at the stated temperatures of 60.degree. C., because the microorganisms required therein either in the temperature range between 30 and 40.degree. C. as mesophilic culture or in the temperature range between 48.degree and 55 ° C as thermophilic culture are known to have other compositions.

Mit der DE 10 2010 005 818 A1 (2010) wird ein energetisch optimiertes Verfahren zum Betreiben einer Bioethanolgewinnungsanlage bekannt gemacht. Ein solches Verfahren gehört insbesondere deshalb zum Suchbereich eines Fachmannes, weil sowohl die Schlempen aus einer Bioethanolgewinnung als auch die Schälmassen aus der Kartoffelverarbeitung gleichermaßen wässrige Substrate mit überwiegenden Protein- und Lignocellulosegehalten sind. Im Anfallzustand besitzen die Schälmassen einen höheren Trockensubstanzgehalt als die Ethanolschlempen. Der offengelegte Vorschlag macht gemäß der gestellten Aufgabe lediglich Aussagen dazu, dass die im Prozess der Bioethanolgewinnung anfallenden Schlempen einer Methanfermentation zugeführt werden.With the DE 10 2010 005 818 A1 (2010) announces an energetically optimized process for operating a bioethanol production plant. Such a method is therefore part of the search range of a person skilled in the art, because both the vapors from a bioethanol production and the peeling masses from the potato processing are equally aqueous substrates with predominant protein and lignocellulose contents. When seized, the peelings have a higher dry matter content than the ethanol sebum. According to the stated task, the proposed proposal only makes statements that the vapors produced in the bioethanol production process are fed into a methane fermentation.

Dort würden die in den Schlempen enthaltenen gelösten organischen Verbindungen überwiegend zu Biogas umgesetzt und damit die wässrige Phase des Gärrestes wenigstens teilweise für die Substitution des erforderlichen Frischwassers für den Maischeprozess genutzt werden können. Zur Vermeidung einer zusätzlichen Belastung des Maischeprozesses der Ethanolanlage soll dem rückgeführten Gärrest vor dem Wiedereinsatz die feststoffreiche Phase entzogen werden. Einer Aufkonzentration von gelöstem Schwefelwasserstoff und Ammonium im rückgeführten Gärrest soll durch entsprechende Abreicherungsschritte vorgebeugt werden. Weitere Hinweise können dem genannten Vorschlag nicht entnommen werden.There, the dissolved organic compounds contained in the vinasses would be converted predominantly to biogas and thus the aqueous phase of the digestate can be used at least partially for the substitution of the required fresh water for the mashing process. In order to avoid an additional burden on the mashing process of the ethanol plant, the solids-rich phase should be withdrawn from the recycled digestate before reuse. A concentration of dissolved hydrogen sulfide and ammonium in the recirculated digestate should be prevented by appropriate depletion steps. Further information can not be found in the above proposal.

Zusammenfassende Kritik am bekannten Stand der TechnikSummary Criticism of the Prior Art

Den bisher bekannt gemachten technischen Lösungen haftet der gemeinsame Mangel an, dass eine Monofermentation der biogenen Reststoffe aus der Kartoffelverarbeitung mit der erforderlichen biotechnologischen Stabilität und ohne beachtliche Zugabe von Verdünnungsstoffen, wie Frisch- oder Abwässer, nicht gewährleistet werden kann. Außerdem sind geeignete Vorschlage für eine wirksame Vorbereitung der energiereichen lignocellulosischen Anteile an den verfügbaren Reststoffen der Kartoffelverarbeitung für die Biogasgewinnung bisher nicht offenbart worden. Schließlich ist den bisher veröffentlichten Quellen auch kein nutzbarer Hinweis zu entnehmen, wie den hohen Proteingehalten der Schälmassen aus der Kartoffelverarbeitung und den daraus resultierenden Systembelastungen der als Hemmstoffe für den biotechnologischen Prozess wirkende Stickstoff- und Schwefelverbindungen begegnet werden kann. Folgerichtig hat auch keiner der bisher bekannt gemachten Vorschläge Eingang in die industrielle Kartoffelverarbeitung finden können.The technical solutions hitherto disclosed have the common deficiency that a mono-fermentation of the biogenic residues from the potato processing with the required biotechnological stability and without considerable addition of diluents, such as fresh or waste water, can not be guaranteed. In addition, appropriate proposals for effective preparation of high-energy lignocellulosic fractions of the available potato processing residues for biogas production have not been disclosed. Finally, the previously published sources also no usable Note how the high protein contents of the peeling masses from the potato processing and the resulting system load of the nitrogen and sulfur compounds acting as inhibitors for the biotechnological process can be counteracted. Consequently, none of the proposals made so far has found its way into industrial potato processing.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Überwindung der Mängel der bekannten technischen Problemlösungen. Insbesondere sollen mit Hilfe der Erfindung bei der Kartoffelverarbeitung technische, logistische, energetische und ökologische Verbesserungen ermöglicht werden, die zu einer nachhaltigen Kostensenkung und zu verbesserten Wettbewerbspositionen führen sollen. Die anzustrebende Unabhängigkeit vom fossilen Energiemarkt einerseits und vom konventionellen Futtermittelmarkt andererseits wird dabei als Voraussetzung für eine stabile und berechenbare Kartoffelverabeitung betrachtet.The object of the invention is therefore to overcome the deficiencies of the known technical solutions to problems. In particular, technical, logistical, energetic and ecological improvements are to be made possible with the help of the invention in the potato processing, which should lead to a sustainable cost reduction and improved competitive positions. The desired independence from the fossil energy market on the one hand and from the conventional feed market on the other hand is considered a prerequisite for stable and predictable potato processing.

Insbesondere soll die ausschließliche stoffliche und energetische Verwertung der in einer Kartoffelverarbeitungsstätte anfallenden biogenen Reststoffe mit hoher energetischer und ökologischer Effizienz möglich sein. Eine hohe Zuverlässigkeit soll durch das Vermeiden von störenden Einflüssen auf den biotechnologischen Prozess gewährleistet werden.In particular, the exclusive material and energy recovery of the resulting in a potato processing plant biogenic residues with high energy and ecological efficiency should be possible. High reliability should be ensured by avoiding interfering influences on the biotechnological process.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den Lehren aus den Ansprüchen 1 und 11 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Danach erfolgt die stoffliche und energetische Verwertung biogener Reststoffe von Kartoffelverarbeitungsstätten durch Einsatz dieser Reststoffe in eine Nassfermentation zur Biogasgewinnung. Durch die weitgehende Umwandlung der in den Reststoffen enthaltenen Kohlenstoffverbindungen zu Biogas wird eine beachtliche Aufkonzentration des Nährstoffpotentials, insbesondere in Form von Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel, in einer aus den Fermentationsrückständen gewonnenen Düngemittelfraktion bewirkt. Das im Fermentationsprozess gebildete Biogas steht nach einer nahezu vollständigen Entfrachtung von mitgeführtem Schwefelwasserstoff und Wasserdampf für die energetische Verwertung zur Verfügung. Die bei der Kartoffelverarbeitung anfallenden biogenen Reststoffe, wie Schälmassen, Weißwässer, Rückstände aus der Reinigung der Einsatzstoffe, wässrige Medien aus der periodischen Anlagenreinigung und/oder Schlämme aus der betrieblichen Abwasserbehandlung, werden im jeweiligen Anfallzustand ohne weitere Vorbehandlung und bei Erfordernis auch ohne Zwischenspeicherung einem Suspendierprozess unterzogen. Durch den Einsatz von qualitativ ähnlichen Zusatzstoffen mit Trockenmassegehalten von wenigstens 25%, beispielweise Getreidereinigungsrückstände u. dgl. und/oder Prozesswässern, wird in der erzeugten Biosuspension ein Trockenmassegehalt zwischen 12 und 18% eingestellt. Die erzeugte Biosuspension wird anschließend einem aeroben Hydrolyseprozess unterzogen. Dabei werden nicht nur die wünschenswerten Versäuerungsprozesse, sondern auch die wenigstens teilweise Spaltung der lignocellulosischen Inhaltsstoffe der Biosuspension erreicht. Das gewonnene Hydrolysat gelangt in ein anaerobes Fermentersystem, das aus wenigstens einem hydraulisch und nur teilweise durchmischten Fermenter besteht. Dieses Fermentersystem ist mit einer anfangs eingesetzten und sich stetig reproduzierenden Spezialkultur ausgestattet.The object is achieved according to the invention according to the teachings of claims 1 and 11. Advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims. Thereafter, the material and energy recovery of biogenic residues from potato processing plants by using these residues in a wet fermentation for biogas production takes place. As a result of the extensive conversion of the carbon compounds contained in the residues to biogas, a considerable concentration of the nutrient potential, in particular in the form of nitrogen, phosphorus, potassium and sulfur, is effected in a fertilizer fraction obtained from the fermentation residues. The biogas formed in the fermentation process is available for energy recovery after almost complete removal of entrained hydrogen sulfide and water vapor. The resulting in the potato processing biogenic residues, such as peelings, white waters, residues from the purification of feedstocks, aqueous media from the periodic plant cleaning and / or sludge from the operational wastewater treatment are in the respective seizure state without further pretreatment and, if required, without intermediate storage a suspending process subjected. Through the use of qualitatively similar additives with dry matter contents of at least 25%, for example, grain cleaning residues u. Like. And / or process waters, a dry matter content is set between 12 and 18% in the produced biosuspension. The biosuspension produced is then subjected to an aerobic hydrolysis process. Not only the desirable acidification processes, but also the at least partial cleavage of the lignocellulosic ingredients of the biosuspension are achieved. The obtained hydrolyzate passes into an anaerobic fermenter system, which consists of at least one hydraulically and only partially mixed fermenter. This fermenter system is equipped with an initially used and constantly reproducing special culture.

Das in den verwerteten Einsatzstoffen enthaltene Potential an Pflanzennährstoffen als Gemisch aus der festen Phase der Fermentationsrückstände und den in der Hemmstoffentfrachtungsstation gewonnenen Düngemittelkonzentraten mit hohen Gehalten an Ammonium und Schwefelverbindungen werden komplett zurückgewonnen und dem Wirtschaftskreislauf als organischer NPKS-Dünger erneut zugeführt. Das im Fermentationsprozess anfallende Biogas wird entschwefelt, getrocknet und bedarfsweise verdichtet. In dieser Qualität wird es bevorzugt zur gekoppelten Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie genutzt. Damit resultiert die Funktion des vorgeschlagenen Verfahrens sowohl aus der direkten Kopplung an sich bekannter Verfahrensschritte, wie Herstellung einer Biosuspension aus den verfügbaren Reststoffen der Kartoffelverarbeitung im jeweiligen Anfallzustand und in den jeweiligen Anfallmengen ohne vorangehende Zwischenstapelung, Zuführung von qualitativ ähnlichen Abfallstoffen aus der Landwirtschaft oder der Lebensmittelindustrie als willkommene Cofermentate, Vorbehandlung der erzeugten Biosuspension in einer auch lignocellulosespaltenden aeroben Hydrolyse, biologische Gasentschwefelung zur Gewinnung einer im Verwertungsprozess benötigten schwefligen Biosäure, als auch aus neuentwickelten Verfahrensschritten. Solche Verfahrensschritte bestehen

