DE19624268A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung organischer Abfälle - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung organischer AbfälleInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor
richtung bzw. eine Anlage zur mengenmäßigen Reduktion und Verwer
tung biologisch verunreinigter Flüssigkeiten und Stoffe in fließ
fähiger Form und zur Gewinnung von Flüssigdünger, flüssigem Bo
denverbesserer und Biogas. Die Anlage besteht aus einem vorzugs
weise liegend angeordneten Fermenter, welcher unterhalb des Gas
raumes durch Trennwände in einzelne Kammern unterteilt ist, wo
bei das Gärgut vom Zulauf bis zum Ablauf von Kammer zu Kammer
kontrolliert geführt wird.
Die Reinigung von biologisch verunreinigten Flüssigkeiten und
Stoffen in fließfähiger Form mittels Gärprozessen sind seit
einigen Jahren gut bekannt und speziell im kommunalen Kläran
lagenbau bestens eingeführt. Vielerorts werden heute Abfälle
getrennt eingesammelt, so daß vermehrt biologisch verunreinigte
Abfälle zu behandeln sind. Wirtschaftlichkeit und ökologische
Gründe setzen den Akzent vermehrt auf Gärprozesse, welche gegen
über dem Verfahren der Kompostierung den Vorteil haben, Energie
zu erzeugen. Für die Verwertung organischer Feststoffe kennt man
Verfahren und Vorrichtungen, welche mit horizontal angeordneten
Fermentern arbeiten, z. B. aus dem Patent EP 0 476 217.
Einstufige Gäranlagen für Flüssigkeiten sind z. B. in Kläranlagen
für den kommunalen Abfall und in industriellen Anlagen seit Jah
ren im Einsatz und gehören heute zum Stand der Technik. Große
Vorteile bieten solche einstufigen Fermenter, weil die Prozeßfüh
rung durch die Überwachung des Schwefelgehaltes (H₂S) im Gas ver
hältnismäßig einfach ist. Der Schwefelgehalt (H₂S) wird am Aus
tritt des Biogases gemessen und durch Zudosieren von Luftsauer
stoff, welcher mit dem Schwefel oxidiert und den Schwefelgehalt
im Biogas damit reduziert, gesteuert. Sie weisen jedoch andere,
im folgenden erläuterte Nachteile auf:
Die sedimentierten Stoffe, welche sich in Form von Schlamm abset zen, mischen sich immer wieder mit dem geklärten und als rein zu bezeichnden Abwasser. Der Praktiker stellt dies fest, indem es für ihn schwierig ist, eine transparente Fraktion des geklärten Abwassers zu erhalten. Je größer die Höhendifferenz und die Di stanz zwischen den Abnahmestellen von geklärtem Abwasser und dem sedimentierten Schlammbett ist, desto besser wird die Trennung der beiden Fraktionen sein. Man arbeitet deshalb mit großen Volu mina und großen hydraulischen Höhen, um für die Sedimentation günstige und gegen die Rückmischung wirksame, laminare Strömun gen mit langsamer Geschwindigkeit zu erhalten.
Die sedimentierten Stoffe, welche sich in Form von Schlamm abset zen, mischen sich immer wieder mit dem geklärten und als rein zu bezeichnden Abwasser. Der Praktiker stellt dies fest, indem es für ihn schwierig ist, eine transparente Fraktion des geklärten Abwassers zu erhalten. Je größer die Höhendifferenz und die Di stanz zwischen den Abnahmestellen von geklärtem Abwasser und dem sedimentierten Schlammbett ist, desto besser wird die Trennung der beiden Fraktionen sein. Man arbeitet deshalb mit großen Volu mina und großen hydraulischen Höhen, um für die Sedimentation günstige und gegen die Rückmischung wirksame, laminare Strömun gen mit langsamer Geschwindigkeit zu erhalten.
Die zu klärenden Stoffe werden im Fermenter bekanntlich in flüs
siger Form bearbeitet. Das heißt, in jeder einstufigen Gäranlage
werden sich neu eingespeiste, verunreinigte Stoffe sofort mit
bereits gereinigten und für die Entnahme bestimmten Fraktionen
vermischen, wie dies in jedem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter
geschieht. Eine definierte Aufenthaltszeit für die einzelnen
Teilchen zu gewährleisten ist deshalb schwierig. Teile die
direkt vom Einlauf in den Ablauf gelangen sind nicht nur unver
goren, sondern auch hygienisch nicht sauber. Dies erklärt, wes
halb mit einem einstufigen Verfahren die verlangten Anforderun
gen an gereinigte Abwässer bezüglich Hygienisierung nur bedingt
und mit Mühe und Aufwand erreicht werden können.
Man erreicht das z. B. durch Weglassen einer Rühr- oder Mischvor
richtung und verzichtet damit auf bessere Gärung und muß dies
mit längerer Verweilzeit kompensieren. Deshalb werden solche
Fermenter, wie von den Kläranlagen her bekannt, normalerweise
sehr große Volumen aufweisen. Die großen Behälter, die erforder
lich sind, um die Flüssigkeitsmengen zu behandeln, kosten viel.
