DE19717669A1 - Verfahren zur Schwermetallentfrachtung von biogen-organischen Substraten - Google Patents

Verfahren zur Schwermetallentfrachtung von biogen-organischen Substraten

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwermetallentfrachtung von biogen­ organischen Substraten unter Anwendung von Methoden der Elektrolyse und Einsatz von speziellen Opferanoden, wie es bei der stofflichen Verwertung von biogen­ organischen Roh-, Rest- und Abfallstoffen benötigt wird.
Das Entfrachten von Roh-, Rest- und Abfallstoffen von Stör- und Schadstoffen hat sich im Zuge des unerläßlichen Übergangs zur abfallarmen Kreislaufwirtschaft zu einem zentralen Thema der Abfallwirtschaft entwickelt. Dafür sind mehrere objektive Zwänge verantwortlich, von denen die Verknappung der verfügbaren Rohstoff- und fossilen Brennstoffressourcen sowie die zunehmenden Kosten für das ökologisch unbedenkliche Endablagern von Abfällen von größter Bedeutung sind. Für kontaminierte anorganische Rest- und Abfallstoffe wurden bereits viele geeignete technische Lösungen zur Schadstoffentfrachtung und Wiederverwertung entwickelt. Deshalb sind insbesondere in urbanen Ballungsräumen beachtliche Wiederverwertungsraten bei gleichzeitigem Rückgang der entsprechenden Deponieinanspruchnahme zu verzeichnen.
Eine völlig andere Situation zeigt sich bei der Verwertung kontaminierter organischer Rest- und Abfallstoffe.
Alle thermischen Verfahren, die bei der Behandlung von kontaminierten anorganischen Substraten durchaus zur Gewinnung von stofflich in den Wirtschaftskreislauf rückführbaren Produkten führen, erweisen sich für die Behandlung von organischen Substraten als ungeeignet, wenn neben einer energetischen Nutzung auch die stoffliche Wiederverwertung beabsichtigt ist. Organische Substrate aus der landwirtschaftlichen Stallhaltung von Nutztieren weisen beispielsweise im allgemeinen markante Gehalte an Kupferverbindungen infolge der Anwendung von Klauenpflegemitteln und an Zinkverbindungen infolge der Anwendung von verzinkten Stalleinbauten auf. Für die Metall-Entfrachtung dieser Substrate in Form von Stallmist, Jauche und Gülle sind bisher technische Lösungen nicht verfügbar, weshalb gegebenenfalls eine Metallanreicherung auf den mit diesen Organik-Düngern versorgten Nutzflächen in Kauf genommen werden muß.
Ein anderes Beispiel stellt die Verwertung von kommunalen Klärschlämmen dar. Die wechselnden Gehalte an Schwermetallverbindungen, insbesondere der Verbindungen von Arsen, Blei, Cadmium, Crom, Quecksilber und Zink erschweren die stoffliche Nutzung dieser Substrate, die zugleich neben organischen und humusbildenden Bestandteilen auch beachtliche Gehalte an Calcium-, Kalium-, Magnesium-, Phosphor- und Stickstoffverbindungen als wichtige Pflanzennährstoffe aufweisen. Mangels geeigneter technischer Lösungen für die Schwermetallentfrachtung erfolgt derzeit neben einer thermischen Behandlung zur Nutzung des Energieinhaltes und zur Senkung der Deponieinanspruchnahme in erster Linie die Endablagerung in teilentwässerter Form. Bei der thermischen Behandlung von schwermetallhaltigen organischen Substraten werden die freigesetzten Schadstoffe entweder aus den Rauchgasen abgeschieden oder in den festen Verbrennungsrückständen eluatfest eingebunden.
Nutzbare Metall-Entfrachtungsergebnisse wurden bisher auch mit technischen Lösungen erreicht, die das Bepflanzen kontaminierter organischer Substrate, die Anreicherung von Metallverbindungen in den Pflanzenwurzeln und das anschließende Behandeln der Wurzelmasse vorsehen.
