DE19843502A1 - Verfahren zum Behandeln von biologischen Abfallstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln von biologischen Abfallstoffen wie Biomüll oder Grünabfall, wobei ein Gemisch aus den Abfallstoffen und Flüssigkeit wie Wasser durch Zerkleinern und Homogenisieren zu einer Rohsuspension aufbereitet wird, die Rohsuspension einem ersten Reaktor zugeführt und in diesem zur Gewinnung einer Gärsuspension anaerob vergärt wird und die Gärsuspension nach Entnahme aus dem Reaktor entwässert wird, wobei gegebenenfalls abgetrennte Feststoffe aerob nachbehandelt werden. Um sicherzustellen, dass die nach der Vergärung der biologischen Abfallstoffe anfallenden Substanzen weder zu einer Gefährdung noch zu einer Belästigung führen, wobei gleichzeitig sichergestellt sein soll, dass die Gesamtbehandlung des biologischen Abfalls in kurzer Zeit erfolgen kann, wird vorgeschlagen, dass die Gärsuspension vor deren Entwässerung aerob behandelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln von biologischen Abfallstoffen wie Biomüll oder Grünabfall, wobei ein Gemisch aus den Abfallstoffen und Flüssigkeit wie Wasser durch Zerkleinern und Homogenisieren zu einer Rohsuspension aufbereitet wird, die Rohsuspension einem ersten Reaktor zugeführt und in diesem zur Gewinnung einer Gärsus­ pension anaerob vergärt wird und die Gärsuspension nach Entnahme aus dem Reaktor entwässert wird, wobei gegebenenfalls abgetrennte Feststoffe aerob nachbehandelt werden.

Um biologischen Abfall zu einem verwertbaren Kompost zu verarbeiten, ist es bekannt, diesen mit einer Flüssigkeit in einen als Suspensor zu bezeichnenden Behälter einzugeben, der vorzugsweise die Form eines Zylinders aufweist, dessen Achse vertikal verläuft. In dem Behälter ist ein Rotor angeordnet, mittels dessen die Abfallstoffe zerschlagen und mit der Flüssigkeit zur Bildung einer Rohsuspension homogenisiert werden. Die Rohsuspension - nach Abscheiden von Leicht- und Schwerstoffen - wird sodann einem ersten Reaktor wie Faulbehälter zugeführt, in dem eine anaerobe Behandlung erfolgt. Vor Zuführen der Roh­ suspension in den ersten Reaktor erfolgt eine weitere Abtrennung von Schwerstoffen, die sich im Boden des Suspensors ablagern können (EP 0 598 187 B1).

Neben der anaeroben Behandlung von biologischen Abfallstoffen, wobei eine Behandlung bei mesophilen oder thermophilen Temperaturen oder auch bei einer Kombination beider erfolgt, ist auch die Kompostierung als aerobes Verfahren bekannt. Häufig erfolgt dabei ein Verrotten in Mieten, wobei durch häufiges Umsetzen dieser der erforderliche reichliche Sauerstoffüber­ schuss begünstigt und somit der Rottungsprozess beschleunigt werden. Nachteilig ist dabei, dass beim Aufsetzen von Mieten am Boden Staunässe auftritt, die als Sickerwasser aufgefan­ gen wird. Diese Flüssigkeit ist übelriechend und muss nach Anfall entsorgt werden. Feuchtig­ keit für das zu verrottende Material ist jedoch erforderlich, um den Rotteprozess zu erhalten, so dass ein fortwährendes Abführen der Feuchtigkeit nicht möglich ist. Alternativ dazu kann der Kompostierungsprozess in horizontal oder vertikal angeordneten Schnellreaktoren ablaufen. Dies benötigt jedoch einen extrem hohen maschinellen Aufwand.

