DE102014108682A1

DE102014108682A1 - Thermische Hydrolyse von Biomasse

Info

Publication number: DE102014108682A1
Application number: DE102014108682.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Rädle; Alexander Herter; Fatih Aslan; Michael Harnisch
Original assignee: HARNISCH FILTER APP und ANLAGENBAU GmbH; HARNISCH FILTER- APPARATE- und ANLAGENBAU GmbH
Current assignee: HARNISCH FILTER APP und ANLAGENBAU GmbH; HARNISCH FILTER- APPARATE- und ANLAGENBAU GmbH
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2015-09-03
Also published as: DE102014108691A1

Abstract

Um biologisch schwer abbaubare Biomasse, insbesondere aus Klärschlamm, dahingehend aufzubereiten, dass daraus Biogas gewonnen werden kann, werden eine Vorrichtung (1) mit zumindest einem ersten Abschnitt und zumindest einem zweiten Abschnitt, welcher mit dem ersten Abschnitt unmittelbar in Verbindung steht, wobei der erste Abschnitt als Aufheizzone (2) mit einer Direktdampfbeheizung ausgebildet ist, welche zumindest eine Dampfeintragseinrichtung (3) umfasst, durch welche im Betrieb Dampf (D) in die kontinuierlich durch die Aufheizzone (2) strömende Biomasse (B) eingetragen wird und die Biomasse aufheizt, und wobei der zweite Abschnitt als Verweilzeitstrecke (4) ausgebildet ist, durch welche im Betrieb die aufgeheizte Biomasse kontinuierlich strömt sowie ein Verfahren mit den Schritten a) kontinuierliches Zuführen von Biomasse (B) b) Aufheizen der Biomasse auf eine Temperatur T_2 durch Eintragen von Dampf (D) in die Biomasse (B), c) Halten der Temperatur T_2 für einen Zeitraum t_Verweil in einer kontinuierlich durchströmten Verweilzeitstrecke (4) bereit gestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen thermischen Hydrolyse von Biomasse, insbesondere von Klärschlamm.
In Kläranlagen werden industrielle und kommunale Abwässer durch biologische Abwasseraufbereitungsanlagen gereinigt. Die biologische Reinigung beinhaltet sowohl den Abbau von Kohlenstoff als auch teilweise von Stickstoff, Phosphor, Schwefel und anderen das Abwasser belastende Stoffe. Das Grundprinzip besteht darin, dass Mikroorganismen innerhalb einer Kläranlage die Inhaltsstoffe des Abwassers als Nahrungsquelle nutzen und sich dabei vermehren.
Üblicherweise wird Abwasser in Kläranlagen über eine Kreisfahrweise der Wasserströme mit einer Hintereinanderschaltung einer Nitrifikation und Denitrifikation von Stickstoff- und kohlenstoffhaltigem Abwasser Inhaltsstoffen befreit. Mikroben in diesen Kläranlagen wachsen und nehmen als Nährstoff die kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Verbindungen auf. Damit entstehen in Kläranlagen zwei Arten von Biomasse. Im Zulauf wird der sogenannte Primärschlamm abgetrennt, und in dem Kreislauf mit der Hintereinanderschaltung von Nitrifikation und Denitrifikation wird der sogenannte Überschussschlamm abgetrennt.
Beide Massen kommen als Suspension in einen Faulturm, wo sie unter anaeroben Bedingungen mit einer Verweilzeit von etwa 30 Tagen Biogas, im Wesentlichen Methan, erzeugen. Von der zugeführten Biomasse, gerechnet auf Trockensubstanz, kann ungefähr in typischen Kläranlagen die Hälfte in Methan oder in CO₂ verwandelt werden; die andere Hälfte verlässt den Faulturm als nicht abbaubare Biomasse.
Die nicht abbaubare Biomasse besteht häufig aus Ligninen oder anderen schwer abbaubaren Substanzen. Hinzu kommen die an sich abbaubare, aber innerhalb der Zellen der Mikroben sich befindende, gelöste organische Substanzen.
Das Substrat beziehungsweise die Suspension, die aus diesen Faultürmen herauskommt, wird, soweit möglich, mechanisch entwässert, beispielsweise über Zentrifugen oder Kammerfilterpressen. Übrig bleibt ein 30%iger (gerechnet Feststoffanteil) Klärschlamm, der eine Konsistenz wie Blumenerde aufweist.
Ziel vieler Bestrebungen ist es, aus dem nicht abbaubaren Anteil nochmals Energie zu gewinnen. Hierzu kann die Verbrennung zu Hilfe genommen werden oder eine Art Klärschlammaufbereitung oder Wiederzuführung dieses Klärschlamms in den Faulturm.
Bei der Verbrennung gilt zu bedenken, dass der 70% Wasseranteil eines solchen Klärschlamms einen negativen Brennwert verursacht und damit eine energetische Nutzung des Klärschlamms nicht möglich erscheinen lässt. Thermische Trocknungen benötigen zunächst viel Energie und sind bisher nicht wirtschaftlich. Bei der Klärschlammaufbereitung unterscheidet man folgende Verfahren, die hier nur vom Prinzip her klassifiziert werden sollen.
Verfahren zum mechanischen Aufschluss unterliegen sehr starkem Verschleiß, schließen nur einen kleinen Teil der verfügbaren Biomasse auf und führen zu einer Verschlechterung der Filtrierbarkeit des Klärschlamms.
Bei der Elektropervaporation werden Hochspannungspulse durch die Flüssigkeit geschlossen, in denen die Zellen sich befinden. Die Hochspannungspulse generieren kleine Löcher in den Zellen und ermöglichen einen Austausch der Flüssigkeiten außerhalb und innerhalb der Zelle. Allerdings kann auf diese Weise nur ein geringer Anteil des verfügbaren Kohlenstoffs zugänglich gemacht werden, nämliche ein Teil dessen, der sich innerhalb der Zelle befindet. Alle nicht gelösten Substanzen, Zellwände und ähnliches können nicht aufgeschlossen werden.
Bei Verfahren zum thermischen Aufschluss ist die Heizung durch Rohrwände problematisch. Durch die Wärmeübertragung über Wandkontakt kommt es zum Verbacken der Wände bei höheren Temperaturen und damit zur Herabsetzung der Wärmeübergänge und damit zur Verschlechterung der Aufheizung.
Derzeit fallen in der Bundesrepublik Deutschland mehrere Millionen Tonnen Klärschlamm pro Jahr in einer derzeit nicht wieder einsetzbaren Form an, die eine entsprechend große Menge an Biomasse enthalten. Der Rest-Klärschlamm wird nach der Nitrifikation, der Denitrifikation und Eindickung im Faulturm als Reststoff aus der Kläranlage abgeführt.
Dieser feuchte Presskuchen wird bisher zumeist entsorgt, indem Klärschlamm verklappt oder verbrannt wird. In der Kläranlage Weinheim des Abwasserverbandes Bergstraße lagen im Jahr 2010 die Entsorgungskosten bei zirka 60,00 € pro Tonne. Bei einem Anfall von etwa 12.000 Tonnen Klärschlamm ergeben sich Entsorgungskosten von 720.000 € pro Jahr.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, biologisch schwer abbaubare Biomasse, insbesondere aus Klärschlamm, dahingehend aufzubereiten, dass in bereits bestehenden Anlagen mit entsprechend weiter Verbreitung, wie zum Beispiel Faultürmen daraus Biogas gewonnen werden kann.
Eine potentielle Alternative zur Verbrennung und Nutzung der restlichen 50 % an energetisch verwertbarer organischer Substanz, die auf konventionellem Wege nicht abgebaut werden kann, liegt im Aufschluss des Klärschlamms mit dem Ziel, diesen besser bioverfügbar zu machen.
Ein Ansatz dazu wird in WO 2011/006854 A1 als thermische Hydrolyse von Biomasse beschrieben. Biomasse wird dabei in einen Vorerhitzungstank gefördert und dort aufgeheizt. Die aufgeheizte Biomasse wird nacheinander in zumindest zwei Reaktoren gepumpt, welche durch Zugabe von Dampf aufgeheizt und unter Druck gesetzt werden. Es folgt eine Haltezeit bei bestimmten Werten für Temperatur und Druck, bevor die Biomasse mit Hilfe einer Düse entspannt und dadurch aufgeschlossen wird. Das Verfahren arbeitet in den Reaktoren batchweise, um eine ausreichende Verweilzeit bei hohen Temperaturen sicherzustellen. Der bei der Entspannung frei werdende Dampf wird aus dem Reaktor abgezogen und dem Vorerhitzungstank zugeführt.