Bekannt ist auch, daß das Mobilisieren der überwiegend an die organische Matrix gebundenen Metallverbindungen den Einsatz hochoxidativer Mineralsäuren erfordert, um anschließend die Fällung der mobilisierten Metalle durch geeignete Flockungs- bzw. Fällungsmittel zu ermöglichen. Diese Art des Vorgehens scheidet aber im Zusammenhang mit der stofflichen Nutzung der organischen Matrix aus.
Den bekannten technischen Lösungen zur Schwermetallentfrachtung von organischen Substraten haften entscheidende Mängel an. Entweder sind die bekannten Lösungen zugleich mit der energetischen Verwertung der organischen Substanz und der Verlagerung des Problems der Entfrachtung in den Bereich der anfallenden Rauchgase oder in den Bereich der anfallenden festen Verbrennungs-/Verschwelungs-Rückstände verbunden oder es sind zeit- und flächenbeanspruchende Vegetationsprozesse in Kauf zu nehmen. Der Einsatz von Mineralsäuren, Flockungsmitteln und Neutralisierungszusätze ist nicht nur mit einem erheblichen Kostenaufwand sondern auch für das Sichern der erforderlichen Prozeduren, beispielsweise für das Losen der Metallverbindungen von der organischen Matrix, für das Trennen von organischer Matrix und Flüssigphase oder für das Trennen von Flüssigphase und metallhaltigem Niederschlag beziehungsweise für das Neutralisieren der entfrachteten Produkte, verbunden.
Eine technische Lösung für die rationelle Entfrachtung organischer Substrate von enthaltenen Schwermetallverbindungen als Voraussetzung für die erneute stoffliche Nutzung dieser Substrate im Wirtschaftskreislauf ist bisher noch nicht verfügbar.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb im Schaffen einer technischen Lösung, die die Mängel des bekannten Standes der Technik nicht mehr aufweist.
Eine handhabbare technische Lösung für das Entfrachten von organischen Substraten von Schwermetallen soll zur Vermeidung ungewollter biologischer Prozesse möglichst unter Ausschluß von Luftsauerstoff im geschlossenen technischen System realisiert werden können. Aus überwachungstechnischen und ökologischen Gründen soll darüber hinaus die isolierte Metallfracht in möglichst konzentrierter Form für eine anschließende Nachbehandlung, Verwertung und/oder Entsorgung bereitgestellt werden können.
Nach Möglichkeit soll die zu schaffende technische Lösung mit Verfahrensschritten verbunden sein, die sich auch aus anderen Gründen technische und wirtschaftlich rechtfertigen, wodurch der zu betreibende Aufwand für das Anwenden einer Lösung für das Schwermetallentfrachten auf ein hinnehmbares Maß beschränkt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch die schutzbegründenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Danach werden in einem ersten Verfahrensschritt die von Schwermetallen abzureichernden biogen-organischen Substrate mit wenigstens 0,7 Masseteilen tierische Exkremente vermischt, wobei sich das Masseverhältnis nach den Gehalten an organischer Trockensubstanz bestimmt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird den Mischungskomponenten vor oder nach der Vermischung Prozeßwasser in einem solchen Verhältnis zugesetzt, daß im Substratgemisch ein Trockensubstanzgehalt von maximal 12,9 Masse-% nicht überschritten wird. In einem dritten Verfahrensschritt wird das Einsatzgemisch aus abzureichernden biogen-organischen Substraten und tierischen Exkrementen und Prozeßwasser einer anaeroben Behandlung unterzogen. Danach wird der gewonnene fermentierte Gärrückstand einer elektrolytischen Nachbehandlung unterworfen, bei der störende Schwermetalle kathodisch abgeschieden werden.
Vorzugsweise erfolgt auch die Nachbehandlung des Gärrückstandes ebenfalls unter anaeroben Bedingungen, wobei in einem dafür genutzten Nachbehandlungsreaktor zugleich eine Schwefelabscheidung aus dem anfallenden Methan-/Kohlendioxid-Gemisch, das Abkühlen und das Nachentgasen des Gärrückstandes vorgesehen werden kann.
