DE102016110866A1

DE102016110866A1 - Ökologischer Mulch, Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102016110866A1
Application number: DE102016110866.9A
Authority: DE
Inventors: Omid Akhavas; Iman Khani farahani; Nima Akhvas; Manouchehr Behzadi
Original assignee: Individual
Current assignee: Akhavas Omid De
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines als ökologischer Mulch ausgebildeten Endproduktes aus einem als im Wesentlichen als flüssiges Abfallprodukt ausgebildeten Eingangsproduktes, insbesondere aus einem flüssigen Abwasser von Alkoholproduktionsanlagen, umfassend die Schritte: Entwässern des Eingangsproduktes mittels eines ersten Elektrolyseverfahrens und erneutes Entwässern des mittels des ersten Elektrolyseverfahrens hergestellten Zwischenproduktes zu dem Endprodukt, wobei die Elektrolyseverfahren so ausgebildet sind, dass das Endprodukt einen Wassergehalt von mindestens 35 Volumenprozent Wasser aufweist. Weiter betrifft die Erfindung einen damit erzeugten Mulch, ein Mulchprodukt sowie eine Verwendung hierzu.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines als ökologischer Mulch ausgebildeten Endproduktes aus einem als im Wesentlichen als flüssiges Abfallprodukt ausgebildeten Eingangsproduktes, insbesondere aus einem flüssigen Abwasser von Alkoholproduktionsanlagen gemäß Anspruch 1.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines als ökologischer Mulch ausgebildeten Endproduktes aus einem als im Wesentlichen als flüssiges Abfallprodukt ausgebildeten Eingangsproduktes, insbesondere aus einem flüssigen Abwasser von Alkohol-produktionsanlagen, gemäß Anspruch 6.
Auch betrifft die Erfindung einen Mulch, insbesondere ein aus einem flüssigen Abfallprodukt erzeugter ökologischer Mulch gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Weiter betrifft die Erfindung ein Mulchprodukt, insbesondere ein Mulchprodukt zur Beschichtung von Oberflächen, insbesondere Bodenoberflächen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Nicht zuletzt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Mulchs und/oder Mulchproduktes zur Oberflächenstabilisierung, insbesondere zur Bodenstabilisierung und/oder zur Stabilisierung von salzigen Böden und Sanddünen gemäß Anspruch 10.
Mulch, insbesondere ökologischer oder auch organischer Mulch, sowie Verfahren und Vorrichtungen zu dessen Herstellung sind allgemein bekannt. Bekannt ist auch der Einsatz von Mulch zur Vermeidung einer Desertifizierung durch Bodenbeschichtung. Weit verbreitet ist beispielsweise der Einsatz von Erdölmulch (eng. Petroleum Mulch). Dieser wird in Ländern, die mit Desertifikation und Bodenerosion konfrontiert sind, für eine (Sand-)Dünenstabilisierung verwendet. Bodenerosion oder auch Winderosion führt zu einer Vielzahl von Problemen, wie trockener Dunst und Staub in der Atmosphäre, die insbesondere bei Sanddünen und Staubstürmen auftreten. Staub hat verschiedene negative Einflüsse auf den Menschen und die Umwelt. Beispielsweise kann Feinstaub über die Atemwege bis in die Lunge gelangen. Diesbezüglich ist Staub für eine Vielzahl von Erkrankungen der Atmungsorgane verantwortlich. So können Bronchitis, Asthma, Emphysem, eine Lungenfibrose, Lungenkrebs oder Nasenkrebs entstehen. Neben den gesundheitsschädlichen Aspekten kann der Einfluss von Bodenpartikeln auf das Klima negative Auswirkungen haben. Zudem können Sandstürme Gebäude, Straßen, Schienenwege und andere Bauliche Anlagen schwer beschädigen und zu beträchtlichen wirtschaftlichen Schäden führen. Die Stabilisierung der Sand- und Bodenoberflächen mit Ölmulch gelingt ansatzweise durch dessen Bindemittelfunktion. Durch eine Beschichtung mit Ölmulch kleben Bodenpartikel aneinander und halten die Oberfläche in einem einheitlichen Netz zusammen.
Bei der Verwendung des bekannten Ölmulches treten aber einige bekannte Probleme auf. Beispielsweise sind Ölressourcen knapp, insbesondere in Gebieten, die aufgrund von langjähriger Aridität vom Phänomen Bodenerosion betroffen sind. Zudem ist die Entwicklung des Erdölmulches aufwendig. Zudem hat Ölmulch als ein Erdölerzeugnis negative Auswirkungen auf die Umwelt.
Als eine Alternative für Ölmulch, verwenden einige Länder zurzeit spezielle Pflanzen, die über eine hohe Beständigkeit gegenüber Umweltbelastungen verfügen. Die Durchführung dieser Methode ist auch in der Praxis ein sehr aufwendiger Prozess und nicht immer durchführbar.
Einige der Teilaspekte werden unter anderem in den Dokumenten CN 104861985 , US5531865 , WO2014197953 , US2014197953 , US2014271928 , WO2008130208 , CN101215192 , DE69911123 , KR100763838 , US3772893 und CN1833484 angeschnitten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Vorrichtung, einen Mulch, ein Mulchprodukt und eine Verwendung zu schaffen, bei denen ein Aufwand verringert ist und dessen Einsatz ökonomisch und ökologisch optimiert möglich ist, wobei mindestens gleich gute technische Effekte wie bei bekannten Mulcharten erzielt werden.