Gegenüber der Kompostierung hat die anaerobe Vergärung den Vorteil, dass eine weitgehen­ de Massenreduktion bei gleichzeitiger Produktion von methanhaltigem Biogas erzielt wird. Dieses kann zur Erzeugung von Strom und Wärme und damit zumindest zur teilweisen Deckung der Prozessenergie und Prozesswärme selbst genutzt werden. Vorteilhaft sind des Weiteren die relativ kurze Behandlungsdauer sowie die zum Teil geringeren Behandlungs­ kosten.

Bei einer einstufigen Vergärung wird eine Rohsuspension aus einem Gemisch aus biologi­ schen Abfallstoffen und Wasser nach mechanischer Zerkleinerung, Homogenisierung und Anmaischen, wobei Grobstoffe und Sand entfernt werden, einem beheizten Gärreaktor zugeführt, in dem die Rohsuspension über einen Zeitraum von ca. 10 bis 20 Tagen verweilt. Sodann wird die Suspension aus dem Gärreaktor entnommen und entwässert. Bei der so erfolgten Fest-Flüssig-Trennung entsteht bereits Feststoff mit einem Wassergehalt von ca. 60%, der als Kompost oder besser gesagt anaerober Kompost bezeichnet wird.

Durch die insbesondere kurze Behandlungsdauer bedingt und der Ungleichmäßigkeit der in der Rohsuspension vorhandenen Inhaltsstoffe, die von gelösten Substanzen bis relativ groben Bruchstücken organischen Materials reichen, aber auch verfahrensbedingt, kann der von den Abnehmern der Komposte häufig geforderte Rottegrad (z. B. Rottegrad 4) nicht mehr garan­ tiert werden. Um dies zu gewährleisten, ist es bekannt, nach der Fest-Flüssig-Trennung die Feststoffe einem aeroben Nachbehandlungsschritt zu unterziehen, also ein Nachrotten für den entwässerten Gärrest durch vorzugsweise Mietenkornpostierung über einen Zeitraum von 5-8 Wochen vorzunehmen.

Unabhängig davon wird häufig die bei der Fest-Flüssig-Trennung der Gärsuspension an­ fallende Flüssigkeit als Verdünnungswasser zur Herstellung der Rohsuspension benutzt, also im Kreis geführt. Ursächlich hierfür ist, dass man Prozesswasser einsparen möchte und die Menge des zu behandelnden und in der Regel organisch hochbelasteten Abwassers auf ein Minimum reduzieren möchte, so dass demzufolge das bereits in der Gärsuspension vorhan­ dene Wasser erneut benutzt werden kann.

Nachteilig bei der anaeroben Behandlung ist es folglich, dass es bei der weiteren Verarbei­ tung der Gärsuspension bzw. bei der Wiederbenutzung der als Schlammwasser zu bezeich­ nenden bei der Fest-Flüssig-Trennung angefallenen Flüssigkeit in einem Suspensor, in dem die Rohsuspension hergestellt wird, da zur Produktion und Freisetzung von Methan kommen kann, wodurch u. a. mit Luftsauerstoff ein explosives Gasgemisch entsteht, welches bei Auftreten von Funken explodieren kann. Insbesondere dann, wenn die anaerobe Bakterien enthaltende Gärflüssigkeit, also das Schlammwasser, mit leicht abbaubarem Rohsubstrat in Verbindung gebracht wird, wie dies beim Homogenisieren und Anmaischen im Suspensor erfolgt, kann es unter ungünstigen Bedingungen zur Bildung von explosiven Gasgemischen kommen. Gleiche Gefahr besteht auch bei Speicherbehälter, die zur vorübergehenden Lagerung von Gärsuspensionen, Schlammwasser oder entwässertem anoeroben Komposten vorgesehen werden. Eine verfahrensbedingte Gefährdung wäre auch bei sorgfältigster An­ lagenführung nicht auszuschließen.

