DE19948948B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung von Abfall - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Trocknen von organikhaltigen Abfällen (Stabilisierung), wobei der organikhaltige Abfall biologisch umgesetzt wird und bei dieser Umsetzung Wärme freigesetzt wird, die zum Trocknen des Abfalls eingesetzt wird, und wobei dem Abfall ein vorzugsweise sauerstoffhaltiger Gasstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass den Abfällen zusätzlich Wärmeenergie aus einem nichtbiologischen Prozess zugeführt wird, wobei die Wärmeenergie kontinuierlich und mit regelbarer Leistung zugeführt wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von Abfällen, insbesondere organikhaltigen Abfällen, bei dem den Abfällen ein vorzugsweise sauerstoffhaltiger Gasstrom zugeführt wird.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Trocknen von Abfällen, insbesondere organighaltigen Abfällen, mit einem wesentlichen geschlossenen Behälter zum Aufnehmen der Abfälle und mindestens einer Zuführleitung zum Einleiten eines Gasstroms, vorzugsweise Luft in den Behälter sowie mindestens einer Entnameöffnung zum Abführen eines Gasstroms aus dem Behälter.
• Derartige Verfahren zur Trocknung oder Stabilisierung von Abfall sind bekannt. Abfall, bei dem es sich um Hausmüll oder andere organighaltige Abfälle handeln kann, enthält häufig organische Bestandteile wie etwa Lebensmittelreste oder pflanzliche Bestandteile. Derartige Abfälle fallen in sehr großen Mengen an. Ziel der Trocknung oder Stabilisierung ist es, die Abfälle derart zu behandeln, daß anschließend eine stoffspezifische Weiterbehandlung einzelner in den Abfällen enthaltener Stoffgruppen möglich ist und/oder ein sogenanntes lagerstabiles Stabilat zu erzeugen, so daß die Abfälle dauerhaft und ohne Umweltbeeinträchtigung gelagert werden können.
• Während der Trocknung oder Stabilisierung der Abfälle werden organische Abfallinhaltsstoffe biologisch oxidiert. Der hierzu erforderliche Sauerstoff wird durch einen Luftstrom dem Abfall zugeführt. Aufgrund der Oxidation von Abfallinhaltsstoffen durch (mikro-) biologische Stoffumsetzungen wird Wärmeenergie frei, die die Abfälle erwärmt; eine derartige Erwärmung tritt auch bei sogenannten Kompostmieten auf. Durch die Erwärmung der Abfälle gehen größere Mengen von in diesen enthaltenem Wasser oder anderen Flüssigkeiten in die Dampfphase über und werden mit einem Abluftstrom aus dem Abfall ausgetragen.
• Eine derartige Trocknung oder Stabilisierung von Abfall ist aus dem in dem Fachbuch "Bio- und Restfallbehandlung II", herausgegeben von K. Wiemer, M. Kern, Witzenhausen, 1998, erschienenden Artikel "Mechanisch-biologische Stabilisierung mit dem Contec-Nord-MBS-System" von M. Wittmaier und anderen bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird der Abfall nach einer mechanischen Zerkleinerung ähnlich wie bei einer Kompostierung in einem geschlossenen Container gelagert und durch Zuführung von Luft in einem Zeitraum zwischen 6 bis 30 Tagen stabilisiert. Der getrocknete Abfall weist einen geringen Wassergehalt von 15% und weniger auf und ist lagerstabil.
• Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist es, daß die aufgrund der – exothermen – Oxidation von organischen Abfallinhaltsstoffen stattfindende Erwärmung des Abfalls begrenzt ist und direkt von den Oxidationsprozessen abhängt. Bei Oxidationsprozessen niedriger Intensität und Wärmeentwicklung und/oder gegebenenfalls auftretenden hohen zugeführten Luftströmen kann die Situation eintreten, daß keine oder nur eine sehr geringe Erwärmung des Abfalls stattfindet, so daß keine oder nur eine sehr geringe Verdampfung von in dem Abfall enthaltenden Wasser stattfindet. Folglich ist die Trocknung durch Entzug von Wasser stark beschränkt oder findet nicht statt. Die gesamte Trocknungsleistung ist somit bei dem bekannten Verfahren durch die biologischen Stoffumsetzungsprozesse limitiert. Ein weiterer daraus entstehender Nachteil ist, daß die bekannten Trocknungsprozesse bei geringen Außentemperaturen beispielsweise in Bereichen unterhalb von 5 bis 0°C zum Erliegen kommen, da die Erwärmung aufgrund der biologischen Oxidation unzureichend ist; Versuche haben gezeigt, daß der Trockungsprozeß dann zum Erliegen kommt.
