DE19518234A1 - Verfahren zur weitestgehenden Aufbereitung von organischen Reststoffen - Google Patents
Verfahren zur weitestgehenden Aufbereitung von organischen ReststoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur weitestgehenden Aufbereitung von
organischen Reststoffen mit Erhöhung der Effizienz des biologischen
Feststoffabbaus durch anaerobe und aerobe Verfahrensschritte.
Stand der Technik der anaeroben Fermentation organischer Reststoffe
sind die einstufige Trockenfermentation und die einstufige sowie die
zweistufige Naßfermentation.
Unter Zweistufigkeit wird ein Verfahren mit separater biologischer
Hydrolysestufe verstanden, also von der Methanbildungsstufe getrennt. In
dieser Hydrolysestufe vollzieht sich zunächst ein Abbau der Biopolymeren
in niedermolekulare Zwischenverbindungen, die dann nach weiteren
Abbauschritten in Biogas konvertiert werden.
Mit feststoffreicher Rindergülle konnten in einer großtechnischen
Biogasanlage erhöhte Abbauleistungen und Biogasausbeuten für den
zweistufigen Betrieb erzielt werden (Vollmer et al., Zur zweistufigen
anaeroben Fermentation von Rindergülle. - agrartechnik, Berlin 34
(1984). - S. 510-511). Dabei nahm mit Zunahme des Feststoffanteils die
Wirksamkeit der zweistufigen gegenüber der einstufigen
Verfahrensführung zu.
Für Einsatzstoffe mit hohem Feststoffanteil ist damit der Abbau dieser
Polymeren der Ansatzpunkt für die Erhöhung der Effizienz des
biologischen Feststoffabbaus.
Dies zeigten auch Untersuchungen zur Ermittlung der Wirksamkeit der
Hydrolyse einer mehrstufigen Versuchsanlage für organische
Siedlungsabfälle mit Hilfe spezifischer Bakteriengruppen (Scherer et al.
Optimierung der Hydrolysestufe einer mehrstufigen Vergärungsanlage für
organische Siedlungsabfälle durch Bilanzierung spezifischer Bakterien
gruppen. - Wertstofferfassung und Biokompostierung 2 (J. J. Thom´-
Kozmiensky, P. A. Scherer, Hrsg.) - S. 273-298, EF-Verlag Berlin (1992)).
In diesem BTA-Verfahren wird eine Biomüllmaische über Zentrifugen
entwässert und die Feststofffraktion einem Hydrolysereaktor zugeführt.
Die Feststoffe werden dann erneut entwässert und die organischen
Inhaltsstoffe der flüssigen Phase in einem Festbettreaktor zu Biogas
abgebaut.
Im PAQUES-Verfahren werden ebenfalls die Feststoffe zunächst
hydrolysiert, in einem separaten Reaktor (Prethane-Reaktor) angesäuert,
wobei schnellösliche Inhaltsstoffe in Lösung gehen. Danach wird
entwässert und ein Teil der Feststoffe wieder in den Prethane-Reaktor
zurückgeführt. Der andere Teil der Feststoffe wird in einen zweiten
Reaktor (Rudad-Reaktor) gefördert, wo mit Hilfe spezifischer
Mikroorganismen (Cilaten) die weitere Hydrolyse erfolgt. Die
gemeinsamen Hydrolyseprodukte werden dann in einem Methanreaktor
zu Biogas umgesetzt (HACK, P.J. und Brinkmann, J., A New Process for
High Perfomance Digestion, International Symposium on Anaerobic
Digestion of Solid Waste, Venedig 14.-17. 4. 1992, S. 401-402).
EP 0 566 056 beschreibt ein Verfahren, wo pH-Wert,
Feststoffkonzentration und die Feststoffverweilzeit im Gegensatz zur
PAQUES-Prozeßführung unabhängig voneinander einstellbar sind. Im
ersten Reaktor werden wieder leicht hydrolysierbare organische Stoffe
aufgeschlossen, die nichtgelöste organische Substanz in einem zweiten
Reaktor einer Feststoffhydrolyse unterzogen und die gemeinsamen
Hydrolysate im Biogasreaktor umgesetzt. Zur besseren Separation der
gelösten von den nichtgelösten organischen Substanzen werden dem
ersten Reaktor entnommene gelöste und nichtgelöste organische
Substanzen einer Trennung in eine Feststofffraktion mit den nichtgelösten
organischen Substanzen und eine Flüssigfraktion mit den gelösten
organischen Substanzen unterzogen. Die höhere Effektivität gegenüber
dem PAOUES-Verfahren wird über eine pH-Wert-Steuerung begründet.
