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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren zur Aufarbeitung von Fettabscheiderinhalten
gelöst,
wobei das Verfahren mindestens einen Aufarbeitungsschritt mit mindestens
einem Mehrphasen-Dekanter umfaßt.
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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.).
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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, und
- e) Einbringen des Fettgemischs in mindestens einen Mehrphasen-Dekanter.
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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.
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DE 196 22 601 C1 betrifft
einen biobasierten Kraftstoff aus fettartigen Vorprodukten, im Gegensatz zu
der vorliegenden Erfindung, die eine Möglichkeit einer Aufarbeitung
von Fettabscheiderinhalten in großem Maßstab zur Verfügung stellt.
Das Ziel der
DE 196
22 601 C1 besteht im wesentlichen darin, darin, die bekannten
Mängel
biogener Kraftstoffe, insbesondere für den Dieselmotorenbetrieb
in motorischen Blockheizkraftwerken (BHKW) zu adressieren. Dabei ist
es ein wesentliches Problem, eine Kraftstoffkomposition zu erzeugen,
die nur eine unterkritische Menge freies oder chemisch gebundenes
Glycerin aufweist sowie mit korrosionsinhibierenden und stabilisierenden
Additiven versehen ist. Wesentlich ist somit eine Erreichung der
NZ von mindestens 120 KOH/g. Eine Verringerung des Wassergehaltes
ist in diesem Fall ein vorhandenes, jedoch untergeordnetes Problem,
das die
DE 196 22
601 C1 unter dem Sammelbegriff ”mechanischen Vorbehandlung” zusammenfasst.
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DE 41 12 456 C2 betrifft
das Recycling von Altfetten über
die Produktion von Gemischen freier Fettsäuren als Endprodukt. Dabei
wird in einem Absetzcontainer das Gemisch zunächst gemischt und der Inhalt
wird auf pH 8 eingestellt, um eine Geruchsbelästigung zu vermeiden. Das Gemisch
wird dann 15–20
Stunden stehen gelassen, was 15% Fette mit etwa 60% Wasseranteil
ergibt. In einem Trenncontainer wird das Fett bei 60°C thermisch
behandelt, und in einem Fettfilter erfolgt die Abscheidung restlicher Feststoffe.
Falls die Fette dann noch als Triglyceride vorliegen, muss alkalische
Hydrolyse erfolgen, bevor eine Vakuumdestillation erfolgt. Das Verfahren
ergibt Gemische freier Fettsäuren,
die im wesentlichen ohne Wasser vorliegen. Das Verfahren ist aufgrund der
Destillation und der chemischen Vorbehandlungen energetisch und
kostenmäßig ungünstig und zielt
auf die (bekannte) Herstellung eines möglichst „edlen” Recyclingprodukts. Dies steht
im Gegensatz zu der vorliegenden Problembehandlung, die im wesentliche
auf eine vernünftige
Wassergehalt-Reduzierung hinwirkt.
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Ein
in
DE 196 14 612 A1 beschriebenes
Verfahren ist noch aufwendiger, es betrifft aber auch die Produktion
von Gemischen freier Fettsäuren
als Endprodukt. Dabei wird zunächst
nach einer Grobstoffabtrennung eine mechanische Fettschlammräumung (ohne
Flottierungshilfen) durchgeführt.
Wie das genau funktioniert, wird nicht gesagt, ein Absetzen (was ja
eher physikalisch als mechanisch wäre) wäre jedoch wohl möglich. Danach
erfolgt jedoch eine thermische und physikalische Behandlung, und
diese auch noch in mehreren Stufen unter Zugabe von Wasser oder
Dampf mit zwei Trennstufen. Dann erfolgt eine Feinsiebung zur Abscheidung
restlicher Feststoffe und eine Trikantierung, bevor eine Vakuumdestillation
erfolgt, um ein Gemisch freier Fettsäuren zu erzeugen, das wohl
im wesentlichen ohne Wasser vorliegt. Das Verfahren ist aufgrund
der Destillation und der doppelten thermischen Vorbehandlungen energetisch
und kostenmäßig ungünstig und zielt
auf die (bekannte) Herstellung eines möglichst „edlen” Recyclingprodukts. Dies steht
im Gegensatz zu der vorliegenden Problembehandlung, die im wesentliche
auf eine vernünftige
Wassergehalt-Reduzierung hinwirkt.
