Nach Schätzungen der Abwassertechnischen
Vereinigung (ATV) kann in Deutschland pro 1.000 Einwohner mit einem
Fettabscheider gerechnet werden, also etwa 80.000 Anlagen, die mindestens
12 mal jährlich
vollständig
geleert, gereinigt und wieder mit Wasser gefüllt werden müssen. Bei
einem durchschittlichen Volumen von etwa 1,5 m3 pro
Fettabscheider ergibt sich eine Entsorgungsmenge von jährlich etwa
1.440.000 m3 Flüssigkeit bei einer Fettmenge
von 120.000 Tonnen.
Die Entsorgung erfolgt überwiegend über Saug-Druck-Tankwagen,
die den gesamten Inhalt des Fettabscheiders aufnehmen und unterschiedlich technisch
ausgelegten regionalen Annahmestellen für Fettabscheiderinhalte zuführen. Dort
werden die Inhalte entweder der unmittelbaren Verwertung, zum überwiegenden
Teil Biogasanlagen, oder anderen Entsorgungsanlagen zugeführt, die
vor dem weiteren Transport den größten Teil des abgesaugten Wassers
abtrennen und die Fettkonzentrate einer Verwertung zuführen.
Die Fettabscheiderkonzentrate bestehen aus
dem grob abgetrennten, aufschwimmenden Fett der angelieferten Fettabscheiderinhalte
von den Abfallerzeugern und den Fettabscheidungen aus der Nachbehandlung
des Wassers aus den Fettabscheidern, mitgeschwemmten mineralischen
Schlammteilen sowie Proteinen, Zucker, Stärke und anderen Kohlenhydraten.
Zu den Abfallerzeugern zählen
sowohl die Gastronomie als auch Kantinen, Großküchen und medizinische Einrichtungen.
Die Nachbehandlung des Fettabscheiderwassers findet mit Natronlaug- und Fällungsmittel
statt.
Das Fett aus den Fettabscheidergemischen ist
in der Regel nicht frisch abgeschieden, sondern entsprechend der
Reinigungszyklen mehrere Tage bis mehrere Wochen alt. Dieses alte
Fett ist aus wechselnden Anteilen pflanzlicher und tierischer Fette
zusammengesetzt, die unterschiedliche Verhältnisse von gesättigten
zu ungesättigten
Fettsäuren aufweisen.
Die Fettabscheiderkonzentrate haben einen durchschnittlichen Fettgehalt
von 30% und ihre Verwertung erfolgt bisher ausschließlich über die Umsetzung
zu Biogas in einer Biogasanlage. Es ist nachgewiesen, daß sich die
Fettabscheiderinhalte als Co-Fermentat positiv bei der Biogaser zeugung auswirken.
Hierbei können
die Fettgemische aus Fettabscheidern ohne besondere Anforderung
an die Aufarbeitung eingesetzt werden, da der Prozeß im wäßrigen Medium
verläuft
und der Wassergehalt des Fettabscheiderinhalts sogar gewünscht ist
und Begleitstoffe, wie z.B. Proteine und Kohlenhydrate, sich nicht
negativ auf die Biogaserzeugung auswirken.
Bedingt durch die wechselnde Fettzusammensetzung,
den unspezifischen Anteil an Proteinen, Kohlenhydraten und sonstigen
Fremdbestandteilen, sind die bisher bevorzugten technischen Verwertungswege
begrenzt und beschränken
sich im wesentlichen auf die Biogasgewinnung in Biogasanlagen und
eine Beseitigung durch Deponierung. Da eine Deponierung aus umwelttechnischen
Gründen bereits
heutzutage als sehr kritisch zu betrachten ist, wird sie nach 2005
definitiv nicht mehr möglich
sein. Das abgeschiedenen Fett-/Ölgemisch
enthält
ein gutes energetisches und stoffliches Verwertungspotential. Es
sind daher alternative Verwertungsverfahren der Fettabscheiderkonzentrate
wünschenswert.
Die Möglichkeiten einer Verwertung
von Fettabscheiderinhalten ohne vorherige Aufbereitung sind rasch
erschöpft,
da für
alle anderen denkbaren Verwertungswege ein stark wasserhaltiges Öl-/Fettgemisch
nicht einsetzbar ist.
Neben dem Einsatz in Biogasanlagen
sind noch weitere biologische Behandlungsverfahren bekannt, bei
dem Fettabscheiderinhalte vorteilhaft eingesetzt werden können. So
gibt es zum Beispiel die Anwendung von Altfetten zur Optimierung
der Faulgaserzeugung in Abwasseraufbereitungsanlagen mit Schlammbehandlung,
ein Verfahren, das technologisch ähnlich der anaeroben Biogaserzeugung
arbeitet. Das erzeugte Faulgas wird hierbei in geeigneten Aggregaten
zur Verstromung eingesetzt.