Diese und weitere Aufgaben werden ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 1, einer Vorrichtung gemäß Anspruch 6, einem Mulch gemäß Anspruch 7, einem Mulchprodukt gemäß Anspruch 9 und einer Verwendung gemäß Anspruch 10 in Verbindung mit deren Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zur Herstellung eines als ökologischer Mulch (Öko-Mulch) ausgebildeten Endproduktes aus einem als im Wesentlichen als flüssiges Abfallprodukt ausgebildeten Eingangsproduktes, insbesondere aus einem flüssigen Abwasser von Alkoholproduktionsanlagen, die Schritte vorgesehen sind: Entwässern des Eingangsproduktes mittels eines ersten Elektrolyseverfahrens und erneutes Entwässern des mittels des ersten Elektrolyseverfahrens hergestellten Zwischenproduktes zu dem Endprodukt, wobei die Elektrolyseverfahren so ausgebildet sind, dass das Endprodukt einen Wassergehalt von mindestens 35 Volumenprozent Wasser aufweist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren salzfrei, somit ohne Salzzusatz durchgeführt wird. Um eine elektrische Leitfähigkeit zu realisieren, insbesondere für die Elektrolyse, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Salz benutzt. Als Salze im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet man chemische Verbindungen, die aus positiv geladenen Ionen (Kationen) und negativ geladenen Ionen (Anionen) aufgebaut sind, im speziellen wird unter Salz Kochsalz, somit NaCl verstanden. Zwischen diesen Ionen liegen ionische Bindungen vor.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass bei dem Elektrolyseverfahren als Kathode Eisen oder eine Eisenverbindung und/oder als Anode Graphit oder ein im Wesentlichen Graphit aufweisendes Material verwendet wird. In einer Ausführungsform ist als Eisenmaterial ein Stahl, vorzugsweise ein Carbonstahl vorgesehen.
Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.
Die Erfindung schließt auch die technische Lehre ein, dass bei einer Vorrichtung zur Herstellung eines als Mulch, insbesondere ökologischer Mulch, ausgebildeten Endproduktes aus einem als im Wesentlichen als flüssiges Abfallprodukt ausgebildeten Eingangsproduktes, insbesondere aus einem flüssigen Abwasser von Alkoholproduktionsanlagen, vorgesehen ist, dass Mittel zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgesehen sind, insbesondere dass die Vorrichtung umfasst: eine erste Elektrolysevorrichtung zum Entwässern des Eingangsproduktes mittels eines ersten Elektrolyseverfahrens und eine zweite Elektrolysevorrichtung zum erneuten Entwässern des mittels des ersten Elektrolyseverfahrens hergestellten Zwischenproduktes zu dem Endprodukt, wobei die Elektrolysevorrichtungen so ausgebildet sind, dass das Endprodukt einen Wassergehalt von mindestens 35 Volumenprozent Wasser aufweist.
Zudem schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass bei einem Mulch, insbesondere einem aus einem flüssigen Abfallprodukt erzeugten ökologischen Mulch, vorgesehen ist, dass der Mulch nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wird und/oder mit einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung hergestellt ist, wobei der Mulch einen Wassergehalt von mindestens 35 Volumenprozent Wasser aufweist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der in dem Mulch gelöste Feststoffanteil eine Viskosität von mindestens 2500 cP aufweist.
Weiter schließt die Erfindung die technische Lehre eine, dass bei einem Mulchprodukt, insbesondere einem Mulchprodukt zur Beschichtung von Oberflächen, umfassend einen vorstehend beschriebenen Mulch, vorgesehen ist, dass dem Mulch ein Wasserzusatz zum Verflüssigen des Mulchproduktes zugeführt ist bzw. bei der Verwendung nach Bedarf zugeführt werden kann.
Nicht zuletzt schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass eine Verwendung eines vorstehend beschriebenen Mulchs und/oder eines vorstehend beschriebenen Mulchproduktes zur Oberflächenstabilisierung, bevorzugt zur Stabilisierung von salzigen Böden oder salzhaltigen Böden, insbesondere zur Bodenstabilisierung, insbesondere zur Stabilisierung von Dünen und/oder Sanddünen (Sanddünenstabilisierung) vorgesehen ist. Unter salzigen Böden werden solche Böden im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, deren elektrische Leitfähigkeit (EC) bei größer gleich 4 dS/m liegt, deren pH-Wert kleiner gleich 8,5 beträgt und/oder deren Anteil an austauschbarem Natrium (Na) (ESP) kleiner gleich 15% beträgt, gemäß den internationalen und nationalen Normen für salzige Böden.
Alternativ oder ergänzend versteht man im Sinne der vorliegenden Erfindung unter salzhaltigen Böden allgemein einen Boden mit mehr als 0,5 Prozent Salz im Bodentrockengewicht. Eine Stabilisierung von Salzboden erfolgt beispielsweise durch eine Zufuhr von Kalium aus dem Mulch in den Boden.
Die vorliegende Erfindung setzt die Idee um, Abwässer von Alkoholproduktionsanlagen durch ein technisches Verfahren zu behandeln und die verbleibenden Reste aus dem Abwasserreinigungsprozess als einen umweltfreundlichen Mulch zur Bodenstabilisierung und Desertifikationsbekämpfung zu verwenden. In den meisten Entwicklungsländern gibt es keinen führenden Plan zu einer Behandlung der Industrieabwässer aus der Alkoholherstellung. Durch Wiederverwertung von sogenannten Abwässern ist es möglich, zusätzlich zur Reinigung der Abwässer ein Verwertungsprodukt aus Abwasserschlamm zu gewinnen. So wird gleichzeitig das aufwendige Problem der Abfallentsorgung der Alkoholindustrie gelöst. Beispielsweise werden im Iran jährlich große Mengen der Abwässer aus der Alkoholindustrie unkontrolliert in die Umwelt entsorgt oder die Produktion der Alkoholindustrie wird um etwa 50% der maximalen Produktionskapazität reduziert, um die Immissionsrichtwerte, die vom Umweltschutzamt definiert sind, nicht zu überschreiten.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ein neuer Ansatz zur Bodenstabilisierung basierend auf der Anwendung eines nachhaltigen Produktes möglich, das dabei unterstützt, feine Bodenpartikel, die sich in der Luft als Schadstoffe verhalten, am Boden zu verfestigen.
