DE19649963A1

DE19649963A1 - Verfahren und Anlage zur Verwertung von organischen Abfällen

Info

Publication number: DE19649963A1
Application number: DE1996149963
Authority: DE
Inventors: Petra Dr Rabe; Rolf Ruediger Jessen
Original assignee: BIOPHIL GmbH; Mueller & Jessen GmbH
Current assignee: BIOPHIL GmbH; Mueller & Jessen GmbH
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1998-06-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur gleichzeitigen Verwertung von strukturarmen und strukturreichen organischen Abfällen, mit der die verschiedensten Abfallchargen verarbeitet werden können und die flexibel an die anfallenden Abfallmengen und -arten anpaßbar ist.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein entsprechendes Verwertungsverfahren.

Organische Abfälle treten in unterschiedlicher Form und Zusammensetzung in Kommunen und der Industrie auf, die problemlos getrennt gesammelt werden können:

- organische Bestandteile aus der Hausmülltonne,
- Grünschnitt und andere Baumabfälle (Zweige aus Gartenbau, Parks und Straßenbepflanzung),
- saubere Holzabfälle wie z. B. Schalhölzer vom Bau und Paletten aus dem Handel,
- durch Imprägniermittel (z. B. Teeröle und Formaldehyd) und Farben verunreinigte Holzabfälle aus dem Bauabriß, aber auch von alten Gleisanlagen,
- durch Teeröle, Mineralölkohlenwasserstoffe oder andere organische Stoffe verunreinigte Böden,
- Speisereste und Lebensmittelabfälle aus Großküchen, Schlächtereien, Großmärkten sowie anderen lebensmittelherstellenden und -verarbeitenden Unternehmen,
- Klärschlamm
- Fette, organische Lösungsmittel und andere organische Reststoffe aus der Chemie, Pharmazie und Kosmetik.

Die Ablagerung von biologisch abbaubaren Abfällen auf Deponien führt zu Gefährdungen und Umweltbeeinträchtigungen und wird deshalb zunehmend durch Gesetze und Bestimmungen eingeschränkt bzw. unterbunden; deshalb werden sie zunehmend biologisch verwertet.

Die biologischen Verfahren weisen den Vorzug auf, daß sie den in der Natur ablaufenden Abbauprozessen sehr nahe kommen und damit auch die geringsten Veränderungen in der Stoffbilanz der Natur bewirken. Lignine und Humusstoffe bleiben erhalten. Die Produkte der biologischen Verfahren können in unterschiedlicher Form wieder dem Nahrungskreislauf zugeführt werden. Da biologische Verfahren eine geringere Abbaugeschwindigkeit als thermische Verfahren aufweisen, ist für ihre Realisierung ein größeres Lager- oder Reaktorvolumen erforderlich. Der technische Aufwand ist jedoch im allgemeinen wesentlich geringer, wodurch die Behandlungskosten deutlich unter denen thermischer Verfahren liegen.

Zur biologischen Abfallverwertung werden zwei biotechnologische Grundoperationen angewendet, die ihre spezifische Wirkung und ihr bevorzugtes Anwendungsgebiet haben:

- Kompostierung
- anaerobe Biomethanisierung (Gärung).

Die Kompostierung bietet sich vor allem zur Umwandlung fester organischer Abfallstoffe in humushaltige Boden verbesserer an. Mit ihr können vorwiegend strukturreiche, schwer abbaubare Stoffe wie Gras, Holz oder Baumschnitt abgebaut werden. Der Rotteprozeß verläuft sehr langsam. Bei ungenügender Belüftung oder zu hoher Feuchtigkeit kippt der Prozeß und die erwünschte Humusbildung unterbleibt. Es kommt zu Geruchsbelästigungen. Deshalb ist zur Kompostierung ein erheblicher Aufwand an Misch- bzw. Kompressionsenergie zur Belüftung erforderlich. Andererseits führt die Selbsterwärmung des Kompostes in der ersten Rottephase zu einer Hygienisierung der Abfälle. Es fällt eine große, kaum nutzbare Abwärmemenge an. Die Belüftung des Kompostes führt zu Masseverlusten, die insbesondere durch die Verdunstung des Wassers, aber auch durch die Umwandlung von organischer Substanz in CO₂ und Wasser verursacht werden.