  • – im Einsatz einer speziellen auf die Verwertung von protein- und lignocellulosereichen Bioabfällen adaptierte Methanbakterienmischkultur,
  • – in der Anwendung einer Fermentertechnik mit der Eignung zum uneingeschränkten Erhalt bzw. zur stetigen Reproduktion der eingesetzten Startkultur,
  • – in der Rückführung eines Teiles der Fermentationsreste in die Suspensionsstufe, verbunden mit der wiederholten hydrolytischen und fermentativen Behandlung des in den rückgeführten Fermentationsresten enthaltenen biogenen Potentials,
  • – in der Schaffung einer zusätzlichen Hemmstoffsenke zur Vermeidung einer Aufkonzentration von Ammonium und Schwefelwasserstoff in den Gärsubstraten auf Werte in der Nähe der toxischen Schwellwerte und
  • – in der Nutzung der die entfrachteten Hemmstoffe enthaltenden Waschflüssigkeit der Hemmstoffentfrachtungsstation als flüssiges Düngerkonzentrat.
The potential of plant nutrients contained in the recycled feedstocks as a mixture of the solid phase of the fermentation residues and the fertilizer concentrates obtained in the Hemmstoffentfrachtungsstation with high levels of ammonium and sulfur compounds are completely recovered and recycled to the economic cycle as organic NPKS fertilizer. The biogas produced in the fermentation process is desulphurised, dried and, if necessary, compressed. In this quality, it is preferably used for the coupled production of electrical and thermal energy. Thus, the function of the proposed method results both from the direct coupling of known process steps, such as production of a biosuspension from the available residues of potato processing in each seizure condition and in the respective amounts without previous intermediate stacking, supply of qualitatively similar waste materials from agriculture or the food industry as a welcome cofermentate, pretreatment of the produced biosuspension in a lignocellulose-splitting aerobic hydrolysis, biological gas desulphurisation to obtain a sulphurous bioacid required in the recycling process, as well as from newly developed process steps. Such process steps exist
  • - using a special methane bacteria mixed culture adapted to the recovery of protein and lignocellulosic biowaste,
  • In the application of a fermenter technique suitable for unrestricted preservation or continuous reproduction of the starting culture used,
  • In the recycling of part of the fermentation residues to the suspension stage, combined with the repeated hydrolytic and fermentative treatment of the biogenic potential contained in the recycled fermentation residues,
  • - in the creation of an additional inhibitor sink to avoid concentration of ammonium and hydrogen sulphide in the fermentation substrates to values close to the toxic thresholds and
  • In the use of the scrubbing liquid containing the defoamer inhibitors of the inhibitor decontamination station as a liquid fertilizer concentrate.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden wenigstens Anteile der bei der vorgeschalteten Hefefermentation erzeugten Sauermaische in Form von feststoffreichen Presskuchen oder die bei der Ethanoldestillation der Sauermaische anfallenden Schlempen der Biosuspension zugesetzt.In a preferred embodiment, at least portions of the sour mashes produced in the case of the preceding yeast fermentation in the form of solids-rich presscakes or the vats of the biosuspension obtained in the ethanol distillation of the sour mash are added.

In einer anderen Ausführungsvariante wird zusätzliches biogenes Potential in Form der Schlammfraktion aus der aeroben und/oder anaeroben Behandlung der Produktionsabwässer der Kartoffelverarbeitungsstätte gewonnen und dem Suspendierprozess zugeführt. Dies senkt nicht nur die Abwasserlast der Kartoffelverarbeitungsstätte, sondern führt gleichzeitig zur Minderung der Geruchsemissionen und zur Erhöhung der Gewinnung von regenerativer Energie aus den eigenen biogenen Quellen.In another embodiment variant, additional biogenic potential in the form of the sludge fraction is obtained from the aerobic and / or anaerobic treatment of the production effluents of the potato processing plant and fed to the suspending process. This not only reduces the wastewater load of the potato processing plant, but also reduces odor emissions and increases the production of renewable energy from its own biogenic sources.

Eine andere Lösungsvariante sieht vor, den gesamten Prozess dadurch zu stabilisieren, dass der Trockensubstanzgehalt der Biosuspension auf Werte von mehr als 14% erhöht wird. Dafür sollen bevorzugt Zusatzstoffe einer den Reststoffen der Kartoffelverarbeitung ähnlichen Zusammensetzung, wie Malzstäube, Getreidespreu, Mühlenstäube und/oder Bürststäube aus der Getreidereinigung, in den Suspendierprozess eingesetzt werden. Neben der Prozessstabilisierung werden die in den Zusatzstoffen enthaltenen biogenen Potentiale gleichzeitig mit nahezu unverminderter Effizienz für die Gewinnung von Prozessenergie für den Kartoffelverarbeitungsprozess erschlossen.Another solution variant is to stabilize the entire process by increasing the dry matter content of the biosuspension to values of more than 14%. For this purpose, additives of a composition similar to the residues of potato processing, such as malt dusts, grain chaff, mill dusts and / or brush dusts from grain cleaning, should preferably be used in the suspending process. In addition to process stabilization, the biogenic potentials contained in the additives are tapped simultaneously with almost undiminished efficiency for the production of process energy for the potato processing process.

Vorteilhafterweise werden als Anteile an den Fermentationsrückständen die bei der mechanischen Phasentrennung der Fermentationsrückstände gewonnenen Biofiltrate als Prozesswässer in den Suspendierprozess zurückgeführt. Wegen der vergleichsweise hohen Zuführungsraten an in den Reststoffen der Kartoffelverarbeitung enthaltenen Proteinen ist der biotechnologische Verwertungsprozess dieser Reststoffe durch überhöhte Ammonium- und Schwefelwasserstoffgehalte in den Gärsubstraten gefährdet, sobald eine erforderliche Konzentrationsverminderung nicht gewährleistet werden kann. Erfindungsgemäß werden hierfür jene Biofiltrate aus den Fermentationsresten genutzt, denen zuvor in einem Hemmstoff-Entfrachtungsprozess Anteile der enthaltenen Stickstoff- und Schwefelverbindungen entzogen wurden. Einerseits werden hierdurch Gefährdungen der Prozessstabilität ausgeschlossen und andererseits die entzogenen Hemmstoffe als wertvolle Pflanzennährstoffe der düngungstechnischen Nutzung zugeführt.Advantageously, the proportions of the fermentation residues obtained during the mechanical phase separation of the fermentation residues biofiltrate recycled as process water in the suspension process. Because of the comparatively high feed rates of proteins contained in the residues of the potato processing, the biotechnological utilization process of these residues is endangered by excessive ammonium and hydrogen sulfide contents in the fermentation substrates as soon as a required reduction in concentration can not be guaranteed. In accordance with the invention, those biofiltrates from the fermentation residues are used for this purpose, which have previously been deprived of portions of the nitrogen and sulfur compounds contained in an inhibitor-deflagration process. On the one hand, this eliminates risks to process stability and, on the other hand, it supplies the extracted inhibitors as valuable plant nutrients for fertilizer use.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dem Biofiltrat Teile des gelösten Ammoniums und/oder des gelösten Schwefelwasserstoffs in einem Austreiber bei bis auf 65°C erhöhten Temperaturen und bei einem Druck in den überstehenden Wrasen von höchstens 980 mbar zu entziehen. Die im Austreiber entstehenden ammoniak- und/oder schwefelwasserstoffhaltigen Wrasen werden anschließend in einem zwischengeschalteten Wärmetauscher auf Temperaturen von maximal 45°C abgekühlt. Die abgekühlten ammoniak- und/oder schwefelwasserstoffhaltigen Wrasen werden nun einem nachgeschalteten Wrasenwäscher in Form eines Rieselkörperapparates zugeführt, wobei als Waschmedium schweflige Biosäure aus der Biogasentschwefelung mit einer Temperatur von maximal 25°C und einem pH-Wert zwischen 1 und 3,5 eingesetzt wird. Im Wäschersumpf erfolgt insbesondere durch das Einbinden von Ammonium in das Waschmedium eine stetige Erhöhung dessen pH-Wertes, wodurch gleichzeitig die Wäschereffizienz gemindert wird. Beim Erreichen des wählbaren oberen Grenzwertes für den zulässigen pH-Wertebereich wird dem Wäschersumpf ein Mengenanteil zwischen 10 und 60% entnommen und als Düngerkonzentrat mit hohen Stickstoff- und Schwefelkonzentrationen verwertet. Die entnommene Menge Waschflüssigkeit wird sodann durch frische schweflige Biosäure aus dem Gasentschwefelungsprozess ersetzt.In a further advantageous embodiment of the invention, the biofilate parts of the dissolved ammonium and / or dissolved hydrogen sulfide in an expeller at up to 65 ° C elevated temperatures and at a pressure in the supernatant fumes of at most 980 mbar to withdraw. The ammonia and / or hydrogen sulfide-containing vapors produced in the generator are then cooled in an intermediate heat exchanger to a maximum temperature of 45 ° C. The cooled vapors containing ammonia and / or hydrogen sulfide are now fed to a downstream vapor scrubber in the form of a trickle body apparatus, with sulfurous bios acid from biogas desulfurization having a maximum temperature of 25 ° C. and a pH of between 1 and 3.5 being used as the scrubbing medium. In the scrubbed sump, in particular due to the incorporation of ammonium into the scrubbing medium, a continuous increase in its pH value takes place, whereby the scrubbing efficiency is simultaneously reduced. When the selectable upper limit for the permissible pH range is reached, the scrubber sump is taken off a proportion of between 10 and 60% and used as a fertilizer concentrate with high nitrogen and sulfur concentrations. The withdrawn amount of washing liquid is then replaced by fresh sulfurous bioacid from the gas desulphurisation process.

Für die anzustrebende hohe energetische Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der spezielle Hydrolyseprozess wesentlich. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Hydrolyseprozess unter intensiver Vermischung mit Umgebungsluft in einem Rührbehälter bei Temperaturen zwischen 50 und 60°C durchgeführt. Dabei wird dem Hydrolyseprozess Umgebungsluft in einer Größenordnung zwischen 2 und 10 Vol.-% des im gesamten Fermentationsprozess gewonnenen Biogases zugesetzt. Die Dimension des oder der Hydrolysebehälter wird so gewählt, dass eine mittlere Verweilzeit der Biosuspension im Hydrolysebehälter von etwa 2 Tagen eingehalten werden kann. Die hydrolytische Behandlung wird wirksam unterstützt, wenn dem Hydrolyseprozess zwischen 20 und 100% der bei der biologischen Entschwefelung des Biogases anfallenden schwefligen Biosäure zugesetzt wird. Indem auch die bei der Hydrolyse freigesetzten gasfömigen Umsetzungsprodukte im Gassystem verbleiben, dient die dem Hydrolyseprozess zugeführte Umgebungsluft auch der Versorgung der aeroben Schwefelbakterien im Gasentschwefelungsprozess. Geruchsemissionen, insbesondere in Form von bei der Hydrolyse entstehenden Fettsäuredämpfen, werden sicher ausgeschlossen.For the desired high energy efficiency of the method according to the invention, the special hydrolysis process is essential. In a preferred embodiment, the hydrolysis process is carried out with intensive mixing with ambient air in a stirred tank at temperatures between 50 and 60 ° C. In this case, ambient air in the order of between 2 and 10% by volume of the biogas obtained in the entire fermentation process is added to the hydrolysis process. The dimension of the hydrolysis vessel (s) is chosen such that a mean residence time of the biosuspension in the hydrolysis vessel of about 2 days can be maintained. The hydrolytic treatment is effectively assisted when the hydrolysis process between 20 and 100% of the biological desulfurization of the biogas accumulating sulfurous bioacid is added. Since the gaseous reaction products released during the hydrolysis also remain in the gas system, the ambient air supplied to the hydrolysis process also serves to supply the aerobic sulfur bacteria in the gas desulphurisation process. Odor emissions, especially in the form of fatty acid vapors resulting from the hydrolysis, are safely excluded.

Es ist möglich, das anfallende Hydrolysegas auf wenigstens 30 mbar zu verdichten und vor der Gasentschwefelungsstation in die zentrale Rohgasleitung einzuleiten.It is possible to compress the resulting hydrolysis gas to at least 30 mbar and to introduce it into the central crude gas line before the gas desulphurisation station.