Aufgrund der Größe der Behälter ist ferner der Platzbedarf für
solche Anlagen sehr groß.
Die großen Volumina in einer solchen Anlage haben zur Folge, daß
das Verhalten des ganzen verfahrenstechnischen Prozesses sehr
schwerfällig wird. Änderungen der Eigenschaften von verunreinig
ten Stoffen, die zugeführt werden, werden spät erkannt. Notwendi
ge Maßnahmen werden dadurch zu spät eingeleitet. Durch ihre
Größe sind die Anlagen schlecht regel- und kontrollierbar, so
daß eine Verminderung der Effizienz der Anlage die logische Fol
ge ist.
Diesen Tatsachen versuchen die Hersteller auszuweichen, welche
mehrstufige Anlagen anbieten. Man erreicht mit der Mehrstufig
keit, daß keine Vermischung zwischen frisch zugeführtem Zulauf
und gereinigtem Ablauf entsteht. Ein weiterer Vorteil solcher
mehrstufiger Anlagen liegt darin, daß man in den einzelnen Stu
fen relativ kurze Verweilzeiten hat. Sie werden dadurch besser
überblickbar und die Anlage kann flexibler und bei wechselndem
Gärgut (der Normalfall für Abwasseranlagen dieser Art) effizien
ter und mit kürzeren Verweilzeiten gefahren werden.
Ein großer Nachteil mehrstufiger Anlagen ist der große anlage
technische Aufwand. Die in Bezug auf Pumpfähigkeit zum Teil
problematischen Zwischenprodukte müssen entweder mit entspre
chenden mechanischen Mitteln von einem Behälter zum anderen ge
pumpt werden, oder die Behälter müssen derart angeordnet sein,
daß man die fließfähigen Stoffe mittels Überlauf in den nächsten
Behälter fließen läßt. All dies stellt nicht zu unterschätzende
Anforderungen an den planerischen Aufwand, zieht man in Be
tracht, daß man bei einer anaeroben Gärung unter leichtem Über
druck mit einem in sich und gegen die Atmosphäre in jeder Stufe
geschlossenen Fermentationsraum arbeitet.
Ein weiterer Nachteil dieser Art des Anlagenaufbaus mit mehreren
Stufen ist die Trennung der verschiedenen Gasräume. Durch die in
den verschiedenen Fermentationsbehältern für die effiziente Gä
rung erwünschten unterschiedlichen Bedingungen wird das zu gewin
nende Biogas verschiedene Qualitäten aufweisen. Eine Durchmi
schung der in einzelnen Gärkammern gewonnenen Biogase kann z. B.
in einer zusätzlichen Sammelkammer erfolgen, was einen zusätzli
chen Anlagenaufwand mit sich bringt. Die gute Durchmischung der
verschiedenen Biogasqualitäten ist eine Voraussetzung, um mit
tels H₂S-Oxidation direkt durch Anlagenführung eine gute Biogas-
Qualität zu erhalten. Aus wirtschaftlichen Gründen ist die gün
stige Art der Anlageführung mittels H₂S-Oxidation für mehrstufi
ge Anlagen keine vertretbare Möglichkeit.
Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, ein
Verfahren und eine Vorrichtung bzw. eine Anlage zur Verwertung
von biologisch verunreinigten Flüssigkeiten und Stoffen in fließ
fähiger Form der eingangs genannten Art derart zu verbessern,
daß mit einer kompakten Anlage die verschiedenen Stufen des Gär
prozesses flexibel geregelt werden können. Die ganze Anlage soll
gleichzeitig über die einfache Kontrolle des Schwefelgehaltes im
Biogas kontrolliert und geregelt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der ein
gangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß alle Kammern zu einem
gemeinsamen Gasraum hin offen sind, so daß der Fermenter für das
Biogas einen gemeinsamen Gasraum bildet.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei einer Vorrichtung bzw. Anlage der eingangs angegebenen Art
wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die kenn
zeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Alle Kammern sind
zu einem gemeinsamen Gasraum hin offen, so daß der Fermenter für
das Biogas einen gemeinsamen Gasraum bildet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bzw. Anlage sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Durch die Erfindung wird eine Anlage zur mengenmäßigen Reduktion
und Verwertung biologisch verunreinigter Flüssigkeiten und Stof
fe in fließfähiger Form und zur Gewinnung von Flüssigdünger,
flüssigem Bodenverbesserer und Biogas geschaffen, die aus einem
vorzugsweise liegend angeordneten Fermenter besteht, welcher un
terhalb des Gasraumes durch Trennwände in einzelne Kammern unter
teilt ist, wobei das Gärgut vom Zulauf bis zum Ablauf von Kammer
zu Kammer kontrolliert geführt wird. Alle Kammern sind zu einem
gemeinsamen Gasraum hin offen, wobei der Fermenter dadurch über
seine ganze Länge für das zu gewinnende und nach oben strebende
Biogas einen gemeinsamen, nicht unterteilten Gasraum bildet.