Es ist möglich, die anaerobe Behandlung des Einsatzgemisches bei Temperaturen zwischen 35 und 55°C durchzuführen. Dazu lassen sich erprobte Fermentationsverfahren sowohl im mesophilen als auch im thermophilen Bereich anwenden.
Bevorzugt werden solche Fermentationsverfahren angewendet, bei denen eine anaerobe Behandlung des Einsatzgemisches über eine Dauer von 200 Stunden auch für Teilströme des Einsatzgemisches nicht unterschritten wird.
Die anaerobe Behandlung des Einsatzgemisches erfüllt dabei mehrere Funktionen. Sie dient nicht nur der Auflösung der Grobstruktur der anaerob zu behandelnden organischen Materialien und deren wirksamer Hygienisierung sondern zugleich der Zerstörung der geruchsintensiven organischen Substanzen sowie der Umwandlung von organischen Anteilen des Einsatzgemisches zu gasförmigem Methan das zur Abdeckung der erforderlichen Prozeßenergie sowie zur Bereitstellung von überschüssiger Gebrauchsenergie für externer Zwecke genutzt wird. Eine wesentliche Funktion der anaeroben Behandlung des Einsatzgemisches dient unter Vermeidung von Stickstoffverlusten der Reduzierung von gelöstem Ammoniak im Einsatzgemisch, indem im Zuge der anaeroben Behandlung eine überwiegend mineralische Bindung des im Einsatzgemisch enthaltenen Stickstoffs erfolgt. Es hat sich als nahezu unmöglich erwiesen, in Anwesenheit von gelöstem Ammoniak unter Anwendung von gebräuchlichen Elektrolyse-Bedingungen eine kathodische Abscheidung der überwiegend an die organische Feststoffmatrix abgelagerten Metallverbindungen zu erreichen.
Bei möglichst vollständiger Oxidation des im Einsatzgemisch enthaltenen Stickstoffs zu NOx erfolgt jedoch eine überraschend schnelle und wirksame Abscheidung der störenden Metallverbindungen an den Kathode, für die bedarfsweise der Werkstoff Eisen verwendet werden kann.
In einer besonderen Ausführungsform können die für die elektrolytische Behandlung benötigten Anoden aus Magnesium gefertigt sein. Auf diese Weise gelangt zusätzliches Magnesium als willkommener Pflanzennährstoff in das Substrat, ohne ebenfalls einer kathodischen Abscheidung unterworfen zu werden.
Es ist auch möglich, Anoden aus Eisen zu verwenden, wobei der damit bewirkte Eintrag von Eisen in das organische Substrat vorteilhaft für die Bindung des im Einsatzgemisch enthaltenen Schwefels genutzt werden kann, was mit einer Minderung der mit der anaeroben Behandlung einhergehenden Schwefelwasserstoffbildung verbunden ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Elektrolyse bei Medientemperaturen zwischen 5 und 65°C durchzuführen. Dazu wird bevorzugt dem für die elektrolytische Behandlung eingesetzten Nachbehandlungsreaktor oder einem vorgeschalteten Abkühlgefäß fühlbare Wärme mit Hilfe des der anaeroben Behandlung zugeführten Einsatzgemisches entzogen.
Es ist ebenfalls möglich, dem fermentierten Einsatzgemisch Wärmeenergie zuzuführen und damit die elektrolytische Metallabscheidung zu unterstützen. Die Wärmeenergie kann dem elektrolytisch zu behandelndem Substrat vor oder während der Elektrolyse zugeführt werden.