Ein Problem des in WO 2011/006854 A1 beschriebenen Verfahrens ist Dampfkavitation. Zur Aufheizung der Biomasse in Form von Schlamm mit einem Anteil an Trockensubstanz von 5 bis 30 % im Vorerhitzungstank wird Prozessdampf aus den nachfolgenden Reaktoren genutzt. Der Dampf füllt die Hohlräume des umgebenden Schlammes. Unter der Einwirkung des äußeren Drucks fallen diese Hohlräume dann zusammen und es kommt zu einem Dampfschlag (Blasenimplosion). Diese Schläge führen zu kontinuierlichen Vibrationen beziehungsweise Schwingungen im gesamten Reaktorbereich. Die Vibrationen wirkten sich auf die Elektronikteile der Messgeräte aus, wodurch sich Störungen einstellten. Zusätzlich führten die Vibrationen zu Rissen im Bereich des Behälterkopfes vom Vorerhitzungstank.
Es ergibt sich daraus eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Hydrolyse von Biomasse bereitzustellen, welche das Auftreten von Dampfschlägen vermeiden.
Des weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Wärmeübertragung an Biomasse zuverlässig und effizient durchführen zu können.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, Wandanbackungen der Biomasse zu vermeiden, wenn diese aufgeheizt wird.
Diese Aufgaben werden auf überraschend einfache Weise gelöst mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils zugeordneten Unteransprüche.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen thermischen Hydrolyse von Biomasse, insbesondere von Klärschlamm, zur Verfügung, mit zumindest einem ersten Abschnitt und zumindest einem zweiten Abschnitt, welcher mit dem ersten Abschnitt unmittelbar in Verbindung steht, wobei der erste Abschnitt als Aufheizzone mit einer Direktdampfbeheizung ausgebildet ist, welche zumindest eine Dampfeintragseinrichtung umfasst, durch welche im Betrieb Dampf in die kontinuierlich durch die Aufheizzone strömende Biomasse eingetragen wird und die Biomasse aufheizt, und wobei der zweite Abschnitt als Verweilzeitstrecke ausgebildet ist, durch welche im Betrieb die aufgeheizte Biomasse kontinuierlich strömt.
Der zweite Abschnitt schließt sich insbesondere direkt an den ersten Abschnitt an, so dass aufgeheizte Biomasse unmittelbar in die Verweilzeitstrecke eintritt. Gemäß der Erfindung wird eine thermische Hydrolyse in kontinuierlicher Strömung der Biomasse ermöglicht, bei der der Wärmeübergang über eine Direktdampfheizung erfolgt. Das bedeutet, dass Dampf in die Suspension, das heißt in die Biomasse, eingeperlt wird und durch Übergabe der Kondensationsenthalpie das Fluid aufheizt. Dabei kommt es zu einer Verdünnung des Fluids durch den eingeleiteten Dampf. Die benötigte Menge der Aufheizung macht jedoch eine Durchführung möglich, weil nur geringe Mengen an Wasser hinzugeführt werden. Die Verdünnung liegt in der Größenordnung von etwa 20%.
Die Biomasse strömt während der Direktdampfeinspeisung kontinuierlich durch die Aufheizzone und strömt dann weiter in die Verweilzeitstrecke. Durch die permanente gleichmäßige Bewegung und Durchmischung des Fluids werden Instabilitäten, welche zu Dampfschlägen führen, minimiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zudem besonders einfach und betriebsstabil konstruiert. Die Aufheizung des Biomaterials, insbesondere des Klärschlamms durch Direktdampfeinspeisung vermeidet die Beläge von Wärmetauscherplatten, da die direkte Zuführung von Dampf keine Oberflächen benötigt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Dampfeintragseinrichtung zumindest eine Dampfeintragsfläche aufweist und derart in der Aufheizzone angeordnet ist, dass sie im Betrieb kontinuierlich von der Biomasse passiert, insbesondere umströmt, wird, so dass Dampf durch die Dampfeintragsfläche hindurch in die daran vorbei strömende Biomasse eingetragen wird.
Die Dampfeintragseinrichtung weist zudem eine Dampfzuführung auf, welche Dampf zu der Dampfeintragsfläche führt. Dampf und Biomasse werden dabei nicht im Gleichstrom, sondern nach Art eines Kreuzstroms und vorzugsweise im Wesentlichen im Gegenstrom zueinander geführt.
Wird die Vorrichtung mit mehreren, beispielsweise zwei Dampfeintragseinrichtungen ausgebildet, kann der Dampf in der Aufheizzone an verschiedenen Stellen verteilt zugeführt werden, um die Gefahr von Dampfschläge noch weiter zu minimieren. Zudem wird bei mehrstufiger Dampfeinspeisung weniger Exergie verschwendet. Niedertemperaturdampf steht in Kläranlagen ausreichend, Hochtemperaturdampf nur in geringerem Maße zur Verfügung.
Bei sehr hochviskosen Biomassen kann die Durchmischung mit dem eingespeisten Dampf und damit die Effizienz der Wärmeübertragung dadurch verbessert werden, dass die Aufheizzone einen dynamischen Mischer, bevorzugt einen Rührer, besonders bevorzugt einen Rührkessel umfasst, in welchen die zumindest eine Dampfeintragseinrichtung integriert ist.
Dazu kann in einer besonders einfachen Ausführungsform ein Rührer in eine Rohrstrecke montiert werden, welche die Aufheizzone bildet. Um den Wärmeübergang zu verbessern hat es sich gezeigt, dass bereits die zusätzliche aktive Durchmischung verhältnismäßig kleiner Volumina genügen, um einen signifikanten Effekt zu erzielen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der dynamische Mischer, bevorzugt der Rührer, derart ausgebildet ist, dass er im Betrieb der Vorrichtung ein geringes Volumen durchmischt. Für eine Technikumsanlage mit einem Durchsatz von beispielsweise 40 Litern/Stunde wird dies im Bereich von weniger als 10 Litern sein, vorzugsweise ein Volumen im Bereich zwischen 1 Liter und 10 Liter, besonders bevorzugt ein Volumen von 2 Litern, beziehungsweise der Rührkessel weist ein Volumen im Bereich von weniger als 10 Litern auf, vorzugsweise ein Volumen im Bereich zwischen 1 Liter und 10 Liter, besonders bevorzugt ein Volumen von 2 Litern.
Für eine größere Anlage wird sich dieses Volumen größer gestalten, zum Beispiel skaliert proportional zum Durchsatz. Beispielsweise könnte das Reaktorvolumen zum Mischen und Aufheizen für eine Anlage mit einem Durchsatz von 3 m³/h zwischen 20 Litern und 500 Litern liegen, bevorzugt im Bereich von 50 Litern. Die Verweilzeitstrecken, die geeignet sind, hohe Temperaturen zu halten, werden gemäß der Erfindung entsprechend der angestrebten Verweilzeit ausgelegt. Bei dem angegebenen Durchsatz könnte das Volumen also im Bereich zwischen 500 bis 3000 Litern liegen, bevorzugt bei 750 Litern.
Um die Dampfeinspeisung und die dynamische Mischung der Biomasse aufeinander abzustimmen umfasst gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung eine dem dynamischen Mischer benachbarte Wand der Aufheizzone, bevorzugt der Rührkessel, zumindest eine Aussparung, welche derart ausgebildet ist, dass die Aussparung mit einer Dampfeintragsfläche verschließbar ist.
Die Aussparung kann beispielsweise in der Wandung des Rührkessels angeordnet sein. Es können mehrere Aussparungen vorgesehen sein, die über die im Betrieb mit Biomasse in Kontakt stehenden Innenfläche des Rührkessels, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnet sind. Durch die Zwangsvermischung mit dem Rührorgan kann gerade bei hochviskosen Biomassen mit einer Aufheizzone, die einen Rührkessel umfasst, die Vermischung der Biomasse mit Dampf verbessert werden. Damit kann die Aufheizzeit verringert werden, was die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter steigert.
Der Dampfeintrag lässt sich bei geringer Größe der Aussparung in der Wandung der Aufheizzone dadurch erhöhen, dass die Dampfeintragseinrichtung einen Hohlraum aufweist, welcher zumindest teilweise von der Dampfeintragsfläche verschlossen wird und welcher eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung für den Anschluss an eine Dampfzuführung ausgebildet ist.