In der Oleochemie werden seit vielen
Jahren pflanzliche und tierische Fette und Öle zur Herstellung unzähliger Produkte
eingesetzt. Fettabscheiderinhalte spielen hier, insbesondere wegen
ihrer bis heute unzureichenden Aufarbeitung, keine Rolle.
Ein weiteres potentielles Einsatzgebiet
für Fettabscheiderinhalte
liegt im Bereich der Schmierfette und -öle, die keinen extremen Belastungen,
sowohl mechanisch als auch thermisch, ausgesetzt sind. Bisher werden
hier fast ausschließlich
gesondert gesammelte Fette wie Fritieröle und -fette als Zusatzstoffe
eingesetzt. Konkrete Einsatzgebiete finden sich z.B. als Verlustschmierstoffe
wie Schalöle
im Bauwesen oder einfache Kettenöle.
Bei der Betrachtung von Fettgemischen
aus Fettabscheidern kann man von einem durchschnittlichen Wassergehalt
zwischen 70 und 75% ausgehen. Demzufolge kann bei diesem Altfettkonzentrat
mit dem hohen Wassergehalt ein Heizwert von 8 bzw. 9,6 MJ/kg vorausgesetzt
werden, der also noch unter dem Grenzwert für die thermische Verwertung
von 11 MJ/kg nach dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz liegt.
Ein bedeutender Parameter für
die weitere Aufbereitung sind die Fremdstoff- und Verschmutzungsanteile,
um die erforderliche Anlage und Trenntechnik bestimmen zu können und
das Verfahren für die
Aufbereitung optimal auszudehnen. Bisherige Untersuchungen gehen
von einem Wert der „Gesamtverschmutzung" von 14,7% bis 17,7%
aus. Der darin enthaltene Mineralanteil an der Verunreinigung beträgt etwa
zwischen 0,7 bis 1 %. Die restlichen Verunreinigungen sind organische
Stoffe, die nicht in Hexan löslich
sind. Verunreinigungen können
weiterhin in wechselnden Anteilen Proteine, Kohlenhydrate, Speisesalze
und andere Gewürze
sein. Die Dichte des Altfettgemischs wird bei 70°C mit 0,88 bis 0,9 Kg/m3 angegeben. Als Richtwert für die kinematische Viskosität bei 50°C werden
Werte kleiner als 100 mm3 pro Sekunde angenommen.
Bemerkenswert ist weiterhin der hohe Anteil an freien Fettsäuren im Konzentrat.
Dies ist bei der weiteren Aufarbeitung zu beachten, da die Fettsäuren relativ
aggressiv sind. Eine Untersuchung der im Fettabscheiderinhalt vorhandenen
Schadstoffe, wie z.B. Blei, Kadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Quecksilber
und Zink liegt meist unterhalb der bei Klärschlamm und im Bioabfall gemessenen
Werte.
Die bisher vorhandenen Verfahren
zur Entwässerung
von Fettabscheiderinhalten ermöglichen es
nicht, einen Wassergehalt von mindestens < 10% zu erzeugen. Brennstoffe für Industriekraftwerke
benötigen
aber einen Wassergehalt < 10%
und in anderen Fällen
wird sogar ein Wassergehalt < 2%
bevorzugt. Des weiteren sollte das Fettgemisch von mineralischen
und für
einige Anwendungen von weiteren Verunreinigungen befreit werden.
Eine Extraktion mit z.B. Hexan, wie sie im Stand der Technik bekannt
ist, ist zwar zur Gewinnung der Reinfette und Fettsäuren prinzipiell
geeignet, wird aber für
die Gesamtaufbereitung des Konzentrats wegen der zu umfangreichen
Anlagentechnik, den Kosten sowie der Umweltbelastung nicht näher in Erwägung gezogen.
Zum Trennen von festen und flüssigen Bestandteilen
können
neben Zentrifugen oder Separatoren auch Dekanter eingesetzt werden.
Insbesondere Trikanter, die käuflich
erhältlich
sind, sind dafür
geeignet. Typische Anwendungsbereiche für Trikanter finden sich bei
der Aufarbeitung von Ölschlämmen, der
Gewinnung tierischer oder pflanzlicher Öle und Fette und der Trennung
von Weizenstärke
und Gluten.
Das Funktionsprinzip eines Dreiphasen-Dekanters,
oder auch Trikanter genannt, beruht auf der Zentrifugalen Trennung.