Zudem kann das Material wegen seiner organischen Herkunft für ein Wachstum der Biomasse im Boden verwendet werden, wodurch die Bodeneigenschaften weiter verbessert sind. Durch die Vermeidung von Erdöl ist eine Bodenverschmutzung reduziert. Der Mulch ist mit weniger Aufwand herstellbar, da dieser aus einem Abfallmaterial erzeugt wird. Um den erfindungsgemäßen Mulch zu verwenden, wird dieser auf den Bodenoberfläche gebracht, beispielsweise gespritzt, damit die oberste Schicht des Bodens abgebunden und verfestigt wird. Dafür können aus der herkömmlichen Erdölmulch-Technik bekannte Geräte eingesetzt werden. Auf diese Weise ist ein weites Einsatzgebiet in den verschiedensten Ländern, die von der Bodenerosion und Wüstenentstehung betroffen sind, von Australien bis hin zum Nahen Osten ermöglicht. Das Verkleben der Bodenpartikel wird durch einen hohen Anteil von Kalium in dem Mulch zustande und führt zu einer Verbesserung von gewünschten Bodeneigenschaften.
Das Kalium ist bereits in dem als Ausgangsprodukt oder Eingangsprodukt, dem Abwasser enthalten. Das Abwasser weist in einer Ausführungsform u.a. folgende Werte auf:
Anteil Kalium: 30–35 ppm
Gesamtstickstoffmenge: 2,6–3,0% (Gewichtsprozent und/oder Volumenprozent)
PH-Wert: 4,7
Das Endprodukt, also der Mulch und/oder das Mulchprodukt, weist in einer Ausführungsform folgende Werte auf:
Anteil Kaliumhydroxid: 1300 ppm
Gesamtstickstoffmenge: 46% (Gewichtsprozent und/oder Volumenprozent)
PH-Wert: 5,7
Somit ergeben sich folgende Vorteile des Öko-Mulches. Der Mulch ist ökologisch verträglich. Es lassen sich die der Bodeneigenschaften durch vermehrte Bildung von lebenden Organismen und Biomasse, insbesondere proteinreicher Biomasse, in der Erde verbessern. Unter proteinreich wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Biomasse mit einem Proteinanteil von mindestens etwa 5 Volumen- und/oder Gewichtsprozent, weiter bevorzugt von mindestens etwa 10 Volumen- und/oder Gewichtsprozent und am meisten bevorzugt von mindestens etwa 15 Volumen- und/oder Gewichtsprozent. Es werden chemische und thermische Umweltbelastungen durch Abwasser der Alkoholindustrie reduziert.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines als Ökologischer Mulch ausgebildeten Endproduktes aus einem als im Wesentlichen als flüssiges Abfallprodukt ausgebildeten Eingangsproduktes wird als Ausgangsprodukt bevorzugt ein Abwasser aus einer Alkoholproduktionsanlage wie beispielsweise einer Destillationsanlage verwendet. Das Ausgangsprodukt ist überwiegend flüssig. Vorzugsweise weist das Ausgangsprodukt einen Wassergehalt von größer gleich 90% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent), weiter bevorzugt von größer gleich 95% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent) und am meisten bevorzugt von größer gleich 98% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent) auf. Entsprechend liegt der Feststoffgehalt bzw. der Anteil der Festsubstanzen bei kleiner gleich 10% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent), bevorzugt bei kleiner gleich 5% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent) und am meisten bevorzugt bei etwa kleiner gleich 2% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent). In einer bevorzugten Ausführungsform liegen der Wassergehalt des Ausgangsproduktes bei etwa 98,5% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent) und der Anteil an Festsubstanzen bei etwa 1,5% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent). Die Festsubstanzen sind dabei in dem Wasseranteil gelöst.
In einer weiteren Ausführungsform liegt die Temperatur des Eingangs- bzw. Ausgangsproduktes zu Beginn des Verfahrens bzw. am Eingang der Vorrichtung etwa bei größer gleich 60°C, weiter bevorzugt bei etwa größer 70°C und am meisten bevorzugt bei etwa größer gleich 80°C. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Temperatur am Eingang der Vorrichtung bzw. zu Beginn des Verfahrens etwa 85°C. Zum Vergleich – die Destillation in Alkoholproduktionsanlagen findet etwa bei 100°C statt.
