DE19507930A1 - Verfahren zum chemischen Abbau der organischen Bestandteile im Brauerei-Abfall Kieselgur-Schlamm und/oder von biotechnologisch vorbehandeltem Kieselgur-Schlamm im Hinblick auf eine Regenerierung des Filterhilfsmittels Kieselgur sowie seine Verwendung als Sekundärrohstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemischen Abbau der organischen Bestandteile im Brauerei-Abfall Kieselgur-Schlamm und/oder von biotechnologisch vorbehandeltem Kieselgur-Schlamm im Hinblick auf eine Regenerierung des Filterhilfsmittels Kieselgur und seiner Verwendung als Sekundärrohstoff.

Bei der Bierherstellung macht sich eine Klärfiltration zur Gewinnung des Filtrats als Wertstoff erforderlich. Dabei werden die nicht völlig sedimentierten Hefe- und Bakterienzellen sowie Trubteilchen vom Bier abgetrennt. Die Operation der Stofftrennung wird heute insbesondere mit Hilfe von Kieselgur-Anschwemmfiltern sowie von Schichtenfiltern (Filterpressen), die z. T. auch kombiniert angewendet werden, vorgenommen. An das Filterhilfsmittel Kieselgur werden jedoch neben den Hefezellen und Trubstoffen auch wertvolle, kolloid gelöste Geschmacksstoffe, Melanoidine, Eiweiße, Bitterstoffe usw. angelagert. Pro Hektoliter Verkaufsbier fällt ca. 1 kg Kieselgur-Schlamm an.

Zur Behandlung des Kieselgur-Schlammes mit dem Ziel der Rückgewinnung von Kieselgur existieren verschiedene, zum Teil jedoch ökologisch wenig vorteilhafte Verfahren. So wurde von R. MEIXLSPERGER [Chem.-Ing.-Techn. 52 (1980) 349] eine Anlage zur Regenerierung von Kieselgur-Schlämmen aus Brauereien und Chemisch-Reinigungsbetrieben vorgestellt, deren Kernstück ein Drehrohrofen zum Ausglühen des getrockneten Filterkuchens ist. In DE-OS 39 35 952 ist eine Anlage für die Gewinnung eines aus Kieselgur bestehenden Brauerei-Filterhilfsmittels beschrieben. Bei dem Verfahren handelt es sich im Grunde um eine Hochtemperaturbehandlung von mit organischen Bestandteilen beladener Kieselgur im Wirbelstromreaktor, welcher mit einem ca. 600°C heißen Gas betrieben wird, so daß es dadurch zum Verbrennen oder zu einem Cracken der kohlenstoffhaltigen Substanzen kommt.

Während die spezifische Brennraumbelastung als Ausdruck der Leistungsdichte beim Drehrohrofen 0,2 bis 0,4 MW/m³ und beim Wirbelschichtreaktor 0,5 bis 15 MW/m³ beträgt, ergibt sich für den Pulsationsreaktor eine Brennraumbelastung von 6 bis 150 MW/m³. Der chemische Prozeß ist bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 1500°C durchführbar. Der Pulsationsreaktor besteht aus einem konisch ausgebildeten Schwingungsbrenner und einem Resonanzrohr, wobei im Brenner eine pulsierende Verbrennung der oxidierbaren Substanzen stattfindet.

Wird die Hochtemperatur-Schlammbehandlung im Drehrohrofen oder im Wirbelschichtreaktor durchgeführt, so ist ein Chargen-Betrieb ökonomisch nicht vorteilhaft. Eine im Wärmeverbund arbeitende kontinuierliche Anlage erfordert jedoch hohe materiell­ technische Aufwendungen und setzt die kontinuierliche Verfügbarkeit großer Mengen von Kieselgur-Schlamm voraus. Der mit der Verwendung des Pulsationsreaktor verbundene Nachteil besteht darin, daß sich beträchtliche Immissionen ergeben, so daß dieser Reaktor wegen des von ihm ausgehenden Geräuschpegels nur in einer unbewohnten Gegend betrieben werden kann.

Aus ökologischer Sicht haben die thermischen Trockenverfahren zudem den Nachteil, daß durchweg bei Temperaturen < 500°C gearbeitet werden muß, um die Kieselgur mit Hilfe von Oxidationsprozessen von ihren organischen Bestandteilen zu befreien. Weil für einen kontinuierlichen Betrieb der Industrieanlagen eine großflächige Erfassung der Abfall- Kieselgur aus den einzelnen Brauereien erforderlich ist, ergeben sich dadurch beträchtliche und aus ökologischer Sicht nicht akzeptable Transportwege zwischen den einzelnen Brauereien bzw. den Sammelstellen für Kieselgur-Schlamm und dem jeweiligen Recycling- Betrieb für Kieselgur.