In einer anderen Ausführungsform kann das anfallende Hydrolysegas auf wenigstens 30 mbar verdichtet werden, um es danach der korrosionsfest ausgeführten Nachfermenterstation zuzuführen. Die Überwindung des Druckverlustes der Gasentschwefelungsstation erfordert in diesem Fall keine zusätzliche Gasfördertechnik. Die im Hydrolysegas enthaltenen Wasserstoff- und Kohlenmonoxidanteile sowie die zu erwartenden Fettsäuredämpfe werden entweder im anaeroben Gärrestlager und/oder in der Nachfermenterstation in die Biogasbildung eingebunden. Die anfangs als Startkultur für den Fermentationsprozess einzusetzende Methanbakterien-Mischpopulation wird unter Zugabe von überwiegend lignocellulosischen Einsatzstoffen in einer Zuchtstation für mesophile oder thermophile Mischkulturen gewonnen. Für den Fall des nur bei extremen Verletzungen des vorgegebenen Betreibereglementes vorstellbaren so genannten „Umkippen” des Fermentationsprozesses kann unter Inanspruchnahme der Zuchtstation der Fermentationsprozess neu gestartet und ohne spürbare Ertragsminderungen fortgesetzt werden.In another embodiment, the resulting hydrolysis gas can be compressed to at least 30 mbar in order to then supply it to the corrosion-resistant secondary fermenter station. Overcoming the pressure loss of the gas desulphurisation station does not require any additional gas conveying technology in this case. The hydrogen and carbon monoxide components contained in the hydrolysis gas as well as the expected fatty acid vapors are incorporated in the biogas formation either in the anaerobic digestate storage and / or in the secondary fermenter station. The Methanbacteria mixed population to be used initially as a starting culture for the fermentation process is obtained with the addition of predominantly lignocellulosic starting materials in a breeding station for mesophilic or thermophilic mixed cultures. In the case of the so-called "tipping over" of the fermentation process which can only be imagined in the case of extreme violations of the prescribed operating regulations, the fermentation process can be restarted using the breeding station and continued without noticeable reductions in yield.

Die vorgeschlagene Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus wenigstens

  • – einer Suspendierstation,
  • – einer Fermentationsstation für die Methanfermentation,
  • – einer Phasentrenntation für die Garrückstände,
  • – einem Biofiltratsvorratstank und
  • – einer Gasentschwefelungsstation.
The proposed arrangement for carrying out the method according to the invention consists of at least
  • - a suspending station,
  • - a fermentation station for methane fermentation,
  • - a phase separation for the cooking residues,
  • - a biofilter stock tank and
  • - a gas desulphurisation station.

Erfindungsgemäß steht die Suspendierstation mit einem Lager- und Dosiersystem für trockensubstanzreiche Zusatzstoffe in Verbindung. Weiterhin ist zwischen dem Biofiltratsvorratstank und der Suspendierstation eine Hemmstoffentfrachtungsstation angeordnet. Für die Gasentschwefelung ist ein Gaswäscher bevorzugt in Form eines Rieselkörperapparates angeordnet. Für die Bevorratung der in der Gasentschwefelungsstation gewonnenen schwefligen Biosäure ist zwischen der Gasentschwefelungsstation und der Hemmstoffentfrachtungsstation und/oder der Hydrolysestation ein Biosäurevorratstank angeordnet ist. Schließlich ist zwischen der Suspendierstation und der Fermenterstation eine Hydrolysestation angeordnet. Es ist erfindungswesentlich, dass die Fermentationsstation aus wenigstens einem Hauptfermenter und wenigstens einem nachgeschalteten Nachfermenter besteht.According to the invention, the suspending station is connected to a storage and dosing system for additives rich in dry substances. Further, an inhibitor dump station is disposed between the biofilter stock tank and the suspending station. For gas desulfurization, a gas scrubber is preferably arranged in the form of a trickle apparatus. For storing the sulfurous bioacid obtained in the gas desulphurisation station, a biosäurevorststank is arranged between the gas desulphurisation station and the Hemmstoffentfrachtungsstation and / or the Hydrolysestation. Finally, a hydrolysis station is arranged between the suspending station and the fermenter station. It is essential to the invention that the fermentation station consists of at least one main fermenter and at least one downstream secondary fermenter.

Mit dieser Anordnung der Anlagenkomponenten wird erreicht, dass ohne besondere Zerkleinerungs-, Bevorratungs-, Dosier- und zwingende ständige Zuführprozesse für externe Medien, beispielsweise chemische und/oder biotechnologische Additive und/oder Verdünnungsmedien zum Suspendierprozess, ein stabiler stofflicher und energetischer Verwertungsprozess für die anfallenden Reststoffe der Kartoffelverarbeitung aufrecht erhalten werden kann. Mit der Unterteilung des Fermentationsprozesses auf eine Haupt- und auf eine Nachfermenterstation, kann auf einfache Weise einem wichtigen Anliegen Rechnung getragen werden. Dieses besteht darin, dass die unausweichlich in wechselnder Zusammensetzung anfallenden Reststoffe aus der Kartoffelverarbeitung zunächst nach vorangegangener Hydrolyse in der Hauptfermenterstation mit einer vergleichsweise robusten mesophilen Kultur behandelt werden. Danach kann die weitere Fermentation der die Hauptfermenterstationn verlassenden Gärsubstrate mit deutlich geringeren Qualitätsunterschieden in den Hauptparametern durch die effizienteren jedoch weniger robusten thermophilen Kulturen erfolgen. Für den dauerhaften Erhalt der eingesetzten Startkuktur mit besonderer Eignung für die protein- und lignocellulosereichen Reststoffe der Kartoffelverarbeitung ist es erfindungswesentlich, dass wenigstens der oder die Hauptfermenter hydraulisch gemischte und nicht vollständig durchmischte Apparate sind.With this arrangement of the plant components is achieved that without special crushing, storage, dosing and mandatory continuous feed processes for external media, such as chemical and / or biotechnological additives and / or dilution media for suspending, a stable material and energy recovery process for the resulting Residues of potato processing can be maintained. With the subdivision of the fermentation process on a main and on a Nachfermenterstation, can easily be taken into account a major concern. This is that the inevitable arising in changing composition residues from potato processing are first treated after previous hydrolysis in the main fermenter station with a relatively robust mesophilic culture. Thereafter, the further fermentation of the fermentation substrates leaving the main fermenter station can be carried out with significantly lower quality differences in the main parameters by the more efficient but less robust thermophilic cultures. For the permanent preservation of the starting structure used with particular suitability for the protein and lignocellulosereichen residues of potato processing, it is essential to the invention that at least one or the main fermenter are hydraulically mixed and not completely mixed apparatus.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Vorteile der Erfindung bestehen nach den wirtschaftlichen Auswirkungen in erster Linie in der Senkung der Prozessenergiekosten für den Betrieb von Kartoffelverarbeitungsstätten. Bei weitgehender Deckung des thermischen Prozessenergiebedarfs aus dem Betrieb von Blockheizkraftwerkstechnik für die energetische Verwertung des gewinnbaren Biogases lassen sich mit dem Verkauf überschüssiger Elektroenergiemengen zusätzliche Umsätze erzielen. In jedem Fall wird eine teilweise oder vollständige Unabhängigkeit des Betriebes von Kartoffelverarbeitungsstätten von Preisentwicklungen auf dem Markt für Prozessenergie aus fossilen Quellen erreicht. Die logistische und vertragliche Abhängigkeit von den die anfallenden Schälmassen verwertenden Tierproduzenten wird wegen der praktisch unmöglichen Bevorratungsfähigkeit dieser nährstoffreichen und damit extrem infektionsgefährdeten Futtermittel gänzlich vermieden. Die anfallenden festen Fermentationsrückstände aus der Phasentrennung können zur Erzielung zusätzlicher Umsätze als nährstoffreiche organische NPKS-(Stickstoff-Phosphor-Kalium-Schwefel-)Düngemittel verkauft werden.The advantages of the invention consist, after the economic effects, primarily in the reduction of process energy costs for the operation of potato processing plants. By largely covering the thermal process energy demand from the operation of combined heat and power plant technology for the energy recovery of the recoverable biogas, additional sales can be achieved by selling surplus quantities of electric energy. In any case, a partial or complete independence of the Operation of potato processing plants has achieved price developments in the process energy market from fossil sources. The logistical and contractual dependence on the resulting peelings exploiting animal producers is completely avoided because of the virtually impossible storage capacity of these nutrient-rich and thus extremely vulnerable to infection feed. The resulting solid fermentation residues from the phase separation can be sold as nutrient-rich organic NPKS (nitrogen-phosphorus-potassium-sulfur) fertilizers for additional sales.

Die vermeidbare Entsorgung von Abfällen, wie Schlämme aus der betrieblichen Abwasserbehandlung oder beladene Filterhilfsmittel, führt zur spürbaren Kostensenkung im Prozess der Kartoffelverarbeitung. Im Falle des Verkaufs von Zertifikaten aus den eingesparten Emissionen an CO2-Äquivalenten werden zusätzliche Umsätze erzielt. Der immissionsschutzrechtlich relevante anlagenbezogene Lastverkehr wird deutlich reduziert. Außerdem können Begegnungsverkehre zwischen Futtermittel- und Abfalltransporten einerseits und Lebensmitteltransporten andererseits sicher vermieden werden. Die aus der Zwischenlagerung und dem Transport von Futtermitteln und biogenen Abfällen resultierenden Geruchsimmissionen lassen sich sicher vermeiden. Die Abwasserlast, die oft ein limitierender Faktor für die mögliche Produktionsausweitung darstellt, kann bei Einleitung in öffentliche Kläranlagen vermindert werden. Schließlich lasst sich der Einsatz von so genannter „grüner” Energie werbewirksam für die Akzeptanz der erzeugten Produkte vorteilhaft vermarkten.The avoidable disposal of waste, such as sludges from the operational wastewater treatment or loaded filter aids, leads to noticeable cost reductions in the process of potato processing. In the case of the sale of certificates from the saved emissions of CO 2 equivalents, additional revenues are generated. The pollution-relevant plant-related load traffic is significantly reduced. In addition, encounters between feed and waste transports on the one hand and food transports on the other hand can certainly be avoided. The odor emissions resulting from the temporary storage and transport of animal feed and biogenic waste can be safely avoided. The waste water load, which is often a limiting factor for the potential expansion of production, can be reduced when introduced into public sewage treatment plants. Finally, the use of so-called "green" energy can be promoted to promote the acceptance of the products produced.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below with exemplary embodiments. In the attached drawing show:

1 das Verfahrensschema der erfindungsgemäßen technischen Lösung; 1 the process scheme of the technical solution according to the invention;

2 das Verfahrensschema der erfindungsgemäßen technischen Lösung mit einer vorgeschalteten Bioethanolgewinngsstätte zur Verwertung der in den Reststoffen enthaltenen Kohlehydrate; 2 the process scheme of the technical solution according to the invention with an upstream Bioethanolgewinngsstätte for utilization of the carbohydrates contained in the residues;

3 das Blockschaltbild zum Zusammenwirken der Anlagenkomponenten beim direkten Einsatz der anfallenden Schälmassen in die Suspendierstation; 3 the block diagram for the interaction of the system components in the direct use of the resulting peelings in the suspending station;

4 das Blockschaltbild zum Zusammenwirken der Anlagenkomponenten beim Einsatz der Festphase aus der Phasentrennung der anfallenden Schälmassen in die Suspendierstation; 4 the block diagram for the interaction of the system components when using the solid phase from the phase separation of the resulting peelings in the suspending station;

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
StartkulturHome Culture
22
Kartoffelverarbeitungsstätte (Lieferant von Ethanolschlempen, Schälmassen, Weißwässern, Reststoffen aus der Reinigung der Einsatzstoffe, organisch belasteten Reinigungsmitteln)Potato processing plant (supplier of ethanol vapors, peelings, whitewater, residues from the purification of feedstocks, organically contaminated cleaning agents)
33
Lager für Suspensionszusatzstoffe (Malzstäube, Getreidespreu, Dicksauermaische, Mühlennachprodukte)Storage for suspension additives (malt dusts, grain chaff, Dicksauermaische, mill after-products)
44
betriebliche Abwasserbehandlungsanlage (Lieferant von Abwasserschlamm)operational wastewater treatment plant (supplier of sewage sludge)
55
HemmstoffentfrachtungsstationHemmstoffentfrachtungsstation
66
SuspendierstationSuspendierstation
77
Hydrolysestationhydrolysis station
88th
Hauptfermentermain fermenter
99
Nachfermenterfermenter
1010
Gärrestlagerdigestate
1111
PhasentrermstationPhasentrermstation
1212
BiofiltratvorratstankBiofiltratvorratstank
1313
Düngemittellagerfertilizer warehouse
1414
GasentschwefelungsstationGasentschwefelungsstation
1515
BiosäurevoratstankBiosäurevoratstank
1616
Gasspeichergas storage
1717
energetischer Gasverwertungskomplexenergetic gas utilization complex

Beispiel 1:Example 1:

Gemäß der 1 und 3 werden die verfügbaren biogenen Reststoffe aus einer Kartoffelverarbeitungsstätte 2, insbesondere die Schälmassen, die Weißwässer sowie die Schlämme aus der betrieblichen Abwasserbehandlungsanlage 4, entsprechend ihrem Anfall im Kartoffelverarbeitungsprozess überwiegend mittels Rohrleitungstransporten einer Suspendierstation 6 zugeführt.According to the 1 and 3 become available biogenic residues from a potato processing plant 2 , in particular the peelings, the white waters and the sludges from the operational Wastewater treatment plant 4 , according to their attack in the potato processing process predominantly by means of pipeline transport of a suspending station 6 fed.