• Die DE 198 04 949 A1 offenbart ein zweistufiges Verfahren zum Trocknen organischer Abfälle. In einer ersten Stufe werden die zu trocknenden Abfälle belüftet. Die Belüftung löst eine aerobe Verrottung der Abfälle aus. Die bei der Verrottung frei werdende Prozesswärme wird genutzt, um in einer zweiten Stufe eine Resttrocknung der Abfälle zu bewirken.
• Aus der DE 43 40 857 A1 ist ein Trocknungsverfahren organischer Abfälle bekannt. Dabei wird organischer Abfall thermisch behandelt, um ihn auf einen bestimmten Trocknungsgrad zu bringen. Der getrocknete Abfall wird anschließend in ein Zersetzungsfach geleitet, in dem der Abfall chemisch und/oder mikrobiologisch zersetzt wird. Die nicht-biologische Trocknung und die anschließende biologische Zersetzung sind voneinander getrennt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine wirksame Trocknung oder Stabilisierung von organighaltigen Abfällen durchgeführt werden kann.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Die Erfindung löst die Aufgabe ferner mit einer Vorrichung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
• Die Vorteile der Erfindung liegen im wesentlichen darin, daß durch die zusätzlich zugeführte Wärmeenergie der Trocknungsprozess intensiver und somit rascher durchgeführt wird. Erfindungsgemäß ist sichergestellt, daß stets eine ausreichende Erwärmung des Abfalls vorliegt und somit Wasser oder andere Flüssigkeiten in die Dampfphase übergehen und somit dem Abfall stets Flüssigkeit entzogen wird. Insbesondere dann, wenn die von Mikroorganismen in dem Abfall erzeugte Wärmeenergie nicht ausreicht für eine ausreichende Erwärmung, gewährleistet die zusätzlich von außen zugeführte Wärmeenergie eine ausreichende Erwärmung und somit Verdampfung flüssiger Bestandteile. Der erfindungsgemäße Trocknungsprozess kann durch gezielte Einbringung der Wärmeenergie dahingehend gesteuert werden, daß die Temperatur des Abfalls auf einen vorgebbaren Temperaturbereich eingestellt wird. Aufgrund der erhöhten Temperatur des durch den Abfall strömenden Gases, insbesondere einer erhöhten Eingangstemperatur, erhöht sich die Feuchtigkeitsaufnahmekapazität, insbesondere die Wasseraufnahmekapazität des Gases erheblich, so daß der Trocknungsprozeß verbessert ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß Abwärme aus thermischen Prozessen für die Stabilisierung von Hausmüll oder anderem organikhaltigen Abfällen genutzt werden kann, welche beispielsweise in Heizungsanlagen, Heizkraftwerken, Blockheizkraftwerken oder thermischen Kraftwerken anfällt und ansonsten ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden müßte.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmeenergie zusammen mit dem Gasstrom zugeführt, indem der Gasstrom vor dem Zuführen zu den Abfällen erwärmt wird. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit der Einbringung zusätzlicher thermischer Energie, da der Gasstrom, bei dem es sich vorzugsweise um einen Luftstrom handelt, ohnehin die zu trocknenden Abfälle durchströmt und der Gasstrom auf einfache Weise erhitzt werden kann.
• Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die dem Gasstrom zugeführte Wärmeenergie einem thermischen Verbrennungsprozeß entnommen wird, bei dem es sich um eine Verbrennung in einem herkömmlichen Heizkessel, einem Kraftwerk, einem Blockheizkraftwerk, einem Heizkraftwerk oder einem Müllheizwerk handeln kann.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, daß die in dem Verbrennungsprozeß entstehende Wärmeenergie in einem Wärmeübertrager auf den Gasstrom übertragen wird, was den Vorteil mit sich bringt, daß ein zirkulierendes Wärmeträgermedium wie Wasser Wärme in den thermischen Verbrennungsprozess aufnimmt und dann mittels des Wärmeübertragers auf den Gasstrom überträgt, ohne sich mit diesem zu vermischen.