Das Verfahren erfolgt zweistufig. Es kommen zwei Elektrolyseverfahren in jeweils einer separaten Elektrolysevorrichtung hintereinander geschaltet zur Anwendung. In dem ersten Elektrolyseverfahren bzw. in der ersten Elektrolysevorrichtung wird das Ausgangs- bzw. Eingangsprodukt, somit das Abwasser, in einem ersten Schritt entwässert. Die erste Elektrolysevorrichtung umfasst hierzu mindestens einen ersten Behälter oder eine erste Behälteranordnung umfassend mehrere erste Behälter. Über eine Zuflussregelung oder Zuflusseinrichtung wird das Eingangsprodukt (Abwasser) dem ersten Behälter oder den ersten Behälter zugeführt. In dem Behälter oder den Behältern herrscht ein Unterdruck, der entsprechend geregelt oder eingestellt ist bzw. wird. Der Unterdruck beträgt in einer Ausführungsform bevorzugt etwa kleiner gleich 300 hPa, weiter bevorzugt etwa kleiner gleich 200 hPa und am meisten bevorzugt etwa kleiner gleich 100 hPa. Bevorzugt herrschen in dem Behälter bzw. den Behältern mindestens ein Vakuum, insbesondere ein Grobvakuum, ein Feinvakuum, ein Hochvakuum, ein Ultrahochvakuum und/oder ein extrem hohes Vakuum. Für die Zuflusssteuerung ist je Behälter mindestens ein Eingangsventil, beispielsweise ein Magnetventil vorgesehen. Der Behälter ist vorzugsweise aus einem Metallmaterial und/oder aus einem Eisen aufweisenden Material, beispielsweise aus einem Blech hergestellt, zumindest anteilig. Insbesondere weist eine Innenwandung, welche mit dem eingeführten Eingangsprodukt in Kontakt kommt, einen Eisenanteil auf. Dies kann auch durch eine geeignete Beschichtung erfolgen. Für das in dem ersten Behälter durchzuführende Elektrolyseverfahren dient die Behälterwand, genauer die Behälterinnenwandung, als Kathode. Als Anode für das erste Elektrolyseverfahren ist ein Graphitmaterial in dem ersten Behälter oder den ersten Behältern vorgesehen. Das Elektrolyseverfahren wird mit einem Spannungspotential von etwa 1,3V, bevorzugt mit einem Spannungspotential von kleiner gleich 3V, weiter bevorzugt von kleiner gleich 2V und am meisten bevorzugt von etwa kleiner gleich 1,5V durchgeführt. Aufgrund der in dem Behälter herrschenden Bedingungen (Abwassertemperatur, Unterdruck, Spannung) wird der Feuchtegehalt bzw. der Wassergehalt des Eingangsproduktes reduziert. Um den Unterdruck aufrecht zu halten bzw. zu regeln, werden Vakuumpumpen vorgesehen, die den Unterdruck in dem Behälter regulieren. Um den gewünschten Unterdruck in dem ersten Behälter aufrecht zu halten, wird der bei der Elektrolyse entstehende Wasserdampf durch die Vakuumpumpen aus dem Behälter abgeführt. Weiter wird der pH-Gehalt des Eingangsproduktes und somit auch des nach dem ersten Elektrolyseverfahren entstehenden Zwischenproduktes geregelt bzw. eingestellt. Hierzu sind entsprechende pH-Steuereinrichtungen vorgesehen. In einer Ausführungsform sind pH-Sensoren vorgesehen. In anderen Ausführungsformen sind Stelleinrichtungen vorgesehen. Über Stelleinrichtungen lassen sich Zusätze in den ersten Behälter bringen. So ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass zur Einstellung des pH-Wertes Natriumhydroxid zugeführt wird. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass Chlorwasserstoffsäure zugeführt wird. In wiederum einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass sowohl Natriumhydroxid als auch Chlorwasserstoffsäure je nach erfasstem Bedarf zugeführt werden. Entsprechende Vorratsbehälter und Zufuhreinrichtungen sind vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem Behälter ein Sedimentationsvorgang durchgeführt wird. Zur Einleitung bzw. Unterstützung des Sedimentationsvorgangs wird dem ersten Behälter beispielsweise Polyacrylamid zugeführt. Entsprechende Zuführeinrichtungen und/oder Vorratsbehälter sind vorgesehen.
Für eine optimierte Herstellung ist in dem Behälter ein Rührwerk oder ein anderes Mischgerät vorgesehen, um die Zusätze und/oder das Eingangsprodukt zu mischen bzw. zu rühren. Vorzugsweise wird der Inhalt des ersten Behälters mit einer Drehzahlgeschwindigkeit im Bereich von größer gleich 50 U/min, weiter bevorzugt von größer gleich 75 U/min und am meisten bevorzugt von größer gleich 100 U/min gerührt. Vorzugsweise findet das Rühren oder Mischen bei einer Drehzahl im Bereich von 100 bis 150 U/min, vorzugsweise etwa bei 120 U/min statt. Die Dauer des Rührvorgangs oder Mischvorgangs ist über eine entsprechende Regelung einstellbar. Vorzugsweise erfolgt das Mischen für eine Zeitdauer von größer gleich 3 Minuten, weiter bevorzugt von größer gleich 4 Minuten und am meisten bevorzugt im Bereich von etwa gleich 5 Minuten. Das gesamte erste Elektrolyseverfahren findet unter Rühren statt. Insofern erfolgt das Rühren im ersten Elektrolyseverfahren ebenfalls bevorzugt für etwa größer gleich 3 Minuten, weiter bevorzugt für etwa größer gleich 4 Minuten und am meisten bevorzugt im Bereich von etwa gleich 5 Minuten. Durch die zeitliche Begrenzung des Rührens auf eine maximale Zeit, vorzugsweise kleiner gleich 10 Minuten, weiter bevorzugt kleiner gleich 8 Minuten und am meisten bevorzugt kleiner gleich 6 Minuten, vorzugsweise im Bereich von etwa 5 Minuten. wird eine partielle Elektrolyse des Abwassers bzw. des Behälterinhaltes bewirkt. Bei dem ersten Elektrolyseverfahren, das etwas 4 Stunden dauert, handelt es sich somit um ein partielles Elektrolyseverfahren, welches eine erste Phase des Herstellverfahrens darstellt. Die Reihenfolge der einzelnen Schritte kann beliebig gewählt und/oder variiert werden, je nach Anwendungsfall. In einem bevorzugten Ablauf sieht ein Ablauf wie folgt aus:
Abwasser wird in den ersten Behälter geführt Danach bestimmen bzw. erfassen Sensoren den pH-Wert. Danach wird der pH-Wert durch Zufuhr von geeigneten Zugaben, insbesondere durch Zugabe mittels Schwefelsäure und/oder Natriumhydroxid, auf eine gewünschten Wert geregelt. Nach Einstellung des pH-Werts wird für etwa 2 Minuten mit einer Drehzahl von etwa 120 U/min gemischt. Im Anschluss beginnt die Elektrolyse. Diese dauert etwa 4 Stunden, wobei mit einer Drehzahl von etwa 50 U/min gerührt wird. Danach wird Polyacrylamid zugegeben und für etwa 2 Minuten mit einer Drehzahl von etwa 120 U/min gerührt. Im Anschluss wird für etwa 20 Minuten mit einer Drehzahl von etwa 50 U/min gerührt.