Vorzugsweise sind die die Kammern abtrennenden Trennwände so aus
gebildet, daß die einzelnen Kammern mit gleichen oder unter
schiedlichen Vorrichtungen wie Heizungen, Rührwerken, Ventilen
und/oder Schiebern ausgerüstet sind.
Dem Fermenter kann ein Zirkulationskreislauf mit schaltbaren
Ventilen zu jeder Kammer, einem Mischer und einem Wärmetauscher
angeschlossen sein.
Vorzugsweise hat der Fermenter eine zylindrische Form. Er weist
ferner vorzugsweise in seiner Längsachse einen zentral angeord
neten und drehbar gelagerten und angetriebenen Rotor auf, der
alle Kammern durchquert.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich
net, daß der Rotor im Bereich einer dem Zulauf nahe liegenden
Kammer mit Schaufeln bestückt ist. Die Schaufeln drehen sich mit
dem Rotor. Sie sind vorzugsweise entgegen der Drehrichtung nach
hinten winklig verstellbar angeordnet.
Vorzugsweise ist im Bereich einer dem Zulauf nahe liegenden Kam
mer eine in einen Sammelbehälter führende Öffnung angeordnet,
die sich vorzugsweise zentral unterhalb der Mittelachse des Fer
menters befindet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich
net, daß im Bereich einer dem Zulauf nahe liegenden Kammer auf
der Höhe des Füllstandes eine tangentiale, in einen Sammelbehäl
ter führende Öffnung angeordnet ist.
Vorzugsweise weist der Sammelbehälter seitlich einen Grobfilter
auf.
Der Rotor kann mit Rührarmen ausgestattet sein.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich
net, daß jede durch eine Trennwand definierte Kammer mit einem
Monoblock ausgerüstet ist, welcher mindestens aus einem gasdicht
verschließbaren Deckel und einem rohrförmigen, mit Heizmantel
versehenen Wärmetauscherelement besteht. Der Fermenter kann bei
dieser vorteilhaften Weiterbildung eine beliebige Form aufwei
sen.
Auf der zentralen Achse des rohrförmigen Wärmetauscherlements
befindet sich vorzugsweise eine Fördervorrichtung.
Vorteilhaft ist es, wenn der Inhalt der ersten Kammer durch Zu
führung von Frischluft als anaerober Hydrolysereaktor gefahren
werden kann. Vorzugsweise ist die erste Kammer durch eine Trenn
wand vom Gasraum der nachfolgenden Kammern gasdicht abgeschlos
sen. Ferner ist vorzugsweise jede Kammer über einen Zirkulations
kreislauf mit schaltbaren Ventilen an einen Mischer und/oder an
einen Wärmetauscher anschließbar.
Vorteilhaft ist es, wenn jede Kammer mit Nährstoffen versorgt
werden kann. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß dem Mi
scher Nährstoffe beigemischt werden, was vorzugsweise durch eine
Dosierpumpe erreicht wird. Die Nährstoffe werden über einen Zir
kulationskreislauf mit schaltbaren Ventilen den Kammern zuge
führt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich
net, daß kontaminierte Abfallstoffe über eine Zuführung in den
Mischer geführt werden und über den Zirkulationskreislauf mit
einer Pumpe und einen bzw. den Wärmetauscher sterilisiert oder
hygienisiert werden, wobei die Zudosierung vorzugsweise geregelt
erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich
net, daß dem Fermenter eine Hydrolysestufe vorgeschaltet ist.
Vorzugsweise ist eine Materialverschiebeeinrichtung vorhanden,
die vorzugsweise einen Pumpbehälter umfaßt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der
beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung
zeigt:
Fig. 1 eine geschnittene Darstellung des runden Fermen
ters mit einem Rotor und den Kammern von der Sei
te,
Fig. 1a eine geschnittene Darstellung entsprechend derje
nigen der Fig. 1, jedoch mit einer vorgeschalte
ten, aeroben Hydrolysestufe,
Fig. 2 eine geschnittene Darstellung des kubischen Fer
menters mit einzelnen kubischen Kammern von der
Seite gesehen,
Fig. 2a eine geschnittene Darstellung entsprechend derje
nigen der Fig. 2, jedoch mit einer vorgeschalte
ten, aeroben Hydrolysestufe,
Fig. 3 einen Querschnitt über die erste Kammer nach dem
Zulauf (gemäß Fig. 1 und Fig. 1a) und
Fig. 4 einen Fermenter mit vorgeschalteter Hydrolysestu
fe und Materialverschiebeeinrichtung.
Wie Fig. 1 zeigt, ist der Fermenter 1 mittels Trennwänden 3 in
einzelne Kammern 2 I-n unterteilt. Das verunreinigte Gärgut wird
dem Fermenter 1 beim Zulauf a eingegeben und das biologisch ge
reinigte Gärgut 39 wird über Ablauf b dem Fermenter 1 entnommen
und unter Umständen einer weiteren Reinigungsstufe zugeführt.