Demgegenüber sind nur kleine Anlagen und niedrige Behandlungstemperaturen erforderlich, wenn eine Behandlung des Kieselgur-Schlamms in Bioreaktoren durch anaeroben und/oder aeroben biologischen Abbau der am anorganischen Filterhilfsmittel Kieselgur haftenden organischen Stoffe vorgenommen wird. Die Behandlung von Kieselgur- Schlamm mit Mikroorganismen hat zwar eine Verminderung des Gehaltes der Gur an Kohlenstoffverbindungen zur Folge, jedoch ist die ausschließlich auf biochemischem Wege behandelte Kieselgur nicht völlig frei von organischen Substanzen, so daß sich dadurch Probleme insbesondere bei ihrer Verwendung in der Lebensmittelindustrie ergeben können.

Es gehört ferner zum Stand der Technik, daß organische Verbindungen mit Hilfe von Luftsauerstoff oder mit reinem Sauerstoff in wäßriger Phase normalerweise bei Temperaturen von 150 bis 374°C und Drucken von ca. 10 bis 220 bar umgesetzt werden, so daß sich dabei als Reaktionsprodukte im wesentlichen die anorganischen Verbindungen Kohlendioxid und Wasser bilden. Der als Naßoxidation bezeichnete technische Prozeß geht auf das schwedische Patent Nr. 82 615 von BERGSTRÖM und CEDERQUIST aus dem Jahre 1935 zurück (vgl. Verband der Chemischen Industrie e.V., Verfahrensberichte zur Abwasserbehandlung, 6. Bericht: "Abwasserreinigung durch Naßoxidation", Frankfurt/Main, Nov. 1976) und wird als eine Alternative zur herkömmlichen Behandlung von Abwässern und Schlämmen angesehen. Bei dem zwischen 250°C und der kritischen Temperatur des Wassers (374°C) arbeitenden Naßoxidations-Hochdruckverfahren wird ein nahezu vollständiger Umsatz angestrebt. Dabei ist der Druck so zu gestalten, daß es niemals zu einem Sieden der flüssigen Phase kommt. Aus Literaturangaben geht hervor, daß unter Naßoxidationsbedingungen die Zersetzung von organischen Stoffen, wie Proteine, Lipoide, Zucker, Stärke, Zellulose, rascher erfolgt als der Abbau des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB). Hochmolekulare Verbindungen werden nach diesem Verfahren zunächst in niedermolekulare Komponenten umgewandelt und mit fortschreitendem Oxidationsprozeß werden dann die kleinen Moleküle in Kohlendioxid und Wasser zersetzt. Bei hohen Temperaturen sind nur wenige Hydrolyse- und Oxidationsprodukte, wie Essigsäure und einfache Aminosäuren, beständig, die sich zudem durch eine sehr gute Wasserlöslichkeit auszeichnen und somit aus einem festen Rückstand komplikationslos ausgewaschen werden können. Die Naßoxidation als Verfahren zur Behandlung von oxidierbaren organischen oder anorganischen Stoffen in der flüssigen Phase mit Hilfe von molekularem Sauerstoff hat sich auf dem Gebiet der Abwassertechnik etabliert (vgl. HORAK, O.: Katalytische Naßoxidation von biologisch schwer abbaubaren Abwasserinhaltsstoffen unter milden Reaktionsbedingungen. [Chem.-Ing.-Techn. 62 (1990) 555 -557].