Im Beispiel werden dabei aus
1 Masseteil Schälmasse mit 22% Trockenmasseanteil und 94% organischem Anteil an der Trockenmasse,
0,012 Masseteilen Sediment aus den so genannten Weißwässern mit 15% Trockenmasseanteil und 98% organischem Anteil an der Trockenmasse,
0,015 Masseteilen Schlamm aus der betrieblichen Abwasserbehandlung mit 28% Trockenmasseanteil und 65% organischem Anteil an der Trockenmasse und
0,21 Masseteilen eingedickter Schlamm aus der Flotation der anfallenden Biofiltrate mit 10,1% Trockenmassenanteil und 96% organischem Anteil an der Trockenmasse insgesamt unter Einsatz von recyceltem Biofiltrat
1,648 Masseteile Biosuspension mit 15% Trockenmasseanteil und 93,7% organschem Anteil an der Trockenmasse gewonnen.
In the example will be off
1 part by weight of peeling mass with 22% dry matter content and 94% organic content of the dry matter,
0.012 parts by weight of sediment from the so-called white waters with 15% dry matter content and 98% organic content of dry matter,
0.015 parts by weight of sludge from the operational wastewater treatment with 28% dry matter content and 65% organic content of the dry matter and
0.21 parts by weight of thickened sludge from the flotation of the resulting biofiltrate with 10.1% dry matter content and 96% organic content of the total dry matter using recycled biofiltrate
1.648 parts by weight of biosuspension with 15% dry matter content and 93.7% organic content of the dry matter.

In einem Lager für Suspensionszusatzstoffe 3 werden Zusatzstoffe, wie Malzstäube, Hopfenstäube und/oder Getreidereinigungsrückstände, mit einem mittleren Trockenmassenanteil von wenigstens 85% und wenigstens 80% organischem Anteil an der Trockenmasse bevorratet. Im Falle verstärkten Anfalls von Reststofffraktionen aus der Kartoffelverarbeitungsstätte 2 mit geringeren Trockenmasseanteilen wird die bevorzugte Trockenmassekonzentration in der chargenweise herzustellenden Biosuspension zwischen 12 und 18 Masse-% durch Zumischung dieser Zusatzstoffe eingestellt. Die erzeugte Biosuspension wird anschließend in die Hydrolysestation 7 gepumpt und einer aeroben hydrolytischen Behandlung unterzogen. Dabei wird dem Hydrolysetank Umgebungsluft im Umfang von etwa 10%, bezogen auf das zu entschwefelnde Biogasvolumen, zugeführt. Im Hydrolysetank wird über in die Behälterwand integrierte Heizflächen zusätzliche Wärmeenergie zugeführt. Durch die Wirkung der exothermen hydrolytischen Reaktionen und der mittels Heizwasser indirekt dem Hydrolysat zugeführten Wärmeenergie wird in der Hydrolysestation 7 eine Temperatur zwischen 55 und 60°C aufrechterhalten. Die mittlere Verweilzeit der Biosuspension in der Hydrolysestation 7 beträgt wenigstens 2 Tage. Die zugesetzte Umgebungsluft wird oberhalb des Behälterbodens in den Hydrolysetank feinblasig eingepresst. Der Hydrolysetank verfügt weiterhin über ein zentral positioniertes Propellerrührwerk, mit dessen Hilfe im oberen Bereich des Hydrolysetanks nicht nur eine intensive und entgasungsfördernde Turbulenz aufrechterhalten wird, sondern über die erzeugte Trombe auch die austretenden sauerstoffhaltigen Gase wiederholt mit der Biosuspension in Kontakt gebracht werden. Der im Hydrolysetank bewirkte Versäuerungsprozess, der zu einer Absenkung des pH-Wertes der Biosuspension von etwa 7,5 auf weniger als 4 für das die Hydrolysestation 7 verlassende Hydrolysat führt, wird durch den Zusatz der verfügbaren Biosäure unterstützt. Das entstehende sauerstoffhaltige Hydrolysegas wird im Kopf des Hydrolysetanks erfasst, mittels eines Druckerhöhungsgebläses auf etwa 50 mbar verdichtet und in die Rohgasleitung gefördert. Durch den Einsatz von sauerstoffhaltiger Umgebungsluft in den Hydrolyseprozess werden die gegebenenfalls in die Biosuspension eingeschleusten anaeroben Keime so nachhaltig geschädigt, dass die in den Hauptfermentern 8 aktive Methanbakterien-Mischkultur vor einer Verdrängung sicher geschützt bleibt. Das in der Hydrolysestation 7 erzeugte Hydrolysat wird dem Hydrolysetank durch die Dosierpumpenstation entnommen und der Hauptfermenterstation 8 zugeführt.In a warehouse for suspension additives 3 additives such as malt dusts, hop dusts and / or grain cleaning residues, with an average dry matter content of at least 85% and at least 80% organic content of the dry matter stored. In the case of increased seizure of waste fractions from the potato processing plant 2 with smaller dry mass fractions, the preferred dry matter concentration in the biosuspension to be prepared batchwise is adjusted between 12 and 18% by mass by admixing these additives. The generated biosuspension is then in the Hydrolysestation 7 pumped and subjected to an aerobic hydrolytic treatment. In this case, the hydrolysis tank ambient air in the amount of about 10%, based on the biogas volume to be desulfurized fed. In the hydrolysis tank, additional heat energy is supplied via heating surfaces integrated in the container wall. By the action of the exothermic hydrolytic reactions and the heat energy indirectly supplied to the hydrolyzate by heating water is in the Hydrolysestation 7 maintain a temperature between 55 and 60 ° C. The mean residence time of the biosuspension in the hydrolysis station 7 is at least 2 days. The added ambient air is pressed in fine bubbles above the container bottom into the hydrolysis tank. The hydrolysis tank also has a centrally positioned propeller agitator, with the aid of which not only an intensive and degassing turbulence is maintained in the upper region of the hydrolysis tank, but also the exiting oxygen-containing gases are repeatedly brought into contact with the biosuspension via the generated trumpet. The acidification process in the hydrolysis tank, which leads to a lowering of the pH of the biosuspension from about 7.5 to less than 4 for the hydrolysis station 7 leaving hydrolyzate is assisted by the addition of the available bioacid. The resulting oxygen-containing hydrolysis gas is detected in the head of the hydrolysis tank, compressed by means of a booster blower to about 50 mbar and conveyed into the crude gas line. The use of oxygen-containing ambient air in the hydrolysis process, the optionally introduced into the biosuspension anaerobic microorganisms are so permanently damaged that in the main fermenter 8th active methane bacteria mixed culture remains safely protected from displacement. That in the hydrolysis station 7 produced hydrolyzate is removed from the hydrolyzation tank through the metering pump station and the main fermenter station 8th fed.

Der Hydrolysetank dient damit auch der Prozessentkopplung zwischen der chargenweisen Herstellung der Biosuspension in der Suspendierstation 6 und der quasikontinuierlichen Beschickung der Hauptfermenter 8. Für die Dosierpumpenstation dient der Hydrolysetank gleichzeitig als Pumpenvorlagebehälter. Mit Hilfe der Dosierpumpenstation erfolgt die so genannte Fütterung der einzelnen Hauptfermenter 8 der Hauptfermenterstation. In einem zeitlichen Abstand von vier Stunden wird jedem Fermenter 8 der Hauptfermenterstation je ein Sechstel der vorgesehenen Tagesdosis an Hydrolysat zugeführt. Während der Inbetriebnahme der Verwertungsanlage für die biogenen Reststoffe der Kartoffelverarbeitungsstätte ist die Hauptfermenterstation mit einer Biomasse gefüllt worden, die mit einer mesophilen Startkultur 1 aus einer bereits tätigen Verwertungsanlage für Reststoffe der Kartoffelverarbeitung oder aus einem aktiven Fermenterbetrieb für die biotechnologische Verwertung von überwiegend lignocellulosischen Einsatzstoffen, beispielsweise Getreidereinigungsrückständen, Ölsaatenreinigungsrückständen, Brauereiabfälle, Ethanolschlempen und/oder Pülpen aus der Stärkeproduktion, ausgestattet wurde. Die in der Hauptfermenterstation eingesetzten beiden Hauptfermenter 8 sind hydraulisch gemischte Apparate, die im Durchschubprinzip betrieben werden. Sie enthalten drei Bereiche mit unterschiedlichen Beanspruchungen der eingesetzten Biomasse. Ein erster Teilbereich wird in regelmäßigen und wählbaren zeitlichen Abständen strömungsdurchmischt. Ein mittlerer undurchmischter Bereich ist als kurzschlussverhindernder Pfropfen ausgebildet und dient der als Startkultur 1 eingesetzten Biomasse zur ungestörten Reproduktion. Ein dritter Teilbereich befindet sich oberhalb des so genannten Pfropfenbereiches und umfasst den Teil des im Hauptfermenter 8 befindlichen Gärsubstrates, der sich unmittelbar am Ablauf des Fermenters befindet. In diesen Bereich strömt zusätzlich nach dem Erreichen des vollen Mischdruckes das im ersten Bereich gebildete Biogas hinein und führt zu einer intensiven und turbulenten Durchmischung des weitgehend entgasten Gärsubstrates. Zugleich wird das am Ablauf anstehende Gärsubstrat so wirksam fluidisiert, dass die Ausbildung von Schwimmschichten, durch welche die Gasentbindung und/oder der Ablauf des Gärrückstandes behindert werden könnte, sicher vermieden wird.The hydrolysis tank thus also serves for the process decoupling between the batchwise production of the biosuspension in the suspending station 6 and the quasi-continuous feeding of the main fermenter 8th , For the dosing pump station, the hydrolysis tank also serves as a pump reservoir. With the help of the dosing pump station, the so-called feeding of the individual main fermenters takes place 8th the main fermenter station. At a time interval of four hours each fermenter 8th fed to the main fermenter each one-sixth of the intended daily dose of hydrolyzate. During the commissioning of the recycling plant for the biogenic residues of the potato processing plant, the main fermenter station was filled with biomass that had a mesophilic starter culture 1 from an already existing recycling plant for potato processing residues or from an active fermenter operation for the biotechnological utilization of predominantly lignocellulosic feedstocks, for example grain cleaning residues, oilseed cleaning residues, brewery waste, ethanol bottoms and / or pulps from starch production. The two main fermenters used in the main fermenter station 8th are hydraulically mixed devices, which are operated in the push-through principle. They contain three areas with different demands on the biomass used. A first subarea is flow-mixed at regular and selectable time intervals. An intermediate, non-intermixed area is designed as a short-circuit preventing plug and serves as a starting culture 1 used biomass for undisturbed reproduction. A third section is located above the so-called plug area and includes the part of the main fermenter 8th located fermentation substrate, which is located directly at the end of the fermenter. This area also flows after reaching the full mixing pressure the biogas formed in the first area and leads to an intensive and turbulent mixing of the largely degassed fermentation substrate. At the same time, the fermentation substrate present at the outlet is fluidized so effectively that the formation of floating layers, by which the gas release and / or the course of the fermentation residue could be impeded, is reliably avoided.