In einer besonderen Ausführungsform wird dem Substrat die Wärmeenergie in einem der Elektrolyse vorgeschalteten Gefäß mittels Mikrowellen mit einer Frequenz von etwa 2,45 GHz und bei Energiedichten im zu behandelnden Medium von bis zu 50 W/dm3 zugeführt. Die elektrochemische Metallabscheidung wird bereits wirksam unterstützt, wenn diese Mikrowellenbehandlung des Substrates über einen Zeitraum von 2 Minuten aufrechterhalten wird. Neben dem hocheffektiven Energieeintrag zum Zwecke der Substraterwärmung wird zugleich eine markante Mobilisierung der an die Feststoffmatrix angelagerten Metallionen bewirkt.
Ein befriedigendes Entfrachtungsergebnis wird bereits erreicht, wenn die elektrolytische Behandlung über einen Zeitraum von wenigstens 30 Minuten aufrechterhalten wird. Dabei wird eine verhältnismäßig feste und dichte Abscheidung der verschiedenen Metalle an den Kathoden beobachtet.
Der Anlagerungsprozeß wird in diesem Zeitraum durch leichtes Rühren des Einsatzgemisches wirksam unterstützt.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen technischen Lösung ist durch die elektrolytische Behandlung des zuvor anaerob behandelten Einsatzgemisches bei pH-Werten von mehr als 7,5 charakterisiert.
Im allgemeinen bewirkt bereits eine ausreichend große Rezepturmenge der im Einsatzgemisch enthaltenen tierischen Exkremente die gewünschte pH-Wertgestaltung im fermentierten Einsatzgemisch. Möglich ist jedoch auch die Zugabe von basischen Zusatzstoffen, vorzugsweise Pflanzennährstoffe enthaltender basischer Zusatzstoffe, wie Kalilauge, Branntkalk, Sinterdolomit oder Calziumhydroxid.
Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, das fermentierte Einsatzstoffgemisch vor und/oder während der Elektrolyse einer an sich bekannten Ultraschallbehandlung mit einer spezifischen Belastung von wenigstens 5 W/dm3 zu unterziehen. In besonderer Weise führt dieses Vorgehen zu einer bemerkenswerten Erhöhung der Menge der an der Kathode abgeschiedenen Metalle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dem fermentierten Einsatzstoffgemisch vor und/oder während der Elektrolyse ein Oxidationsmittel zuzumischen, beispielsweise H2O2 und/oder Ozon.
Die Zugabe dieser an sich bekannten Oxidationsmittel befördert wirksam die Oxidation des nach der anaeroben Behandlung im fermentierten Einsatzgemisch verbliebenen Anteile ammoniakalisch gebundenen Stickstoffs und erleichtert damit die elektrolytische Abscheidung von störenden Metallverbindungen an der Kathode.
Als hilfreiche Maßnahme hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Effektivität der elektrolytischen Behandlung deutlich verbessert werden kann, wenn die Kathoden-Stromstärke periodisch kurzzeitig auf bis zu 400 A/m2 erhöht wird. Als praktikabel haben sich dabei Zeiten zwischen 1 und 7 Minuten für die Hochstrombelastung, die periodisch in Zeitabständen zwischen 20 und 40 Minuten anzuwenden ist. Die damit bewirkte verstärkte Dissoziation des Wassers wird als hilfreiche Maßnahme in Kauf genommen. Da die Nachbehandlung des fermentierten Einsatzgemisches weiterhin unter anaeroben Bedingungen durchgeführt wird, steht der entstehende Sauerstoff als zusätzliches Oxidationsmittel für die Stickstoffoxidation zur Verfügung, während der anfallende Wasserstoff zur Heizwertanhebung des gewonnenen Biogases beiträgt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefaßt darin, daß nun eine geschaffene technische Lösung für das Schwermetallentfrachten von bio­ gen-organischen Substraten zur Verfügung steht, die neben einer sehr rationellen energetischen Verwertung auch die stoffliche Nutzung der enthaltenen Wertstoffe von kontaminierten biogen-organischen Substraten ermöglicht.
Gemäß der Aufgabenstellung läßt sich die neuentwickelte Lösung auf vergleichsweise unaufwendige Weise mit Prozeduren verbinden, denen bio­ gen-organische Substrate für die Zwecke der umweltgerechten Behandlung ohnehin bevorzugt unterworfen werden.