Die Trennung findet in der konischen, zylindrischen Walze statt,
wenn die wäßrige Masse
unter der Zentrifugalkraft, die durch die Rotationsgeschwindigkeit
der Walze (z.B. bis zu 3000 UpM) hervorgerufen wird, eine rotierende
Flüssigkeitssäule bildet.
Die festen Bestandteile in der flüssigen Masse werden gegen die
Walzenwand gedrückt
und die verbleibenden flüssigen
Bestandteile in eine leichte und schwere Phase getrennt, so daß sich drei
konzentrische Schichten ergeben, die durch die Zentrifugalkraft
gegen die Walzenwand gedrückt werden.
Die Säule
rotiert bei einer anderen Geschwindigkeit als die Walze und befördert die
abgetrennten Bestandteile in Richtung des konischen Endes der Walze.
Die Zeitdauer, die die festen Bestandteile in der Walze verbleiben,
ist ein wichtiger Faktor, um die Trockenheit des endgültigen Feststoffes
zu bestimmen. Die Verweildauer kann durch Verändern der Geschwindigkeit der
Rolle im Verhältnis
zur Walze eingestellt werden.
Die abgetrennten festen Bestandteile
können
durch Öffnungen
am konischen Ende der Walze abgeführt werden. Während die
flüssigen
Phasen gereinigt werden, bewegen sie sich auf das zylindrische Ende
der Walze zu, wo sie durch getrennte Abführsysteme dekantiert werden,
um Kreuzkontaminationen zu vermeiden.
Die leichtere Phase wird normalerweise
unter Schwerkraft abgeführt,
während
die schwerere Phase unter Druck, hervorgerufen durch die variable Stufe
des Antriebsrads, entfernt wird. Im allgemeinen beziehen sich die
Begriffe schwerere und leichtere Phase auf das Wasser als schwerere
Phase und das Öl
als leichtere Phase.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zur Verfügung
zu stellen, das die Verwendung von Fettabscheiderinhalten in ausreichender
Qualität,
insbesondere mit einem erheblich geringerem Wassergehalt, für weitere
Verwendungsformen zur Verfügung
stellt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein
Verfahren zur Aufarbeitung von Fettabscheiderinhalten gelöst, wobei
das Verfahren mindestens einen Aufarbeitungsschritt mit mindestens
einem Mehrphasen-Dekanter umfaßt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung werden unter Mehrphasen-Dekantern Trikanter oder Zweiphasen-Dekanter
verstanden, wobei diese zur Aufarbeitung von Fettabscheiderinhalten
in beliebigen Kombinationen eingesetzt werden können (z.B. Zweiphasen-Dekanter/Zweiphasen-Dekanter, Zweiphasen-Dekanter/Trikanter,
Trikanter/Trikanter etc.).
Bevorzugt umfaßt das Verfahren zur Aufarbeitung
von Fettabscheiderinhalten folgende Schritte:
- a)
Grobstoffabscheidung der Fettabscheiderinhalte
- b) Stehenlassen zur statischen Nachtrennung für 1–24 Stunden
- c) Reinigung des nachentwässerten
Fettgemischs über
einen Siebabscheider
- d) Rühren
und Erwärmen
des Fettgemischs auf 80–98°C
- e) Einbringen des Fettgemischs in mindestens einen Mehrphasen-Dekanter.
Ganz besonders bevorzugt umfaßt das Verfahren
zur Aufarbeitung von Fettabscheiderinhalten folgende Schritte:
- a) Grobstoffabscheidung der Fettabscheiderinhalte
- b) Stehenlassen zur statischen Nachtrennung für 12 Stunden
- c) Reinigung des nachentwässerten
Fettgemischs über
einen Siebabscheider
- d) Rühren
und Erwärmen
des Fettgemischs auf 95°C
- e) Einbringen des Fettgemischs in mindestens einen Mehrphasen-Dekanter.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der Mehrphasen-Dekanter ein Trikanter.
Alternativ kann der Mehrphasen-Dekanter auch
ein Zweiphasen-Dekanter sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden mehrere Mehrphasen-Dekanter nacheinander umfaßt.
Bevorzugt wird das Fettgemisch nach
dem Aufarbeitungsschritt mit mindestens einem Mehrphasen-Dekanter
in einem Separator nachbehandelt.
Das mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens hergestellte
Fettgemisch besitzt einen Wassergehalt zwischen 0,1% und 5%. Es
erfüllt
damit die Voraussetzungen für
weitere industrielle Verarbeitungsformen.