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Die
vorliegende Erfindung unterscheidet sich somit von den oben genannten
Druckschriften auch weiterhin dadurch, dass sie eine Möglichkeit
einer Aufarbeitung von Fettabscheiderinhalten in großem Maßstab zur
Verfügung
stellt, ohne die Beimischung von Additiven und Zuschlagsstoffen,
sowie Lösungsmitteln.
Im Unterschied zu den oben genannten Druckschriften wird ein Zuschlagsstoff
erzeugt, der sich auf keinen Fall in einen alleinigen Brennstoff
umwandeln lässt.
Das Problem der kosteneffektiven Mengenbeseitigungn von Abscheiderinhalten
wird in keiner der den oben genannten Druckschriften gelöst oder
erwähnt.
Die o. g. Verfahren sind somit zu aufwendig und teuer.
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Ganz
besonders bevorzugt umfaßt
das erfindungsgemäße Verfahren
zur Aufarbeitung von Fettabscheiderinhalten in den Schritten b)
und d):
- b) ein Stehenlassen zur statischen
Nachtrennung für
12 Stunden, und
- d) ein Rühren
und Erwärmen
des Fettgemischs auf 95°C.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der Mehrphasen-Dekanter ein Trikanter.
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Alternativ
kann der Mehrphasen-Dekanter auch ein Zweiphasen-Dekanter sein.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden mehrere Mehrphasen-Dekanter nacheinander umfaßt.
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Bevorzugt
wird das Fettgemisch nach dem Aufarbeitungsschritt mit mindestens
einem Mehrphasen-Dekanter in einem Separator nachbehandelt.
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Bevorzugt
wird das Fettgemisch, hergestellt nach dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung, als Zuschlagsstoff für
Brennstoffe für
die Industrie, als Rohstoff für
die Fettspaltung/Fettsäureherstellung, als
Einsatzprodukt für
die Schmierstoffindustrie und/oder als Einsatzprodukt zur Biogas-/Faulgasherstellung
verwendet.
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Nach
Reinigung, Wasserabtrennung und Viskositätseinstellung können die
Altfette direkt oder indirekt nach Umesterung als Zuschlagsstoff
für Brennstoffe
für die
Industrie genutzt werden. Einsatzgebiete können hier aber auch Großanlagen,
die mit Schweröl
heizen, sein, z. B. Zementwerke, Kraftwerke und ähnliches.
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Im
folgenden werden einige potentielle Verwendungsformen eines nach
der vorliegenden Erfindung aufgearbeiteten Fettgemischs aus Fettabscheiderinhalten
dargestellt.
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Verwendung als Rohstoff für die Fettspaltung/Fettsäureherstellung
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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.
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Verwendung als Rohstoff/Kraftstoff für ein Blockheizkraftwerk
(BHKW)
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Nutzung des Gemisches nach einer entsprechenden Aufarbeitung liegt
im Einsatz in einem ”umgebauten
Pflanzenölmotor” mit der
Erzeugung von Strom.
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Einsatzprodukt für die Schmierstoffindustrie
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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 Wassergehalt und die im Trikanter abgeschiedenen
Verunreinigungen führen
zur Darstellung eines für
diese Zwecke geeigneten Schmierstoffs.
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Einsatz des Fettgemischs zur Biogas-/Faulgasherstellung
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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.
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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.
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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.
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Das
in der vorliegenden Beschreibung und den anhängenden Ansprüchen beschriebene
Verfahren zur Herstellung eines Fettabscheiderkonzentrats wird durch
das folgende Beispiel näher
erläutert.
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Beispiel 1
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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 erfolgt mittels isolierter
Tankzüge
als Warmtransport. Die Abluft aus den einzelnen Behältern wird
in eine Sammelleitung geführt
und über
einen Filter ins Freie abgeleitet.