Mit vergleichsweise geringen maschinentechnischen, betreibetechnischen und energetischen Aufwendungen werden Voraussetzungen dafür geschaffen, auch mit Schwermetallverbindungen kontaminierte biogen-organische Substrate einer stofflichen und energetischen Verwertung zuzuführen. Das auf diese Weise gewinnbare Gebrauchsenergiepotential liegt dabei erheblich über der einzusetzenden Prozeßenergie.
Dieses Verhältnis verbessert sich noch weiter, wenn in eine energetische Gesamtbetrachtung der für die Größenordnung des erschließbaren Wertstoffpotentials nicht benötigte Rohstoff- und Fertigungsaufwand einbezogen werden.
Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beiliegenden Zeichnung zeigen
Fig. 1 die schematische Darstellung der wichtigsten Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 das Verfahrensschema für die Ausführungsvariante "Elektrolyse des abgekühlten fermentierten Substrates";
Fig. 3 das Verfahrensschema für die Ausführungsvariante "Elektrolyse während der Ultraschallbehandlung des erwärmten fermentierten Substrates"
Fig. 4 das Verfahrensschema für die Ausführungsvariante "Elektrolyse während der Ultraschallbehandlung des mittels Mikrowellenbehandlung erwärmten fermentierten Substrates";
Fig. 5 das Verfahrensschema für die Ausführungsvariante "Elektrolyse nach vorangegangenem Zusatz von Kalilauge und während der Ultraschallbehandlung des erwärmten fermentierten Substrates";
Fig. 6 das Verfahrensschema für die Ausführungsvariante "Elektrolyse nach vorangegangenem Zusatz von Wasserstoffperoxid und während der Ultraschallbehandlung des erwärmten fermentierten Substrates".
Ausführungsbeispiele Beispiel 1
Gemäß Fig. 1 wurden 5 Raumteile (RT) einer Rindergülle mit einem Trockensubstanzgehalt (TS) von 12% mit 1 RT eines Klärschlammes mit 31% TS gemischt. Durch Zusatz von 1,7 RT eines Prozeßwassers mit 1% TS wurden 7,7 RT eines Einsatzgemischs mit 12% TS gewonnen.
Diese Einsatzgemisch wurde nach einer Hygienisierung durch Aufheizen auf eine Temperatur von 70°C und einer 30 minütigen Temperierung auf diesem Niveau auf eine Temperatur von 38°C rückgekühlt. Anschließend wurde das hygienisierte Einsatzgemisch einer anaeroben Behandlung bei 37°C unterzogen, wobei die Verweildauer des Einsatzgemischs unter anaeroben Bedingungen im Mittel 35 Tage betrug.
Das fermentierte Substrat wies 6,3% TS auf und wurde sofort einer elektrolytischen Behandlung bei einem Energieverbrauch von 250 Wh/m3 und einer Kathoden-Stromdichte von 21,2 A/m2 unterzogen, wobei Anoden und Kathoden aus Eisen zum Einsatz kamen.
Nach Beendigung der 80-minütigen elektrolytischen Behandlung wurde eine wirksame Metallentfrachtung gemessen. Sie betrug beispielsweise bei Kupfer 22% des Ausgangswertes und bei Zink 13% des Ausgangswertes.
Beispiel 2
Gemäß Fig. 2 wurde das unter den Bedingungen des Beispiels 1 fermentierte Substrat nach einer Abkühlung auf 20°C über 120 Minuten einer elektrolytischen Behandlung unterzogen. Es kamen Anoden und Kathoden aus Eisen zum Einsatz. Bei gegenüber Beispiel 1 unveränderten spezifischen energetischen Parametern der Elektrolyse betrug die Metallentfrachtung bei Kupfer 30% und bei Zink 15%.