Bevorzugt wird das Fettgemisch, hergestellt nach
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, als Brennstoff für die Industrie,
zu Herstellung von Biodiesel, als Rohstoff für die Fettspaltung/Fettsäureherstellung,
als Rohstoff/Kraftstoff für
ein Blockheizkraftwerk, als Einsatzprodukt für die Schmierstoffindustrie und/oder
als Einsatzprodukt zur Biogas-/Faulgasherstellung eingesetzt.
Nach Reinigung, Wasserabtrennung
und Viskositätseinstellung
können
die Altfette direkt oder indirekt nach Umestherung als Brennstoff
genutzt werden. Für
den direkten Einsatz muß ein
Brennersystem gewählt
werden, wie es z.B. für
ein mittelschweres Heizöl
oder ein natives Öl
zur Anwendung kommt, da am ehesten ein Produkt mit ähnlicher
Viskosität
und ähnlichem
Fließverhalten
aus einer einfachen Aufbereitung des Altfetts erhältlich ist.
Einsatzgebiete können
hier aber auch Großanlagen,
die mit Schweröl
heizen, sein, z.B. Zementwerke, Kraftwerke und ähnliches. Nach der Umestherung
zu Altfettmethylesther (Biodiesel) läßt sich das Fett auch in Heizungen,
bzw. kleineren Heizungsanlagen einsetzen. Zum Einsatz kamen in dieser
Hinsicht bisher neben Raps- und anderen Pflanzenölen vor allem Sammelfette (Fritierfette
und ähnliches).
Nach einer entsprechend vorhergehenden Aufarbeitung können auch
Altfette aus Fettabscheidern dafür
eingesetzt werden.
Im folgenden werden einige potentielle
Verwendungsformen eines nach der vorliegenden Erfindung aufgearbeiteten
Fettgemischs aus Fettabscheiderinhalten dargestellt.
Verwendung als
Brennstoff für
die Industrie
Die Herstellung eines hochkalorischen,
biogenen Ersatzbrennstoffes mit der Konsistenz von mittlerem Heizöl für den Einsatz
in industriellen Feuerungsanlagen mit hohem Wärmebedarf ist ohne wesentliche
Veränderung
des Produktes durch eine Entwässerung
möglich.
Nach der Entwässerung
und Aufarbeitung ist der Brennstoff bei 50–70°C warm zu lagern und ebenfalls warm
zu transportieren. Hierfür kann
ein Tankzug mit Isolierung oder ein isolierter und beheizbarer Tankcontainer
eingesetzt werden. Mit diesem Brennstoff kann auch der eigene Energiebedarf
der Anlage, die zur Aufarbeitung der Fettabscheiderinhalte dient,
abgedeckt werden.
Verwendung zur
Herstellung von Biodiesel
Der Einsatz von Altfetten zur Herstellung
von Biodiesel, in diesem Fall von Altfettmethylesthern, ist bereits
Stand der Technik. Die verwendeten Altfette basieren in den beschriebenen
Anlagen auf den Sammelfetten, die überwiegend in Verbindung mit nativen Ölen für die Umestherung
eingesetzt werden. Bei den bekannten Verfahren mit alkalischen Katalysatoren
ergibt der hohe Anteil an freien Fettsäuren in den Fettabscheidergemischen
sowie vorhandenen Verunreinigungen mit nicht-fettstämmigen Stoffen Probleme.
Für die
aufgearbeiteten Fettgemische aus Fettabscheidern ist insbesondere
die sauer katalysierte Umwandlung in Methylesther geeignet. Damit können die
Altfettgemische aus Fettabscheidern in Großanlagen zur Biodieselherstellung
eingesetzt werden.
Verwendung als Rohstoff
für die
Fettspaltung/Fettsäureherstellung
Das gereinigte und entwässerte Fettgemisch aus
Fettabscheiderinhalten erfüllt
mit seinen Qualitätsparametern
die Möglichkeit
für einen
Einsatz in der Oleochemie oder den vorgelagerten Prozessen der Fettspaltung
und Fettsäuredestillation.
Verwendung als Rohstoff/Kraftstoff
für ein
Blockheizkraftwerk (BHKW)
Eine weitere Möglichkeit zur Nutzung des Gemisches
nach einer entsprechenden Aufarbeitung liegt im Einsatz in einem „umgebauten
Pflanzenölmotor" mit der Erzeugung
von Strom.
Einsatzprodukt
für die
Schmierstoffindustrie
Die in der Erfindung beschriebenen
Konzentrate von Fettgemischen aus Fettabscheidern finden auch als
Verlustschmierstoffe, wie z.B. Schalöle oder Kettensägeöle, die
bisher vor allem aus Sammelfetten hergestellt wurden, ein potentielles
Einsatzgebiet. Der geringe Wasserge halt und die im Trikanter abgeschiedenen
Verunreinigungen führen
zur Darstellung eines für
diese Zwecke geeigneten Schmierstoffs.
