DE19719323A1 - Tunnelfermentationsverfahren zur einstufigen anaeroben und aeroben Behandlung von festen und flüssigen biogenen Abfällen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tunnelfermentationsverfahren zur kombinierten anaeroben und aeroben Behandlung von biogenen Stoffen und Abfällen in Bioboxen oder Tunnelfermentern zur Erzeugung von Biogas und Kompost bzw. Dünger oder auch zur biologischen Vorbehandlung von Restmüll.

Dabei greift die Erfindung auf die Technik herkömmlicher Verfahren der Tunnelkompostierung zur aeroben Behandlung von biogenen Stoffen wie Bioabfall oder Restmüll mit hohem Feststoffgehalt zurück, die in sogenannten Bioboxen oder Biocontainern sog. Tunnelfermentern durchgeführt werden.

Der Entwicklung statischer Rotteboxen lag die Überlegung zugrunde, aus biogenen Abfällen den Wertstoff Kompost zu produzieren und dabei den Verlauf der Rotte soweit wie möglich überwachen und beeinflussen zu können, wobei die Zuführung von Luft im Vordergrund steht. Die heute gebräuchlichen Rotteboxen können als umbaute und an Versorgungssysteme angeschlossene Mieten mit mehr oder weniger hohem Automatisierungsgrad angesehen werden. Wenn die Rotteboxen in Form der Standard-Containermaße gebaut sind, spricht man von Rottecontainern. Solche Rotteboxen oder Rottecontainer sind bereits bekannt, die darin ablaufenden Prozesse sind überwiegend nur aerobe Prozesse.

Der große Nachteil bei den aeroben Kompostierverfahren ist der, daß im Mittel pro Tonne Abfall etwa 50 kWh Primärenergie (Strom) verbraucht werden. Bei der vergleichbaren anaeroben Fermentation von biogenen Abfällen wird dagegen über das Biogas Energie gewonnen. Die bisher bekannten anaeroben Fermentationsverfahren beziehen sich auf flüssige oder verflüssigte biogene Abfälle.

Die DE-OS 31 04 769 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung nutzbarer Wärme durch Kompostierung bzw. Schnellverrottung, insbesondere pflanzlicher Abfallstoffe, sowie von Stallmist, bei dem das zur Verrottung bestimmte Material vor der Eingabe in den Reaktor zunächst grob zerkleinert, im Reaktor inneren unter ständiger Verinischung in einem Kreislauf durch verschiedene Kammern o. dgl. geführt und wahl- bzw. wechselweise während dieses Kreislaufes belüftet und erneut nachzerkleinert wird. Der dafür vorgesehene Bioreaktor besteht aus einem liegenden Behälter mit einer Einfüllöffnung und einer im Behälterinneren angeordneten, um eine horizontale Achse umlaufenden Rührschnecke. Desweiteren weist der Reaktor im oberen Behälterbereich einen weiteren Horizontalförderer mit entgegengesetzter Förderrichtung auf, der der Rührschnecke zugeordnet ist. Bei diesem Verfahren wird nur belüftet, d. h. es wird nur aerob abgebaut und das Rottegut wird mittels der Förderschnecke im Reaktor, der auf einem fahrbaren Untergestell gelagert ist, nur umgelagert und dabei zerkleinert. Nachteilig ist bei diesem Verfahren und Reaktor, daß es nicht möglich ist, der aeroben Abbauphase eine anaerobe Abbauphase nachzuschalten, da keine Be- und Entwässerungsvor­ richtungen vorhanden sind. Deshalb ist ein kompletter Abbau des biologischen Materials mit diesem Reaktor nicht möglich.

Die DE-OS 34 26 717 beschreibt einen transportablen Bio- Gas-Reaktor in Baukastenform für ein Hydro-Pneum- Verfahren. Dieser Reaktor besteht aus einem Unterteil, der Bodenwanne, die rundum in halber Höhe eine "Falte" zum geschützten Einbau einer Rohrleitung mit Düsenbohrungen für das Einpressen von Bio-Gas zur Auflockerung, aufweist. Desweiteren ist die Bodenwanne so ausgebildet, daß diese zwei oder mehrere Oberteile aufnehmen kann. Das Oberteil ist der Haupt-Gärbereich für den Prozeß der biologischen Umsetzung der Gülle. Das Oberteil weist dazu in der Mittelachse Rohrtraversen mit einem doppelwandigen Heizrohr auf, durch deren Innenraum die vorgewärmte eingepumpte Frischgülle nach oben gedrückt und aufgeheizt wird. Bei diesem Verfahren wird Biomasse in Form von Gülle anaerob abgebaut und mittels Einblasen von Biogas aufgelockert und umgelagert. Der Nachteil bei diesem Verfahren ist, daß das Verfahren nur für flüssige Abfallstoffe geeignet ist und nicht die Möglichkeit besteht, der anaeroben Abbauphase eine aerobe Abbauphase entweder vor- oder nachzuschalten. Zudem ist es mit diesem Reaktor nicht möglich, feste Biostoffe abzubauen.