Als Ergebnis des ersten Elektrolyseverfahrens wird ein Zwischenprodukt hergestellt. Dieses Zwischenprodukt weist eine höhere Konzentration an Festsubstanzen als das Eingangsprodukt auf. Das Zwischenprodukt liegt in einer höheren Konzentration vor. Das Zwischenprodukt ist etwa schlammartige ausgebildet. Dieser Schlamm bzw. das Zwischenprodukt ist hochviskos ausgebildet (hochviskoser Schlamm) und/oder weist bevorzugt einen Wassergehalt von etwa 60 bis 80% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent) auf. Um den ersten Behälter zu leeren und das Verfahren fortzuführen, ist eine Ablassvorrichtung vorgesehen. Die Ablassvorrichtung ist beispielsweise als Pumpe vorgesehen. Die Pumpe entleert den Behälter in einer Ausführungsform mit einem Luftdruck im Bereich von größer gleich 6 bar, weiter bevorzugt von größer gleich 8 bar und am meisten bevorzugt von größer gleich 10 bar. Am meisten bevorzugt arbeitet die Pumpe mit einem Druck von etwa 8 bar. Von dem ersten Behälter gelangt das Zwischenprodukt in den zweiten Behälter oder eine zweite Behälteranordnung mit mehreren zweiten Behältern zur Durchführung des zweiten Elektrolyseverfahrens.
Der zweite Behälter ist im Wesentlichen gleich zu dem ersten Behälter aufgebaut und das zweite Elektrolyseverfahren erfolgt im Wesentlichen mit den gleichen Parametern des ersten Elektrolyseverfahrens. Ausnahmen sind, dass die Spannung bzw. das Spannungspotential oder die Spannungsdifferenz nicht im Bereich von 1,3V liegt sondern bevorzugt größer gleich 4V, weiter bevorzugt größer gleich 5V und am meisten bevorzugt etwa gleich 6V beträgt. Zudem verweilt das Zwischenprodukt bzw. der Inhalt des zweiten Behälters nicht nur bevorzugt 5 Min. sondern bevorzugt mehr als 10 Minuten, weiter bevorzugt mehr als 15 Minuten und am meisten bevorzugt etwa vier Stunden in dem zweiten Behälter. Entsprechend lange dauert das Rühren so lange, wie zum ersten Behälter angegeben. Die Rührgeschwindigkeit liegt hierbei im Bereich von kleiner gleich 100 U/min, weiter bevorzugt von kleiner gleich 75 U/min und am meisten bevorzugt kleiner gleich 50 U/min. Bevorzugt findet das Rühren im Bereich von 30 U/min statt.
In einer Ausführungsform ist der Ablauf im zweiten Behälter wie im ersten Behälter. Die Gesamtverweildauer bzw. die Dauer der Elektrolyse beträgt etwa 4 Stunden. Ein wesentlicher Unterschied ist, dass auf die Erfassung des pH-Wertes und dessen Regelung verzichtet werden kann bzw. verzichtet wird, da dieser bereits im Ablauf zum ersten Behälter erfasst und geregelt/eingestellt wurde. Entsprechend entfällt beim Ablauf zum zweiten Behälter auch das Zuführen von weiteren Substanzen zur Regelung des pH-Wertes.
Nach Abschluss des zweiten Elektrolyseverfahrens liegt das Endprodukt bzw. der organische Mulch (Öko-Mulch) vor. Dieses weist eine Trockensubstanz etwa im Bereich von 45 bis 55 % (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent) und einem entsprechenden Wasser- oder Feuchtegehalt von etwa 55–45% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent) auf. Das Endprodukt weist weiter eine Viskosität bevorzugt im Bereich von ca. 3.200 cP auf. Die Konsistenz entspricht etwa der von Melasse. Die Farbe ist ebenfalls dunkelbraun aber leicht heller als die von Melasse.
Das Herstellverfahren ist vorzugsweise als kontinuierliches Herstellverfahren ausgebildet. Entsprechend viele Elektrolyseeinrichtungen sind vorgesehen. So sind vorzugsweise vier erste Elektrolyseeinrichtungen und/oder vier zweite Elektrolyseeinrichtungen vorgesehen. Das Herstellverfahren läuft etwa wie folgt ab. In einem ersten Schritt wird die erste Elektrolyseeinrichtung, genauer ein erster Behälter der ersten Elektrolyseeinrichtung bzw. der ersten Behälteranordnung befüllt. Während der Befüllung des ersten Behälters der ersten Behälteranordnung wird in einem zweiten Behälter der ersten Behälteranordnung die Elektrolyse durchgeführt. Parallel dazu wird ein dritter Behälter der ersten Behälteranordnung entleert. Weiter parallel dazu ist ein vierter Behälter der ersten Behälteranordnung leer bzw. ungefüllt. Mit fortschreitendem Herstellverfahren wird in dem ersten Behälter der ersten Behälteranordnung das Elektrolyseverfahren durchgeführt. Der zweite Behälter der ersten Behälteranordnung wird entleert. Der dritte Behälter der ersten Behälteranordnung ist leer oder ungefüllt. Der vierte Behälter der ersten Behälteranordnung wird befüllt. Im weiteren Verlauf des Herstellverfahrens durchlaufen die jeweiligen Behälter sämtliche die Schritte Befüllen, Elektrolyseverfahren, Entleeren, Leerstand. Analog dazu durchlaufen auch die zweiten Behälter bzw. die Behälter der zweiten Behälteranordnung die Schritte versetzt zueinander. Zur Durchführung der vier Schritte umfasst jede Behälteranordnung folglich mindestens vier Behälter, die ansonsten je Behälteranordnung gleich ausgebildet sind. Der Prozess bzw. das Herstellungsverfahren je Stufe, das heißt je Behälteranordnung läuft somit kaskadenförmig ab. Die Behältergröße ist jeweils auf eine Eingangsströmung an Eingangsprodukt bzw. Zwischenprodukt abgestimmt. Vorzugsweise werden bevorzugt eher kleinere Behälter als größere Behälter verwendet, um die jeweiligen Prozesszeiten je Behälter gering zu halten. Je kleiner dir Behälter ausgebildet sind, desto nahtloser gehen die vier Schritte einer Stufe ineinander über. Vorzugsweise liegt ein Behältervolumen bei kleiner gleich 100 l, weiter bevorzugt kleiner gleich 75l und am meisten bevorzugt kleiner gleich 50l. Vorzugsweise sind alle Behälter einer Behälteranordnung gleich groß. In einer Ausführungsform können unterschiedliche Behälter einer Behälteranordnung unterschiedliche Kapazitäten aufweisen. Weiter bevorzugt sind die Behälter einer Behälteranordnung mit dem gleichen Fassungsvermögen wie die Behälter einer anderen Behälteranordnung. In einer Ausführungsform können die Behälter unterschiedlicher Behälteranordnungen unterschiedlich ausgebildet sein. Über entsprechende Ventile und Druckbeaufschlagungen lässt sich der Strom des Eingangsproduktes bzw. des Zwischenproduktes wie erforderlich einstellen, beispielsweise über eine entsprechende Regelung.