Einsatz des Fettgemischs
zur Biogas-/Faulgasherstellung
Die bisher zur Erzeugung von Faulgas
eingesetzten Fettabscheiderinhalte besaßen einen Wassergehalt zwischen
70 und 75%. Die Verwendung dieser nicht aufbereiteten Fettgemische
bringt mehrere Nachteile mit sich. Zunächst einmal stellt das größere Volumen
durch den hohen Wassergehalt logistisch höhere Anforderungen an den Transport
und verursacht dadurch höhere
Kosten, bis die Fettabscheiderinhalte in den Klärwerken untergemischt werden
können.
Da der Wasseranteil der Fettabscheiderinhalte relativ stark variieren
kann, sind definierte Fettmengen beim Mischen von faulendem Schlamm
und Fettabscheiderinhalten nicht praktikabel.
Beim Einsatz des aufbereiteten Fetts
mit dem Faulschlamm ist beim Mischen darauf zu achten, daß das Fett
die Oberfläche
nicht abdeckt. Der Schlamm fault unter ständiger Umwälzung bei einer konstanten
Temperatur von 35°C
aus. Unter Luftabschluß zersetzen
Bakterien, für
die die Fette ein gutes Energiereservoir darstellen, etwa 50% der
organischen Substanz des Schlamms zu Methan, Kohlendioxid und Wasser.
Das gebildete Faulgas wird anschließend über eine Turbine verstromt
und die Faulreste können
sowohl landwirtschaftlich genutzt, als auch in einer Klärschlammverbrennungsanlage
verbrannt werden.
Der Einsatz aufgearbeiteter Fettgemische aus
Fettabscheiderinhalten bietet neben einem vereinfachten Transport
auch die Möglichkeit,
feste Mengenverhältnisse
beim Durchmischen des faulenden Schlamms mit dem Fettgemisch einzuhalten
und dadurch das Verfahren zu optimieren.
Das in der vorliegenden Beschreibung
und den anhängenden
Ansprüchen
beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Fettabscheiderkonzentrats wird
durch das folgende Beispiel näher
erläutert.
Das Fettabscheiderkonzentrat wird über eine Grobstoffabscheidung
einem oder mehreren stehenden Behältern zugeführt und zur statischen Nachtrennung
belassen. Die sich abscheidende Wasser- und Schlammphase wird abgelassen,
wobei das Wasser zur Wasseraufbereitung der bestehenden Anlage gegeben
wird und der wasserhaltige Schlamm in einen Sammelbehälter kommt.
Das nachentwässerte
Fett, das in diesem Stadium der Aufarbeitung noch einen Wassergehalt
von 50% bis 60% besitzt, wird über
einen Siebabscheider zur Entfernung der groben Verunreinigungen
einem Dreiphasendekanter (Trikanter) zugeführt. Vor der Aufgabe auf den
Dekanter ist das Fettgemisch auf eine Temperatur von ca. 60–100°C aufzuheizen
und durch Rühren
zu homogenisieren. Der Dekanter trennt das Gemisch in die drei Hauptbestandteile
Fett, Wasser und Schlamm. Eine Komponente davon kann, entsprechend
der Einstellung, auf größtmögliche Reinheit
gefahren werden, z.B. die Fettphase auf 2% Wasser, was für eine Reihe
von Anwendungen ausreichend ist. Das Wasser mit Restfettanteil wird
in die Behandlungsanlage zurückgeführt, wenn
es den Einleitungsbedingungen in die öffentliche Kanalisation nicht
genügt.
Der Schlamm wird in Feststoffbehältern aufgefangen.
Dem im ersten Schritt abgezogenen wasserhaltigen Schlamm kann periodisch
im Dekanter ebenfalls bei Bedarf das Wasser entzogen werden. Das
den Dekanter verlassende Fett kann bei Erfordernis in einem Separator
nachbehandelt werden, was zu einem Wassergehalt von ca. 0,1% führt. Alternativ
kann das Fett direkt nach dem Dekanter in die beheizten Lagerbehälter überführt werden.
Der Transport zur Weiterverarbeitungsanlage, z.B. zur Biodieselherstellung,
erfolgt mittels isolierter Tankzüge als
Warmtransport. Die Annahme der Öle
und Fette in den Biodieselanlagen erfolgt bei Temperaturen von ca.
50–70°C. Die Abluft
aus den einzelnen Behältern wird
in eine Sammelleitung geführt
und über
einen Filter ins Freie abgeleitet.