In der DE-GM 296 04 560 wird eine Anlage zur zweistufigen anaeroben Behandlung von flüssigen organischen Abfällen beschrieben. Diese Anlage besteht aus mehreren transportablen Behältern, wobei ein Gärbehälter der Vorversäuerung und der andere einen Methanreaktor bildet, die aber beide baugleich sind und mit Tauchmotorrührwalzen oder mit einer Schnecke zur Durchmischung der Biomasse ausgestattet sind und die einen Gasablaß, Gassicherheitseinrichtungen, eine Füllstandskontrolle, einen Umpumpkreislauf für die Meß- und Regeltechnik und eine Beschickungspumpe aufweisen. Der Nachteil bei dieser Anlage ist der, daß bereits für ein Behandlungsmodul mit anaerobem Prozeß immer zwei Container notwendig sind, die transportiert und aufgestellt werden müssen. Zudem können bei diesem Verfahren ebenfalls nur flüssige Stoffe anaerob abgebaut werden. Eine Behandlung von Stoffen mit hohen Feststoffgehalten ist nicht möglich und auch keine aerobe Vorbehandlung.

Aus der DE-PS 38 35 230 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die dem Stand der Technik am nächsten kommen. In dieser Druckschrift wird ein Verfahren zur Entgasung von Abfallstoffen, bei dem die entgasbaren Müllanteile dem Fermenter zugeführt werden, beschrieben, wobei diese in mindestens einem geschlossenen Faulbehälter unter anaeroben, meso- oder thermophilen Bedingungen berieselt und abgebaut werden. Die dafür vorgesehene Vorrichtung besteht aus einem Container, in den ein oder mehrere wagenartige Faulbehälter mit dem zu entgasenden Müll eingeschoben werden, die entweder als Drahtgitter- oder Lochblech­ wagen angefertigt sind. Der Container enthält die notwendigen Vorrichtungen zum Befeuchten, Belüften des Fermenters und zum Abzug des entstehenden Biogases. Der Unterschied besteht darin, daß bei diesem Verfahren keine vertikale Zwangsbelüftung entsprechend der aeroben Intensivrotte und kein Massentransport mit Radlader, Förderband, Schubboden oder ähnlichem, sondern nur mit einem gesonderten Behälter möglich ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Batch-Verfahren zur einstufigen anaeroben und aeroben Behandlung zu schaffen, vorrangig von festen biogenen Abfällen mit hohen Feststoffgehalten, wobei jedoch auch flüssige oder pastöse biogene Abfälle behandelbar sind, indem der Feststoff als Festbett benutzt wird, mit den Vorteilen der aeroben Behandlung von biogenen Abfällen mit hohen Feststoffgehalten und den Vorteilen der anaeroben Behandlung von flüssigen biogenen Abfällen in einem Behältnis mit einer einfachen Logistik für den Massentransport.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen.

Das Batch-Verfahren oder die Batch-Fermentation stellt ein geschlossenes System dar, bei dem dem Substrat während der Fermentation teilweise Luft und Wasser zugefügt werden.

Die Batch-Fermentation hat den Vorteil, daß eine kombinierte aerobe und anaerobe Behandlung des biogenen Materials erfolgt, wobei ein fortgeschrittener Prozeß einen neu beginnenden Prozeß über eine entsprechende Kopplung beider Prozesse animpft. Jeder Batchprozeß durchläuft zunächst die aerobe, dann die anaerobe und schließlich wieder die aerobe Phase. Durch eine definierte Aufenthaltszeit des Substrates bei einer konstanten Temperatur werden sowohl im aeroben als auch im anaeroben Milieu für eine Hygenisierung erforderliche Bedingungen eingehalten.