Auch ist es nachteilig, dass bei nachfolgenden Behandlungsstufen zum Teil Ammoniak freigesetzt wird, wodurch dem Produkt ein unangenehmer Geruch anhaftet, der zu einer Belästigung für Bedienungspersonal führt. Unabhängig davon führt das Ammoniak zu einer Materialkorrosion. Ferner ist bei einer Nachrottung der bei der Fest-Flüssig-Trennung angefallenen Feststoffe ein hoher Personalaufwand und Platzbedarf erforderlich. Auch treten die zuvor geschilderten Geruchsbelästungen bei der Verrottung auf Mieten auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genann­ ten Art so weiterzubilden, dass die nach der Vergärung der biologischen Abfallstoffe an­ fallenden Substanzen weder zu einer Gefährdung noch zu einer Belästigung führen, wobei gleichzeitig sichergestellt sein soll, dass die Gesamtbehandlung des biologischen Abfalls in kurzer Zeit erfolgen kann.

Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Gärsuspension vor deren Entwässerung aerob behandelt wird.

Erfindungsgemäß erfolgt im unmittelbaren Anschluss an die anaerobe Gärung eine flüssige aerobe Nachbehandlung. Dabei wird die Gärsuspension aus dem den anaeroben Prozess ermöglichenden Gärreaktor entnommen und insbesondere einem kontinuierlich belüfteten und durchmischten zweiten einen aeroben Prozess ermöglichenden Reaktor zugeführt. Das Belüften und Durchmischen in dem zweiten Reaktor, der auch als aerober Reaktor bezeichnet werden kann, werden den Erfordernissen der dem Gärreaktor entnommenen Gärsuspension angepasst. Dabei kann eine Betriebsweise erfolgen, die der Verfahrenstechnik der aerob thermophilen Stabilisierung von Klärschlamm weitgehend entspricht.

Die Aufenthaltszeit der Gärsuspension in dem zweiten Reaktor sollte 2 bis 7 Tage betragen, um auszuschließen, dass in der bei der anschließenden Fest-Flüssig-Trennung anfallenden Flüssigkeit und/oder den Feststoffen eine Nachgasung der Gärreste erfolgt. Nach diesem Zeitraum sollten nämlich die anaeroben Bakterien in der Flüssigkeit vernichtet sein. Dies wird dadurch sichergestellt, dass in die in dem aeroben Reaktor vorhandene Gärsuspension im hinreichenden Umfang Sauerstoff gelöst wird, gegenüber dem anaerobe Methanbakterien sehr empfindlich sind. Dieses bedeutet, dass die Methanbakterien nicht überleben können. Durch die aerobe Behandlung und intensive Belüftung werden deshalb die in der Gärsuspen­ sion befindlichen anaeroben Methanbakterien sicher abgetötet, wodurch eine Entstehung von Methangas bei den nachfolgenden Behandlungsstufen ausgeschlossen ist.

In dem aeroben Reaktor wird die Gärsuspension zugleich einem oxidativen Prozess unter­ worfen, wobei die Inhaltsstoffe der Gärsuspension so weit oxidiert werden, dass der geforder­ te Rottegrad sicher gewährleistet wird.

Eine Fest-Flüssig-Trennung findet erst nach Abschluss der zweiten, der aeroben Behand­ lungsstufe statt. Die anfallende als Trübwasser zu bezeichnende Flüssigkeit kann sodann gefahrlos als Prozesswasser zurückgeführt gelagert und genutzt werden; denn das Trübwasser kann im Lagerbehälter und in dem Suspensor, in dem die Vorbehandlung der biologischen Abfallstoffe zur Gewinnung der Rohsuspension durchgeführt wird, nicht zu biologischen Aktivitäten und damit zur Produktion von methanhaltigem Biogas führen.

Durch die erfindungsgemäße Lehre wird folglich eine Explosionsgefahr durch ein sicheres Unterbinden anaerober mikrobiologischer Aktivitäten der Gärreste unter Freisetzung von Methan in nachfolgenden Behandlungsstufen erreicht. Dies gilt sowohl für das Gemisch als auch für die Festphase (Kompost) als auch die Flüssigphase (Schlammwasser nach der Fest- Flüssig-Trennung).