Komposte werden zur Bodenverbesserung in der Landwirtschaft, im Gartenbau, zur Bodensanierung, Rekultivierung von Böden und Deponieabdeckung eingesetzt.

Der anaerobe Biogasprozeß (Gärung) ist besonders für strukturarme, leicht abbaubare, feuchte Abfälle geeignet. Mit ihm wird die insgesamt bestmögliche Verwertung organischer Substanz erreicht. Diese wird vorwiegend in Methan und nur zum geringeren Teil in Kohlendioxid umgewandelt. So wird z. B. in DE-A1-44 46 661 ein Verfahren und eine Anlage zur anaeroben Aufbereitung von Lebensmittelabfällen beschrieben.

Mit dem Biogas steht ein dem Erdgas adäquater, wertvoller regenerativer Energieträger zur Verfügung, der sich zur Gewinnung von Elektroenergie in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) eignet.

Es sind auch Verfahren zur biologischen Abfallverwertung bekannt, die Kompostierung und Gärung kombinieren. In diesen Verfahren schließt sich die Kompostierung der Feststoffe an die Biogasgewinnung an (z. B. HGG-Verfahren, LINDE-KCA-Verfahren) oder die Kompostierung erfolgt als erste und dritte Stufe vor und nach der Biogasgewinnung (3A-Verfahren) (vgl. "Arbeitskreis für die Nutzbarmachung von Siedlungsabfällen e.V.", Heft 29, Oktober 1994, S. 61- 77).

Diese Verfahren und Anlagen haben allerdings den Nachteil, daß sie nicht an verschieden anfallende Abfallmengen und unterschiedliche Abfallchargen anpaßbar sind, da Kompostierung und Biogasgewinnung nicht unabhängig voneinander betrieben werden können und Reststoffe anfallen, die weiter zu behandeln oder zu entsorgen sind.

Ein weiterer Nachteil der bekannten zwei- oder dreistufigen Verfahren, die sowohl die Kompostierung als auch die anaerobe Behandlung beinhalten, besteht darin, daß bei ihnen jeweils ein Teil der Stoffe in der ersten Stufe eine nicht optimale Behandlung erfährt:

1. Besteht die erste Stufe aus einer anaeroben Biomethanisierung, passieren die schwer abbaubaren, strukturreichen Bestandteile diese Stufe ohne einen wesentlichen Abbaueffekt; für sie wird zusätzlicher Reaktorraum benötigt, wodurch die Behandlungskosten steigen. Andererseits verursachen sie zusätzlich Schwierigkeiten bei der Prozeßführung:
Schwimmdecken- oder Sinkstoffbildung. Behinderung der vollständigen Durchmischung und homogener Verhältnisse hinsichtlich Temperatur und Konzentrationen im Anaerobreaktor. Damit werden aufwendigere Reaktorkonstruktionen, ein erhöhter Energieeinsatz und steigende Betriebskosten für aufwendige Reinigungszyklen notwendig.
2. Ist die erste Stufe eine Kompostierung (aerob), werden wesentliche Teile der leichtabbaubaren, strukturarmen organischen Substanz in Kohlendioxid und Wasser abgebaut und gehen der anaeroben Bildung von Biogas verloren, wodurch die Effektivität der energetischen Nutzung verringert wird. Weiter besteht in einer streng aeroben ersten Stufe die Gefahr, daß die hier gegen Ende des Aerobprozesses bei zunehmendem Sauerstoffmangel gebildeten Fettsäuren eine ungünstige Zusammensetzung für die Methanisierung aufweisen, z. B. einen zu hohen Anteil an Milchsäure oder Propionsäure, die die nachfolgende Methanisierung behindern und teilweise zu schwerwiegenden Störungen des Anaerobprozesses bis hin zu seinem völligen Erliegen führen. Die Folge sind erhebliche Geruchsprobleme und eine verminderte Biogasmenge und -qualität.
Weiterhin stellt in der ersten Stufe die Beimischung von für das jeweilige biologische Verfahren ungeeigneten Stoffen gewissermaßen eine "Verdünnung" bzw. "Verunreinigung" dar. Damit ist der Einsatz von intensiv arbeitenden Hochleistungs-Bioreaktoren in dieser Kopfiguration in der ersten Stufe nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung war es deshalb, eine Anlage zur Verwertung von organischen Abfällen bereitzustellen, mit der es möglich ist, unterschiedlich zu behandelnde Abfallchargen wie Speisereste und Lebensmittelabfälle, z. B. aus Großküchen und Schlächtereien, Fette, organische Lösungsmittel und andere organische Reststoffe aus der Chemie, Pharmazie und Kosmetik, organische Bestandteile der Biotonne aus Haushalten, Grünschnitt und Baumabfälle, saubere und verunreinigte Holzabfälle sowie verunreinigte Böden zu Biogas, Kompost und Flüssigdünger optimal und effektiv in biologischen Hochleistungsreaktoren zu verarbeiten. Die Anlage soll flexibel an die Abfallmengen und Abfallchargen anpaßbar sein und gewünschtenfalls transportabel. Die eingesetzten Hochleistungs-Bioreaktoren sollen möglichst einfache Reaktorkonstruktionen aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Anlage gemäß der Ansprüche 1-6 gelöst, bei der der Abfallstrom für die Kompostierung und Biogasgewinnung parallel geführt wird, so daß Biogasgewinnung und Kompostierung kombiniert und auch unabhängig voneinander eingesetzt werden können, wodurch eine effektive energetische Nutzung und Verwertung der Abfälle gewährleistet ist. Voraussetzung für das Funktionieren der erfindungsgemäßen Anlage und des dazugehörigen Verfahrens ist es, daß in der Biogasanlage 1 die Abfälle verwertet werden, die leicht verderblich und fast hundertprozentig abbaubar sind. Dadurch entsteht im Ergebnis mineralstoffhaltiges Wasser, das fast keine Feststoffe mehr enthält. Dieses Gärsubstrat wird im Tank 3 gesammelt.

Die Abfälle, die strukturreiche und damit schwer abbaubare Bestandteile enthalten, werden den Kompostierungsanlagen 5 und 6 zugeführt, die durch den Ablauf der Biogasanlage aus dem Tank 3 mit zusätzlichen Nährstoffen zur Kompostbeschleunigung versorgt werden. Strukturreiche organische Abfälle, z. B. Pappe, Holz und Grünschnitt, die bei der Kompostierung keine Probleme bereiten, können nach einer entsprechenden Aufbereitung, wie gegebenenfalls Shreddern und Extrudieren, in einer gewöhnlichen Mietenkompostierungsanlage 5 problemlos zu Qualitätskompost verarbeitet werden. Je nach Stickstoffgehalt des zu kompostierenden Materials, der z. B. in Abhängigkeit vom Grünschnitt variieren kann, wird mehr oder weniger Gärreststoff aus dem Tank 3 als Nährstoffquelle und Kompostbeschleuniger über die Rohrleitungen 4 und 4a zugeführt.