Ein weiterer Vorteil des hier entwickelten Verfahrens der Batch-Fermentation ist die Tatsache, daß dieses Verfahren die Behandlung einer Vielzahl von biogenen Stoffen, die fest, flüssig, pastös oder gasförmig sein können, ermöglicht. Die biologische Behandlung von biogenen Stoffen mit hohen Feststoffgehalten ist vor allem für strukturreiche Materialien geeignet, da eine ausreichende Entgasung, Durchlüftung und Entwässerung gewährleistet werden müssen. Feuchte Materialien (z. B. Fruchtabfälle) bis pastöse oder flüssige Substrate (z. B. Klärschlamm) oder Gülle lassen sich bei diesem Verfahren jedoch sehr gut sowohl aerob als auch anaerob in einer Kofermentation mit festen Stoffen behandeln. Die Behandlung derart wäßriger nährstoffreicher Medien wird in diesen Verfahren durch die Perkolation dieser Medien über einen Prozeßwasser- und einen gesonderten Schlammkreislauf auf einer sich in der stabilen Methanbildungsphase befindlichen Miete aus Feststoffen ermöglicht. Dabei arbeitet die Miete als biologisch aktives Festbett.

Ähnlich wie bei den flüssigen Materialien, kann auch bei gasförmigen Materialien verfahren werden, die dann in die Miete aus Feststoffen eingeblasen werden können und diese gleichzeitig durchmischen und auflockern, so daß gasförmige Schadstoffe der Gase oder der Luft ebenso biologisch abgebaut werden oder in biologisch unbedenkliche Stoffe umgewandelt werden können.

Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die zum Anlagenbetrieb notwendige elektrische Energie zur Aufbereitung, Belüftung und zum Transport des Materials direkt aus dem Verfahren heraus gewonnen werden kann, da bei der kombinierten aeroben und anaeroben Behandlung von organischen Materialien aufgrund des anaeroben biochemischen Abbaus speicherbare Energie in Form von Biogas entsteht mit einem Energiegehalt, der weit über dem zur Behandlung benötigten Bedarf liegt.

Die Vorrichtung zur Durchführung eines Batch-Verfahrens besteht aus einem Tunnel, der gegenüber den bisher bekannten Rottetunneln wesentlich verändert worden ist, da das Prinzip der Zwangsbelüftung durch bauliche und prozeßtechnische Maßnahmen derart ergänzt werden muß, daß die biogenen Stoffe sowohl aerob als auch anaerob behandelt werden können. Dazu werden die Seitenwände und der Boden des Tunnels doppelwandig ausgeführt und in die inneren Seitenwände, den Zwischenwänden, werden verschließbare Belüftungs- und Entwässerungsschlitze eingebaut.

Ausgegangen wird von einer rechteckigen Zelle, die zwei Seitenwände, eine Decke, einen Boden und eine rückwärtige Wand und im vorderen Bereich eine rechteckige Öffnung aufweist, in der ein Tor mit einer Spezialdichtung angeordnet ist. An der Rückwand ist an der Außenseite ein Modul angeordnet, in dem die zentrale Steuerung, die Pumpen für Prozeßwasser- und Schlammkreis­ lauf, der Kompressor zur Belüftung und die ent­ sprechenden Rohrleitungen untergebracht sind.

Die Seitenwände und der Boden des Tunnels sind doppelwandig. Dabei befindet sich zwischen den Seitenwänden und den davor angeordneten Zwischenwänden oder Trennwänden, die aus zwei übereinanderliegenden perforierten Platten bestehen, die eine Art Vorhang bilden, die oder der je nach Betriebszustand durch das gegeneinanderseitige Verschieben im offenen Zustand eine horizontale Gas- und Wasserdrainage zulassen oder im geschlossenen Zustand eine gleichmäßige vertikale Zwangsbelüftung ermöglichen, ein Hohlraum, der Raum für eine Drainageleitung mit Gefälle in einen Sumpf im Anlagen- und Steuerungsmodul gibt.

Anders als die Seitenwände ist der Boden als Dachprofil ausgebildet, damit das Prozeßwasser und der Schlamm seitlich ablaufen können, dergestalt, daß der höchste Punkt in der Mitte liegt und die niedrigsten Punkte an den beiden Seitenwänden, dort wo sich die Drainagerohre befinden, die jeweils mit Gefälle zu den Sümpfen im Anlagen- und Steuerungsmodul führen. Über diesen so ausgeformten Boden ist als zweiter Boden, auf dem die festen biologischen Stoffe liegen, ein rostartiger Boden, der mit feststehenden Belüftungs- und Entwässerungsschlitzen ausgebildet ist, angeordnet und der sich mittels Stützen auf dem unteren Boden abstützt, so daß zwischen dem unteren Boden und dem Boden mit den Belüftungs- und Entwässerungsschlitzen Bodenkammern entstehen, die durch den oberen Boden von dem eigentlichen Gärraum abgetrennt werden. Diese Bodenkammern dienen zum einen als Auffang für das Prozeßwasser und zum anderen als Sumpf oder Absetzbecken für den Schlamm oder andere flüssige biologische Stoffe, die Schwebeteilchen enthalten, damit sich diese absetzen können und daß dieser Absatz dann als Schlamm abgepumpt werden kann. Der Boden unter den Bodenkammern sollte zudem noch eine Bodenheizung aufweisen, um zu verhindern, daß das Prozeßwasser in den Bodenkammern abkühlt und über die gleichzeitig die Temperatur im Tunnel gesteuert bzw. geregelt werden kann.