Die Dampfeintragsfläche kann im Rahmen der Erfindung auch einen Hohlraum umschließen und beispielsweise einen einseitig verschlossenen Hohlzylinder bilden, dessen offenes Ende an die Dampfzuführung anschließbar ist. Der von der Dampfeintragsfläche umschlossene Hohlraum ist in der Aufheizzone positioniert. Die Dampfzuführung ist beispielsweise in Form einer Rohrleitung von einer Dampfquelle wie einem Dampfkessel oder Abdampf aus nachgeordneten Prozessschritten hin zur Dampfeintragseinrichtung ausgeführt.
Der Dampf wird unter Überdruck gegenüber dem Druck in der kontinuierlich strömenden Biomasse in die Aufheizzone geführt, wobei in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Dampfeintragsfläche die Oberfläche eines porösen und/oder eines perforierten Materials ist.
Unter dem Begriff "poröses Material" wird ein Körper mit einer Porenstruktur im Inneren verstanden, beispielsweise nach Art eines offenporigen Schaums, beim welchem sich an seiner Oberfläche die Öffnungen der Poren zeigen. Unter dem Begriff "perforiertes Material" wird ein Körper, beispielsweise nach Art einer Metallplatte beziehungsweise eines Bleches, verstanden, in welchen als Perforation Durchgangslöcher eingebracht wurden, beispielsweise durch mikromechanische Verfahren eingebrachte Löcher.
Der Überdruck und die Poren der Dampfeintragsfläche verhindern ein Zurückschlagen des Dampfes, die sogenannten Dampfschläge, welche bei bekannten Vorrichtungen zu großen Vibrationen, zur Zerstörung von Anlagenteilen beziehungsweise zu Abrasion der den Dampf einleitenden Düsen führen.
Die Erfindung bietet je nach Anforderungsprofil für die zu behandelnde Biomasse unterschiedliche Möglichkeiten für die Fertigung der Dampfeintragsfläche. So stellt die Erfindung in einer Weiterbildung eine Vorrichtung mit einer Dampfeintragsfläche bereit, wobei das Material der Dampfeintragsfläche ein keramischer Werkstoff oder ein metallischer Werkstoff ist, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die Edelstahl, Titan, Nickel-Basislegierungen, insbesondere Monel, Inconel 600, Inconel 625, Hastelloy C22, und Hastelloy C276 umfasst.
Besonders einfach lassen sich die Poren, durch die gemäß der Erfindung der Dampf in die Aufheizzone eingetragen wird, bereitstellen, indem das Material der Dampfeintragsfläche ein mikroporöser Werkstoff, bevorzugt ein offenporiger Sinterwerkstoff, besonders bevorzugt ein Sintermetall ist.
Die Dampfeintragseinrichtung kann beispielsweise von einer kommerziell erhältlichen Filterkerze aus Sintermetall gebildet werden, welche mit einem Anschluss für die Dampfzuführung versehen ist. Es konnte überraschenderweise gefunden werden, dass Sintermetalle die Problematik von Dampfschlägen vollständig umgehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Dampfeintragsfläche Löcher oder Poren mit mittleren Durchmessern im Bereich von größer oder gleich 0,5 Mikrometern bis kleiner oder gleich 200 Mikrometern, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 Mikrometer und 100 Mikrometern, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2 Mikrometern und 50 Mikrometern, insbesondere zwischen 3 Mikrometern und 10 Mikrometern, auf.
Die Toleranz für alle Porendurchmesser liegt bei ±10 %.
Über die Größe der Dampfeintragsfläche – bei Filterkerze beispielsweise die Länge und den Durchmesser der Filterkerze – kann die Größenordnung des Dampfeintrags vorbestimmt werden. Die genaue Abstimmung des Dampfeintrags erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Temperatur in der Aufheizzone.
Um den in die Biomasse in der Aufheizzone einzubringende Wärmestrom über den Massenstrom an eingespeisten Dampf beziehungsweise seinen Druck beeinflussen zu können, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung zumindest ein Stellventil für die Dampfzuleitung in die zumindest eine Dampfeintragseinrichtung umfasst.
Die Vorrichtung kann gemäß einer Weiterbildung auch mehrere Dampfeintragseinrichtungen aufweisen, welche einzeln über jeweilige Stellventile an die Dampfzuleitung angeschlossen sind. Dadurch kann Dampf an mehreren Stellen in die Aufheizzone zugeführt werden, wobei der Druck der einzelnen zugeführten Dampfströme unterschiedlich sein kann, so dass sich ein exergetischer Vorteil realisieren lässt.
Um eine Regelung und/oder Steuerung der Temperatur der Biomasse in der Aufheizzone zu ermöglichen, kann die Aufheizzone zumindest eine Temperaturmessstelle und/oder zumindest eine Druckmessstelle aufweisen.
Die Vorrichtung umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform Mittel zur Übertragung des zumindest einen gemessenen Temperaturwertes und/oder des zumindest einen gemessenen Druckwertes an das Stellventil. Mit Hilfe des Stellventils wird der Dampfeintrag in Abhängigkeit von Temperatur und/oder Druck in der Aufheizzone gesteuert oder geregelt.
Eine besonders einfache Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich dadurch realisieren, dass die Aufheizzone und die Verweilzeitstrecke miteinander verbundene Abschnitte eines Strömungsrohrs sind, wobei der erste Abschnitt des Strömungsrohrs als Aufheizzone mit der Direktdampfbeheizung ausgebildet ist, und wobei der zweite Abschnitt des Strömungsrohrs als Verweilzeitstrecke ausgebildet ist, durch welche im Betrieb die aufgeheizte Biomasse kontinuierlich strömt.
Um die Biomasse beim kontinuierlichen Durchströmen der Vorrichtung unter Druck setzen zu können, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zumindest ein Fördermittel zum kontinuierlichen Transportieren der Biomasse durch das Strömungsrohr umfasst, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass im Betrieb die Verweilzeit der aufgeheizten Biomasse in der Verweilzeitstrecke allein durch den von dem Fördermittel vorgegebenen kontinuierlichen Volumenstrom an aufgeheizter Biomasse und/oder die Länge der Verweilzeitstrecke und/oder die Fläche des durchströmten Querschnitts der Verweilzeitstrecke variabel ist.
Durch das Strömungsrohr wird gemäß der Erfindung annähernd eine Pfropfenströmung an Biomasse realisiert. Als Fördermittel können beispielsweise eine Exzenterschneckenpumpe oder auch eine Kolbenpumpe eingesetzt werden. Diese wirken gleichzeitig als Pumpe und Förderschnecke.
Die Verweilzeitverteilung wird durch den Durchsatz an aufgeheizter Biomasse und/oder die Länge der Verweilzeitstrecke eingestellt. Beide Größen lassen sich gut beherrschen, so dass anders als in einem Rührkesselreaktor im erfindungsgemäßen Strömungsrohr eine sehr enge Verweilzeitverteilung realisiert werden kann. Die Verweilzeitverteilung weist dabei mindestens eine Charakteristik auf, bei welcher in Bezug auf die rechnerisch ermittelte mittlere Verweilzeit weniger als 20 % der Fluidelemente die halbe Verweilzeit und weniger als 20 % der Fluidelemente die doppelte Verweilzeit haben.
Aufgrund des einer Pfropfenströmung sehr nahe kommenden Strömungsprofils durch das Strömungsrohr ist es möglich, die Biomasse mit Hilfe eines Volumens an Wasser nach Art eines Kolbens durch das Strömungsrohr zu schieben. Dadurch muss nicht die Biomasse selbst mit einer Pumpe gefördert werden, sondern nach Einfüllen der Biomasse in ein dem Strömungsrohr vorgeschaltetes Rohr wird Wasser durch die Vorrichtung gepumpt, welches die Biomasse vor sich her treibt, ohne diese jedoch nennenswert zu verdünnen.
Die Erhaltung des Druckes in der Biomasse während des Betriebs der Vorrichtung kann dadurch mit einem weiteren Parameter beeinflusst werden, dass die Vorrichtung eine der Verweilzeitstrecke nachgeordnete Auslasseinrichtung aufweist, welche ein Gegendruckventil umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gegendruckventil als Quetschventil, insbesondere als pneumatisches Schlauchquetschventil oder als elektropneumatisches Schlauchquetschventil, ausgebildet.
Das Gegendruckventil ist in der Ableitung der Vorrichtung angeordnet, durch die die aufgeheizte, unter Druck stehende Biomasse an nachgeschaltete Einrichtungen weiter geleitet werden kann. Als Gegendruckventil wird ein Ventil eingesetzt, welches keine Toträume aufweist, die mit der Biomasse in Kontakt kommen könnten.