Durch die aerobe Nachbehandlung ist im Vergleich zu dem bekannten Verfahren (mit oder ohne Nachkompostieren) ein vergleichbarer oder besserer Rottegrad der Gärreste erzielbar, wodurch Güteanforderungen an den Kompost im hinreichenden Umfang erfüllt werden. Zudem ist eine Geruchsbelästigung durch eine gezielte Ausstrippung von Ammoniak und anderen Geruchsstoffen, die aufgefangen und getrennt behandelt werden können, kontrollier­ bar und reduzierbar.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines das erfindungsgemäße Verfahren erläuternden Schließbildes.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Verfahrensablauf eines Vergärungsprozesses für biologische Abfallstoffe nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 ein Verfahrensablauf eines Vergärungsprozesses nach der erfindungsgemäßen Lehre.

Um biologische Abfallstoffe wie Biomüll oder Grünabfall zu behandeln, gelangt neben der Kompostierung als aerobes Verfahren auch die Vergärung als anaerobes Verfahren zur Anwendung. Dabei werden in einem ersten Verfahrensschritt 10 durch mechanische Vorbe­ handlung aus den Abfallstoffen Grobreste wie Schrott und sonstige nicht vergärbare Stoffe abgetrennt. Sodann werden die biologischen Abfallstoffe mit einer Flüssigkeit in einen sogenannten Suspensor mit Rotor eingebracht (Verfahrensschritt 12), um durch Zerkleinern und Homogenisieren eine Rohsuspension zu gewinnen. Dabei anfallende Grobstoffe, Sand etc. werden aus dem Suspensor ausgetragen. Die so hergestellte Rohsuspension wird in einem nächsten Verfahrensschritt 14 einem ersten als Gärreaktor oder Faulturm zu bezeichnenden Reaktor zugeführt, in dem die Rohsuspension vergärt, also anaerob behandelt wird. Die Aufenthaltsdauer der Rohsuspension in dem Gärreaktor kann dabei 10 bis 20 Tage dauern. Während des Gärprozesses entsteht Biogas, das zur Erzeugung von Strom und Wärme dient, die auch zur Deckung der Prozesswärme benutzt werden kann. Die Gärsuspension wird sodann, nachdem diese gegebenenfalls in einem Speicher gepuffert wird (Verfahrensschritt 16), einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen (Verfahrensschritt 18), um die Flüssigkeit im Kreislauf dem Suspensor oder Stofflöser wieder zuzuführen (Verfahrensschritt 20), um also die Rohsuspension herzustellen. Diese Kreislaufführung hat den Vorteil, dass Prozesswasser eingespart und die Menge des zu behandelnden Abwassers, welches in der Regel organisch hoch belastet ist, reduziert werden kann. In der zu dem Suspensor führenden Leitung kann gegebenenfalls ein Speicher 22 vorgesehen sein, in der Abwasser gepuffert wird. Die bei der Fest-Flüssig-Trennung 18 anfallenden Feststoffe werden sodann häufig in einer Nachrotte (24) aerob nachbehandelt, um sodann nach einer Nachrottzeit zwischen 5 bis 8 Wochen den gewünschten Kompost zu gewinnen.

In der bei der Fest-Flüssig-Trennung 18 angefallenen und dem Suspensor zurückgeführten Flüssigkeit können aufgrund in dieser vorhandener anaerober Methanbakterien mikrobiolo­ gische Aktivitäten mit der Folge auftreten, dass Methan freigesetzt wird, so dass sich in ungünstigen Fällen ein explosives Gasgemisch bilden kann. Die lange Nachrottezeit über einen Zeitraum von 5 bis 8 Wochen ist ebenfalls erforderlich, um den erforderlichen Rotte­ grad sicher zu gewährleisten.