Die Anordnung der offenen oder geschlossenen Seitenwände schafft die Voraussetzung sowohl für die notwendige gleichmäßige Entwässerung und Entgasung als auch für die gleichmäßige Belüftung des in den Gärraum eingebrachten Materials. Während der aeroben Phase sind die Entwässerungsschlitze an den Seiten geschlossen.

Aufgrund der Tatsache, daß die horizontale Gas- und Wasserwegigkeit in einer Miete um ein vielfaches höher ist als die vertikale, sind beim anaeroben Betriebszu­ stand die seitlichen Schlitze geöffnet, so daß sowohl das Prozeßwasser ablaufen als auch das Biogas zu den Seiten entweichen kann.

Zur Initiierung und Aufrechterhaltung der anaeroben Phase sind die Doppelwandtunnel mit Prozeßkreisläufen ausgestattet. Der erste Prozeßkreislauf betrifft das Prozeßwasser, welches seitlich aus den Bodenkammern mittels einer Pumpe über Rohrleitungen abgesaugt wird und von dieser dann über Rohrleitungen bzw. durch einen zwischengeschalteten Wärmeaustauscher hindurch zu einer Düse, die mittig in der Decke des Containers oder Doppelwandtunnels angeordnet ist, gepumpt wird und mittels dieser durch Sprühung fein auf das Substrat verteilt werden kann, damit eine Kanalbildung im Substrat verhindert wird.

Der zweite Kreislauf betrifft den Schlamm, der in dem beheizbaren Schlammsumpf der Bodenkammern aufgefangen, durch Rohre mittels einer Schlammpumpe abgepumpt und über weitere Rohrleitungen zu einer Düse geführt wird, die mittig in der Decke des Doppelwandtunnels oder Containers angeordnet ist. Dieser zweite Schlammkreis­ lauf stellt einen separaten Kreislauf zum Prozeßwasser­ kreislauf dar.

Die Bauteile der beschriebenen Prozeßkreisläufe, wie die Ringleitungen, Pumpen etc. sind in dem Modul untergebracht, welches an der rückwärtigen Wand des Tunnelfermenters oder Biocontainers außen befestigt ist. In diesem Modul ist zudem zum einen die zentrale Steuereinheit für den Container oder Tunnelfermenter untergebracht und zum anderen ein Kompressor zur Zwangsbelüftung des Tunnelfermenters oder Containers, der über Rohrleitungen mit Düsen, die zwecks vertikaler Zwangsbelüftung in den Bodenkammern einmünden, verbunden ist. Diese Belüftung ist zur Initiierung und Aufrechterhaltung der aeroben Phase notwendig.

Der Tunnelfermenter besitzt im oberen Bereich der Seitenwände Ventile, durch die das entstandene Biogas entweder mit dem Eigendruck in einen Gasspeicher oder über ein Druckregelventil in vorhandene Gasleitungen eingespeist werden kann.

Aus Sicherheitsgründen (Ex-Schutz) ist das Gasablaß­ ventil als Überdruckventil ausgebildet, damit bei plötzlich entstehendem Überdruck Gas nach außen abgelassen werden kann. Dieses Überdruckventil ist als Druckregelventil ausgelegt, womit aus Sicherheitsgründen (Ex-Schutz) in der anaeroben Prozeßphase ein geringer Überdruck garantiert wird, der mittels dieses Ventils steuerbar bzw. regulierbar ist. Alternativ kann das Druckregelventil auch als separates Ventil zum Gasabzugsventil ausgebildet sein. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, ist das Tor, das sich an der vorderen Stirnseite des Doppelwandtunnels oder Containers befindet, durch das die Befüllung und Entleerung des Tunnels mit herkömmlicher Technik über Radlader, Fräsen oder Schubböden erfolgt, als spezielles gas- und wasserdichtes Tor ausgebildet.

Die Tunnel, Boxen oder Zellen werden aus Stahl, Stahlbeton, GFK oder HDPE in modularer Zellenbauweise erstellt und die Seitenwände, die Decke und der Boden sind mit einem wärmeisolierenden Material beschichtet, damit die für die Prozesse notwendigen Temperaturen gehalten werden, und diese nicht durch äußere Einflüsse, z. B. tiefe Temperaturen in den Nächten oder im Winter, verändert werden kann. Er besitzt in der Regel eine rechteckige oder quadratische Form. Da jeder Tunnel oder Container seine eigenen Versorgungssysteme in dem Modul aufweist, besteht die Möglichkeit, daß mehrere einzelne Tunnel wie Bausteine zu einer Großanlage zusammengesetzt werden, wofür an jedem Tunnel oder Container spezielle Kopplungsvorrichtungen vorgesehen sind.