Beispiel 3
Gemäß Fig. 3 wurde das unter den Bedingungen des Beispiels 1 fermentierte Substrat nach einer Erwärmung auf 60°C über 120 Minuten einer elektrolytischen Behandlung unterzogen. Während der Elektrolyse wurde das Substrat zusätzlich mit Ultraschall bei einer Frequenz von 37 kHz behandelt, wobei die Energiedichte im behandelten Substrat 6 W/dm3 betrug.
Es kamen Anoden und Kathoden aus Eisen zum Einsatz.
Bei gegenüber Beispiel 1 unveränderten spezifischen energetischen Parametern der Elektrolyse betrug die Metallentfrachtung bei Kupfer 45% und bei Zink 33%.
Beispiel 4
Gemäß Fig. 4 wurde das unter den Bedingungen des Beispiels 1 fermentierte Substrat mittels einer vorangegangenen kurzzeitigen Mikrowellenbehandlung von 2 Minuten mittels Mikrowellen von 2,45 GHz und einer Energiedichte von 40 W/dm3 und einer Erwärmung auf 59°C über 120 Minuten einer elektrolytischen Behandlung unterzogen. Diese Maßnahme bewirkte offensichtlich eine zusätzliche Erhöhung der Mobilität der mit der Feststoffmatrix verbundenen Metallionen.
Es kamen Anoden und Kathoden aus Eisen zum Einsatz.
Bei gegenüber Beispiel 1 unveränderten spezifischen energetischen Parametern der Elektrolyse betrug die Metallentfrachtung bei Kupfer 62% und bei Zink 35%.
Beispiel 5
Gemäß Fig. 3 wurde das unter den Bedingungen des Beispiels 1 fermentierte Substrat nach einer Erwärmung auf 55°C über 120 Minuten einer elektrolytischen Behandlung unterzogen. Während der Elektrolyse wurde das Substrat zusätzlich mit Ultraschall bei einer Frequenz von 37 kHz behandelt, wobei die Energiedichte im behandelten Substrat 6 W/dm3 betrug.
Es kamen Anoden aus Magnesium und Kathoden aus Eisen zum Einsatz.
Bei gegenüber Beispiel 1 unveränderten spezifischen energetischen Parametern der Elektrolyse betrug die Metallentfrachtung bei Kupfer 60% und bei Zink 39%.
Beispiel 6
Gemäß Fig. 5 wurde das unter den Bedingungen des Beispiels 1 fermentierte Substrat nach einer Erwärmung auf 55°C über 120 Minuten einer elektrolytischen Behandlung unterzogen.
Vor der elektrolytischen Behandlung wurde dem fermentierten Substrat eine 40%-ige Kalilauge im Verhältnis von 100 RT Substrat zu 1 RT Kalilauge zugesetzt. Während der Elektrolyse wurde das Substrat zusätzlich mit Ultraschall bei einer Frequenz von 37 kHz behandelt, wobei die Energiedichte im behandelten Substrat 6 W/dm3 betrug.
Es kamen Anoden und Kathoden aus Eisen zum Einsatz.
Bei gegenüber Beispiel 1 unveränderten spezifischen energetischen Parametern der Elektrolyse betrug die Metallentfrachtung bei Kupfer 57% und bei Zink 32%.
Beispiel 7
Gemäß Fig. 6 wurde das unter den Bedingungen des Beispiels 1 fermentierte Substrat nach einer Erwärmung auf 60°C über 120 Minuten einer elektrolytischen Behandlung unterzogen. Vor der elektrolytischen Behandlung wurde dem fermentierten Substrat Wasserstoffperoxid im Verhältnis von 100 RT Substrat zu 1 RT Wasserstoffperoxid zugesetzt. Während der Elektrolyse wurde das Substrat zusätzlich mit Ultraschall bei einer Frequenz von 37 kHz behandelt, wobei die Energiedichte im behandelten Substrat 6 W/dm3 betrug.
Es kamen Anoden und Kathoden aus Eisen zum Einsatz.