Problematische Stoffe, wie verunreinigte Holzabfälle und Böden, geruchsbelastete Abfälle oder sehr schwer abbaubare Abfälle und strukturreiche Abfälle aus der Biotonne werden nach entsprechender Vorbehandlung wie gegebenenfalls Shreddern, Extrudieren in einem geschlossenen, belüfteten Kompostreaktor 6 unter Zusatz speziell gezüchteter schadstoffabbauender Mikroorganismen und von Gärreststoff aus dem Tank 3 in einem Verfahrensschritt gereinigt und kompostiert. Der aufwendigere Kompostreaktor 6 ist hier erforderlich, um die für den sicheren Abbau der Schadstoffe notwendigen Bedingungen wie Feuchtigkeit, Belüftung, optimale Temperatur im gesamten Material gleichmäßig zu erzeugen und eine gezielte biotechnologische Prozeßführung bei hohen Abbaugeschwindigkeiten zu sichern.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, den Kompostreaktor 6 zur Kompostierung von "sauberen" strukturreichen Abfällen zu nutzen, wenn z. B. die Anlage wegen Platzmangel wenig Fläche beanspruchen darf oder wegen Lärmbelästigung eingehaust werden muß. In diesem Fall wird der Kompostreaktor 6 über die Zuleitung 14 mit nichtverunreinigtem Holz versorgt, über die Zuleitung 27 mit Pappe und über die Zuleitung 28 mit Grünschnitt.

Leicht abbaubare Abfälle und Klärschlamm werden gegebenenfalls nach Homogenisierung in einem Homogenisator 16 in der Biogasanlage 1 vergoren. Die Biogasanlage kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein, also neben der Vergärung auch eine vorgeschaltete Hydrolyse beinhalten. Vorzugsweise beinhaltet die Biogasanlage mindestens einen üblichen Hydrolysereaktor und einen oder zwei Biogasreaktoren. Auch ein oder mehrere Hygienisierungsreaktoren können dem Hydrolysereaktor vorgeschaltet sein. Als Biogasanlage wird also erfindungsgemäß eine im Stand der Technik bekannte Anlage eingesetzt.

Das entstehende Biogas wird in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) in Elektroenergie und thermische Energie umgewandelt. Das mineralstoffhaltige Wasser aus dem Tank 3 wird entsprechend dem Bedarf zum Teil den Kompostierungsanlagen 5 und/oder 6 zugeführt oder als Flüssigdünger in der Landwirtschaft verwendet.

In Abb. 1 ist eine erfindungsgemäß bevorzugte Anlage zur Verwertung von organischen Abfällen dargestellt. Die einzelnen Anlagenteile, wie z. B. Homogenisator, Biogasanlage, Shredder und Extruder sind aus dem Stand der Technik bekannt und kommerziell erhältlich.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Verwertung von organischen Abfällen mit der vorstehend beschriebenen Anlage gemäß den Verfahrensansprüchen 7 bis 14. Es wird deutlich, daß erfindungsgemäß nicht nur Flüssiggas, Flüssigdünger und Qualitätskompost entstehen, sondern in einem an die Kompostierung angeschlossenen Verfahrensschritt auch ein Pflanzsubstrat hergestellt werden kann. Dazu wird der in den Kompostierungsanlagen 5 und/oder 6 erhaltene Kompost im Mischer 24 mit quellfähigen organischen Polymeren und gegebenenfalls lehm- oder tonhaltigen Materialien zu einem fertigen Pflanzsubstrat vermischt. Gegebenenfalls kann noch geshreddertes und extrudiertes Holz aus dem Extruder 19 zugefügt werden. Als Polymere werden vorzugsweise vernetzte Acrylamid/ Acrylsäurpolymerisate zugefügt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Pflanzsubstrat so gemischt, daß es zu 30 bis 85 Vol.% aus cellulose- und/oder ligninhaltigen porösen Faser besteht, zu 3,5 bis 30 Vol.% aus Polymeren im vorgequollenen Zustand, zu 12 bis 40 Vol.% aus Kompost und zu 3 bis 20 Vol.% aus Ton. Gegebenenfalls kann auch bereits Dünger zugemischt werden. Dieses Substrat wird anschließend in der Landwirtschaft oder dem Gartenbau als wasserspeichernden Substrat, insbesondere für Pflanzungen in wasserarmen Böden, verwendet.