Beispielsweise umschließt dazu ein Quetschventil die Durchgangsöffnung der Ableitung. Ein im Ventilgehäuse platziertes elastisches Schlauchstück ist an seinen beiden Enden verschlossen. In das verschlossenen Schlauchstück kann ein Fluids wie etwa Druckluft eingelassen werden. Dadurch verformt sich das Schlauchstück expansiv in die Ableitung hinein und verringert deren Durchmesser, so dass ein Gegendruck auf die strömende aufgeheizte Biomasse ausgeübt wird. Mit dem Gegendruckventil kann beispielsweise über den Öffnungsgrad der Durchgangsöffnung des elastischen Schlauchstücks im Fall eines (elektro-)pneumatischen Schlauchquetschventils der Druck in der Vorrichtung und damit im Strömungsrohr eingestellt oder gesteuert oder geregelt werden. Auch ein Kegelventil könnte den oben genannten Zweck erfüllen.
Nach der Verweilzeit verlässt die hydrolysierte Biomasse die Vorrichtung über eine Flash-Entspannung oder eine andere Entspannung, wodurch neben der thermischen noch eine hydrodynamische und mechanische Belastung ausgeübt werden kann.
Um die Temperaturführung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirtschaftlicher zu gestalten, bietet die Erfindung die Möglichkeit, dass die Vorrichtung im Anschluss an die Verweilzeitstrecke eine Abkühlstrecke aufweist und/oder dass die Vorrichtung vor dem Einlass in die Aufheizzone eine Vorwärmestrecke aufweist, wobei vorzugsweise Mittel zum Zuführen der Abwärme aus der Abkühlstrecke in die Vorwärmstrecke vorgesehen sind.
Die Mittel zum Zuführen der Abwärme aus der Abkühlstrecke in die Vorwärmstrecke können beispielsweise durch einen die Abkühlstrecke und die Vorwärmstrecke umgebenden Fluidkreislauf realisiert werden, wobei als Fluid ein Wärmeträgermedium eingesetzt wird, das die in der Abkühlstrecke über die Wandung von der Biomasse abgegebene Wärmemenge aufnimmt, zur die Vorheizstrecke umgebenden Wandung führt und dort Wärme an die Biomasse in der Vorheizstrecke überträgt. Auch die Vorwärmstrecke und/oder die Abkühlstrecke können vorteilhafterweise mit Mitteln zur Regelung und/oder Steuerung der Temperatur und/oder des Drucks versehen sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Innern der Vorrichtung zumindest ein statischer Mischer positioniert.
Statische Mischer tragen dazu bei, dass im Betrieb der Vorrichtung die Dicke der laminaren Unterschicht der Biomasse verringert wird, so dass sich das Strömungsprofil möglichst nahe dem einer Pfropfenströmung liegt. Ein oder mehrere statische Mischer können in der Vorheizzone, der Aufheizzone, der Verweilzeitstrecke und/oder der Abkühlstrecke positioniert sein. Vorzugsweise wird als statischer Mischer im Rahmen der Erfindung ein Bauteil eingesetzt, dass in zirkularer Bauweise wie eine Schneckenwendel das Produkt spiralförmig durch eine Rohrleitung lenkt. Die Schneckenwendel oder ein in anderer Weise geeignet gestalteter statischer Mischer wird als extrem einfaches Bauteil ohne bewegliche Teile in die betreffenden Rohrabschnitte eingelassen.
Die Erfindung ermöglicht somit, Biomasse über Direktdampf ohne Dampfschläge vorzugsweise in einem einfach gebauten Rohrreaktor ohne Wärmeübertragungsflächen thermisch zu hydrolysieren. In einer Weiterbildung kann die Aufheizung über Dampfeinspeisung in verschiedenen Druckstufen und damit unter verbesserter Ausnutzung der verfügbaren Abwärmeressourcen erfolgen. Der Vorteil der Vorrichtung liegt in einer extrem einfachen und preiswerten Bauweise durch Verwendung von einfachen Rohren, statischen Wendelmischern und beispielsweise kommerziell verfügbaren Sintermetallen als Filterkerze zur Dampfeinspeisung. Weiter Vorteile liegen in der kurzen Verweilzeit, die notwendig ist, um den hydrolytischen Aufschluss zu gewährleisten. Daraus resultiert eine sehr kleine Bauweise.
Der Ansatzpunkt der Ausnutzung verfügbarer Wärmeressourcen führt zum Verwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Kombination mit bestehenden Kläranlagen unter einer optimierten Verschaltung, beispielsweise durch numerische Optimierung der Einspeisung und Entnahme von Stoffströmen.
Um das Abgas eines Blockheizkraftwerkes einer Kläranlage optimal nutzen zu können, wird aus dem Abwärmestrom in verschiedenen Temperaturstufen Dampf erzeugt. Die höchste Temperaturstufe liegt bei über 200°C, womit Sattdampf von zirka 10 bar erzeugt werden kann. Dieser Sattdampf kann erfindungsgemäß direkt in den zuvor eingedickten Klärschlamm eingebracht werden und diesen durch die Abgabe der Kondensationswärme aufheizen, wodurch viele Probleme bisheriger Anlagen vermieden werden. Es kann eine erhebliche Standzeiterhöhung der Anlage mit Hilfe dieses Anlagenkonzeptes erreicht werden, und damit verbunden auch eine wesentlich verbesserte Wirtschaftlichkeit.
Die Erfindung stellt demzufolge auch eine Kläranlage umfassend eine oben beschriebene Vorrichtung zur Verfügung.
Ein wesentlicher Aspekt ist die geeignete Verschaltung in einer Kläranlage. Es gilt hier, einen kombinatorischen Nutzen aus dem Klärschlammaufschluss, der damit gewonnenen kohlenstoffhaltigen Masse, die einer Faulung und Methanerzeugung zur Verfügung steht, und der Wärmeintegration. Für eine große Kläranlage der Klasse von gleich oder höher 100.000 Einwohner wird eine Baugröße von etwa 10m Gesamtrohrlänge benötigt. Diese kann in gefalteter Bauweise, also durch Umlenkungen, aufgebaut sein, um eine Integration in bestehende Gebäude zu erleichtern.
Eine mögliche Ausführungsform ist der Einbau in die Aufheizung des Faulturms. Hierbei wird ein Teil des Klärschlamms in dem Faulturm in bekannter bisheriger Weise abgezogen. In klassischer Bauweise wird die Wärmeenergie über außenliegende Wärmetauscher zugeführt, der aufgewärmte Klärschlamm wird der Kläranlage wieder zugeführt. Der übliche Wärmetauscher wird erfindungsgemäß durch die oben beschriebene Vorrichtung ersetzt. Damit wird die eingesetzte Wärmemenge über Dampf direkt der Faulung zugute kommen. Das hier beschriebene Verfahren wäre in jeder Kläranlage mit Faulturm sinnvoll einzusetzen. In kleineren Kläranlagen ohne Faulturm würde der Nutzen im Vordergrund stehen, dass eine Kohlenstoffquelle zur Verfügung steht. Häufig wird durch die Vorklärung in den Kläranlagen der gesamte Kohlenstoff verbraucht. Damit ist aber der Stickstoff noch nicht abgebaut. Eine Einspeisung von einer Kohlenstoffquelle, zum Beispiel in die Nitrifikation, kann hier eine Verbesserung der Abbauleistung bewirken.
Die Erfindung stellt des weiteren ein Verfahren zur kontinuierlichen thermischen Hydrolyse von Biomasse, insbesondere von Klärschlamm, mit folgenden Schritten zur Verfügung:

a) kontinuierliches Zuführen von Biomasse
b) Aufheizen der Biomasse auf eine Temperatur T_2 durch Eintragen von Dampf in die Biomasse,
sc) Halten der Temperatur T_2 für einen Zeitraum t_Verweil in einer kontinuierlich durchströmten Verweilzeitstrecke.

Der Volumenstrom an Biomasse während der Schritte a) bis c) bis hin zur kontinuierlichen Entnahme der Biomasse ist gemäß der Erfindung damit zeitlich und räumlich konstant, es erfolgt keine Zwischenpufferung in Rührkesseln bei einem bestimmten Pegelstand oder ähnliches, denn die Verweilzeit erlebt die Biomasse auf dem Temperaturniveau T_2 bei gleichmäßiger Strömung, insbesondere mit einem im Wesentlichen als Pfropfenströmung ausgebildeten Strömungsprofil.
In Schritt b) wird der Dampf unter Überdruck in die Biomasse eingespeist. Der Überdruck ergibt sich aus dem Dampfdruck bei der Temperatur des Dampfes zur Aufheizung der Biomasse auf die Temperatur T_2, dem Druck der strömenden Biomasse sowie dem Strömungswiderstand durch die Dampfeintragsfläche zuzüglich einer Sicherheitszugabe. Durch den Überdruck wird eine Kondensation des Dampfes innerhalb der Dampfeintragsfläche, beispielsweise einer Filterkerze, verhindert.