Bei dem Durchlauf der verunreinigten Flüssigkeit wird deren An
teil an biologischer Verunreinigung von Kammer 2 I zur Kammer 2 n
kontinuierlich kleiner. Während z. B. in der dem Zulauf a am
nächsten liegenden Kammer 2 I noch am meisten Schlamm- und
Schmutzstoffe dem Gärgut 39 entnommen werden müssen, ist dassel
be in der letzten, dem Ablauf am nächsten liegenden Kammer 2 n
gereinigt, und meist von sämtlichen Feststoffen befreit beinahe
transparent. Es liegt deshalb auf der Hand, daß die einzelnen
Kammern 2 I-n mit unterschiedlichen Vorrichtungen wie Heizungen,
Rührwerken, Ventilen, Pumpen etc. ausgerüstet werden müssen, um
die Prozesse in den einzelnen Kammern 2 I-n auf den für die ent
sprechende Stufe optimalen Bedingungen fahren zu können.
Ebenfalls in Fig. 1 ist zu sehen, daß der gemeinsame Gasraum 4
über allen Kammern 2 I-n verbunden und offen ist. Dies hat zur
Folge, daß man in diesem großen, vollständig offenen Gasraum 4
eine langsame Strömung des Gases erreichen kann, welche für die
definierbare Gasqualität am Gasdom 36 zuverlässig als durch
schnittliche Meßgröße und Basis zur Kontrolle und Regelung des
Fermenters gelten kann.
Um von diesem, als absolut repräsentativ zu bezeichnenden, Meßre
sultat des Gases die Anlage steuern zu können, kann ein Teil
strom über das Gebläse 24 in die Meßbox 25 gebracht und dort
nochmals nach Menge und Eigenschaft beurteilt werden. Je nach
Bedarf kann dem Gasgemisch mittels Gebläse 26 Luft oder Sauer
stoff beigefügt werden. Das Gemisch Luft und Biogas wird dann in
die vom Gasdom 36 am entferntesten liegende Kammer 2 I einge
pumpt.
Der zugeführte Sauerstoff reagiert mit dem im Biogas enthaltenen
Schwefel. Durch Oxidation wird der Schwefel dem Biogas entnommen
und als elementarer Schwefel mit dem Gärgut 39 ausgebracht. Die
Reaktion erfolgt dabei nach folgender Formel:
H₂S + 1/2 O₂ → S + H₂O
Luft oder Sauerstoff kann dem Prozeß über in den Zeichnungen
nicht gezeigte Einlaßdüsen direkt in das Gärgut eingegeben
werden. Um den anaeroben Prozeß nicht zu stören und trotzdem die
angestrebte Wirkung zu haben, muß dies sehr gezielt und kontrol
liert erfolgen.
Wie bereits erwähnt, werden in den Kammern 2 I-n je nach Art und
dem verbleibenden Grad der biologischen Verunreinigung andere
Bedingungen für Temperatur, Durchmischung, Impfung, etc. erfor
derlich. Durch gezielte und dem Grad der biologischen Verunrei
nigung des Gärgutes 39 angepaßte Führung der Reaktionsbedingun
gen, kann der Gärprozeß in der entsprechenden Kammer 2 effizient
ablaufen.
Um z. B. die Temperatur und/oder die Impfung des Gärgutes 39 zu
beeinflussen, ist jede Kammer 2 verbunden mit einem Heizkreis
lauf d, der entweder mit gereinigtem Abwasser oder mit frischem
Wasser betrieben wird. In diesem Kreislauf d sorgt eine Pumpe 23
dafür, daß das vorhandene Wasser durch einen Wärmetauscher 27
geführt wird. Über die Ventile 11 kann das im Heizkreislauf d
verwendete Medium entweder den Kammern zugeführt werden oder der
Gärkammer Flüssigkeit entzogen werden. Mit diesem Kreislauf kann
die Temperatur und die Biozönose in den einzelnen Kammern beein
flußt und gesteuert werden. Aus den dem Ablauf näher liegenden
Kammern, z. B. der Kammer 2 n, kann auch Gärgut 39 entnommen und
zur Impfung den dem Einlauf am nächsten liegenden Kammern, z. B.
der Kammer 2 I, zugeführt werden. Nährstoffe, pH-regelnde Substan
zen und andere Impfstoffe können über Mischer 35 dem Kreislauf d
zugegeben und in eine der Kammern 2 geführt werden.
Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist eine aero
be Hydrolysestufe vorgeschaltet. Bei dieser Ausführungsform kön
nen Nährstoffe wie z. B. Eisen, Nickel, Kobalt oder Molybdän
etc., pH-regelnde Substanzen und andere Impfstoffe in eine der
Kammern 2 geführt werden. Dies geschieht über einen Vorratsbehäl
ter 51, in den diese Stoffe eingegeben werden können. Aus dem
Vorratsbehälter 51 werden die Stoffe dann als Lösung mittels der
Pumpe 52 über die Leitung h und über den Mischer 35 dem Kreis
lauf d zugegeben und in eine der Kammern 2 geführt. Werden dem
Prozeß über die Zuleitung i kontaminierte Abfälle (z. B. Speise
reste aus Großküchen oder Schlachthofabfälle) beigegeben, müssen
diese aus seuchenhygienischen Gründen thermisch vorbehandelt wer
den. Dies geschieht je nach Abfallart und Anforderung des Gesetz
gebers im Durchlauf- oder Batch-Betrieb über den Mischer 35, die
Förderpumpe 23, den Kreislauf d und den Wärmetauscher bzw. Erhit
zer 27.
In Fig. 1 ist ein zylindrischer Fermenter 1 dargestellt, in des
sen Zentrum ein Rotor 5, der durch alle Kammern 2 hindurch geht,
dargestellt. An diesem Rotor sind in jeder Kammer einige Rühr
arme 10 befestigt, um das Abwasser stetig in Bewegung zu halten
und eine minimale Durchmischung in den einzelnen Kammern zu ge
währleisten.
In der in Fig. 1a dargestellten abgewandelten Ausführungsform
ist gezeigt, daß sich in der dem Zulauf a am nächsten gelegenen
Kammer durch Luftsauerstoffeintrag eine gesteuerte Versäuerung
(Hydrolyse) einstellt. Der Luftsauerstoff wird mit dem Gebläse
49 angesaugt und über die Leitung f den am Behälterboden verteil
ten Lufteintragsdüsen 50 bis 50 n zugeführt und in die Kammer 2 I
eingepreßt. Durch die Lufteinpressung wird eine exotherme, biolo
gische Reaktion eingeleitet, welche, ähnlich der aus der Klär
werkstechnik bekannten aerob-thermophilen Schlammstabilisierung,
den Fermenterinhalt auf die gewünschte Prozeßtemperatur erhöht.
Die geruchsbeladene Abluft wird über den Stutzen g einer Abluft
behandlung (z. B. Biofilter) zugeführt. Durch die Versäuerung und
Temperaturerhöhung werden größere organische Teile aufgelöst so
wie die mit Organik behaftenen Oberflächen von Störstoffen wie
Plastik etc. abgereinigt. Ein langsam laufendes Rührwerk 5 unter
stützt mit den durch die Paddel 10 eingeleiteten Scherkräften
die gleichmäßige Luftverteilung in der Kammer 2 I. Die aerob be
triebene Kammer 2 I wird von den nachfolgenden Kammern 2 II bis 2 n
durch eine gasdichte Trennwand 48 abgetrennt.
In Fig. 3 ist gezeigt, daß in der dem Zulauf a am nächsten lie
genden Kammer 2 I nebst Rührarm 10 auch noch eine Schaufel 6 am
Rotor befestigt ist. Diese Schaufel kann nach hinten winklig
verstellt werden. Fig. 3 zeigt ebenfalls, wie mit dieser winklig
nach hinten verstellbaren Schaufel zum einen die sich unten be
findenden Sinkstoffe 40 über eine zentral unterhalb der Mittel
achse des Fermenters 1 liegende Öffnung 7 in einen Sammelbehäl
ter 8 gebracht werden können. Auf diese Art können Sinkstoffe 40
wie z. B. Sand und Steine leicht entsorgt werden. Um das mit den
Sinkstoffen 40 mitgebrachte Wasser von denselben zu trennen, be
findet sich seitlich an diesem Sammelbehälter 8 ein Grobfilter
9.
Ist dieser Sammelbehälter 8 mit Sinkstoffen 40 gefüllt, wird der
Schieber 12 geschlossen. Nun wird der Sammelbehälter 8 via Grob
filter 9 in den Kreislauf d entwässert und die Sinkstoffe 40 mit
Schieber 13 in Behälter 14 I abgelassen. Auf diese Art wird die
Hauptmenge der Sinkstoffe 40 die schwerer sind als Wasser vom
verunreinigten Gärgut 39 getrennt und aus dem Fermenter 1 ent
fernt. Der Schieber 13 wird sodann wieder geschlossen und Schie
ber 12 geöffnet, um die durch Schaufel 6 angeförderten Sinkstof
fe 40 von neuem aus der Kammer 2 I zu entfernen.
Ebenfalls in dieser dem Zulauf a am nächsten liegenden Kammer 2 I
bilden sich je nach Art der Verunreinigung des Abwassers mehr
oder weniger Schwimmstoffe 41. Dieselbe Schaufel 6, die sich an
einem Rührarm 10 befindet und winklig nach hinten angeordnet ist
bringt diese Schwimmstoffe 41 über Öffnung 15 in den Sammelbehäl
ter 16.