Bezugszeichenliste

1

Biogasanlage

2

Zuführung

3

Tank für das Gärsubstrat

4

Zuführung

4

a Zuführung

4

b Zuführung

5

Mietenkompostierungsanlage zur Kompostierung von strukturreichen organischen Abfällen

6

geschlossene Kompostie rungsanlage zur Kompo stierung von gegebenenfalls verunreinigten strukturreichen organischen Abfällen

7

Zuführung

8

Zuführung

9

Zuführung

9

a Entpackungsanlage für Lebensmittelabfälle

10

Zuführung

11

Zuführung

12

Zuführung

13

Zuführung

13

a Trennungsanlage für Abfälle aus der Biotonne

14

Zuführung

15

Zuführung

16

Homogenisator

17

Shredder

18

Shredder

19

Extruder

20

Extruder

21

Sieb

22

Zuführung

23

Zuführung

24

Mischanlage

25

Zuführung

26

Zuführung

27

Zuführung

28

Zuführung

Claims

1. Anlage zur Verwertung von organischen Abfällen durch Kombination von Vergärung und Kompostierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Biogasanlage (1) zur Vergärung von strukturarmen organischen Abfällen beinhaltet, die über eine Rohrleitung (2) mit einem Tank für das Gärsubstrat (3) verbunden ist, und dieser Tank (3) mittels einer Rohrleitung (4) mit einer Mietenkompostierungsanlage zur Kompostierung von strukturreichen organischen Abfällen (5) und/oder einer geschlossenen Kompostie rungsanlage zur Kompostierung von gegebenenfalls verunreinigten strukturreichen organischen Abfällen und Abfällen aus der Biotonne (6) verbunden ist.

2. Anlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Biogasanlage (1) ein Homogenisator (16) vorgeschaltet ist, der eingangsseitig mit den Zuführungen (8) und/oder (9) verbunden ist.

3. Anlage gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mietenkompostierungsanlage (5) ein Shredder (17) und/oder ein Extruder (19) vorgeschaltet ist, wobei der Shredder (17) eingangsseitig mit der Zuführung (10) verbunden ist und der Extruder (19) eingangsseitig mit den Zuführungen (10) und (11) verbunden ist.

4. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossenen Kompostierungsanlage (6) ein Shredder (18) und/oder ein Extruder (20) und/oder ein Sieb (21) vorgeschaltet ist, wobei der Shredder (18) eingangsseitig mit den Zuführungen (13) und/oder (14) verbunden ist, der Extruder (20) eingangsseitig mit den Zuführungen (25) und/oder (27) verbunden ist und das Sieb (21) eingangsseitig mit der Zuführung (15) verbunden ist.

5. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mietenkompostierungsanlage (5) mittels einer Abführung (22) und/oder die geschlossene Kompostierungsanlage (6) mittels einer Abführung (23) mit einer Mischanlage (24) verbunden sind.

6. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (26) den Extruder (19) und die Mischanlage (24) verbindet.

7. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Biogasanlage (1) direkt mit der Zuführung (7) verbunden ist, die Mietenkompostierungsanlage (5) direkt mit der Zuführung (12) und die geschlossene Kompostierungsanlage (6) direkt mit der Zuführung (28).