• Alternativ wird vorgeschlagen, daß die in dem Verbrennungsprozeß entstehende Wärmeenergie dadurch auf den Gasstrom übergeht, daß in dem Verbrennungsprozeß entstehende Verbrennungsgase mit dem Gasstrom vermischt und anschließend den Abfällen zugeführt werden, so daß ein Wärmeübertrager nicht erforderlich ist und statt dessen einfach die Verbrennungsgase mit dem Luftstrom vermischt werden.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der erwärmte Gasstrom in einen die Abfälle enthaltenden im wesentlichen geschlossenen Behälter eingeleitet wird. Bei dem Behälter kann es sich um einen beliebigen Behälter für eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Behandlung des Abfalls handeln, beispielsweise einen sogenannten Rottetunnel.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch weitergebildet, daß die Wärmeenergie kontinuierlich und mit regelbarer Leistung so zugeführt wird, daß die Abfalltemperatur die Regelung der zugeführten Wärmeenergie und gegebenenfalls zusätzlich des zuzuführenden Gasstromes auf bevorzugte Werte von unter 100°C, besonders bevorzugt auf einen Temperaturbereich zwischen 20 und 80°C eingestellt wird. Zweckmäßigerweise wird die Temperatur des in dem Behälter eingeleiteten Gasstroms und die Temperatur des aus dem Behälter hinausströmenden Gasstroms sowie der Volumenstrom des Gasstroms gemessen, so daß die zusätzlich zugeführte Wärmemenge bestimmbar ist.
• Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Wärmeenergie durch Umwandlung von elektrischer Energie erzeugt wird. Zwar ist elektrische Energie an sich besonders "wertvoll", da sie sich problemlos in jegliche andere Energieform umwandeln läßt – im Vergleich zu thermischer Energie -, aber sie fällt bei einigen Prozessen in überschüssigen Mengen an, beispielsweise bei großen Kraftwerken zu Zeiten geringen Stromverbrauchs, so daß sie dann eingesetzt werden kann, beispielsweise um die Wärmeenergie in Form von elektromagnetischen Wellen wie Mikrowellen dem Abfall zuzuführen.
• Die zuvor beschriebenen Vorteile werden gleichermaßen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwirklicht, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Bei der Einrichtung zum Zuführen der Wärmeenergie auf den Abfall handelt es sich bei einer Variante um einen Wärmeübertrager, der eingangsseitig mit thermischer Energie gespeist und ausgangsseitig mit dem dem Abfall zuzuführenden Gasstrom gespeist wird.
• Alternativ handelt es sich bei der Einrichtung zum Zuführen von Wärmeenergie um ein Verbrennungsaggregat zum Verbrennen eines Brennstoffs, insbesondere einen Gasbrenner, dessen Verbrennungsprodukte mit dem Gasstrom in einer Mischkammer gemischt werden; anschließend werden die vermischten Gase in einen den Abfall aufweisenden Behälter eingeleitet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung sind nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur beschrieben, in der eine Vorrichtung schematisch dargestellt ist.
• Die dargestellte Vorrichtung weist einen im wesentlichen geschlossenen Behälter 2 nach Art eines Containers und eine Einrichtung zum Zuführen von Wärmeenergie in Form eines Wärmeübertragers 4 auf. Der Behälter kann andere Gestaltungen annehmen, beispielsweise auch nach Art eines sogenannten Rottetunnels ausgebildet sein. In diesem Fall würde eine kontinuierliche Trocknung ausgeführt werden und zusätzliche Wärmeenergie aus einem nicht biologischen Prozeß, vorzugsweise einem thermischen Prozeß, dem Abfall zugeführt werden. Im Innenraum des Behälters ist Abfall 6, bei dem es sich um Hausmüll mit organischen Inhaltsstoffen o. dgl. handelt, gelagert. Im Bereich eines Bodens 8 des Behälters 2 ist ein Verteiler-Raum 10 zum Verteilen von Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas angeordnet. In dem Boden 8 sind eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen ausgebildet, so daß Luft aus dem Verteiler 10 in den Innenraum des Behälters 2 einströmen und somit dem Abfall 6 zugeführt werden kann. Anstelle der Durchgangsbohrungen kann ein Rost im Bodenbereich angeordnet sein, auf dem die Abfälle liegen und welches von unten mit dem erhitzten Gasstrom durchströmt wird. Im oberen Bereich des Behälters 2 sind eine oder mehrere Öffnungen mit Rohrstutzen 12 vorgesehen, durch die Gas aus dem Innenraum des Behälters 2 herausströmen kann.