Die optimale Anpassung an den Durchsatz (up oder down scaling) kann sowohl über die variable Größe des Einzelmoduls als auch über die Anzahl der Fermenter­ tunnel erfolgen. Die Prozeßmodule der Einzelzellen sind durch Gas-, Luft- und Prozeßwasserleitungen miteinander verbunden und können über eine zentrale Leitwarte gesteuert werden. Über eine oder mehrere zentrale Versorgungseinheiten können Prozeßwasserspeicher, zentrale Kompressoranlagen etc. angeordnet werden.

Die Erfindung greift auf die Technik herkömmlicher Verfahren der Tunnelkompostierung zur reinen aeroben Behandlung von biogenen Stoffen (Bioabfall, Restmüll) zurück. Das Prinzip der Zwangsbelüftung wird durch bauliche und prozeßtechnische Maßnahmen derart ergänzt, daß die biogenen Stoffe mit hohen Feststoffgehalten sowohl aerob als auch anaerob behandelt werden können. Dazu werden in die Seitenwände des Tunnels verschließ­ bare Belüftungs- und Entwässerungsschlitze eingebaut. Zur Be- und Entwässerung der biogenen Stoffe werden sowohl Prozeßwasser- und Schlammpumpen als auch Wärmetauscher, Düsen und Drainagen installiert. Die Behandlung erfolgt nach dem Batchverfahren, wobei ein fortgeschrittener Prozeß einen neu beginnenden Prozeß über eine entsprechende Kopplung beider Prozesse animpft. Jeder Batchprozeß durchläuft zunächst die aerobe, dann die anaerobe und schließlich wieder die aerobe Phase. Die für eine Hygienisierung erforderliche definierte Aufenthaltszeit des Substrates wird sowohl im aeroben als auch im anaeroben Milieu eingehalten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Tunnel mit den seitlichen Bewässerungs- und Entlüftungsschlitzen in geschlossenem Zustand während der aeroben Phase,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Tunnel mit den seitlichen Bewässerungs- und Entlüftungsschlitzen in geöffnetem Zustand während der anaeroben Phase,

Fig. 3 eine Vergrößerung einer seitlichen Doppelwand und der Zwischenwand mit den Bewässerungs- und Entlüftungsschlitzen,

Fig. 4 eine Vergrößerung eines Bereiches des Bodens mit dem darüber befindlichen Zwischenboden.

Fig. 4a eine detaillierte Vergrößerung der Zwischenwand entlang des Schnittes A-B in Fig. 4,

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Tunnel mit dargestellten Prozeßkreisläufen, wobei jeder Kreislauf eine separate Düse zum Einbringen der Medien aufweist, und

Fig. 6 eine Längsansicht eines Tunnels.

Fig. 1 zeigt einen Tunnel 100, der einen Kasten 11 aufweist, der aus einem Boden 11a, einer Decke 11b und zwei Seitenwänden 11c, 11d besteht, dergestalt, daß der Tunnel kastenförmig ausgebildet ist. Der Innenraum, der von der Decke 11a, den Zwischenwänden 13a und dem Zwischenboden 18 umschlossen wird, ist der Gärraum 10, in den das abzubauende feste Material eingebracht wird. Die beiden Seitenwände 11c und 11d des Tunnels oder Containers sind doppelwandig ausgebildet, indem von innen vor die Seitenwände 11c und 11d jeweils eine Zwischenwand mit Bewässerungs- und Entlüftungsschlitzen im geschlossenen Zustand 13a, angeordnet ist, derart, daß zwischen den Außenwänden 11c und 11d und der davor angeordneten Zwischenwand 13a eine Hohlkammer 12 entsteht, an deren unterem Ende im Bereich des Bodens eine Drainage 21 zum Absaugen des Prozeßwassers oder des Schlammes angeordnet ist.