Zur Steuerung des pH-Wertes werden dem ersten Reaktor Teilströme
direkt entnommen und dem zweiten Reaktor zugeführt, d. h. die ohnehin
schon komplizierte Stofführung wird durch weitere zusätzliche Stoffströme
noch unübersichtlicher.
Für die genannten Verfahren ist durch das Zwischenschalten von
Trennaggregaten ein großer maschinentechnischer Aufwand notwendig.
Im erfindungsgemäßen Verfahren sind diese Maßnahmen zugunsten
einer anwenderfreundlichen und betriebskostengünstigen Verfahrens
gestaltung nicht vorgesehen. Im Gegenteil soll durch das
Ineinandergreifen der Verfahrensstufen der Stoffumsatz erhöht und damit
gegenüber dem Stand der Technik darstellenden Verfahren eine
wesentlich weitere Reduzierung der Feststoffmenge durch höheren
Abbau der organischen Trockensubstanz erreicht werden.
Mit den den Stand der Technik repräsentierenden Verfahren wird
gegenwärtig ein Abbaugrad zwischen 45 und 65% erreicht (Gesseler, G.:
UTECH Berlin, 17. Februar 1995).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten
Art so zu gestalten, daß ohne komplizierten maschinen- und steuerungs
technischen Aufwand ein gegenüber konventionellen Verfahren erhöhter
Feststoffabbau erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Feststoffabbau in 3 Stufen erfolgt.
In einer ersten Stufe im psychrophilen Temperaturbereich wird zunächst
eine biologisch-mechanische Stofflösung vorgenommen, d. h. die
Hydrolyse der Biopolymeren wird durch intensives Rühren unterstützt.
Der Abbau zellulosehaltiger Inhaltsstoffe kann hier durch die Zugabe
spezifischer Enzyme unterstützt werden. Die voraufgeschlossene
Maische wird in einer mesophilen Verfahrensstufe dann biologisch
weiter aufgeschlossen, d. h. es erfolgt keine Feststoffabtrennung.
Dieser Reaktor wird als Rührkessel betrieben, allerdings im Gegensatz
zur ersten Stufe mit weit verringerter Durchmischungsintensität.
Für den Methanreaktor als dritte Stufe wird eine Stofführung gewählt, die
die unterschiedlichen Abbaugeschwindigkeiten der Inhaltsstoffe der
vorbehandelten organischen Reststoffe berücksichtigt d. h. auch hier
erfolgt noch ein Feststoffabbau im Gegensatz zu oben aufgeführten
Verfahren.
Das Substrat wird einem vertikalen Biogasreaktor im unteren Teil
zudosiert. Im Reaktor wird mittels einer Rührvorrichtung eine horizontale
Strömung erzeugt, so daß die Feststoffe in einem Strömungsfeld in
Schwebe gehalten werden, unlösliche Bestandteile sedimentieren und
werden teilmineralisiert periodisch am Reaktorboden entnommen, die
feststoffentlastete Flüssigkeit fließt über einen Überlauf aus dem oberen
Teil des Reaktors ab.
Damit wird die Verweilzeit von gelösten und schwer lösbaren
Substratbestandteilen entkoppelt, womit ein weitgehender Abbau der
Feststoffe im Biogasreaktor erfolgt.
Bei der Lösung der Aufgabe werden bekannte Elemente der anaeroben
Fermentationstechnik so modifiziert und weiterentwickelt, daß eine
unkomplizierte und damit betriebssicher gestaltbare Verfahrensführung
resultiert.
Mit den erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein weitestgehender Abbau
an organischer Substanz und damit Minimierung des Feststoffaustrages,
weil alle Verfahrensstufen primär auf den Feststoffabbau ausgerichtet
sind.
Die Abtrennung der Feststoffe aus dem Ablauf des Biogasreaktors erfolgt
nach bekannten Verfahren der Festflüssig-Trennung.
Die flüssige Phase kann über eine aerobe Behandlung von organischen
Reststoffen weiter entlastet werden, wozu vorzugsweise
Belüftungssysteme zum Einsatz kommen, die nach dem Injektorprinzip
arbeiten.
Die intensive Belüftung in solchen Systemen führt zur Aktivierung aerober
Cellulasebildner, d. h. mit der Rückführung von Prozeßwasser in die erste
Stufe werden cellulolytische Enzyme mitgeführt, die zusätzlich organische
Substanz aufschließen. Die entstandene biologische Wärme sorgt weiter
für eine wesentlich günstigere Wärmebilanz für das Gesamtverfahren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher
beschrieben.