Die jeweils dosierte Hydrolysatcharge gelangt in den ersten Fermenterbereich.The metered hydrolyzate batch reaches the first fermenter area.

Dort wird das Gärsubstrat jeweils nach Abschluss des Dosiervorganges mittels kurzzeitigen Druckausgleichs zwischen dem Gasraum oberhalb des strömungsdurchmischten Fermenterbereiches von maximal 490 mbar und oberhalb des ungemischten Pfropfenbereiches am Ablauf des Fermenters von 50 mbar durch den damit bewirkten Mischimpuls in eine kreisförmige Strömung versetzt wird. Gleichzeitig wird bei diesem Vorgang ein Teil der unter idealen Bedingungen im undurchmischten Pfropfen wachsenden mesophilen Biomasse in den strömungsdurchmischten Fermenterbereich zurückgefördert. Damit wird auch eine besonders keimarme Biomasse, beispielsweise die Schälmassen aus einer Kartoffelverarbeitungsstätte, im Fermentationsprozess frühzeitig mit aktiver und bereits adaptierter Methanbakterien-Mischkultur in Kontakt gebracht. Während der Dosierung einer Charge Hydrolysat in den ersten Fermenterbereich wird ein adäquates Volumen Gärsubstrat, vermindert um die Masse des seit der zuvor erfolgten Dosierung in die Fermenterstation entbundenen Biogases, über den Ablauf des Fermenters ausgetragen. Damit kommt es während der gesamten Lebensdauer des Fermenters praktisch zu keiner beachtlichen Änderung des Füllvolumens des Fermenters. Der Ablaufdes Gärsubstrates aus den beiden wechselseitig mit Hydrolysat beschickten Hauptfermentern 8 gelangt nun zur Nachbehandlung in den Nachfermenter 9 der Nachfermenterstation. Der Nachfermenter 9 ist ähnlich der Hauptfermenter 8 konstruiert. Allerdings weist er zwei Besonderheiten auf:
Erstens wird er mit einem maximalen Mischdruck von 420 mbar betrieben, womit für die Strömungsdurchmischung des ersten Fermenterbereiches im Nachfermenter 9 nur eine um etwa 15% verminderte Mischenergie zur Verfügung steht. Dies ist unter Beachtung der in der Hauptfermenterstation bereits erfolgten Reduzierung des Trockenmassegehaltes des Gärsubstrates unproblematisch. Jedoch kann damit der Ablaufdes Gärsubstrates aus den Hauptfermentern 8 praktisch zu jedem Zeitpunkt in den Nachfermenter 9 gelangen.
Zweitens ist nach dem Passieren der Hauptfermenterstation das Gärsubstrat hinsichtlich der enthaltenen biogenen Anteile soweit vergleichmäßigt, dass der Nachfermenter 9 stabil mit einer adaptierten thermophilen Bakterienkultur betrieben werden kann, ohne die weniger robusten thermophilen Keime durch stark wechselnde Qualitäten des Gärsubstrates zu überfordern. Mit dieser Anordnung von hintereinander geschalteten anaeroben Behandlungsschritten mittels mesophiler und thermophiler Bakterienkulturen wird der wechselnden Zusammensetzung der in der Kartoffelverarbeitungsstätte 2 anfallenden biogenen Reststoffe ohne Inkaufnahme der Gefahr einer Überlastung des biotechnologischen Systems Rechnung getragen.
There, the fermentation substrate is in each case after completion of the dosing by means of short-term pressure equalization between the gas space above the flow-mixed fermenter of a maximum of 490 mbar and above the unmixed plug area at the end of the fermenter of 50 mbar is offset by the mixing pulse thus effected in a circular flow. At the same time, in this process, part of the mesophilic biomass growing under ideal conditions in the non-thoroughly mixed graft is conveyed back into the flow-mixed fermenter area. This also brings a particularly low-germ biomass, such as the peelings from a potato processing plant, in the fermentation process early in contact with active and already adapted methane bacteria mixed culture. During the metering of a batch of hydrolyzate in the first fermenter area, an adequate volume of fermentation substrate, reduced by the mass of biogas released since the previous metering into the fermenter station, is discharged via the outlet of the fermenter. Thus, there is virtually no significant change in the filling volume of the fermenter during the entire life of the fermenter. The effluent of the fermentation substrate from the two main fermenters charged with hydrolyzate 8th now passes to the postfermenter for post-treatment 9 the post fermenter station. The secondary fermenter 9 is similar to the main fermenter 8th constructed. However, he has two peculiarities:
First, it is operated with a maximum mixing pressure of 420 mbar, which is for the flow mixing of the first fermenter section in the secondary fermenter 9 only about a 15% reduced mixing energy is available. This is unproblematic, taking into account the reduction in the dry matter content of the fermentation substrate that has already taken place in the main fermenter station. However, this can drain the fermentation substrate from the main fermenters 8th practically at any time in the secondary fermenter 9 reach.
Secondly, after passing through the main fermenter station, the fermentation substrate is evened out so far as to contain the biogenic components that the secondary fermenter 9 can be operated stably with an adapted thermophilic bacterial culture, without overstraining the less robust thermophilic bacteria by strongly changing qualities of the fermentation substrate. With this arrangement of anaerobic treatment steps connected in series by means of mesophilic and thermophilic bacterial cultures, the changing composition of the in the potato processing plant 2 accumulating biogenic residues without accepting the risk of overloading the biotechnological system.

Gleichzeitig wird wegen der zu gewährleistenden Mindestaufenthaltszeit des Gärsubstrates in der Nachfermenterstation bei Temperaturen für thermophile Bakterienkulturen den Anforderungen für eine wirksame Hygienisierung von biogenen Abfallstoffen entsprochen, wenn diese nach der biotechnologischen Behandlung beispielsweise als organische Düngemittel in den Verkehr gebracht werden sollen. Der Nachfermenterstation ist ein Gärrestlager 10 nachgeschaltet, das in erster Linie zur Entkopplung der 9 Prozessstufen Fermentation und Phasentrennung dient. Das Gärrestlager 10 ist mit einem Doppelmembrangasspeicher abgedeckt, so dass dem Gärrückstand noch entweichende Restgasmengen zusätzlich aufgefangen werden. Die dem Gärrestlager 10 nachgeordnete Phasentrennstation 11 wird zur Gewinnung einer feststoffreichen Fraktion aus dem Gärrückstand genutzt, wobei diese Fraktion direkt als nährstoffreiches organisches NPKS-Düngemittel dem Düngemittellager 13 zugeführt wird. Das parallel dazu als feststoffarme Fraktion anfallende Biofiltrat gelangt in den Biofiltratvorratstank 12, der auch zur Entkopplung der Prozessstufen Phasentrennung und Hemmstoffentfrachtung dient. Aus dem Biofiltratvorratstank 12 kann das Biofiltrat zunächst wahlweise als organischer NPKS-Flüssigdünger für den Einsatz in der Landwirtschaft oder als Flüssigkomponente zur Herstellung einer geeigneten Biosuspension in der Suspendierstation 6 entnommen werden. Außerdem besteht damit die Möglichkeit des Einsatzes von Biofiltraten in der Suspendierstation 6, die von Stickstoff- und Schwefelverbindungen abgereichert wurden, wenn dies zur Vermeidung von Anreicherungen toxisch wirkender Konzentrationen von Ammonium und/oder Schwefelwasserstoff im Gärsubstrat erforderlich ist. In diesem Fall gelangt das dem Biofiltratvorratstank 12 entnommene Biofiltrat erst nach Durchlaufen der Hemmstoffentfrachtungsstation 5 in den biotechnologischen Behandlungsprozess zurück. Alternativ dazu wird aus dem Biofiltratvorratstank 12 eine Flotationsstation als Teil der Biofiltratbehandlung bis zur Vorflutqualität beschickt. Schließlich dient der Biofiltratvorratstank 12 auch als Vorlagebehälter für die Biofiltratpumpenstation. Die den Fermentern 8, 9 entweichenden Biogase gelangen mit dem Eigendruck der Gase in den Fermentern über Druckminderungsventile in die Rohgasleitung, die mit einem absoluten Druck von etwa 1.050 mbar betrieben wird. In diese Rohgasleitung gelangt auch das in der Hydrolysestation 7 entstehende Hydrolysegas, das neben der dort zur Stimulierung des aeroben Hydrolyseprozesses zugeführten Umgebungsluft auch die Gase aus der aeroben Behandlung der eingesetzten Biosuspension sowie Dämpfe der entstandenen kurzkettigen Fettsäuren enthält.At the same time, because of the minimum holding time of the fermentation substrate in the secondary fermenter station at temperatures for thermophilic bacterial cultures, the requirements for effective sanitation of biogenic waste are met if, for example, they are to be marketed as organic fertilizers after biotechnological treatment. The Nachfermenterstation is a digestate storage 10 downstream, which primarily serves to decouple the 9 process stages fermentation and phase separation. The digestate warehouse 10 is covered with a double membrane gas storage, so that the digestate still escaping amounts of residual gas are additionally collected. The fermentation residue camp 10 downstream phase separation station 11 is used to recover a high-solids fraction from the digestate, this fraction being used directly as a nutrient-rich organic NPKS fertilizer in the fertilizer storage 13 is supplied. The biofiltration obtained in parallel as a low-solids fraction enters the biofiltrate storage tank 12 , which also serves to decouple the process stages phase separation and Hemmstofentfrachtung. From the biofiltrate storage tank 12 For example, the biofiltrate may optionally be used as an organic NPKS liquid fertilizer for agricultural use or as a liquid component to produce a suitable biosuspension in the suspending station 6 be removed. In addition, there is the possibility of using biofilms in the suspending station 6 depleted of nitrogen and sulfur compounds, if necessary to avoid accumulation of toxic concentrations of ammonium and / or hydrogen sulphide in the fermentation substrate. In this case, this gets to the biofiltrate storage tank 12 removed biofiltrate only after passing through the inhibitor debris station 5 back to the biotechnology treatment process. Alternatively, the biofilter stock tank 12 a flotation station as part of the biofiltrate treatment fed to Vorflutqualität. Finally, the biofiltrate storage tank serves 12 Also as a reservoir for the Biofiltratpumpenstation. The fermenters 8th . 9 escaping biogases reach the autogenous pressure of the gases in the fermenters via pressure reducing valves in the crude gas line, which is operated at an absolute pressure of about 1050 mbar. In this crude gas line also passes in the Hydrolysestation 7 resulting hydrolysis gas, in addition to the there for stimulation The ambient air supplied to the aerobic hydrolysis process also contains the gases from the aerobic treatment of the biosuspension used and vapors of the resulting short-chain fatty acids.