Die Erfindung bietet den Vorteil, bereits mit sehr kurzen Verweilzeiten eine zuverlässige Hydrolyse zu ermögliche, wobei die Verweilzeit t_Verweil unterhalb von 60 Minuten liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 5 Minuten und 30 Minuten, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 10 Minuten und 15 Minuten.
Die Temperatur T_2 der aufgeheizten Biomasse liegt gemäß der Erfindung unterhalb von 300°C, bevorzugt im Bereich zwischen 130°C und 180°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 150°C und 160°C.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt, nämlich d) Abkühlen der aufgeheizten Biomasse auf eine Temperatur T_3, welche insbesondere unterhalb von 100°C liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 30°C und kleiner als 100°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 50°C und 60°C.
Heutige Faultürme werden häufig in mesophiler Bauweise betrieben. Das bedeutet eine Temperatur von ca. 37°C. Es muss je nach Bauform festgestellt werden, was die verfahrenstechnisch optimale Variante ist. Das erfindungsgemäße Verfahren könnte so ausgeführt werden, dass über eine sehr lange Wärmerückgewinnungsstrecke der abgeführte Klärschlamm bis auf 37°C herunterzukühlen ist. Bei einer Abkühlung bis auf etwa 60°C kann der aufgeheizte, aufgeschlossenen Klärschlamm bereits dem Faulturm zur Verfügung gestellt werden.
Besonders effizient kann die Temperaturführung gestaltet werden, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform das erfindungsgemäße Verfahren mit einem weiteren Schritt durchgeführt wird, nämlich a1) Vorwärmen der aufgeheizten Biomasse auf eine Temperatur T_1, welche insbesondere unterhalb von 100°C liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 30°C und kleiner als 100°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 80°C und 100°C.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird Biomasse, beispielsweise ein geeigneter Teilstrom von klärschlammbehaftetem Wasser, in die entsprechende Vorrichtung durch Pumpen zugeführt, und durchläuft zunächst eine Vorwärmstrecke, bei der ein gewisser Anteil der Wärmeenergie, die im Idealfall durch die Wand auf das Produkt übertragen wird, durch einen statischen Mischer wird die Strömungsgeschwindigkeit erhöht und damit eine Wandanhaftung verringert. Diese Vorwärmung wird bis zu einer Temperatur von etwa 100°C durchgeführt. In Versuchen wurde festgestellt, das bis zu etwa dieser Temperatur die Anbackungen an den Wänden nicht relevant sind.
Exergetische Vorteile lassen sich realisieren, indem in Schritt b) des Verfahrens eine zumindest zweistufige Aufheizung der Biomasse erfolgt, wobei in einer ersten Stufe Dampf unter dem Druck p_1 und in der letzten Stufe Dampf unter dem Druck p_n größer p_1 eingebracht wird.
Die Erfindung bietet des Weiteren die Möglichkeit, die Hydrolyse der Biomasse durch Erhöhen der treibenden Kraft für die Hydrolyse zu erhöhen, indem in Schritt a1) und/oder in Schritt a) und/oder in Schritt b) und/oder in Schritt c) eine Einstellung des pH-Wertes der Biomasse auf einen Wert im Bereich von größer als 7, bevorzugt auf einen Wert im Bereich zwischen größer als 7 und kleiner als 10, besonders bevorzugt auf einen Wert im Bereich zwischen 8 und 9, eingestellt wird.
Untersuchungen zeigten, dass eine Einstellung des pH-Wertes hin zum Alkalischen vorteilhaft sein kann. Hierzu kann eine entsprechende Chemikalie, wie zum Beispiel Calciumoxid, Natronlauge, Kalilauge oder andere alkalischen Substanzen zugeführt werden, die insgesamt den pH-Wert anheben, bevorzugt auf einen Wert im Bereich von etwa 8 bis etwa 9. Ein Anheben des pH-Werts beschleunigt den Prozess. Mit der damit eintretenden chemischen Reaktion der Hydrolyse wird ein Teil der OH-Gruppen verbraucht. Durch die chemische Reaktion sinkt also der PH-Wert wieder hin in die Nähe des Neutralpunktes.
Die Ausbeute der Hydrolyse der Biomasse wird in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dadurch erhöht, dass in Schritt a1) und/oder in Schritt a) und/oder in Schritt b) und/oder in Schritt c) hydrolytisch wirkende Enzyme zugegeben werden.
Durch den Einsatz von hydrolytischen Enzymen kann der Aufschluss der Biomasse schneller und intensiver erfolgen. Zur Gruppe der hydrolytischen Enzyme gehören Cellulose- und Hemicellulose-spaltende Enzyme wie Cellulasen, Xylanasen und β-Glucanasen. Tests der thermischen Hydrolyse unter Einsatz hydrolytischer Enzyme zeigten eine Steigerung der Biogasausbeute um bis zu 18 % gegenüber Prozessen, bei denen die für die Biogaserzeugung eingesetzte Biomasse nicht mit hydrolytischen Enzymen behandelt wurde.
Die Erfindung stellt somit auch ein Verfahren zum Klären von mit Biomasse beladenem Wasser in einer Kläranlage bereit, welche zumindest einen Faulturm und/oder zumindest eine Anlage zur Nitrifikation und/oder zumindest eine Anlage zur Denitrifikation umfasst, wobei mit einem oben beschriebenen Verfahren hydrolysierte Biomasse bereitgestellt und in den Faulturm und/oder in die Anlage zur Nitrifikation und/oder in die Anlage zur Denitrifikation eingeleitet wird.
Es zeigt sich, dass neben dem reinen Aufschluss von Biomasse weitere nutzbringende Verbesserungen der Eigenschaften der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geleiteten Stoffströme realisiert werden können.
Beispielsweise kann sich die sogenannte Filtrierbarkeit verbessern. Dies bedeutet, dass normalerweise Abfallstoffströme wie beispielsweise Klärschlamm oder andere Stoffströme zur Reduzierung von Transportvolunmen vor dem Transport entwässert werden. Dies geschieht in der Regel durch eine dem Fachmann bekannte Verfahrensweise zum Beispiel in Filterpressen, Zentrifugen oder anderen geeignete Aggregate. Die Möglichkeit, durch diese gewöhnlich als "mechanische Entwässerung" bezeichneten Verfahren dem Stoffsystem Wasser oder ein anderes Fluid zu entziehen, hängen von den entsprechenden Eigenschaften des Stoffsystems ab. Diese Güte des Stoffes wird gewöhnlich "Entwässerbarkeit" oder "Filtrierbarkeit" genannt.
Beispielsweise kann gewöhnlicher Klärschlamm auf ca. 30% Feststoff entwässert werden. Damit finden sich in dem so erzeugten Filterkuchen noch ca. 70% Wasser.
Es ist also von Vorteil, die Stoffeigenschaften eines mit Biomasse beladenen Fluids so zu verändern, dass bei einer gewöhnlich druckbegrenzte Filtration oder fliehkraftbegrenzten Zentrifugation weniger Wasser verbleiben als vor der Behandlung.
In einigen Anwendungsfällen konnte diese Materialverbesserung nach Behandlung durch die erfindungsgerechte Anlage gefunden werden. Dabei wird die Erfindung nicht allein im Hinblick auf "Klärschlämme" im engeren Sinne angewendet, sondern betrifft fluide Abfallströme, also fließfähige, mit Biomasse beladene Stoffsysteme insgesamt.
So konnte bereits eine Verbesserung zum Beispiel in Abwässern von Papierfabriken und anderen Produktionen gefunden werden. Die Behandlung mit der erfindungsgemäßen Anlage und dem Verfahren führen also zu einer positiven Vernichtung von Abfallströmen. Es ist nämlich zu beachten, dass der Aufwand zur Beseitigung dieser Abfallströme ganz wesentlich von dem Transportaufwand abhängt. In vielen Fällen ist der Transportaufwand der größte Einzelaufwand.
Die Verbesserung kann durch eine Mikroflokkulation durch die thermische Behandlung und/oder durch die Zerstörung von Zellstrukturen und/oder durch chemische Veränderung oder andere Teilprozesse während der Passage der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise bei der
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herbeigeführt werden.