Der Boden 11a ist ebenfalls doppelwandig ausgebildet, derart, daß über den Boden 11a, dessen Oberfläche als schiefe Ebene 17 ausgebildet ist, die ihren höchsten Punkt in der Mitte aufweist und sich zu den Seitenwänden 11c, 11d neigt, damit das Prozeßwasser und der Schlamm in die Drainage 21 ablaufen können und abgepumpt werden können, im Zwischenboden 18 mit feststehenden Belüftungs- und Entwässerungsschlitzen angeordnet ist, der über die Stützen 18a mit dem Boden 11a des Tunnels oder Containers in Verbindung steht, derart, daß zwischen dem Zwischenboden 18 und dem Boden 11a ein Hohlraum entsteht, die Bodenkammer 16, die durch den Zwischenboden 18 von dem Gärraum 10 getrennt ist. Die Bodenkammer 16 ist mit den Seitenkammern bzw. Hohlkammern 12 wasserseitig miteinander verbunden. Die Bodenkammer 16 kann entweder als eine durchgehende Kammer ausgebildet sein, dann sind die Stützen 18a des Zwischenbodens 18 als einfache quadratische oder runde Säulen ausgebildet, oder aber die Bodenkammer 16 kann in beliebig viele kleine Kammern unterteilt sein, dann sind die Stützen 18a des Zwischenbodens 18 als Wände ausgebildet, die parallel zu den Seitenwänden 11c, 11d des Tunnels oder Containers verlaufen. Diese weisen dann an bestimmten Stellen Öffnungen auf, durch welche das Prozeßwasser oder Schlamm fließen kann.

In der Mitte sind an der Decke 11b des Tunnels 100 Düsenpaare 19, 20 befestigt, wovon die eine Düse, die Prozeßwasserdüse 19 ist, durch die das Prozeßwasser mittels einer speziellen Ausbildung fein auf das abzubauende feste Material, die Miete, verteilt wird, so daß eine Kanalbildung im Substrat verhindert werden kann. Die andere Düse, die Schlammdüse 20, die ebenfalls eine spezielle Entwicklung aufweist, dient zum Auf- oder Einbringen des Schlammes auf die Miete. Diese Schlammdüse gibt die Möglichkeit, daß alle Arten von flüssigen biologischen Stoffen, wie z. B. Gülle oder andere in den Tunnel 100 eingebracht und biologisch abgebaut werden können, wobei die Miete, die aus Feststoffen besteht, als biologisch aktives Festbett arbeitet. Die Düsenpaare 19, 20 sind in regelmäßigen Abständen über die volle Länge des Tunnels an der Decke 11b befestigt.

In dieser Figur ist die Situation dargestellt, die während der Phase des aeroben Abbaues herrscht, bei der die Bewässerungs- und Entlüftungsschlitze der Zwischenwand 13a verschlossen sind.

In der Decke 11b des Kastens 11 ist ein Gasablaßventil 32 eingebaut, zum Entnehmen von Biogas zwecks Energiege­ winnung und das zudem aus Sicherheitsgründen als Überdruckventil ausgebildet ist, damit bei plötzlich entstehendem Überdruck Gas nach außen abgeblasen werden kann.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Tunnel 100, der dieselben Bauteile aufweist, wie der bereits in Fig. 1 gezeigte und beschriebene Querschnitt, nur das in dieser Figur die Situation dargestellt ist, die während der Phase des anaeroben Abbaues gegeben ist, bei der die Bewässerungs- und Entlüftungsschlitze der Zwischenwand 13a geöffnet sind.

Die Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung einer seitlichen Doppelwand und der Zwischenwand 13 mit den Bewässerungs- und Entlüftungsschlitzen des Tunnels 100, der aus dem Kasten 11 besteht, der eine Decke 11b und einen Boden 11a aufweist. Die seitliche Doppelwand des Kastens 11 besteht aus der Seitenwand 11d und der Zwischenwand 13, durch die eine seitliche Bewässerung und Entlüftung erfolgen kann. Zwischen der Seitenwand 11d und der Zwischenwand 13 befindet sich die Hohlkammer 12, an deren unteren Ende sich die Drainage 21 befindet, die im Sumpf 21a zum Auffangen von Wasser und Schlamm angeordnet ist, die in den Boden 11a so tief eingelassen ist, daß der Schlammpegel oder der Flüssigkeitspegel oberhalb der Drainage liegt.

In Fig. 4 ist eine Vergrößerung eines Teiles des Bodenbereiches des Tunnels 100, der aus dem Kasten 11 besteht, der einen Boden 11a aufweist, an dem die Seitenwand 11d sowie die hier nicht dargestellte Seitenwand 11c befestigt ist. Dieser Boden ist als schiefe Ebene 17, die die Form eines Dachprofils aufweist, ausgebildet, deren Gefälle zu der Seitenwand 11d gerichtet ist und daß in dem Sumpf 21a mit der Drainage 21 einmündet, so daß Wasser und Schlamm problemlos ablaufen können. Über diesen Boden 11a ist ein Zwischenboden 18 mit feststehenden Belüftungs- und Entlüftungsschlitzen, der mittels Stützen 18a auf dem Boden 11a befestigt ist, so daß zwischen den beiden Böden eine Hohlkammer 18b gebildet wird, die in den Boden 11a so tief eingelassen ist, daß der Schlammpegel oder der Flüssigkeitspegel oberhalb der Drainage liegt.