Wie im Sammelbehälter 8 des schweren Schlammes 40 wird auch hier
der Sammelbehälter 16 mit Schwimmstoffen 41 gefüllt, und während
dieser Füllung wird über den Grobfilter 17 das Wasser von den
Schwimmstoffen 41 abgetrennt. Ist der Sammelbehälter 16 voll,
schließt man Schieber 18, läßt die im Sammelbehälter 16 befind
lichen Schwimmstoffe 41 abtropfen, öffnet den Schieber 19 und
läßt es in den vorhandenen Behälter 14 II gleiten. Darauf wird
Schieber 19 wieder geschlossen, Schieber 18 geöffnet und neuer
lich entstandene Schwimmstoffe 41 können in den Sammelbehälter
16 gefüllt werden.
Mit dem Heizkreislauf d wird die in den Sammelbehältern 8 und 16
vorhandene und über die Grobfilter 9 und 17 abgesonderte Flüssig
keit abgezogen. Mittels Anpassung der Druckverhältnisse im Heiz
kreislauf d werden die Grobfilter 9 und 17 während des Prozesses
rückgespült und gereinigt.
Um das kontaminierte Abwasser nun vom Einlauf a bis zum Auslauf
b von einer Kammer zur nächsten zu befördern, sind verschiedene
Mittel eingesetzt. Fig. 1 zeigt, daß das Fördermittel, welches
das Abwasser von der ersten Kammer 2 I in die zweite Kammer 2 II
befördert ein Zerkleinerer 28 sein kann. Das Abwasser kann aber
auch von einer Kammer zur nächsten mit einem Überlauf, einem
Deckel 29 oder einer Verbindung 30 in die nächste Kammer beför
dert werden.
Der Fluß vom Einlauf a zum Auslauf b ist immer gewährleistet,
weil der Füllstand beim Zulauf a höher ist, als beim Ablauf b.
Die Verbindungen zwischen den einzelnen Kammern 2 bilden Schie
ber 42, mittels welchen Öffnungen in den Trennwänden geöffnet
und verschlossen werden können. Solche Schieber ermöglichen es,
den Durchfluß zwischen den einzelnen Kammern 2 I-n kontrolliert
zu regeln, respektive an ganz bestimmten Stellen den Durchfluß
zu beeinflussen. Weitere Möglichkeiten der Verbindungen zwischen
den Kammern sind syphonartige Labyrinthe 33 und prallwandähnli
che Durchgänge 34 wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt sind.
Eine spezielle Art der Verbindung ist zwischen den Kammern 2 I
und 2II angeordnet. In der Kammer 2 I befinden sich normalerweise
noch immer grobe Feststoffe im Gärgut 39. Um den Prozeß in
Kammer 2 II verfeinern zu können wird zwischen den beiden Kammern
ein als Transportmittel wirkender Zerkleinerer 28 eingesetzt.
Wie Fig. 2 zeigt, kann ein erfindungsgemäßer Fermenter 1 auch
eine beliebige Form aufweisen. Aus fertigungstechnischen Gründen
wird er möglichst zylindrisch oder kubisch sein. In einem sol
chen Gerät wird in jeder Kammer 2 I-n vorzugsweise ein rohrförmi
ger, mit Heizmantel 22 versehener Wärmetauscher 21 eingebaut
sein. Durch den in der Mitte des Wärmetauschers 21 erzeugten Auf
trieb wird in einer Kammer 2 eine gewisse Umschichtung des Gär
gutes 39 erreicht. Diese Bewegung zur Umschichtung des Gärgutes
39 in einer Kammer 2 kann durch verschiedene Mittel erzeugt
werden.
Es ist z. B. denkbar, daß man wie in Fig. 2 in der Kammer 2 I
gezeigt der Kammer Gärgut 39 entnimmt, über eine Pumpe 23 führt
und im Zentrum des Wärmetauschers 21 der Kammer 2 I mit Druck
wieder zugibt. Auf diese Art wird die Geschwindigkeit des Flüs
sigkeitsstromes im Wärmetauscher 21 erhöht, der Wärmeübergang im
Wärmetauscher 21 intensiviert und gleichzeitig die Umschichtung
des Abwassers in dieser Kammer verbessert. Ob die Pumpe dabei
außerhalb des Fermenters 1 liegt, wie in der dem Zulauf a am
nächsten liegenden Kammer 2 I der Fig. 2 gezeigt ist, oder ob sie
wie in der Fig. 2 gezeigt in der zweiten Kammer 2 II innerhalb
des Gärgutes 39 montiert ist, ist dabei für deren Wirkung uner
heblich. Eine weitere Möglichkeit die Umschichtung in einer Kam
mer zu verbessern, ist das Einbauen einer Propellerpupmpe 31 im
Zentrum des Wärmetauschers 21. Die Wirkung, wie sie die Fig. 2
in Kammer 2 III zeigt, ist ähnlich der oben beschriebenen, mit
Pumpen 23.