Auch konnte der Effekt weiterer Verbesserungen der Stoffeingenschaften neben dem Zellaufschluss mittelbar im Zusammenhang mit einer Behandlung durch die erfindungsgemäße Anlage auch beim Klärschlamm gefunden werden. Wird nämlich die Bioverfügbarkeit von organischen Verbindungen durch die Behandlung verbessert, sinkt nach einer erneuten Fermentation der organische Anteil, weil dieser zum Teil in Gas umgewandelt wurde. Dadurch steigt der relative Anteil an anorganischen Reststoffen, wie tonige Erden oder Silikate oder Karbonate, was häufig mit einer Verbesserung der Filtrierbarkeit einhergeht. Es wird darauf hingewiesen, dass die angeführten Verbesserungen der Produkteigenschaften lediglich Beispielcharakter haben und die Liste der gefundenen oder zu findenden Verbesserungen durch die erfindungsgemäße Behandlung nicht abgeschlossen ist. Gerade bei organischen Reststoffen können Verbesserungen wie beispielsweise Verringerung der Klebrigkeit gefunden werden, was etwa im Falle von Collagen-Abfällen in der Lebensmittelindustrie wesentliche Verbesserungen der Transportierbarkeit mit sich bringen würden. So ist dem Fachmann ersichtlich, dass sich die Einsatzmöglichkeiten nicht auf den Kläranlagenbetrieb beschränken.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dieselben Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt,
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt,
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dampfeintragseinrichtung im Längsschnitt und
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufheizzone im Längsschnitt.
In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist als Strömungsrohr ausgebildet und weist eine Aufheizzone 2 auf, in welche im Betrieb die Biomasse B eintritt. Beim Passieren der Aufheizzone 2 umströmt die Biomasse B die Dampfeintragsfläche 31 einer Dampfeintragseinrichtung 3. Durch die Dampfeintragseinrichtung 3 wird Dampf D zur Dampfeintragsfläche 31 hin und durch diese hindurch bis in die die Dampfeintragsfläche 31 kontaktierende Biomasse B hinein gepresst. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Dampfeintragsfläche 31 von einer porösen Filterkerze bereitgestellt.
Während die Biomasse B im Wesentlichen in Form einer Pfropfenströmung die Aufheizzone passiert, werden aus der Dampfeintragsfläche austretende Dampfblasen von der Strömung der Biomasse abgelöst und in die Biomasse B eingetragen. Die Aufheizzone 2 ist derart dimensioniert und wird derart betrieben, dass Dampfblasen in das gesamte Volumen der die Dampfeintragsfläche 31 umströmenden Biomasse B zwischen der Dampfeintragsfläche und der benachbarten Innenwand der Aufheizzone 2 eingetragen werden können. Auf diese Weise erfolgt ein Eintrag von Dampf D in die Biomasse B und dadurch deren gewünschte Aufheizung auf eine Temperatur T_2 in einem sehr kleinen Volumen, was die kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ermöglicht.
Die aufgeheizte Biomasse tritt von der Aufheizzone 2 in die Verweilzeitstrecke 4 ein. Diese ist derart dimensioniert und wird derart betrieben, dass die aufgeheizte Biomasse die Verweilzeitstrecke 4 in einer vorgebbaren Verweilzeit t_Verweil im Wesentlichen in Form einer Pfropfenströmung passiert.
Am Ende der Verweilzeitstrecke 4 ist die Hydrolyse der Biomasse abgeschlossen. Die Verweilzeit kann zwischen beispielsweise zwischen 5 und 30 Min betragen. Ein besonders günstiger Punkt liegt für Klärschlamm zwischen 10 und 15 Minuten sein. Die Aufheizung erfolgt auf eine Temperatur T_2 von etwa 150 bis 160°C und wird über Druck und Temperatur geregelt. Eine geringere Temperatur führt zu einem geringeren hydrolytischen Aufschluss oder zu einer notwendigeren Erhöhung der Verweilzeit. Eine Erhöhung der Temperatur auf über 180°C kann zur Entstehung von schädlichen, die nachfolgende Faulung mit Gaserzeugung behindernden Substanzen führen.
Die bisher in Kläranlagen installierte Eindickung der Klärschlämme führt im Allgemeinen zu einem schlecht zu förderndem Produkt. Dieses liegt aus logistischen Gründen häufig in einem Silo oder Haufwerk vor. Im Allgemeinen hat der Klärschlamm die Konsistenz feuchter Blumenerde. Um derartige Biomasse förderfähig zu machen und die Aufheizung wirtschaftlich effizienter zu gestalten, ist in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Aufheizzone eine Vorwärmstrecke 20 vorgeschaltet. Eine derartige Vorrichtung ist in 2 schematisch im Längsschnitt dargestellt.
In der Vorwärmstrecke 20 kann die Biomasse beispielsweise mit einer Niederdruckstufe des Dampfes auf eine Temperatur T_1 von etwa 100°C erhitzt werden. Eine derartige Erwärmung kann jedoch auch noch mit einem Wärmeübergang durch die Rohrwand durchgeführt werden, ohne dass zu viele Wandanbackungen entstehen, so dass auch ein Doppelmantelrohr als Vorwärmstrecke 20 eingesetzt werden kann.
Die Erwärmung der Biomasse auf Temperaturen bis zu 100 °C verbessert die Fließfähigkeit der Biomasse, so dass sie insbesondere über Dickstoffpumpen förderfähig wird.
Pumpfähige Biomasse wird in hoch pastöser Form über eine entsprechend auszuwählende Pumpe 15, zum Beispiel einen Schneckenförderer, auf einen entsprechenden Anwendungsdruck gebracht. Dieser Anwendungsdruck liegt bei Werten in der Regel von unterhalb von 15 bar, bevorzugt unterhalb von 10 bar, beispielsweise im Bereich zwischen 5 und 8 bar. Bei Verlassen der Aufheizzone 2 ist der höchste Wert des Druckes und der Temperatur in der strömenden aufgeheizten Biomasse B erreicht.
Wird mit Hilfe von mehreren, insbesondre gestaffelt in der Aufheizzone und/oder der Vorwärmstrecke angeordneten Dampfeintragseinrichtungen 31 erwärmt und aufgeheizt, bedingt der höchste Wert des Druckes in dem hydraulisch verbundenen Reaktor die Druckstufen der vorher durchlaufenen Aufheizstufen. Wenn man von 10 bar ausgeht, muss das entsprechende Fördermittel 15, beispielsweise der Schneckenförderer oder Extruder, einen Druck von 10 bar aufbringen, um den Sattdampf der höchsten Temperaturstufe zu überschreiten. Dabei wird durch den hydrothermalen Druckaufschluss eine Auflösung der Zellwände der Mikroorganismen im Klärschlamm und ein hydrolytisches Cracken der langkettigen Kohlenwasserstoffe erreicht.
Nach dem Austritt aus der Verweilzeitstrecke 4 tritt das Produkt kontinuierlich in den nächsten Rohrabschnitt ein. Dieser kann in einer Weiterbildung der Vorrichtung 1 als Abkühlstrecke 5, insbesondere mit Wärmerückgewinnung ausgebildet sein. Hier wird die Temperatur durch Wärmeübergang an Wände des Strömungsrohrs abgesenkt.
Die Druckhaltung des Gesamtsystems erfolgt zum einen durch das Fördermittel 15, beispielsweise eine Exzenterschneckenpumpe, am Einlass der Vorrichtung 1, welche bereits die Biomasse B in die Vorwärmstrekce 10 fördert. Das Fördermittel 15 wirkt gleichzeitig als Druckerhöhungspumpe und Förderschnecke. Zum anderen wird die Druckhaltung des Gesamtsystems über einen entsprechende Auslasseinrichtung 11 gewährleistet.
Diese Auslasseinrichtung 11 bewirkt beispielsweise über eine druckbeschaltete Membran den Feststoff- und Klärschlammaustritt. Dieser Austritt umfasst ein Gegendruckventil 110, welches einen Abschnitt aufweist, der aus einem elastischen Material geformt ist und über seitlich beziehungsweise radial angewandten Druck durch Einbringen eines Ventilfluids V wie beispielsweise Druckluft einen bestimmten Gegendruck auf die Biomasse B ausübt. Dieser Gegendruck kann gemäß der Erfindung relativ unabhängig vom Durchsatz gewährleistet werden. Die Kombination aus Fördermittel 15 und Gegendruckventil 110 bewirkt somit eine konstante Druckhaltung innerhalb der Vorrichtung 1.