Alternativ dazu wird aus dem Biofiltratvonatstank 12 eine Flotationsstation als Teil der Biofiltratbehandlung bis zur Vorflutqualität beschickt. Schließlich dient der Biofiltratvorratstank 12 auch als Vorlagebehälter für die Biofiltratpumpenstation. Die den Fermentern 8, 9 entweichenden Biogase gelangen mit dem Eigendruck der Gase in den Fermentern über Druckminderungsventile in die Rohgasleitung, die mit einem absoluten Druck von etwa 1.050 mbar betrieben wird. In diese Rohgasleitung gelangt auch das in der Hydrolysestation 7 entstehende Hydrolysegas, das neben der dort zur Stimulierung des aeroben Hydrolyseprozesses zugeführten Umgebungsluft auch die Gase aus der aeroben Behandlung der eingesetzten Biosuspension sowie Dämpfe der entstandenen kurzkettigen Fettsäuren enthält. Dieses so genannte Hydrolysegas wird vom Hydrolysereaktor abgesaugt und vor der Einleitung in die Rohgasleitung auf einen absoluten Druck von wenigstens 1.050 mbar verdichtet. Diese Vorgehensweise erlaubt es, die Fermenter 8, 9 der Haupt- und Nachfermenterstation als Stahlblechkonstruktionen aus unkonserviertem Baustahl zu nutzen. Das sauerstoffhaltige Mischgas in der Rohgasleitung durchströmt zunächst die als Rieselkörperapparat ausgebildete Gasentschwefelungsstation 14, die im bestimmungsgemäßen Betrieb einen Druckverlust in Höhe von etwa 40 mbar aufweist. Aus der Gasentschwefelungsstation gelangt schließlich das Biogas in den der Gasentschwefelungsstation 14 nachgeschalteten Doppelmembrangasspeicher 16, der mit einem absoluten Stützdruck der Witterungsschutzmembran in Höhe von 1.008 mbar betrieben wird. Das entschwefelte Gas wird bei Bedarf mit einem Druck von 1.008 mbar dem Gasspeicher 16 entnommen, nach Durchlaufen einer Gastrocknungsstation verdichtet und einem energetischen Gasverwertungskomplex 17, im Ausführungsbeispiel einem Blockheizkraftwerk, zugeführt. Die in der Gasentschwefelungsstation eingesetzte Nährlösung für die auf den Rieselkörpern angesiedelten Schwefelbakterien wird als Sumpfprodukt ständig zum Kopf des Rieselkörperapparates zurückgepumpt und erfährt beim Passieren der Rieselkörperpackung eine stetige Absenkung des pH-Wertes bis auf Werte von weniger als pH = 2,0. Anteile der Nährlösung werden dem Apparatesumpf chargenweise entnommen, wenn der pH-Wert eine Größe zwischen 1,5 und 2,0 erreicht hat. Die entnommene Charge gelangt als Biosäure in den Biosäurevorratstank 15 und steht dort für den Wrasenwäscher der Hemmstoffentfrachtungsstation 5 als Waschflüssigkeit zur Verfügung. Zusätzliche Vorräte an Biosäure werden der Hydrolysestation 7 zur Förderung der Versäuerung der dort eingesetzten Biosuspension zugeführt.Alternatively, from the biofiltrate, there is an estrogen tank 12 a flotation station as part of the biofiltrate treatment fed to Vorflutqualität. Finally, the biofiltrate storage tank serves 12 Also as a reservoir for the Biofiltratpumpenstation. The fermenters 8th . 9 escaping biogases reach the autogenous pressure of the gases in the fermenters via pressure reducing valves in the crude gas line, which is operated at an absolute pressure of about 1050 mbar. In this crude gas line also passes in the Hydrolysestation 7 Hydrogenysis gas which, in addition to the ambient air supplied there to stimulate the aerobic hydrolysis process, also contains the gases from the aerobic treatment of the biosuspension used and vapors of the resulting short-chain fatty acids. This so-called hydrolysis gas is sucked off by the hydrolysis reactor and compressed to an absolute pressure of at least 1050 mbar before being introduced into the crude gas line. This procedure allows the fermenters 8th . 9 to use the main and secondary fermenter stations as steel sheet structures made of non-conserved structural steel. The oxygen-containing mixed gas in the crude gas line first flows through the designed as Rieselkörperapparat gas desulfurization 14 , which has a pressure loss in the amount of about 40 mbar during normal operation. From the gas desulphurisation station, the biogas finally reaches the gas desulphurisation station 14 downstream double membrane gas storage 16 , which is operated with an absolute support pressure of the weather protection membrane in the amount of 1,008 mbar. If required, the desulphurised gas is supplied to the gas storage tank at a pressure of 1,008 mbar 16 taken out, compacted after passing through a gas drying station and an energetic gas utilization complex 17 , In the embodiment of a combined heat and power plant fed. The nutrient solution used in the gas desulphurisation station for the sulfur bacteria settling on the trickle bodies is pumped back continuously as bottom product to the head of the trickle body apparatus and undergoes a steady lowering of the pH value to values of less than pH = 2.0 when passing through the trickle body pack. Portions of the nutrient solution are taken batchwise from the apparatus sump when the pH has reached a size between 1.5 and 2.0. The withdrawn charge passes as a bio-acid in the Biosäurevorratstank 15 and stands there for the Wrasenwäscher the Hemmstoffentfrachtungsstation 5 as a washing liquid available. Additional stores of bio-acid are added to the hydrolyzation station 7 to promote the acidification of the biosuspension used there.

Im Ausführungsbeispiel wird aus der erzeugten Biosuspension je t eingesetzte Pülpe Biogas mit einem Energieinhalt von 665 kWh gewonnen.In the exemplary embodiment, pulp biogas with an energy content of 665 kWh used per t used is obtained from the biosuspension produced.

Beispiel 2:Example 2:

Gemäß der 2 und 4 besteht eine Anordnung zur stofflichen und energetischen Verwertung von biogenen Reststoffen einer Kartoffelverarbeitungsstätte 2 für die Gewinnung von energiereichem Biogas mit einer Heizleistung von 9 MWth. aus einer vorgeschalteten Bioethanolanlage, mit deren Hilfe aus den Schälmassen und den Sedimenten der so genannten Weißwässer eine Bioethanolmenge von wenigstens 80.000 m3/a gewonnen wird. Die Entscheidung zur vorangestellten Bioethanolgewinnung aus den verfügbaren stärkehaltigen Reststoffen erfolgte angesichts der Beurteilung der aktuellen Marktpreise für die unterschiedlichen Gebrauchsenergieformen: Pos. Form der Gebrauchsenergie Marktpreis Nutzenergiegehalt kWh/ME spez. Energiewert €/MWh 1. Tierfutter (Futtergerste) 140 €/t 4.000 40,- 2. Wärmeenergie (WE) (Erdgas) 0,70 €/m3 11 kWh/m3 63,- 3. Kälteenergie (KE) (Absorptionskälte) Wärmeenergie + 10% 12,1 kWh/m3 69,- 4. Kraft-Wärme-Kopp-lung mittels BHKW (Dieselkraftstoff) 1,30 €/1 5 kWh WE/1 + 4 kWh EE 144,- 5. Elektroenergie (EE) im Mittel 0,15 €/kWh Direktanwendung 1 150,- 6. Motorkraftstoffenergie im Mittel 1,35 €/1 bei 45% Wir-kungsgrad 5,4 kWh/1 250,- According to the 2 and 4 There is an arrangement for the material and energetic utilization of biogenic residues of a potato processing plant 2 for the production of high-energy biogas with a heating capacity of 9 MW th . from an upstream bioethanol plant, with the help of which from the peelings and the sediments of the so-called white waters a Bioethanolmenge of at least 80,000 m 3 / a is obtained. The decision to use bioethanol in advance from the available starch-containing residues was made in the light of the assessment of the current market prices for the different forms of utility energy: Pos. Form of utility energy market price Useful energy content kWh / ME spec. Energy value € / MWh 1. Animal feed (feed barley) 140 € / t 4000 40, - Second Heat energy (WE) (natural gas) 0,70 € / m 3 11 kWh / m 3 63, - Third Cooling Energy (KE) (Absorption Cold) Heat energy + 10% 12.1 kWh / m 3 69, - 4th Combined heat and power by means of CHP (diesel fuel) 1,30 € / 1 5 kWh WE / 1 + 4 kWh EE 144, - 5th Electric energy (EE) on average 0.15 € / kWh Direct application 1 150, - 6th Motor fuel energy on average 1.35 € / 1 at 45% efficiency 5.4 kWh / 1 250, -

Aus energetischen, ökologischen und wirtschaftlichen Gründen wird in diesem Beispiel eine Variante mit dem höchsten Anteil an hochwertiger Energieform gemäß der vorstehenden Tabelle gewählt. Die Varianten erweist sich zudem auch als die Variante mit dem höchsten wirtschaftlichen Ertrag.For energetic, ecological and economic reasons, a variant with the highest proportion of high-quality energy form according to the above table is chosen in this example. The variants also prove to be the variant with the highest economic yield.

Aus einer Maniokverarbeitungsstätte zur Herstellung von Chips und Pommes frittes werden jährlich etwa 100.000 t Schälmassen erzeugt. Aus den Produktionsabwässern nach der Reinigung der Einsatzstoffe werden die sogenannten stärkehaltigen Weißwässer gewonnen. Beide Stoffströme werden als Einsatzstoffe für eine Ethanolproduktionsanlagegenutzt, die gegenüber konventionellen Brennereien die folgenden Anlagenkomponenten nicht enthalten:

  • – Rohstofflager,
  • – Zerkleinerungsstation,
  • – Station zur Herstellung einer Rohmaische,
  • – Lager für die Zwischenstapelung der Schlempen und Weißwässer,
  • – Umschlagseinrichtungen für den Vertrieb oder für die Entsorgung der Schlempen und Weißwässer.
In der Brennerei werden aus den anfallenden stärkehaltigen Reststoffen der Maniokverarbeitung insgesamt etwa 80.000 m3 Bioethanol gewonnen. Die anfallenden Schlempen werden anschließend als Teil der Anordnung für die stoffliche und energetische Reststoffverwertung der Kartoffelverarbeitungsstätte in eine Dickphase und in eine Dünnphase getrennt. Im Beispiel werden dabei aus
1 Masseteil Dickschlempe 14,7% Trockenmasseanteil und 88% organischem Anteil an der Trockenmasse,
0,0185 Masseteilen Schlamm aus der betrieblichen Abwasserbehandlung mit 28% Trockenmasseanteil und 65% organischem Anteil an der Trockenmasse und
0,283 Masseteilen eingedickter Schlamm aus der Flotation der anfallenden Biofiltrate mit 10,1% Trockenmassenanteil und 96% organischem Anteil an der Trockenmasse insgesamt unter Einsatz von recyceltem Biofiltrat
1,3 Masseteile Biosuspension mit 13,9% Trockenmasseanteil und 88,5% organischem Anteil an der Trockenmasse gewonnen. Die bei der Phasentrennung der in der vorgeschalteten Ethanolbrennerei anfallenden Ethanolschlempen gewonnene Dünnphase gelangt in die nachgeordnete Aufbereitungsanlage für die überschüssigen Biofiltrate aus den Gärresten der Methanfermentationsanlage. Aus der betrieblichen Abwasserbehandlumgsanlage 4 werden täglich ohne Zwischenpufferung Abwasserschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von ca. 28% im Umfang von 4,1 t mittels Schneckenförderer zur Suspendierstation 6 gefördert. Von der täglich anfallenden Dickschlempe werden der Suspendierstation 6 etwa 225 t Presskuchen aus der Phasentrennung der anfallenden Dickschlempe mit einem Trockensubstanzgehalt von 14,7% zugeführt.From a manioc processing plant for the production of chips and French fries, about 100,000 t peeling masses are produced annually. From the production wastewater after the purification of the input materials, the so-called starchy white waters are obtained. Both streams are used as feedstocks for an ethanol production plant, which do not contain the following plant components compared to conventional distillers:
  • - raw material storage,
  • - Crushing station,
  • - Station for making a Rohmic,
  • - warehouses for intermediate storage of vats and white waters,
  • - Transfer facilities for the distribution or disposal of vinasse and white water.
In the distillery, a total of about 80,000 m 3 of bioethanol is obtained from the resulting starch-containing residues of manioc processing. The resulting vats are then separated into a thick phase and a thin phase as part of the arrangement for the material and energy recovery of the potato processing plant. In the example will be off
1 part of solid sludge 14.7% dry matter content and 88% organic content of the dry matter,
0.0185 parts by weight sludge from the operational wastewater treatment with 28% dry matter content and 65% organic content of the dry matter and
0.283 parts by weight of thickened sludge from the flotation of the resulting biofiltrate with 10.1% dry matter content and 96% organic content of the total dry matter using recycled biofiltrate
1.3 parts by mass of biosuspension with 13.9% dry matter content and 88.5% organic content of the dry matter. The thin phase obtained in the phase separation of the ethanol sludge obtained in the preceding ethanol distillery passes into the downstream processing plant for the excess biofiltration rate from the fermentation residues of the methane fermentation plant. From the operational Abwasserbehandlumgsanlage 4 Every day without intermediate buffering, sewage sludge with a dry matter content of approx. 28% in the amount of 4.1 tonnes by means of screw conveyors to the suspending station 6 promoted. From the daily arising Dickschlempe become the Suspendierstation 6 About 225 t press cake from the phase separation of the resulting Dickschlempe fed with a dry matter content of 14.7%.