Entsprechend dem das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlichende Schließbild gemäß Fig. 2, bei dem die Verfahrensschritte, die dem Stand der Technik in der Fig. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist vorgesehen, dass die dem Gärreaktor entnommene Gärsuspension einer flüssigen aeroben Nachbehandlung 26 unterzogen wird. Hierzu gelangt die Gärsuspension in einen weiteren Reaktor, der kontinuierlich belüftet und durchmischt wird mit der Folge, dass insbesondere die anaeroben Methanbakterien aufgrund gelösten Sauerstoffes vernichtet werden. Durch die aerobe Nachbehandlung werden die organischen Inhaltsstoffe der Gärsuspension einer der Nachrotte vergleichbaren oder weitergehenden Oxidation unterzogen. Die bei dem aeroben Prozess auftretenden Abluft und Gase können durch biologische bzw. chemische Behandlung (Reinigung) von Ammoniak und anderen Geruchsstoffen befreit werden (Verfahrensschritt 28). In der Praxis ist es möglich, die Abluftreinigung beispielsweise mit Hilfe eines Kompostfilters zu erzielen.

Nach der aeroben Behandlung 26 der Gärsuspension kann diese gegebenenfalls über einen Speicher 30 der Fest-Flüssig-Trennung 18 unterzogen werden, wobei die anfallende Flüssig­ keit gefahrlos dem Suspensor zur Herstellung der Rohsuspension 12 zugeführt werden kann. Die Feststoffe selbst sind unmittelbar als Kompost nutzbar, ohne dass es zwingend einer weiteren aeroben Nachrottung in Mieten bedarf.

Für den aeroben Reaktor kommen alle Bauformen, Baumaterialien und Einrichtungen in Frage, die auch bei der aeroben bzw. aerob-thermophilen Klärschlammstabilisierung zur Anwendung gekommen sind. Je nach Prozesstemperatur sind geeignete Isolierungsmaß­ nahmen vorzusehen. Falls in der Gärsuspension eine nennenswerte Menge von Sand vorhan­ den ist, ist auch eine integrierte Sandabscheide-Vorrichtung vorzusehen. Insoweit wird auf entsprechende bekannte Konstruktionen verwiesen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Behandeln von biologischen Abfallstoffen wie Biomüll oder Grün­ abfall, wobei ein Gemisch aus den Abfallstoffen und. Flüssigkeit wie Wasser durch Zerkleinern und/oder Homogenisieren zu einer Rohsuspension aufbereitet wird, die Rohsuspension einem ersten Reaktor zugeführt und in einem anaeroben Prozess oder einer anaeroben Prozesskombination ergärt wird (Gärsuspension), wobei nach Entnah­ me von Gärsuspension aus dem ersten Reaktor diese entwässert wird, wobei gegebe­ nenfalls abgetrennte Feststoffe aerob nachbehandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärsuspension vor deren Entwässerung aerob behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärsuspension einem zweiten Reaktor zugeführt wird, in dem die Gärsuspen­ sion intensiv belüftet und durchmischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärsuspension in dem zweiten (aeroben) Reaktor kontinuierlich belüftet und durchmischt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärsuspension über einen Zeitraum von vorzugsweise 2 bis 7 Tagen in den zweiten Reaktor belüftet und durchgemischt wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärsuspension in dem geschlossenen Reaktor belüftet und durchmischt wird, wobei anfallende Abluft vorzugsweise durch biologische oder chemische Reinigung von Ammoniak und anderen Geruchsstoffen zumindest teilweise befreit wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der aeroben Behandlung der Gassuspension eine Fest-Flüssig-Trennung erfolgt, wobei anfallende Flüssigkeit als Prozessflüssigkeit zur Gewinnung der Rohsuspension zurückgeführt wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Gärsuspension nach deren aerober Nachbehandlung abgetrennten Feststoffe trocken-aerob nachbehandelt werden.