Mit der naßoxidativen Behandlung von Schlämmen befassen sich z. B. die Arbeiten von J. TRÄNKER: Naßoxidation - eine Alternative zur herkömmlichen Behandlung von Abwässern und Schlämmen. In: K.J. THOME-KOZMIENSKY (Hrsg.):
Sonderabfallwirtschaft, EF-Verlag für Energie und Umwelttechnik GmbH, Berlin 1993, S. 217-236 sowie von M. DAUN: Die VerTech-Naßoxidation - eine neue Technologie zur Behandlung von Klär- und Sonderschlämmen. Ebenda, S. 237-250. Bei diesen Schlämmen handelt es sich insbesondere um Klärschlamm, Fäkalienschlamm, Ligninschlamm bzw. um Mischschlämme. Als weitere Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens wird die Behandlung von Reststoffen aus der Restmüllkompostierung und -vergärung erörtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein chemisches, unter hydrothermalen Bedingungen arbeitendes Niedertemperatur-Verfahren zur Herstellung von Recycling- Kieselgur zu schaffen, das keine hohen Behandlungstemperaturen erfordert und solche Emissionen, wie sie insbesondere im Zusammenhang mit den thermischen Trockenverfahren zur Regenerierung der Kieselgur als Filterhilfsmittel zu verzeichnen sind, vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brauereiabfall Kieselgur-Schlamm und/oder die unter Verwendung von diesem Kieselgur-Schlamm im Ergebnis einer biotechnologischen Behandlung weitgehend von organischen Bestandteilen befreite, zum Teil regenerierte Kieselgur in einer Anlage zur Naßoxidation, Druckhydrolyse oder Chemolyse bei erhöhter Temperatur und bei erhöhtem Druck behandelt bzw. nachbehandelt wird. Die erfindungsgemäße Behandlung des Kieselgur-Schlamms und/oder des durch biochemische bzw. mikrobielle Behandlung bezüglich der organischen Anteile abgereicherten Schlamms in einer Anlage zur Naßoxidation dient dem Ziel, aus dem ursprünglichen Abfallstoff Kieselgur-Schlamm eine regenerierte Kieselgur herzustellen, die als Wertstoff in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden kann. Dabei ist es insbesondere auch ein Ziel der Behandlung, durch den vergleichsweise einfach zu beherrschenden technologischen Prozeß der Naßoxidation eine solche Reinheit und Morphologie der regenerierten Kieselgur zu erreichen, daß sie erneut als Filterhilfsmittel in der Lebensmittelindustrie einsetzbar wird.

Der erfindungsgemäße oxidative Abbau der organischen Verbindungen im Kieselgur- Schlamm und/oder im biotechnologisch vorbehandelten Kieselgur-Schlamm durch Naßoxidation oder Druckhydrolyse wird bei Temperaturen < 100°C, insbesondere bei Temperaturen von 150 bis 330°C und Drucken von ca. 10 bis 220 bar in der flüssigen Phase, vorgenommen. Jedoch soll damit das Arbeiten im überkritischen Bereich, d. h. bis ca. 600°C und Drucken um 250 bar, falls es zweckmäßig erscheint, nicht ausgeschlossen sein. Es ergibt sich eine Effektivität der Naßoxidation hinsichtlich des Zerstörungsgrades für die organische Substanz von mehr als 98%. Die niedermolekularen organischen Säuren werden im Naßoxidationsprozeß nicht angegriffen und machen im wesentlichen den Rest CSB-Gehalt des den Reaktor verlassenden Stoffgemischs aus. Diese niedermolekularen Säuren können aus dem in Form des silicatischen Feststoffs Kieselgur verbleibenden Rückstand sehr gut ausgewaschen werden, so daß schließlich eine Recycling-Kieselgur mit einer Morphologie und chemischen Zusammensetzung, die der von juveniler Kieselgur entspricht, erhalten wird. Die aus der Kieselgur ausgewaschenen sauren Bestandteile sind sehr gut biologisch abbaubar und stellen in keiner Weise ein Gefahrenpotential für die Umwelt dar.

Der Kieselgur-Schlamm kann vor dem Abbauprozeß der organischen Bestandteile mittels Naßverfahren oder nach dem Naßverfahren zur Gewinnung wertvoller anorganischer Inhaltsstoffe mittels Stofftrennungsprozessen separiert werden. Die jeweiligen Kornfraktionen des Filterhilfsmittels Kieselgur oder der Kieselgur-Zusätze, z. B. Perlit, können dadurch für bestimmte Einsatzzwecke wiederverwendet werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum chemischen Abbau von organischen Stoffen im Brauerei-Abfall Kieselgur- Schlamm und/oder eines solchen, biotechnologisch vorbehandelten Kieselgur-Schlamms zur Gewinnung einer Recycling-Kieselgur, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Bestandteile dieses Kieselgur- oder vorbehandelten Schlamms mit Hilfe einer Anlage zur Naßoxidation, Druckhydrolyse oder Chemolyse bei Temperaturen < 100°C, d. h. bei erhöhtem Druck, unter hydrothermalen Bedingungen sowie durch Einwirkung von Luft- oder molekularem Sauerstoff bzw. von sauerstoffangereichertem Gas, vollständig oder teilweise abgebaut werden.

2. Verfahren zur Gewinnung einer Recycling-Kieselgur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Verbindungen enthaltende silicatische Material in flüssiger Phase, insbesondere bei Temperaturen von 150 bis 330°C und bei Drucken von ca. 10 bis 220 bar, vorzugsweise bei 260 bis 290°C und bei Drucken von ca. 100 bar, behandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kieselgur-Schlamm vor dem Abbauprozeß der organischen Bestandteile mittels Naßverfahren zur Separation wertvoller anorganischer Inhaltsstoffe Stofftrennungsprozessen unterworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Naßverfahren eine Separation der anorganischen Inhaltsstoffe erfolgt.