Das im Rahmen des Verfahrensbeispiels eingesetzte Substrat entstammt
der Biotonne mehrerer Großküchen.
Die Parameter des Ausgangssubstrates konnten unabhängig von der
Herkunft der Abfälle wie folgt bestimmt werden:
TS | |
196,8 ±36,2 g/kg | |
oTS | 168,6 ±26,9 g/kg |
Nach Einmaischung mit Prozeßwasser und mechanisch biologischer
Vorbehandlung bei quasikontinuierlicher Rührung und 23°C wurden
folgende Parameter analysiert:
TS|94,5 ±17 g/l | |
oTS | 79,5 ±14,1 g/l |
Karbonsäuren | 6400 ±850 mg/l |
pH | 4,5 ±0,6 |
Die mittlere hydraulische Verweilzeit in der mesophilen Vorbehandlung ist
5 Tage bei 39°C, der Abbau an organischer Trockensubstanz beträgt in
dieser Stufe bereits 45% bei weiterem Anstieg der Karbonsäurekonzen
trationen.
Die Resthydrolyse und Biogasbildung verläuft bei einer Temperatur von
37°C und einem pH-Wert von 7,8 bis 8. Die Stofführung wird so gewählt,
daß die Verweilzeit für die Flüssigphase 7,5 Tage und für die
feststoffangereicherte Phase 25 Tage beträgt so daß bezogen auf den
Input mit 15 Tagen Verweilzeit gerechnet werden kann.
Der Ablauf des Biogasreaktors ist durch folgende Stoffkennwerte
gekennzeichnet:
TS|24,6 g/l | |
oTS | 16,7 g/l |
Karbonsäuren | 1800 mg/l |
Die restlichen Feststoffe werden über einen Preßschnecken-Separator
nach Voreindickung abgetrennt und die vereinigten flüssigen Phasen in
einem Tauchstrahlfermentor bei 40°C und einer Belüftungsintensität von
ca. 6 m³ Luft/m³ Bioraum und Stunde belüftet, um dann teilweise oder
vollständig als Prozeßwasser der ersten Stufe zugeführt zu werden.
Claims (2)
1. Verfahren zur weitestgehenden Aufbereitung von organischen Reststoffen
mit gesonderten Hydrolyse - und getrennter Methanstufe ohne Zwischen
trennung, gekennzeichnet dadurch,
daß die Hydrolyse in zwei Stufen durch eine mechanisch-biologische Stofflösung sowie eine mesophile Behandlung der organischen Rest stoffe bei einer Temperatur über 37°C erfolgt
daß im nachfolgenden Biogasreaktor eine Entkopplung der Verweilzeit von Feststoff- und Flüssiganteilen erfolgt, indem eine horizontale Strömung erzeugt wird und mineralisierte und teilmineralisierte Feststoffe am Reaktorboden sowie feststoffentlastete Flüssigkeit im oberen Teil des Biogasreaktors entnommen werden.
daß die Hydrolyse in zwei Stufen durch eine mechanisch-biologische Stofflösung sowie eine mesophile Behandlung der organischen Rest stoffe bei einer Temperatur über 37°C erfolgt
daß im nachfolgenden Biogasreaktor eine Entkopplung der Verweilzeit von Feststoff- und Flüssiganteilen erfolgt, indem eine horizontale Strömung erzeugt wird und mineralisierte und teilmineralisierte Feststoffe am Reaktorboden sowie feststoffentlastete Flüssigkeit im oberen Teil des Biogasreaktors entnommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die nach Trennung des Ablaufes der 3. Stufe erhaltene flüssige
Phase mit einer Verweilzeit zwischen 5 und 15 Stunden intensiv mit Luft
begast wird und Flüssigkeit direkt der ersten Verfahrenstufe zugeführt
wird.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995118234 DE19518234C2 (de) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | Verfahren zur weitestgehenden Aufbereitung von organischen Reststoffen |
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Publications (2)
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---|---|---|---|
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19518234C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7892310B2 (en) | 2005-07-05 | 2011-02-22 | United Utilities Plc | Biowaste treatment |
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---|---|---|---|---|
DE4226087A1 (de) * | 1992-04-16 | 1993-10-21 | Recycling Energie Abfall | Verfahren zur biologischen Aufbereitung organischer Substanzen, insbesondere zur anaeroben biologischen Hydrolyse zur anschließenden Biomethanisierung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
-
1995
- 1995-05-12 DE DE1995118234 patent/DE19518234C2/de not_active Expired - Fee Related
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