Nach dem Passieren der Auslasseinrichtung 11 wird die Biomasse unter Druck und bei Hochtemperatur T_2 im Reaktor weiter gefördert und unter möglicher Rückgewinnung von Energie in einen Entspannungsbehälter 120 entspannt. Der abgekühlte und entspannte Klärschlamm kann anschließend einem Fermentationsprozess zugeführt werden, dessen Ausbeute durch die erfindungsgemäße Behandlung der Biomasse als Substrat deutlich gesteigert ist im Vergleich zu unbehandelter Biomasse.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Über den Zulauf 10 tritt die Biomasse in die Vorrichtung 1 ein und wird durch eine Vorwärmstrecke 20 in die Aufheizzone 2 geführt. Dort passiert sie die Dampfeintragsfläche 31 einer Dampfeintragseinrichtung 3 und wird dadurch weiter aufgeheizt. In 3 nicht dargestellt ist die Dampfzuführung in die Dampfeintragseinrichtung 3. Diese kann wie in 2 gezeigt mit einem Stellventil ausgebildet sein.
Im Anschluss an die Aufheizzone 2 wird die aufgeheizte Biomasse in die Verweilzeitstrecke 4 geleitet und durchläuft diese bei im Wesentlichen konstanter Temperatur T_2 während der Verweilzeit t_Verweil. Nach Abschluss der Hydrolyse in der Verweilzeitstrecke 4 durchläuft die Biomasse die Abkühlstrecke 5, bevor sie die Auslasseinrichtung 11 mit dem Gegendruckventil 110 passiert. Danach wird die Biomasse in den Entspannungsbehälter 120 übergeleitet.
Zumindest die Vorwärmzone 20, die Aufheizzstrecke 2, Verweilzeitstrecke 4 und Abkühlzone 5 sind Komponenten eines einzigen Strömungsrohrs 9. Sie weisen jeweils Anschlussflansche 800 auf, von denen der Übersichtlichkeit halber nur eines in 3 mit dem Bezugszeichen versehen ist. Der Fachmann erkennt unschwer die übrigen Flansche an den Verbindungen der Komponenten 10, 20, 2, 4, 5, 11 und 120.
Das Strömungsrohr 9 weist zumindest abschnittsweise statische Leitelemente für die Biomassse auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Vorwärmzone 20, die Verweilzeitstrecke 4 und die Abkühlzone 5 mit Leitblechen 12 ausgestattet. Diese können beispielsweise als Schneckenwendel ausgeführt sein, welche als einfaches Bauteil ohne bewegliche Teile in das Strömungsrohr eingelassen ist. Die statischen Mischer 12 realisieren dann im Betrieb eine spiralförmige Führung der Biomasse um die zentrale Achse des Strömungsrohrs. Durch den einsatz statischer Mischer kann die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Biomasse durch das Strömungsrohr erhöht und damit eine Wandanhaftung weiter verringert werden.
Die Wärmeübertragung in der Vorwärmstrecke 20 und der Abkühlzone 5 erfolgt in der in 3 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 über die Wand des Strömungsrohrs 9 mit Hilfe eines Doppelmantelrohrs 50. Dieses weist jeweils einen Zulauf 51 und einen Ablauf 52 für das an die Biomasse in der Vorwärmstrecke 20 Wärme abgebende Medium beziehungsweise für das aus der Biomasse in der Abkühlstrecke 5 Wärme aufnehmende Medium auf. In der in 3 dargestellten Ausführungsform bildet das Doppelmantelrohr 50 mit dem Strömungsrohr 9 der Abkühlzone 5 sowie auch der Vorwärmstrecke 20 einen Gegenstromwärmetauscher. Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch für die Abkühlzone 5 und/oder die Vorwärmstrecke 20 ein Gleichstromwärmetauscher realisiert werden.
Aus energetischer Sicht ist die Hydrolyse ein endothermer Teilprozess, das heißt, es werden erhebliche Wärmemengen, zum Aufheizen der Biomasse und für die chemische Hydrolyse benötigt. Die bei den Aufheizvorgängen anfallende Abwärme lässt sich zumindest teilweise über Wärmeaustauscher kosteneffizient zurückgewinnen. Die Rückgewinnungsquote liegt dabei bei mindestens etwa 40 %. ausgegangen.
Die Vorrichtung 1 kann auch mit einer direkten Wärmerückgewinnung ausgestattet werden, indem das Medium, das den Ablauf 52 des Doppelmantelrohrs 50 der Abkühlzone 5 verlässt, in den Zulauf 51 des Doppelmantelrohrs 50 der Vorwärmzone 10 eingeleitet wird. So wird ein außen liegender Kreislauf des Wärmeübertragungsmediums geschaffen. Damit wird ein erheblicher Teil der einzusetzenden Energie wieder gewonnen. Nach Abschluss der Nachwärmerückgewinnungsstrecke 5 ist die Biomasse auf Temperaturen im Bereich von etwa 50 bis 100°C abgekühlt.
Die Vorrichtung 1 weist zudem Messstellen 8 im Zulauf, der Vorwärmstrecke 20, der Aufheizzone 2, der Verweilzeitstrecke 4 und der Abkühlstrecke 5 auf. Diese sind als Muffen ausgebildet, durch welche Messsonden für Temperatur- und/oder Druck in das Innere des Strömungsrohrs eingebracht und dort positioniert werden können. Die entsprechenden Temperaturfühler und/oder Druckaufnehmer können mit der Dampfzuführung zu einer Regelung oder Steuerung der Dampfzufuhr in die Aufheizzone 2 verbunden werden.
In Weiterbildung der in 3 dargestellten Ausführungsform kann die Vorrichtung 1 zumindest in der Aufheizzone 2, insbesondere auch in der Vorwärmzone 20, mit mehreren Einrichtungen zum Wärmeeintrag ausgestattet wird, vorzugsweise mit zwei oder mehr Dampfeintragseinrichtungen 3 in der Aufheizzone 2.
Eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist ausgelegt auf den Durchsatz einer Tonne Klärschlamm pro Stunde mit einem Trockensubstanzgehalt von 30% und der Verfügbarkeit von Abwärme auf hohem Temperaturniveau in der Größe von 100 kW. Es können aber auch Stoffströme mit niedrigerem Trockensubstanzgehalt vorteilhaft verarbeitet werden. Auf niedrigeren Temperaturniveaus können bei Bedarf Abwärmeströme von bis zu 500 kW genutzt werden.
In 4 ist eine besonders geeignete Ausführungsform einer Dampfeintragseinrichtung 3 schematisch dargestellt. Eine derartige Dampfeintragseinrichtung kann in Form einer kommerziell erhältlichen Filterkerze aus Sintermetall realisiert werden. Die Dampfeintragseinrichtung 3 weist eine Dampfeintragsfläche 31 auf, welche die Außenseite eines einseitig verschlossenen Hohlzylinders aus mikroporösem Material ist.
Über eine Öffnung 33 ist die Dampfeintragseinrichtung 3 zum Anschluss an eine Dampfzuführung ausgebildet. Dazu weist sie einen Gewindestutzen auf, dessen Gewinde im eingebauten Zustand mit einem komplementär ausgebildeten Gewinde am Anschluss der Dampfzuführung kämmt.
Die Dampfeintragseinrichtung 3 weist einen Hohlraum 32 auf, in den im Betrieb unter Druck stehender Dampf in die Dampfeintragseinrichtung eingebracht und durch das mikroporöse Material hin zu der Dampfeintragsfläche und durch diese hindurch gepresst wird.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform für eine Aufheizzone 2 schematisch dargestellt, welche besonders für schwer förderbare Biomassen, beispielsweise mit hoher Viskosität, geeignet ist. Die Aufheizzone umfasst einen Rührkessel 25, welcher über Anschlüsse 800 in das Strömungsrohr 9 der Vorrichtung 1 eingebaut werden kann. Der Rührkessel 25 hat einen Rührer 251, welcher im Betrieb die Biomasse zwangsweise an der Dampfeintragsfläche 31 vorbei fördert. Damit stellt der Rührer 251 einen dynamischen Mischer zur Zwangsbewegung der Biomasse dar. Die Förderung der Biomasse durch die Vorrichtung 1 erfolgt dabei durch das Fördermittel 15, welches die Biomasse durch den Rührkessel 25 hindurch treibt.
Der Rührkessel weist in seiner Wandung zumindest eine Öffnung auf, in welche eine Dampfeintragsfläche 31 eingebaut werden kann. Im Boden des Rührkessels ist ein Bodenauslassventil 900, beispielsweise ein Kolbenventil, vorgesehen, durch welches sedimentierte, nicht gelöste Inhaltsstoffe bei Bedarf abgezogen werden können.
Eine Aufheizzone mit dynamischem Mischer wie in 5 dargestellt kann alleine oder zusätzlich zur Aufheizzone 2, wie in 3 dargestellt, im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eingesetzt werden.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.