In jeder Kammer, vor allem aber in der letzten Kammer 2 n, die
dem Ablauf b am nächsten liegt, bietet sich die Möglichkeit, das
Biogas am Gasdom 36 abzunehmen, und über ein Gebläse 38 direkt
ins Zentrum des Wärmetauschers 21 einzublasen. Durch den Ven
turi-Effekt entsteht in der Mitte des Wärmetauschers 21 eine
Strömung, die eine Durchmischung der ganzen Kammer zur Folge
hat. Unter Umständen kann dem Biogas an dieser Stelle auch Luft
sauerstoff zugemischt werden. Der beigemischte Luftsauerstoff
bewirkt die oben beschriebene Oxidation, um den Schwefelgehalt
des Gases zu reduzieren.
Die gasdichten Deckel 20 im Gasraum oben bildet eine Einheit mit
dem Wärmetauscher 21, welcher an diesem Deckel 20 befestigt ist.
Der Heizmantel 22 wird über diesen Deckel 20 mit einem Heizkreis
lauf e mit Heizmedium versorgt. Jede Einheit, am Deckel 20 befe
stigt, kann in jeder Kammer 2 I-n eingesetzt werden und ist aus
tauschbar. Die Vorrichtungen wie Pumpen 43, 44, Propellerpumpe
31 oder Gaszuführung 37 bilden zusammen mit dem Wärmetauscher 21
und dem Deckel 20 einen austauschbaren Monoblock.
Die Fig. 4 zeigt ein Anlagesystem, das insbesondere zur Verarbei
tung von organischen Feststoffen geeignet ist, welche einen
Trockensubstanz-Gehalt (TS-Gehalt) von 20 bis 40% aufweisen. Im
gesamten Prozeß werden diese Stoffe allerdings nach der im Vor
zerkleinerer 61 durchgeführten Vorzerkleinerung durch Rückver
dünnung mit Kreislaufwasser l auf einen TS-Gehalt von weniger
als 25% eingestellt. Da solche Anlagen größere Dimensionen
aufweisen, wird die Hydrolysestufe 1 (im Gegensatz zur Ausfüh
rungsform der Fig. 1a und 2a) vom Reaktor 1 I getrennt.
Die Hydrolysestufe 1 besitzt einen Hydrolysereaktor mit Rührwerk
und Antrieb sowie mit Belüftungseinheit und Entlüftung. Der sepa
rate Vergärungsreaktor (Mehrkammerreaktor) 1 I entspricht in al
len Teilen demjenigen, der in Fig. 1 gezeigt ist. Wegen der anzu
nehmenden Größe kann dieser Reaktor (im Unterschied zur Ausfüh
rungsform gemäß Fig. 1) mit einem zweiteiligen Rührwerk 5 I, 5 II
(jeweils mit Motorantrieb) versehen werden, dessen Antriebsein
heiten zentral in einem mittigen, begehbaren Antriebsschacht 3 I
angeordnet sind, welcher zugleich als Umlenkkammer dient.
Der Reaktor 1 I weist mindestens vier Umlenkkammern auf, die
durch Trennwände 3 voneinander abgetrennt sind. Jede Kammer ist
über einen Einstiegsschacht 54 begehbar.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ferner eine Materialver
schiebeeinrichtung vorgesehen. Sie weist einen Pumpbehälter 57
auf, welcher mit einer Gaspumpe 56 versehen ist. Die Gaspumpe 56
kann mittels (in der Zeichnung nicht dargestellten) Schiebern
sowohl als Ansaugpumpe (Unterdruck) als auch als Druckpumpe wir
ken. Als Hilfsfördermedium dient das in einem Gasspeicher 60 be
findliche Biogas, welches über eine Gaspendelleitung cI beför
dert wird.
Wird über den Behälter 57 Material angesaugt, wird zuerst über
die Pumpe 56 Unterdruck erzeugt (Vakuum) und dann der entspre
chende Schieber geöffnet. Zum Fördern wird zuerst mit der Druck
pumpe 56 auf den Behälter 57 Druck gegeben und anschließend das
entsprechende Förderventil 11 geöffnet, so daß das Substrat über
die Materialpendelleitung d in den Fermenter gedrückt wird. Über
den Behälter 57 werden auch die Sinkstoffe aus dem Fermenter 1 I
über die entsprechenden Ventile und die Leitung d in den Behäl
ter 57 gefördert. Die Schwerstoffe werden anschließend mit Über
druck über die Leitung dI in die Auffangwanne 63 gefördert.
Am Ausgang b des Fermenters 1 I wird das Faulgut durch mindestens
eine Entwässerungsanlage 59 in Rohkompost bI und Abwasser bII
getrennt. Das Abwasser wird in dem von einem Mischer 35 gebilde
ten Auffangbecken mittels der Pumpe 23 über die Leitungen 1 bis
1 IV den verschiedenen Mischstellen zugeführt. Die Nährstoffe wer
den vom Nährstofftank 51 über die Pumpe 52 und über die Leitung
h dem Mischer 35 zugeführt. Nötigenfalls kann Frischwasser oder
Betriebswasser zur Verdünnung über die Leitung m und über die
Leitungen 1 bis 1 IV dem Substrat zugeführt werden. Sämtliches
Verdünnungswasser wird zur Temperaturanhebung zunächst über den
Wärmetauscher 27 geführt.