Die Fig. 4a zeigt eine detaillierte Vergrößerung der Zwischenwand 13 entlang der in der Fig. 4 dargestellten Linie A-B, woraus zu ersehen ist, daß sich die Zwischenwand 13 aus der verschiebbaren Wand 14 mit den Bewässerungs- und Entlüftungsschlitzen 14a, die zur Hohlkammer 12 gerichtet ist, und der feststehenden Wand 15 mit den Bewässerungs- und Entlüftungsschlitzen 15a, die zum Gärraum 10 gerichtet ist, zusammensetzt, wobei die Wand 14 nach unten oder oben verschiebbar ist, um die Bewässerungs- und Entlüftungsschlitze 15a der feststehenden Wand 15 zu öffnen oder zu schließen, was durch den Doppelpfeil 32 angedeutet wird.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Tunnel oder Container 100, wie er bereits in der Fig. 1 dargestellt worden ist, nur daß in der Fig. 5 die Prozeßkreisläufe des Schlammes und des Prozeßwassers und die Zwangsbelüftung schematisch dargestellt sind.

Der Prozeßwasserkreislauf besteht aus Ringleitungen 27, in denen die Prozeßwasserpumpe 25 und ein Wärmetauscher 26, der das Prozeßwasser erwärmt und eventuell Filtereinheiten 25a, die in der Regel als Spaltfilter ausgebildet sind, eingeschaltet sind, deren eines Ende an die Drainage 21 angeschlossen ist und deren anderes Ende in der Mitte an der Decke 11b des Tunnels oder Containers 100 in einer dort angeordneten Spezialdüse für Prozeßwasser 19 einmündet, durch die das Wasser fein über der Oberfläche der Miete versprüht wird und dadurch eine Kanalbildung im Substrat ausgeschlossen wird.

Der Schlammkreislauf besteht ebenfalls aus Ringleitungen 27, die separat zum Prozeßkreislauf verlaufen, in die ebenfalls eine Pumpe, die Schlammpumpe 24, eingeschaltet ist und in dem vor der Schlammpumpe 24 eine Steuereinheit 28 angeordnet ist, mittels der zusätzliche flüssige oder pastöse pumpfähige Substrate, wie z. B. Gülle, zum Schlamm eingebracht werden können aus einem Vorratsbehälter 28b mittels eines in der Steuereinheit 28 angeordneten Bypasses 28a und deren eines Ende mit der Drainage 21 verbunden ist, während deren anderes Ende in die beim Prozeßkreislauf erwähnte Steuereinheit 28 einmündet, an die die Schlammdüse 20 angeschlossen ist, durch die der Schlamm fein über der Oberfläche der Miete versprüht werden kann, um eine Kanalbildung im Substrat zu verhindern.

Die Steuereinheit 28 des Schlammkreislaufes wird automatisch über die zentrale Steuereinheit des Moduls 23 gesteuert, in dem die Einrichtung des Prozeßwasser­ kreislaufes, des Schlammkreislaufes und der Kompressor 29 zur Zwangsbelüftung untergebracht sind.

Die Zwangsbelüftung erfolgt mittels des Kompressors 29, der über Rohrleitungen mit der Belüftungsvorrichtung 30 verbunden ist, an der Belüftungsdüsen 31 angeordnet sind, die im unteren Bereich der Bodenkammer 16 auf der schiefen Ebene 17 angeordnet ist.

Alternativ kann die Zwangsbelüftung auch über den Sumpf 21 erfolgen, der dafür vorübergehend trockengelegt wird, was aber in der Figur nicht weiter dargestellt ist.

Die Fig. 6 zeigt eine Längsansicht des Tunnels 100 von der Seite mit dem Kasten 11, der an seinem vorderen Ende ein wasser- und gasdichtes Tor 22 aufweist, zum Be- und Entladen des Gärraumes, das entweder als Ein- oder Zweiflügeltür oder als Schwenktür, die nach oben schwenkt, ausgebildet sein kann und der an seinem hinteren Ende an der Rückwand 11e ein außerhalb des Tunnels an dieser befestigtes Modul 23 aufweist, das neben der zentralen Steuereinheit, den Kompressor zur Zwangsbelüftung und die Vorrichtungen des Schlamm- und des Prozeßwasserkreislaufes beherbergt.