Bezugszeichenliste

B: Biomasse
D: Dampf
V: Ventilfluid, Druckluft
1: Vorrichtung
10: Zulauf
12: statischer Mischer, Leitelement
15: Fördermittel, Pumpe
2: Aufheizzone
20: Vorwärmstrecke
25: Rührkessel
251: dynamischer Mischer, Rührer
3: Dampfeintragseinrichtung
31: Dampfeintragsfläche
32: Hohlraum
33: Öffnung, Anschluss
4: Verweilzeitstrecke
5: Abkühlstrecke
50: Mittel zur Wärmeübertragung, Doppelmantelrohr
51, 52: Zulauf, Ablauf des Doppelmantelrohrs
6: Dampfzuführung
7: Stellventil
8: Anschluss für Temperaturmessstelle, Anschluss für Druckmessstelle, Muffe
9: Strömungsrohr
11: Auslasseinrichtung
110: Gegendruckventil
120: Entspannungsbehälter
800: Anschlusselement, Flansch
900: Bodenablassventil, Kolbenventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2011/006854 A1 [0016, 0017]

Claims

Vorrichtung (1) zur kontinuierlichen thermischen Hydrolyse von Biomasse (B), insbesondere von Klärschlamm, mit zumindest einem ersten Abschnitt und zumindest einem zweiten Abschnitt, welcher mit dem ersten Abschnitt unmittelbar in Verbindung steht, wobei der erste Abschnitt als Aufheizzone (2) mit einer Direktdampfbeheizung ausgebildet ist, welche zumindest eine Dampfeintragseinrichtung (3) umfasst, durch welche im Betrieb Dampf (D) in die kontinuierlich durch die Aufheizzone (2) strömende Biomasse (B) eingetragen wird und die Biomasse aufheizt, und wobei der zweite Abschnitt als Verweilzeitstrecke (4) ausgebildet ist, durch welche im Betrieb die aufgeheizte Biomasse kontinuierlich strömt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Dampfeintragseinrichtung (3) zumindest eine Dampfeintragsfläche (31) aufweist und derart in der Aufheizzone (2) angeordnet ist, dass sie im Betrieb kontinuierlich von der Biomasse passiert, insbesondere umströmt, wird, so dass Dampf durch die Dampfeintragsfläche (31) hindurch in die daran vorbei strömende Biomasse eingetragen wird.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizzone (2) einen dynamischen Mischer, bevorzugt einen Rührer (251), besonders bevorzugt einen Rührkessel (25) umfasst, in welchen die zumindest eine Dampfeintragseinrichtung (3) integriert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem dynamischen Mischer (251) benachbarte Wand der Aufheizzone (2), bevorzugt der Rührkessel (25), zumindest eine Aussparung umfasst, welche derart ausgebildet ist, dass die Aussparung mit einer Dampfeintragsfläche (31) verschließbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfeintragseinrichtung (3) einen Hohlraum (32) aufweist, welcher zumindest teilweise von der Dampfeintragsfläche (31) verschlossen wird und welcher eine Öffnung (33) aufweist, wobei die Öffnung (33) für den Anschluss an eine Dampfzuführung (6) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfeintragsfläche (31) die Oberfläche eines porösen und/oder eines perforierten Materials ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Dampfeintragsfläche (31) ein keramischer Werkstoff oder ein metallischer Werkstoff ist, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die Edelstahl, Titan, Nickel-Basislegierungen, insbesondere Monel, Inconel 600, Inconel 625, Hastelloy C22 und Hastelloy C276 umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Dampfeintragsfläche (31) ein mikroporöser Werkstoff, bevorzugt ein offenporiger Sinterwerkstoff, besonders bevorzugt ein Sintermetall ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfeintragsfläche (31) Löcher oder Poren mit mittleren Durchmessern im Bereich von größer oder gleich 0,5 Mikrometern bis kleiner oder gleich 200 Mikrometern, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 Mikrometer und 100 Mikrometern, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2 Mikrometern und 50 Mikrometern, insbesondere zwischen 3 Mikrometern und 10 Mikrometern, aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest ein Stellventil (7) für die Dampfzuleitung in die zumindest eine Dampfeintragseinrichtung (3) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizzone (2) zumindest einen Anschluss (8) für eine Temperaturmessstelle und/oder zumindest einen Anschluss (8) für eine Druckmessstelle aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizzone (2) und die Verweilzeitstrecke (4) miteinander verbundene Abschnitte eines Strömungsrohrs (9) sind, wobei der erste Abschnitt des Strömungsrohrs (9) als Aufheizzone (2) mit der Direktdampfbeheizung ausgebildet ist, und wobei der zweite Abschnitt des Strömungsrohrs (9) als Verweilzeitstrecke (4) ausgebildet ist, durch welche im Betrieb die aufgeheizte Biomasse (B) kontinuierlich strömt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest ein Fördermittel (15) zum kontinuierlichen Transportieren der Biomasse (B) durch das Strömungsrohr (9) umfasst, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass im Betrieb die Verweilzeit der aufgeheizten Biomasse in der Verweilzeitstrecke (4) allein durch den von dem Fördermittel (15) vorgegebenen kontinuierlichen Volumenstrom an aufgeheizter Biomasse und/oder die Länge der Verweilzeitstrecke (4) und/oder die Fläche des durchströmten Querschnitts der Verweilzeitstrecke (4) variabel ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine der Verweilzeitstrecke (4) nachgeordnete Auslasseinrichtung (11) aufweist, welche ein Gegendruckventil (110) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckventil (110) Kegelventil oder als Quetschventil, insbesondere als pneumatisches Schlauchquetschventil oder als elektropneumatisches Schlauchquetschventil, ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) im Anschluss an die Verweilzeitstrecke (4) eine Abkühlstrecke (5) aufweist und/oder dass die Vorrichtung (1) vor dem Einlass in die Aufheizzone (2) eine Vorwärmestrecke (20) aufweist, wobei vorzugsweise Mittel (50, 51, 52) zum Zuführen der Abwärme aus der Abkühlstrecke in die Vorwärmstrecke vorgesehen sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern der Vorrichtung (1) zumindest ein statischer Mischer (12) positioniert sind.
Kläranlage umfassend eine Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verfahren kontinuierlichen thermischen Hydrolyse von Biomasse, insbesondere von Klärschlamm, bevorzugt in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, mit folgenden Schritten: a) kontinuierliches Zuführen von Biomasse (B) b) Aufheizen der Biomasse auf eine Temperatur T_2 durch Eintragen von Dampf (D) in die Biomasse (B), c) Halten der Temperatur T_2 für einen Zeitraum t_Verweil in einer kontinuierlich durchströmten Verweilzeitstrecke (4).
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit t_Verweil unterhalb von 60 Minuten liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 5 Minuten und 30 Minuten, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 10 Minuten und 15 Minuten.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur T_2 unterhalb von 300°C liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 130°C und 180°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 150°C und 160°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, mit einem weiteren Schritt d) Abkühlen der aufgeheizten Biomasse auf eine Temperatur T_3, welche insbesondere unterhalb von 100°C liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 30°C und kleiner als 100°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 50°C und 60°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, mit einem weiteren Schritt a1) Vorwärmen der aufgeheizten Biomasse auf eine Temperatur T_1, welche insbesondere unterhalb von 100°C liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 30°C und kleiner als 100°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 80°C und 100°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) eine zumindest zweistufige Aufheizung der Biomasse erfolgt, wobei in einer ersten Stufe Dampf unter dem Druck p_1 und in der letzten Stufe Dampf unter dem Druck p_n größer p_1 eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a1) und/oder in Schritt a) und/oder in Schritt b) und/oder in Schritt c) eine Einstellung des pH-Wertes der Biomasse auf einen Wert im Bereich von größer als 7, bevorzugt auf einen Wert im Bereich zwischen größer als 7 und kleiner als 10, besonders bevorzugt auf einen Wert im Bereich zwischen 8 und 9, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a1) und/oder in Schritt a) und/oder in Schritt b) und/oder in Schritt c) hydrolytisch wirkende Enzyme zugegeben werden.
Verfahren zum Klären von mit Biomasse beladenem Wasser in einer Kläranlage, welche zumindest einen Faulturm und/oder zumindest eine Anlage zur Nitrifikation und/oder zumindest eine Anlage zur Denitrifikation umfassen, wobei mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26 hydrolysierte Biomasse bereitgestellt und in den Faulturm und/oder in die Anlage zur Nitrifikation und/oder in die Anlage zur Denitrifikation eingeleitet wird.