Vorzugsweise ist die Behältergröße so ausgelegt, dass er während der Zeit der Elektrolyse, somit in einem Ausführungsbeispiel etwa für die Dauer von 4 Stunden, komplett befüllt wird. Insofern ist der Behälter auf die Einlass- oder Eingangsströmung abgestimmt. Durch die Abstimmung der Behältergröße auf das Einströmvolumen und die Dauer der Elektrolyse ist ein kontinuierliches Verfahren realisierbar.
Um einen Unterdruck in dem Behälter zu erzeugen, werden bei einem Befüllen Ventile des Behälters geöffnet, sodass in dem Behälter vorhandene Luft durch das Einfüllen des Eingangs- oder Zwischenproduktes entweicht. Beim Erreichen des gewünschten Füllstandes in dem Behälter werden alle Ventile verschlossen, sodass ein Unterdruck realisiert ist.
Der Unterdruck wird so eingestellt, dass das eingefüllte Eingangs- oder Zwischenprodukt bei einer geringeren Temperatur als die Temperatur des Eingangs- oder Zwischenproduktes zu sieden beginnt. Dabei wird der Unterdruck so eingestellt, dass ein Siedepunkt des Eingangs- bzw. Zwischenproduktes etwa bei 45°C liegt. Da das Eingangs- bzw. Zwischenprodukt mit einer deutlich höheren Temperatur in den jeweiligen Behälter gefüllt wird, startet der Siedevorgang selbsttätig in dem Behälter, zumindest sobald die entsprechenden Druckverhältnisse erreicht sind. In einer Ausführungsform sind die Behälter somit wärmeerzeugerfrei ausgebildet. In dem Elektrolyseverfahren werden keine weiteren Wärmequellen zugeschaltet. Entsprechend verdampft ein vorbestimmter Anteil an Feuchte bzw. Wasser. Zum Ableiten der Dämpfe wird ein entsprechendes Ventil geöffnet, wodurch auch der Druck reguliert wird. Der in dem Behälter erzeugte Schlamm wird in dem Verfahren somit auch dickflüssiger. Zusätzlich wird in Abhängigkeit von einem gemessenen pH-Wert des Produktes in dem Behälter, welcher mit entsprechenden Sensoren erfasst wird, der pH-Wert über Zugabe von Zusätzen geregelt. Als Zusätze sind Natriumhydroxid bzw. Chlorwasserstoffsäure zum reduzieren bzw. anheben des pH-Wertes vorgesehen. Entsprechende Zuflüsse und Vorratsbehälter sowie entsprechende Regelungen sind vorgesehen.
Die in dem Elektrolyseverfahren in der ersten Stufe bzw. in der ersten Elektrolyseeinrichtung verwendete Spannung liegt bevorzugt im Bereich von etwa 1,2V bis etwa 2,5V. Die Kathode, welche durch die Behälterwandung gebildet wird, ist vorzugsweise aus Eisen oder einer Eisenverbindung. Die Kathode ist aus einem Graphit und/oder Kohlenstoffmaterial.
Bei der jeweiligen Elektrolyse steigt zudem die Temperatur des jeweiligen Produktes in dem jeweiligen Behälter, sodass zusätzlich Feuchte oder Wasser dem Produkt entzogen wird. Vorzugsweise ist das Elektrolyseverfahren in der ersten Stufe so eingestellt, dass das entstehende Zwischenprodukt einen Anteil an Festsubstanzen von etwa 20–35% (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent) aufweist. Die verbleibenden Prozente werden durch den Wasseranteil gebildet. Ein Alkoholanteil in dem Zwischenprodukt ist reduziert und liegt vorzugsweise im Bereich von 0%, ist somit nicht mehr vorhanden. Zudem weist das Zwischenprodukt auch einen verringerten Zuckeranteil auf, wobei vorzugsweise der Zuckeranteil 0 oder nahe 0% beträgt. Während des Elektrolyseverfahrens wird der Zuckeranteil und/oder der Alkoholanteil des Eingangsproduktes oxidiert. Vorzugsweise ist der Alkoholbestandteil des Eingangsproduktes durch Alkoholherstellung mittels Zuckerrohr und/oder Zuckerrübe hergestellt.