Zusätzlich gelangen in die Suspendierstation 6 täglich 63,5 t eingedickter Flotatschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von 10,1% aus der Entfernung von Schwebstoffen der überschüssigen Biofiltratmengen mittels Druckentspannungsflotation. Daraus wird in der Suspendierstation 6 insgesamt eine Biosuspensionsmenge von 292,5 t/d mit einem mittleren Trockensubstanzgehalt von 13,9% hergestellt. Die Suspendierstation 6 besteht aus einem Rührbehälter aus Stahlbeton mit einem Nutzvolumen von 600 m3, dem täglich bis zu 300 m3 Biosuspension entnommen und der Hydrolysestation 7 zugeführt werden. Die Hydrolysestation 7 besteht aus einem belüftungsfähigen Rührbehälter aus Edelstahl, dem in Abhängigkeit vom Gasanfall in der Fermentation 8, 9 wählbare Mengen an Umgebungsluft zugeführt werden. Der Nutzinhalt der Hydrolysestation 7 beträgt 800 m3. Der Hydrolysestation 7 werden täglich in mehreren Dosiseinheiten Hydrolysatmengen von bis zu 280 m3 entnommen und alternierend zwei parallel betriebenen Hauptfermentern 8 der Hauptfermenterstation zugeführt. Bei den Hauptfermentern 8 es sich um teilweise und hydraulisch gemischte Apparate mit Nutzvolumina von jeweils 8.000 m3, die aus unkonserviertem Stahlblech gefertigt sind. In den Hauptfermentern 8 wurde vor der Betriebsaufnahme eine mesophile Startkultur 1 aus einer bereits bestehenden Fermentationsanlage zur stofflichen und energetischen Verwertung von überwiegend lignocellulosische Einsatzstoffen vorgelegt. Bei der Dosierung von Hydrolysat aus der Hydrolysestation 7 in die zwei Hauptfermenter 8 werden jeweils Gärsubstratmengen aus den Hauptfermentern 8 ausgetragen. Diese Gärsubstratmengen gelangen unmittelbar in den Nachfermenter 9 der Nachfermenterstation. Der Nachfermenter 9 ist wie die Hauptfermenter 8 konstruiert, weist ein Nutzvolumen von ebenfalls 8.000 m3 auf und besitzt in die Behälterwand integrierte Heizflächen, mit denen im Nachfermenter 9 Medientemperaturen zwischen 52 und 57°C aufrechterhalten werden können. Bei jeder Beschickung des Nachfermenters 9 wird Fermentationsrest aus dem Nachfermenter 9 in das Gärrestlager 10 ausgetragen. Das Gärrestlager 10 ist ein unbeheizter offener Rührbehälter aus Stahlblech mit einem Nutzvolumen von 6.000 m3. Dieser ist mit einem Gasspeicher 16 abgedeckt, der eine maximale Speicherkapazität von ebenfalls 6.000 m3 besitzt. Damit wird bei Aufrechterhaltung eines mittleren Füllstandes des Gasspeichers 16 eine solche Prozessentkopplung gewährleistet, die Störungen in der nachgeschalteten Gasaufbereitung und im energetischen Gasverwertungskomplex 17 von bis zu 2 Stunden überbrückt.Additionally arrive in the suspension station 6 daily 63.5 t of thickened flotate sludge with a dry matter content of 10.1% from the removal of suspended solids of the excess biofiltrate quantities by means of pressure-release flotation. This will be in the suspension station 6 a total biosuspension amount of 292.5 t / d was produced with an average dry matter content of 13.9%. The suspension station 6 consists of a stirred tank made of reinforced concrete with a useful volume of 600 m 3 , taken daily up to 300 m 3 of biosuspension and the Hydrolysestation 7 be supplied. The hydrolysis station 7 consists of a ventable stainless steel agitator, depending on the gas attack in the fermentation 8th . 9 selectable amounts of ambient air are supplied. The net volume of the hydrolysis station 7 is 800 m 3 . The hydrolysis station 7 Hydrolyzate quantities of up to 280 m 3 are taken daily in several dosage units and alternately two main fermenters operated in parallel 8th supplied to the main fermenter station. For the main fermenters 8th They are partially and hydraulically mixed devices with usable volumes of 8,000 m 3 each, which are made of unpreserved sheet steel. In the main fermenters 8th became a mesophilic seed culture prior to start-up 1 submitted from an existing fermentation plant for the material and energy recovery of predominantly lignocellulosic starting materials. When dosing hydrolyzate from the hydrolysis station 7 into the two main fermenters 8th each fermentation substrate amounts from the main fermenter 8th discharged. These fermentation substrate quantities go directly into the secondary fermenter 9 the post fermenter station. The secondary fermenter 9 is like the main fermenter 8th constructed, also has a useful volume of 8,000 m 3 and has in the container wall integrated heating surfaces, with which in the secondary fermenter 9 Media temperatures between 52 and 57 ° C can be maintained. Every time the secondary fermenter is loaded 9 becomes fermentation residue from the secondary fermenter 9 in the digestate warehouse 10 discharged. The digestate warehouse 10 is an unheated open stirrer made of sheet steel with a useful volume of 6,000 m 3 . This is with a gas storage 16 covered, which has a maximum storage capacity of 6,000 m 3 . This is while maintaining a middle level of the gas storage 16 ensures such a process decoupling, the disturbances in the downstream gas treatment and in the energetic gas utilization complex 17 bridged by up to 2 hours.

Die Sicherheitseinrichtung in Form der Fackelanlage mit einer thermischen Leistung von 9 MW muss dabei noch nicht in Anspruch genommen werden. Das Gärrestlager 10 dient sowohl der Restentgasung der aus den Fermentern 8, 9 der Haupt- und Nachfermenterstationen ausgetragenen Fermentationsreste als auch der Entkopplung von Fermentationsstation und Gärrestaufbereitung. Zur Gewinnung einer nährstoffreichen Düngemittelfraktion wird Gärrest dem Gärrestlager 10 entnommen und einer Phasentrennstation 11 zugeführt. Dort erfolgt mittels Pressschneckenseparatoren und Dekantern die Trennung der Fermentationsreste in Presskuchen mit Trockensubstanzgehalten von im Mittel 30% und Biofiltrat. Während der Presskuchen als hochwertiges Düngemittel in das Düngemittellager 13 mit einem Schüttgutaufnahmevermögen von 2.000 m3 für eine etwa 20-tägige Zwischenstapelung eingetragen wird, gelangt das anfallende Biofiltrat in den geschlossenen Biofiltratvorratstank 12 aus Stahlbeton mit einem Nutzvolumen von 1.000 m3. Die nicht für den Wiedereinsatz in den Fermentationsprozess benötigten Biofiltratmengen werden mit Hilfe eines Prozessverbundes von Flotation, UASB-Fermentation, Nitrifikation und Denitrifikation zu vorflutfähigem Abwasser aufbereitet. Die Dünnschlempe aus der Phasentrennung der in der vorgeschalteten Ethanolbrennerei anfallenden Schlempen werden dem nachgeschalteten Prozess vor der UASB-Fermenterstation zugeführt. Das in der Hydrolysestation 7 anfallende Gas-/Säuredampfgemisch wird auf etwa 50 mbar Überdruck verdichtet und der Rohgasleitung zugeführt. Aus den Fermentern 8, 9 der Haupt- und Nachfermenterstation gelangt das dort entstehende Gas mittels Eigendruck ebenfalls in die Rohgasleitung. Zwischen der Rohgasleitung und dem Gasspeicher 16 ist die Gasentschwefelungsstation 14 für einen Rohgasstrom von etwa 1.100 m3/h angeordnet. Das verbrauchte Sumpfprodukt der als Rieselkörperapparat ausgebildeten Gasentschwefelungsstation 14 wird als Biosäure ausgetragen und im Biosäurevorratstank 15 mit einem Nutzvolumen von 100 m3 zwischengespeichert. Die Biosäure dient in erster Linie zur Versorgung der Hemmstoffentfrachtungsstation 5 mit Flüssigkeit für den Wrasenwäscher und darüber hinaus zur Unterstützung der hydrolytischen Behandlung der Biosuspension in der Hydrolysestation 7. Die im Beispiel gekennzeichnete Anlage zur Verwertung von biogenen Reststoffen einer Maniokverarbeitungsstätte dient damit der Erzeugung von 80.000 m3 Bioethanol, der vorzugsweise als Motorkraftstoff eingesetzt wird, und zur Erzeugung von 8,9 Mio. m3 Biogas mit einem mittleren Methangehalt von 65%.The safety device in the form of the flare system with a thermal output of 9 MW does not yet have to be used. The digestate warehouse 10 serves both the residual degassing of the fermenters 8th . 9 fermentation residues discharged from the main and secondary fermenter stations as well as the decoupling of fermentation station and digestate treatment. To obtain a nutrient-rich fertilizer fraction, digestate is the digestate storage 10 taken and a phase separation station 11 fed. There by means of press screw separators and decanters, the separation of the fermentation residues in press cake with dry matter contents of on average 30% and biofiltrate. During the press cake as a high quality fertilizer in the fertilizer storage 13 is entered with a bulk material capacity of 2,000 m 3 for about 20-day intermediate stacking, the resulting biofiltrate enters the closed biofiltrate storage tank 12 made of reinforced concrete with a useful volume of 1,000 m 3 . The biofiltrate quantities not required for re-use in the fermentation process are processed into flooded wastewater with the aid of a process network of flotation, UASB fermentation, nitrification and denitrification. The thin sludge from the phase separation of the sludge produced in the upstream ethanol distillery is fed to the downstream process before the UASB fermenter station. That in the hydrolysis station 7 accumulating gas / acid vapor mixture is compressed to about 50 mbar pressure and fed to the crude gas line. From the fermenters 8th . 9 the main and Nachfermenterstation passes the resulting gas by means of autogenous pressure also in the crude gas line. Between the crude gas line and the gas storage 16 is the gas desulphurisation station 14 arranged for a raw gas flow of about 1100 m 3 / h. The spent bottom product of the designed as Rieselkörperapparat gas desulfurization station 14 is discharged as bio-acid and in the bio acid storage tank 15 cached with a useful volume of 100 m 3 . The Biosäure serves primarily to supply the Hemmstoffentfrachtungsstation 5 with fluid for the Wrasenwäscher and beyond to support the hydrolytic treatment of the biosuspension in the Hydrolysestation 7 , The plant characterized in the example for the utilization of biogenic residues of a manioc processing plant thus serves to produce 80,000 m 3 of bioethanol, which is preferably used as a motor fuel, and to produce 8.9 million m 3 of biogas with a mean methane content of 65%.

Diese Methanmenge entspricht etwa 108 m3 Biogas je t eingesetzter Dickschlempe. Aus der erzeugten Biogasmenge werden jährlich mittels Blockheizkraftwerkstechnik 28.600 MWh Elektroenergie und 33.600 MWh Wärmeenergie gewonnen.This amount of methane corresponds to about 108 m 3 of biogas per t used Dickschlempe. From the amount of biogas produced, 28,600 MWh of electrical energy and 33,600 MWh of thermal energy are generated annually by means of combined heat and power plant technology.