Claims (22)
1. Verfahren zur Verwertung von organischen Abfällen, insbeson
dere von biologisch verunreinigten Flüssigkeiten und/oder
von Stoffen in fließfähiger Form, bei dem das Gärgut in ei
nem vorzugsweise liegend angeordneten Fermenter, welcher
unterhalb des Gasraumes durch Trennwände in einzelne Kam
mern unterteilt ist, vom Zulauf bis zum Ablauf von Kammer
zu Kammer kontrolliert geführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Kammern (2) zu einem gemeinsamen Gasraum (4) hin
offen sind, so daß der Fermenter (1) für das Biogas einen
gemeinsamen Gasraum (4) bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
die Kammern (2) abtrennenden Trennwände (3) so ausgebildet
sind, daß die einzelnen Kammern (2) mit Vorrichtungen wie
Heizungen, Rührwerken, Ventilen und/oder Schiebern ausgerü
stet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in die erste Kammer Frischluft (f) zugeführt werden
kann, so daß die erste Kammer als anaerober Hydrolysereak
tor gefahren werden kann.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß einer, mehreren oder allen Kammern Nähr
stoffe (51) zuführbar sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß kontaminierte Abfallstoffe über eine
Zuführung in einen Mischer geführt werden.
6. Vorrichtung zur Verwertung von organischen Abfällen, insbe
sondere von biologisch verunreinigten Flüssigkeiten und/oder
Stoffen in fließfähiger Form, bestehend aus einem vor
zugsweise liegend angeordneten Fermenter, welcher unterhalb
des Gasraumes durch Trennwände in einzelne Kammern unter
teilt ist, wobei das Gärgut vom Zulauf bis zum Ablauf von
Kammer zu Kammer kontrolliert geführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Kammern (2) zu einem gemeinsamen Gasraum (4) hin
offen sind, so daß der Fermenter (1) für das Biogas einen
gemeinsamen Gasraum (4) bildet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die die Kammern (2) abtrennenden Trennwände (3) so ausge
bildet sind, daß die einzelnen Kammern (2) mit gleichen
oder unterschiedlichen Vorrichtungen wie Heizungen, Rühr
werken, Ventilen und/oder Schiebern ausgerüstet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Fermenter (1) ein Zirkulationskreislauf (d) mit
schaltbaren Ventilen zu jeder Kammer (2), einem Mischer
(35) und einem Wärmetauscher (27) angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Fermenter (1) eine zylindrische Form
hat und in seiner Längsachse einen zentral angeordneten und
drehbar gelagerten und angetriebenen Rotor (5) aufweist,
der alle Kammern (2) durchquert.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Rotor (5) im Bereich einer dem Zulauf
nahe liegenden Kammer (2) mit Schaufeln (6) bestückt ist,
die mit dem Rotor (5) drehen und zum Radius entgegen der
Drehrichtung nach hinten winklig verstellbar angeordnet
sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß sich im Bereich einer dem Zulauf (a) nahe
liegenden Kammer (2 n) zentral unterhalb der Mittelachse des
Fermenters (1) eine in einen Sammelbehälter führende Öff
nung (7) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß sich im Bereich einer dem Zulauf (a) nahe
liegenden Kammer (2 n) auf der Höhe des Füllstandes eine tan
gentiale, in einen Sammelbehälter führende Öffnung (7) ange
ordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Sammelbehälter seitlich einen Grobfil
ter aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Rotor (5) mit Rührarmen ausgestattet
ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß jede durch eine Trennwand (3) definierte
Kammer (2) mit einem Monoblock ausgerüstet ist, welcher min
destens aus einem gasdicht verschließbaren Deckel (20) und
einem rohrförmigen, mit Heizmantel (22) versehenen Wärmetau
scherelement (21) besteht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
sich auf der zentralen Achse des rohförmigen Wärmetauscher
elementes (21) eine Fördervorrichtung (31, 38, 43, 44) be
findet.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch ge
kennzeichnet, daß in die erste Kammer (2 I) Frischluft (f)
zuführbar ist, so daß der Inhalt der ersten Kammer als an
aerober Hydrolysereaktor gefahren werden kann.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Kammer (2 I) durch eine Trennwand (48) vom Gasraum
der nachfolgenden Kammern (2) gasdicht abgeschlossen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, gekennzeich
net durch einen Mischer (35), dem Nährstoffe (51) beimisch
bar sind und durch den jede Kammer (2) mit Nährstoffen ver
sorgt werden kann.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
kontaminierte Abfallstoffe über eine Zuführung (i) in den
Mischer (35) geführt werden können.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch ge
kennzeichnet, daß dem Fermenter eine Hydrolysestufe (1) vor
geschaltet ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 21, gekennzeich
net durch eine Materialverschiebeeinrichtung.
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