8. Verfahren zur Verwertung von organischen Abfällen mittels eines kombinierten Kompostierungs- und Vergärungsverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Anlage gemäß der Ansprüche 1 bis 6 strukturarme und flüssige organische Abfälle in einer Biogasanlage (1) vergärt werden, das verbleibende Gärsubstrat als Nährstoffquelle aus dem Tank (3) über die Rohrleitung (4a) einer Mietenkompostierungs anlage (5) zugeführt wird, die zur Kompostierung von strukturreichen organischen Abfällen dient, und/oder über die Rohrleitung (4b) einer geschlossenen Kompostierungsanlage (6) zugeführt wird, die zur Kompostierung von gegebenenfalls verunreinigten strukturreichen organischen Abfällen und von Abfällen aus der Biotonne dient, und so ein vollständiger Abbau der organischen Abfälle zu Biogas, Flüssigdünger und Kompost erfolgt, wobei der Kompost anschließend gegebenenfalls über die Zuführungen (22) und (23) in eine Mischanlage (24) befördert und dort mit Zuschlagstoffen und gegebenenfalls über die Zuführung (26) mit geshreddertem und extrudiertem Holz aus dem Extruder (19) versetzt wird, so daß ein Pflanzsubstrat erhalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturarmen und flüssigen organischen Abfälle, die in der Biogasanlage (1) vergärt werden, Speisereste, Lebensmittelabfälle, Fette, Abwässer, Klärschlämme und Abfälle aus Chemie, Pharmazie und Kosmetik sind.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturreichen organischen Abfälle, die in der Mietenkompostierungsanlage (5) oder in der geschlossenen Mietenkompostierungs anlage (6) kompostiert werden, nichtverunreinigte Abfälle wie Holz, Holzschnitzel, Pappe und Grünschnitt sind.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verunreinigten strukturreichen organischen Abfälle, die in der geschlossenen Kompostierungsanlage (6) kompostiert werden, Problemabfälle sind, wie verunreinigte Böden, verunreinigte Holzabfälle und geruchsbelastete Abfälle.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoffe in die Mischanlage (24) quellfähige organische Polymere und gegebenenfalls lehm- oder tonhaltige Materialien gegeben werden.

13. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Biogasanlage (1) über die Zuführung (7) die strukturarmen und flüssigen organischen Abfälle aus Chemie, Pharmazie und Kosmetik sowie die Abwässer zugeführt werden sowie über die Zuführung (8) die Speisereste und über die Zuführung (9) die, gegebenenfalls in der Anlage 9a entpackten, Lebensmittel abfälle eingespeist werden, wobei die Speisereste und Lebensmittelabfälle vor dem Eintrag in die Biogasanlage (1) gegebenenfalls im Homogenisator (16) homogenisiert werden.

14. Verfahren nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mietenkompostierungsanlage (5) über die Zuführung (10) Holz, über die Zuführung (11) Pappe und über die Zuführung (12) Grünschnitt zugeführt werden, wobei das Holz vor dem Eintrag in die Mietenkompostierungsanlage (5) gegebenenfalls im Shredder (17) geshreddert und/oder im Extruder (19) extrudiert wird und auch die Pappe vor dem Eintrag in die Mietenkompostierungsanlage (5) gegebenenfalls im Extruder (19) extrudiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossenen Kompostierungsanlage (6) die strukturreichen Abfälle aus der Biotonne über die Zuführung (13), gegebenenfalls nach Sichtung, Sortierung und Trennung in der Anlage (13a), zugeführt werden, über die Zuführung (14) verunreinigtes Holz und über die Zuführung (15) die Problemabfälle einschließlich der verunreinigten Böden eingespeist werden, wobei das verunreinigte Holz vor dem Eintrag in die geschlossene Kompostierungsanlage (6) gegebenenfalls im Shredder (18) geshreddert und/oder im Extruder (20) extrudiert wird und die Problemabfälle vor dem Eintrag in die geschlossene Kompostierung (6) durch ein Sieb (21) geleitet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossenen Kompostierungsanlage (6) nichtverunreinigte Abfälle zugeführt werden, wobei über die Zuführung (14) Holz, über die Zuführung (27) Pappe und über die Zuführung (28) Grünschnitt eingespeist wird, wobei das Holz vor dem Eintrag in die Anlage (6) gegebenenfalls im Shredder (18) geshreddert und/oder im Extruder (20) extrudiert wird und auch die Pappe vor dem Eintrag in die Anlage (6) gegebenenfalls im Extruder (20) extrudiert wird.