Bei gegenüber Beispiel 1 unveränderten spezifischen energetischen Parametern der Elektrolyse betrug die Metallentfrachtung bei Kupfer 53% und bei Zink 35%.
Beispiel 8
Ein biogen-organisches Einsatzgemisch gemäß Beispiel 1 wird einer nach der anaeroben Behandlung über einen Zeitraum von im Mittel 28 Tagen in einem Nachbehandlungsreaktor unter Luftabschluß für die Dauer von 120 Minuten einer elektrolytischen Behandlung bei einer Kathoden-Stromdichte von ca. 20 W/m2 unterzogen. Der Gasraum über dem biogen-organischen Substrat steht mit dem Biogasspeicher in Verbindung. In zeitlichen Abständen von 30 Minuten wird die Kathoden-Stromdichte für jeweils 2 Minuten pulsierend auf einen Wert von 400 W/m2 erhöht. Die Gasbildung an den Elektroden bewirkt eine starke Turbulenz im Nachbehandlungsreaktor. Der gebildete molekulare Sauerstoff führt offensichtlich zur Oxidation des im Substrat trotz der vorangegangenen anaeroben Behandlung verbliebenen ammoniakalisch gebundenen Stickstoffs. Dadurch werden bei Zink und Kupfer Abscheidequoten von mehr als 65% erreicht.

Claims (15)

1. Verfahren zur Schwermetallentfrachtung von biogen-organischen Substraten unter Anwendung von Methoden der Elektrolyse und Einsatz von speziellen Opferanoden, dadurch gekennzeichnet,
daß die von Schwermetallen abzureichernden biogen-organischen Substrate mit wenigstens 0,7 Masseteilen tierische Exkremente vermischt werden, wobei sich das Masseverhältnis nach den Gehalten an organischer Trockensubstanz bestimmt,
daß den Mischungskomponenten vor oder nach der Vermischung Prozeßwasser in einem solchen Verhältnis zugesetzt wird, daß im Substratgemisch ein Trockensubstanzgehalt von maximal 13 Masse-% nicht überschritten wird,
daß das Einsatzgemisch aus abzureichernden biogen-organischen Substraten und tierischen Exkrementen und Prozeßwasser einer anaeroben Behandlung unterzogen wird,
daß der gewonnene fermentierte Gärrückstand einer elektrolytischen Nachbehandlung unterworfen wird, bei der störende Schwermetalle kathodisch abgeschieden werden.
2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anaerobe Behandlung des Einsatzgemisches bei Temperaturen zwischen 35 und 55°C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anaerobe Behandlung des Einsatzgemisches über einen Zeitraum von wenigstens 200 h aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kathoden aus Eisen verwendet werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Anoden aus Magnesium verwendet werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Anoden aus Eisen verwendet werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse bei Medientemperaturen zwischen 5 und 65°C durchgeführt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des fermentierten Einsatzgemisches vor der Elektrolyse unter Einsatz von die Metallionen mobilisierenden Mikrowellen mit einer Frequenz von etwa 2,45 GHz und einer Energiedichte von bis zu 50 W/dm3 durchgeführt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Behandlung über einen Zeitraum von wenigstens 30 Minuten aufrechterhalten wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Behandlung bei pH-Werten von mehr als 7,5 durchgeführt wird.
11. Verfahren nach dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem fermentierten Gärrückstand zur pH-Wertanhebung Kalilauge zugesetzt wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das fermentierte Einsatzstoffgemisch vor und/oder während der Elektrolyse einer an sich bekannten Ultraschallbehandlung mit einer spezifischen Belastung von wenigstens 5 W/dm3 unterzogen wird.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem fermentierten Einsatzstoffgemisch vor und/oder während der Elektrolyse ein Oxidationsmittel zugemischt wird.
14. Verfahren nach dem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel H2O2 und /oder Ozon eingesetzt werden.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse wenigstens zeitweilig bei einer auf bis zu 400 A/m2 erhöhten Kathoden-Stromdichte durchgeführt wird.
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