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Claims (15)

Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung biogener Reststoffe von Anlagen der Kartoffelverarbeitung durch Einsatz der Reststoffe in eine Nassfermentation, durch Konzentration des gesamten Nährstoffpotentials in Form von Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel in einer aus den Fermentationsrückständen gewonnenen Düngemittelfraktion, und durch Bereitstellung des entschwefelten Biogases für die energetische Verwertung, dadurch gekennzeichnet, dass als Nassfermentation die Hefefermentation zur Bioethanolgewinnung und/oder die Methanfermentation zur Biogasgewinnung genutzt werden, dass die anfallenden biogenen Reststoffe aus dem Verarbeitungsprozess von stärkehaltigen Wurzelfrüchten, wie Kartoffeln, Süßkartoffeln, Maniok, Tapioka, Cassava, in Form von Schälmassen, stärkehaltigen Weißwässern, Rückständen aus der Reinigung der Einsatzstoffe, Schlempen aus der vorgeschalteten Ethanoldestillation, wässrigen Medien aus der periodischen Anlagenreinigung und/oder Schlämmen gewonnen werden, dass die verfügbaren Reststoffe einem Suspendierprozess unterzogen werden, dass unter Einsatz von Zusatzstoffen mit Trockenmassegehalten von wenigstens 25% in der Biosuspension ein Trockenmassegehalt zwischen 12 und 18% eingestellt wird, dass die erzeugte Biosuspension einem aeroben Hydrolyseprozess unterzogen wird, dass das aus der Biosuspension erzeugte Hydrolysat einem anaeroben Fermentersystem aus wenigstens einem hydraulisch und teilweise durchmischtem Fermenter mit anfangs eingesetzter und sich stetig reproduzierender Spezialkultur zugeführt wird, dass das in den verwerteten Einsatzstoffen enthaltene Potential an Pflanzennährstoffen als Gemisch aus der festen Phase der Fermentationsrückstände und den aus der Hemmstoffentfrachtung der Biofiltrate resultierenden flüssigen Waschmedien mit hohen Gehalten an Ammonium und Schwefelverbindungen gewonnen wird und dass das entschwefelte, getrocknete und verdichtete Biogas zur gekoppelten Gewinnung von elektrischer und thermischer Prozessenergie genutzt wird.Process for the material and energy recovery of biogenic residues from potato processing plants by using the residues in a wet fermentation, by concentrating the total nutrient potential in the form of nitrogen, phosphorus, potassium and sulfur in a fertilizer fraction obtained from the fermentation residues, and by providing the desulfurized biogas for the energetic utilization, characterized in that are used as wet fermentation Hefefermentation for bioethanol production and / or methane fermentation for biogas production, that the resulting biogenic residues from the processing of starchy root crops, such as potatoes, sweet potatoes, cassava, tapioca, cassava, in the form of Peelings, starchy white waters, residues from the purification of feedstocks, sludge from the upstream ethanol distillation, aqueous media from the periodic plant cleaning and / or Sch lambing, that the available residues are subjected to a suspending process that is set using additives with dry matter contents of at least 25% in the biosuspension, a dry matter content between 12 and 18%, that the biosuspension produced is subjected to an aerobic hydrolysis process that the biosuspension hydrolyzate produced an anaerobic fermenter system from at least one hydraulically and partially mixed fermenter with initially used and constantly reproducing special culture is supplied that contained in the recovered feedstock potential of plant nutrients as a mixture of the solid phase of the fermentation residues and from the Hemmstoffentfrachtung the Biofiltrate resulting liquid washing media is obtained with high levels of ammonium and sulfur compounds and that the desulfurized, dried and compressed biogas for the coupled production of electrical shear and thermal process energy is used. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Anteile der bei der Hefefermentation erzeugten Sauermaische in Form von feststoffreichen Presskuchen der Biosuspension zugefügt werden.Method according to claim 1, characterized in that at least portions of the sour mashes produced in the yeast fermentation are added to the biosuspension in the form of solids-rich presscakes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Produktionsabwässern der Stärkeproduktionsstätte vor oder nach einer aeroben und/oder anaeroben Behandlung eine Schlammfraktion als zusätzliche biogene Reststofffraktion gewonnen wird.Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that from the production effluents of the starch production site before or after an aerobic and / or anaerobic treatment, a sludge fraction is obtained as additional biogenic waste fraction. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzstoffe bevorzugt Getreidespreu, Mühlenstäube und/oder Bürststäube aus der Getreidereinigung in den Suspendierprozess eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 and 3, characterized in that are preferably used as additives grain chaff, mill dust and / or brush dusts from the grain cleaning in the suspending process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozesswasser Biofiltrate aus der mechanischen Phasentrennung der anfallenden Fermentationsrückstände in den Suspendierprozess eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that are used as process water biofiltrates from the mechanical phase separation of the resulting fermentation residues in the suspending process. Verfahren nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Biofiltraten vor dem Einsatz in den Suspendierprozess zur Vermeidung von den Fermentationsprozess hemmenden Konzentrationen toxisch wirkender Inhaltsstoffe Ammonium und/oder Schwefelwasserstoff entzogen werden.A method according to claim 5, characterized in that the biofilms prior to use in the suspending process to avoid inhibiting the fermentation process concentrations of toxic ingredients ammonium and / or hydrogen sulfide are removed. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Biofiltrat Teile des gelösten Ammoniums und/oder des gelösten Schwefelwasserstoffs in einem Austreiber bei bis auf 65°C erhöhten Temperaturen und bei einem absoluten Druck in den überstehenden Wrasen von höchstens 980 mbar entzogen werden, dass die ammoniak- und/oder schwefelwasserstoffhaltigen Wrasen des Austreibers in einem zwischengeschalteten Wärmetauscher auf Temperaturen von maximal 45°C abgekühlt werden, dass die abgekühlten ammoniak- und/oder schwefelwasserstoffhaltigen Wrasen einem nachgeschalteten Wrasenwäscher in Form eines Rieselkörperapparates zugeführt werden, wobei als Waschmedium schweflige Biosäure aus der Biogasentschwefelung mit einer Temperatur von maximal 25°C und einem pH-Wert zwischen 1 und 3,5 eingesetzt wird und dass dem Wäschersumpf bei Erreichen des oberen pH-Grenzwertes zwischen 10 und 60 Masse-% als Düngerkonzentrat mit hohen Stickstoff- und/oder Schwefelkonzentrationen entzogen und durch frische schweflige Biosäure ersetzt werden.Method according to one of claims 5 and 6, characterized in that the biofiltrate parts of the dissolved ammonium and / or dissolved hydrogen sulfide in an expeller at up to 65 ° C elevated temperatures and at an absolute pressure in the supernatant fumes of at most 980 mbar withdrawn be that the ammonia and / or hydrogen sulfide-containing vapors of the expeller are cooled in an intermediate heat exchanger to temperatures of 45 ° C maximum, that the cooled fumes containing ammonia and / or hydrogen sulfide are fed to a downstream Wrasenwäscher in the form of a trickle body apparatus, being used as a washing medium sulfuric biosäure from the biogas desulphurisation with a temperature of maximally 25 ° C and a pH value between 1 and 3,5 is used and that the scrubber sump when reaching the upper pH limit value between 10 and 60 mass% as fertilizer concentrate with high nitrogen and / or sulfur concentration deprived of them and replaced by fresh sulfurous bio-acid. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrolyseprozess unter intensiver Vermischung mit Umgebungsluft in einem Rührbehälter bei Temperaturen zwischen 50 und 60°C durchgeführt wird, dass dem Hydrolyseprozess Umgebungsluft in einer Größenordnung zwischen 2 und 10 Vol.-% des im gesamten Fermentationsprozess gewonnenen Biogases zugesetzt wird, dass eine mittlere Verweilzeit der Biosuspension im Hydrolysebehälter von etwa 2 Tagen eingehalten wird und dass dem Hydrolyseprozess zwischen 20 und 100% der bei der biologischen Entschwefelung des Biogases anfallenden schwefligen Biosäure zugesetzt wird. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the hydrolysis is carried out under intensive mixing with ambient air in a stirred tank at temperatures between 50 and 60 ° C that the hydrolysis ambient air in an order of between 2 and 10 vol .-% of biogas obtained in the entire fermentation process is added so that an average residence time of the biosuspension in the hydrolysis of about 2 days is maintained and that the hydrolysis between 20 and 100% of biosulfurization incurred in the biological desulfurization of bio-acid is added. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das anfallende Hydrolysegas auf wenigstens 30 mbar verdichtet und vor der Gasentschwefelungsstation in die zentrale Rohgasleitung eingeleitet wird oder dass das anfallende Hydrolysegas auf wenigstens 30 mbar verdichtet und in die korrosionsfest ausgeführte Nachfermenterstation eingeleitet wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the resulting hydrolysis gas is compressed to at least 30 mbar and introduced into the central crude gas before the gas desulphurisation station or that the resulting hydrolysis gas is compressed to at least 30 mbar and introduced into the corrosion-resistant secondary fermenter station. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spezialkultur für den Fermentationsprozess als Startkultur eingesetzt und unter Zugabe von überwiegend lignocellulosischen Einsatzstoffen in einer Zuchtstation für mesophile oder thermophile Mischkulturen gewonnen wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the special culture used for the fermentation process as a starting culture and is obtained with the addition of predominantly lignocellulosic starting materials in a breeding station for mesophilic or thermophilic mixed cultures. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1, bestehend aus wenigstens einer Suspendierstation (6), einer Fermentationsstation für die Methanfermentation (8, 9), einer Phasentrennstation (11) für die Gärrückstände, einem Biofiltratsvorratstank (12), einer Gasentschwefelungsstation (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Suspendierstation (6) mit einem Lager- und Dosiersystem für trockensubstanzreiche Zusatzstoffe in Verbindung steht, dass zwischen dem Biofiltratsvorratstank (12) und der Suspendierstation (6) eine Hemmstoffentfrachtungsstation (5) angeordnet ist, dass als Gasentschwefelungsstation (14) ein Gaswäscher bevorzugt in Form eines Rieselkörperapparates angeordnet ist, dass für die Bevorratung der in der Gasentschwefelungsstation (14) gewonnenen schwefligen Biosäure zwischen der Gasentschwefelungsstation (14) und der Hemmstoffentfrachtungsstation (5) und/oder der Hydrolysestation (7) ein Biosäurevorratstank (15) angeordnet ist, dass zwischen der Suspendierstation (6) und der Fermenterstation (8, 9) eine Hydrolysestation (7) angeordnet ist und dass die Fermenterstation (8, 9) aus wenigstens einem Hauptfermenter (8) und wenigstens einem nachgeschalteten Nachfermenter (9) besteht.Arrangement for carrying out the method according to claim 1, consisting of at least one suspending station ( 6 ), a fermentation station for methane fermentation ( 8th . 9 ), a phase separation station ( 11 ) for the digestate, a biofiltration stock tank ( 12 ), a gas desulphurisation station ( 14 ), characterized in that the suspending station ( 6 ) is associated with a storage and dosing system for dry substance-rich additives, that between the biofilter stock tank ( 12 ) and the suspending station ( 6 ) an inhibitor decontamination station ( 5 ) is arranged as a gas desulphurisation station ( 14 ) a gas scrubber is preferably arranged in the form of a trickle apparatus that for the storage of the gas in the desulphurisation station ( 14 ) obtained sulfurous bioacid between the gas desulphurisation station ( 14 ) and the inhibitor decontamination station ( 5 ) and / or the hydrolysis station ( 7 ) a Biosäurevorststank ( 15 ) is arranged that between the suspending station ( 6 ) and the fermenter station ( 8th . 9 ) a hydrolysis station ( 7 ) and that the fermenter station ( 8th . 9 ) from at least one main fermenter ( 8th ) and at least one downstream secondary fermenter ( 9 ) consists. Anordnung nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass den Anlagenkomponenten eine Anlage zur Bioethanolgewinnung aus dem in den Schälmassen und/oder den stärkehaltigen Sedimenten der Weißwässer enthaltenen Inventar an Kohlehydraten vorgeschaltet ist.Arrangement according to claim 11, characterized in that the plant components are preceded by a plant for the production of bioethanol from the inventory of carbohydrates contained in the peeling masses and / or the starchy sediments of the white waters. Anordnung nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der oder die Hauptfermenter (8) hydraulisch gemischte, jedoch nicht vollständig durchmischte, Apparate sind.Arrangement according to claim 11, characterized in that at least the main fermenter (s) ( 8th ) are hydraulically mixed, but not completely mixed, apparatus. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachfermenter (9) als batchweise betriebene und beheizte Rührbehälter ausgeführt sind.Arrangement according to one of claims 11 and 12, characterized in that the secondary fermenter ( 9 ) are designed as batchwise operated and heated stirred tank. Anordnung nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauptfermentern (8) und in den nachgeschalteten Nachfermentern (9) unterschiedliche Methanbakterien-Mischkulturen eingesetzt sind,Arrangement according to claim 11, characterized in that in the main fermenters ( 8th ) and in the downstream secondary fermenters ( 9 ) different methane bacteria mixed cultures are used,
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