In einer Ausführungsform verbleibt das Produkt zumindest teilweise in der ersten Herstellungsstufe etwa 4 Stunden, genauer für die Dauer der Elektrolyse, in der ersten Behälteranordnung. Dabei ist bevorzugt ein kontinuierlicher Ablauf realisiert, sodass während der Verweilzeit bzw. der Dauer der Elektrolyse der Behälter komplett gefüllt wird. Während dieser Verweilzeit wird eine Sedimentation durchgeführt. Hierzu wird dem Produkt in der ersten Herstellungsstufe Polyacrylamid oder ein anderes Flockungsmittel zugefügt. Unter Sedimentation wird im Sinne der vorliegenden Erfindung die Flockung und das Sitzen des Produktes in dem jeweiligen Behälter verstanden.
In dem Verfahren in der zweiten Stufe läuft der Herstellungsprozess ähnlich wie in der ersten Stufe ab. Allerdings wird bei dem Elektrolyseverfahren der zweiten Stufe eine Spannung vorzugsweise im Bereich von etwa 4,5 bis 7,0 V verwendet. Die Verweildauer ist beliebig einstellbar. Vorzugsweise wird die Verweildauer durch die Elektrolyse, den Zufluss und/oder das Behältervolumen bestimmt. In einer Ausführungsform wird eine längere Verweildauer des Produktes in den Behältern der zweiten Stufe angesetzt, vorzugsweise von etwa 6 Stunden. In einer anderen Ausführungsform wird eine kürzere oder gleiche Verweildauer wie in der ersten Stufe vorgesehen. Dadurch verliert das Produkt mehr Wasser/Feuchte, sodass am Ende das Ausgangsprodukt eine Wasser-/Feuchtegehalt von etwa 45–55 % (Volumenprozent und/oder Gewichtsprozent) aufweist und/oder eine gelöste Festsubstanz mit einer Viskosität im Bereich von etwa 3.000 bis 3.200 cP aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Für gleiche oder ähnliche Bauteile oder Merkmale werden dabei einheitliche Bezugszeichen verwendet. Merkmale oder Bauteile verschiedener Ausführungsformen können kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen zu erhalten. Sämtliche aus den Ansprüchen der Beschreibung oder Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte, können so für sich als auch in verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigt die Figur:
schematisch in eine Schaltplan eine Ausführungsform eines Herstellverfahrens bzw. einer Herstellvorrichtung.
Die Figur zeigt schematisch in eine Schaltplan eine Ausführungsform eines Herstellverfahrens bzw. einer Herstellvorrichtung 100. Das Herstellverfahren bzw. die Herstellvorrichtung 100 ist zweistufig aufgebaut. In einer ersten Stufe ist ein erstes Elektrolyseverfahren in ersten Elektrolyseeinrichtungen 250 vorgesehen. In einer zweiten Stufe ist ein zweites Elektrolyseverfahren in zweiten Elektrolyseeinrichtungen 350 vorgesehen. Aus einem hier nicht dargestellten Vorratspeicher wird über ein Leitungssystem 10 ein Eingangsprodukt der Vorrichtung 100 zugeführt. Für eine Zuflussregelung sind Zuflusseinheiten oder Zuflusspumpen 500 vorgesehen. Diese können als Luftpumpe 502, welche den ersten Behälter durch Luftdruck entleert bzw. im Druck reduziert, NaOH/H₂SO₄-Zufuhrpumpe 504 und/oder als Polyacrylamid-Pumpe 506 ausgebildet sein. Nachgeschaltet zu den Pumpen 500 verzweigt das Leistungssystem 10 zu den einzelnen ersten Elektrolyseeinrichtungen 250, genauer zu den ersten Behältern 200 bzw. zusammengefasst zu der ersten Behälteranordnung 200. Dabei wird ein Zufluss zu den ersten Behältern 200 über entsprechende Zuflussventile 400 geregelt. Integriert mit den ersten Behältern 200 ist die erste Elektrolyseeinrichtung 250 und je Behälter ein Rührwerk 220. Nachdem der jeweilige erste Behälter 200 mit dem Eingangsprodukt befüllt ist, wird der entsprechend Behälter 200 verschlossen und das entsprechende Rührwerk 220 und die entsprechende erste Elektrolyseeinrichtung 250 starten. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer stoppt der Elektrolysevorgang und das erzeugte Zwischenprodukt wird über das Leitungssystem 10, gesteuert über eine Ausflusspumpe 510 der zweiten Stufe des Herstellverfahrens bzw. der Herstellvorrichtung 100 zugeführt. Dazu werden zweite Behälter 300 bzw. eine zweite Behälteranordnung 300 mit dem Zwischenprodukt gefüllt. Das zweite Elektrolyseverfahren wird analog, jedoch mit unterschiedlichen Parametern gegenüber dem ersten Elektrolyseverfahren durchgeführt. Die zweiten Behälter 300 sind ähnlich wie die ersten Behälter 200 ausgebildet. Die zweiten Behälter 300 weisen integriert ein Rührwerk 320 und eine zweite Elektrolyseeinrichtung 350 je Behälter 300 auf. Für das zweite Elektrolyseverfahren verbleibt das Zwischenprodukt eine vorbestimmte Zeit in dem jeweiligen zweiten Behälter 300. Danach wird das dort erzeugte Endprodukt über das Leitungssystem 10, gesteuert durch entsprechende Auslassventile 600 einem hier nicht dargestellten Speicher zugeführt. Zum Schutz für die vorgesehenen Vakuumpumpen 219 ist mindestens ein Trockner 217 vorgesehen. Der Trockner 217 ist der zugehörigen Vakuumpumpe 219 vorgeschaltet.