Bezugszeichenliste

10

Gärraum

11

Kasten

11

a Boden von

11

11

b Decke von

11

11

c Seitenwand

11

d Seitenwand

11

e Rückwand

12

Hohlkammer

13

Zwischenwand

13

a Zwischenwand mit Bewässerungs- und Entlüftungsschlitzen im geschlossenen Zustand

13

b Zwischenwand mit Bewässerungs- und Entlüftungsschlitzen im geöffneten Zustand

14

verschiebbare Wand

14

a Bewässerungs- und Entlüftungsschlitze in

14

15

feststehende Wand

15

a Bewässerungs- und Entlüftungsschlitze in

15

16

Bodenkammer

17

schiefe Ebene

18

Zwischenboden mit feststehenden Belüftungs- und Entwässerungsschlitzen

18

a Stützen für

18

18

b Hohlkammer

19

Düse für Prozeßwasser

20

Schlammdüse

21

Drainage

21

a Sumpf

22

wasserdichtes und gasdichtes Tor

23

Modul

24

Schlammpumpe

25

Prozeßwasserpumpe

25

a Filtereinheiten

26

Wärmeaustauscher

27

Ringleitungen

28

Steuereinheit

28

a Bypass

28

b Vorratsbehälter

29

Kompressor

30

Belüftungsvorrichtung

31

Belüftungsdüse

32

Gasablaßventil

100

Biobox (Biocontainer, Tunnelfermenter)

Claims (10)

1. Tunnelfermentationsverfahren zur kombinierten anaeroben und aeroben Behandlung von biogenen Stoffen und Abfällen in Bioboxen oder Tunnelfermentern zur Erzeugung von Biogas und Kompost bzw. Dünger oder auch zur biologischen Vorbehandlung von Restmüll, dadurch gekennzeichnet, daß der Tunnelfermenter doppelwandig ausgeführt ist und daß feste und pastöse bzw. flüssige Substrate darin gemeinsam biologisch abbaubar sind, wobei die flüssigen oder pastösen Substrate mittels einer Schlammwasserpumpe abziehbar und dem Abbauverfahren gezielt wieder zuführbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (13) des doppelwandigen Tunnelfermenters aus der verschiebbaren Wand (14) und aus der feststehenden Wand (15) bestehen und daß durch Verschieben der Wand (14) eine horizontale Gas- und Wasserdrainage je nach Betriebszustand zugelassen (13a) oder unterbunden (13b) wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßwasser über eine schiefe Ebene (17) und einen Sumpf (21a) mit der Drainage (21) abgeleitet wird, von der Prozeßwasserpumpe (25) angesaugt wird und mit Spezialdüsen (19) gleichmäßig fein über der Oberfläche der Miete versprüht wird und dadurch eine Kanalbildung im Substrat ausgeschlossen wird, wobei ein Prozeßwasserkreislauf herstellbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßschlamm über eine schiefe Ebene (17) und einen Sumpf (21a) mit der Drainage (21) separat zum Prozeßwasserkreislauf abgeleitet wird, von der Schlammwasserpumpe (24) abgepumpt wird und über der Oberfläche der Miete mittels der Düse (20) gleichmäßig verteilt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßwasser zum Erhalt der Betriebstemperatur des Prozesses über den Wärmetauscher (26) oder eine Bodenheizung erwärmt wird und im Kreislauf oder in einer Impfschaltung durch Filtereinheiten (25a) und eine Spezialdüse (19) dem Prozeß wieder zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch Schließen der Seitenwände (13) unter Einsatz des Kompressors (29) und der Belüftungseinrichtung (30) oder Gebläses zunächst vertikal aerob zwangsbelüftet wird und durch die Selbsterhitzung aufgewärmt ggf. hygienisiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material anschließend mit dem Prozeßwasser aus einem sich in der stabilen Methanbildungsphase befindlichen parallel laufenden Batchprozeß angeimpft und dann für mehrere Wochen anaerob mit gefiltertem gleichmäßig temperiertem Prozeßwasser berieselt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material nach der anaeroben Phase erneut vertikal zwangsbelüftet wird, um die Gas- und Geruchsfreiheit herzustellen, die Feuchtigkeit zu regulieren und die aerobe Nachrotte einzuleiten.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum strukturierten Material in den Tunnelfermentern auch pastöse und flüssige Substrate behandelt werden, indem die Miete als Festbett genutzt wird, die über eine Steuereinheit (28) mittels eines Bypasses (28a) aus einem separaten Vorratsbehälter (28b) dem Schlammkreislauf zuführbar sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene Biogas durch das Gasablaßventil (32), das als Sicherheitsventil ausgebildet ist, entnehmbar ist und zur Energiegewinnung nutzbar ist.