Das Verfahren erster Stufe läuft im Einzelnen wie folgt ab. Ein Abwasser, welches Alkoholreste und Zuckerreste enthält und welches einen Festsubstandanteil und einen Feuchteanteil hat, wird aus einem Vorratsbehälter über das Leitungssystem 10 in einen ersten Behälter 200 einer Behälteranordnung 200 geführt. Die Behälteranordnung 200 umfasst vier Behälter 200. Das Eingangsprodukt weist eine Eingangstemperatur von etwa 85°C auf. Zunächst wird eine erster der ersten Behälter 200 gefüllt. Mit dem Befüllten des Behälters 200 mit dem Eingangsprodukt entweicht in dem Behälter 200 vorhandene Luft durch Ventile 410, wodurch der Druck in dem Behälter 200 reduziert wird, vorzugsweise auf einen Vakuumzustand, insbesondere auf einen Druck kleiner 300 hPa. Nach einem Befüllen wird der Behälter 200 verschlossen und der Elektrolysevorgang wird gestartet. Hierzu wird eine Spannung von etwa 1,2V aufgebracht. Als Anode fungiert ein Graphitmaterial. Als Kathode fungiert die Eisen aufweisende Innenwandung des Behälters 200. Das Rührwerk wird eingeschaltet und mittels Elektrolyse ein Zwischenprodukt geschaffen. Bei der Elektrolyse verdampft ein Wasseranteil/Feuchteanteil, sodass ein Zwischenprodukt mit etwa 65–80 % Wasseranteil und entsprechende 35–20% Festsubstandanteil erzeugt wird. Das ursprünglich Alkoholanteile und/oder Zuckeranteile aufweisende Eingangsprodukt weist nunmehr keine Alkoholanteile und/oder Zuckeranteile auf. Unter Druck wird das Zwischenprodukt aus dem ersten Behälter über das Leitungssystem ausgebracht und der zweiten Stufe, genauer der zweiten Behälteranordnung 300 zugeführt. Hier erfolgt ein weiteres Elektrolyseverfahren, allerdings mit geänderten Parametern. So wird die Elektrolyse in einem Bereich von 6–7,5V durchgeführt. Die Verweildauer des Produktes in den zweiten Behältern ist vorzugsweise gleich lang, wie in dem ersten Behälter, kann jedoch nach Bedarf kürzer oder länger als in den ersten Behältern ausgebildet sein. Das hierbei erzeugte Endprodukt weist einen Wasseranteil von etwa 45 bis 55 % und einen Festsubstanzanteil von entsprechend etwa 55 bis 45 % auf.
Bezugszeichenliste

10: Leitungssystem
100: (Herstell-)Vorrichtung
200: erster Behälter (erste Behälteranordnung)
217: Trockner
219: Vakuumpumpe
220: Rührwerk
250: erste Elektrolyseeinrichtung
300: zweiter Behälter (zweite Behälteranordnung)
320: Rührwerk
350: zweite Elektrolyseeinrichtung
400: (Zufluss-)Ventil
500: (Zufluss-)Pumpe, Zuflusseinheit
502: Luftpumpe
504: NaOH/H2SO4-Zufuhrpumpe
506: Polyacrylamid-Pumpe
510: (Ausfluss-)Pumpe
600: (Auslass-)Ventile

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 104861985 [0009]
US 5531865 [0009]
WO 2014197953 [0009]
US 2014197953 [0009]
US 2014271928 [0009]
WO 2008130208 [0009]
CN 101215192 [0009]
DE 69911123 [0009]
KR 100763838 [0009]
US 3772893 [0009]
CN 1833484 [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines als ökologischer Mulch ausgebildeten Endproduktes aus einem als im Wesentlichen als flüssiges Abfallprodukt ausgebildeten Eingangsproduktes, insbesondere aus einem flüssigen Abwasser von Alkoholproduktionsanlagen, umfassend die Schritte: Entwässern des Eingangsproduktes mittels eines ersten Elektrolyseverfahrens und erneutes Entwässern des mittels des ersten Elektrolyseverfahrens hergestellten Zwischenproduktes zu dem Endprodukt, wobei die Elektrolyseverfahren so ausgebildet sind, dass das Endprodukt einen Wassergehalt von mindestens 35 Volumenprozent Wasser aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren salzfrei, somit ohne Salzzusatz durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Elektrolyseverfahren als Kathode Eisen oder eine Eisenverbindung und/oder als Anode Graphit oder ein im Wesentlichen Graphit aufweisendes Material verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Elektrolyseverfahren und das zweite Elektrolyseverfahren unterschiedlich ausgebildet sind.
Vorrichtung (100) zur Herstellung eines als ökologischer Mulch ausgebildeten Endproduktes aus einem als im Wesentlichen als flüssiges Abfallprodukt ausgebildeten Eingangsproduktes, insbesondere aus einem flüssigen Abwasser von Alkoholproduktionsanlagen, umfassend Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, insbesondere umfassend eine erste Elektrolysevorrichtung (250) zum Entwässern des Eingangsproduktes mittels eines ersten Elektrolyseverfahrens und eine zweite Elektrolysevorrichtung (350) zum erneuten Entwässern des mittels des ersten Elektrolyseverfahrens hergestellten Zwischenproduktes zu dem Endprodukt, wobei die Elektrolysevorrichtungen (250, 350) so ausgebildet sind, dass das Endprodukt einen Wassergehalt von mindestens 35 Volumenprozent Wasser aufweist.
Mulch, insbesondere ein aus einem flüssigen Abfallprodukt erzeugter ökologischer Mulch, dadurch gekennzeichnet, dass der Mulch nach einem Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5 hergestellt wird und/oder mit einer Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6 hergestellt ist, wobei der Mulch einen Wassergehalt von mindestens 35 Volumenprozent Wasser aufweist.
Mulch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Mulch gelöste Feststoffanteil eine Viskosität von mindestens 2500 cP aufweist.
Mulchprodukt, insbesondere ein Mulchprodukt zur Beschichtung von Oberflächen, insbesondere Bodenoberflächen, umfassend einen Mulch nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mulch ein Wasserzusatz zum Verflüssigen des Mulchproduktes zugeführt ist.
Verwendung eines Mulchs nach Anspruch 7 oder 8 und/oder Mulchproduktes nach Anspruch 9 zur Oberflächenstabilisierung, insbesondere zur Bodenstabilisierung und/oder zur Stabilisierung von salzigen Böden und Sanddünen.