• Der Wärmeübertrager 4 weist einen Einlaßstutzen 14 zum Einsaugen von Luft aus der Umgebung in den Innenraum des Wärmeübertragers 4 sowie eine aus dem Wärmeübertrager 4 herausführende Zuführleitung 16 auf, die mit dem Verteiler 10 verbunden ist. Mit Hilfe eines nicht dargestellten Gebläses kann Luft aus der Umgebung durch den Wärmeübertrager 4 in den Verteiler 10 und in den Innenraum des Behälters 2 gefördert werden. Die durch den Wärmeübertrager 4 geförderte Luft wird in diesem erwärmt durch Aufnahme von Wärmeenergie, die durch ein flüssiges Wärmeträgermedium, etwa Wasser oder Öl, in den Wärmeübertrager 4 durch einen Einlaß 18 hinein und durch einen Auslaß 20 wieder herausströmt und dabei Wärmeenergie auf die Luft überträgt.
• Der in dem Wärmeübertrager 4 erhitzte Luftstrom durchströmt den Verteiler 10 und tritt in den Innenraum des Behälters 2 ein, wo der Luftstrom sich mit dem Abfall vermischt und dem Abfall 6 Wärmeenergie zuführt. Zusätzlich entsteht aufgrund von exothermen Reaktionen, insbesondere Oxidationen der biologischen Bestandteile des Abfalls Wärme in dem Abfall 6. Es kommt zur Verdampfung von Wasser und anderen Bestandteilen des Abfalls 6, die – in der Dampfphase – auf den Luftstrom übergehen. Der Luftstrom wird anschließend durch die Rohrstutzen 12 aus dem Innenraum des Behälters 2 herausgeführt.
• Das den Wärmeübertrager 4 durchströmende Wärmeträgermedium, welches Wärmeenergie an den Luftstrom in dem Wärmeübertrager 4 abgibt, wird beispielsweise von der in einem Heizkessel, einem Blockheizkraftwerk o. dgl. entstehenden Wärmeenergie erwärmt. Die in dem Wärmeübertrager 4 übertragene Wärmeenergie bzw. Wärmeleistung läßt sich einstellen durch eine Einstellung und/oder Regelung der Temperaturen des einströmenden und ausströmenden Wärmeträgermediums bzw. der Temperaturen der Luft und des Volumenstromes der Luft durch den Wärmeübertrager 4. Dies wird im einzelnen mit Hilfe nicht dargestellter Steuerungs- und Regelungsorgane durchgeführt.
• In nicht dargestellter Weise ist anstelle des Wärmeübertragers 4 ein Gasbrenner o. dgl. vorgesehen, in dem ein Gas mit Hilfe von zugeführter Luft verbrannt wird, wodurch sich die zugeführte Luft stark erhitzt. Anschließend wird die auf diese Weise erhitzte Luft durch den Verteiler 10 in den Behälter 2 eingeleitet, so daß Wärmeenergie dem Abfall 6 zugeführt wird.
• Der Trocknungsprozeß kann auch mit einem kontinuierlichen Verfahren durchgeführt werden, bei dem die zu stabilisierenden Abfälle kontinuierlich mit Hilfe einer geeigneten Fördereinrichtung, beispielsweise einem Förderband, durch einen Rottetunnel oder dergleichen gefördert werden und dabei von dem Gasstrom durchströmt oder überströmt werden, welchem zusätzliche, nicht aus einem biologischen Prozeß stammende thermische Energie zugeführt worden ist, so daß die erfindungsgemäße Trocknung durchgeführt werden kann.

Claims (12)

1. Verfahren zum Trocknen von organikhaltigen Abfällen (Stabilisierung), wobei der organikhaltige Abfall biologisch umgesetzt wird und bei dieser Umsetzung Wärme freigesetzt wird, die zum Trocknen des Abfalls eingesetzt wird, und wobei dem Abfall ein vorzugsweise sauerstoffhaltiger Gasstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass den Abfällen zusätzlich Wärmeenergie aus einem nichtbiologischen Prozess zugeführt wird, wobei die Wärmeenergie kontinuierlich und mit regelbarer Leistung zugeführt wird.
2. Verfahren zum Trocknen von organikhaltigen Abfällen (Stabilisierung), wobei der organikhaltige Abfall biologisch umgesetzt wird und bei dieser Umsetzung Wärme freigesetzt wird, die zum Trocknen des Abfalls eingesetzt wird, und wobei dem Abfall ein vorzugsweise sauerstoffhaltiger Gasstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrom zusätzlich Wärmeenergie aus einem nichtbiologischen Prozess zugeführt wird, wobei die Wärmeenergie dem Gasstrom kontinuierlich und mit regelbarer Leistung zugeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrom Wärmeenergie aus einem thermischen Verbrennungsprozess zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Verbrennungsprozess in einem herkömmlichen Heizkessel oder in einem Heizkraftwerk ausgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gasstrom zugeführte Wärmeenergie durch eine Fernwärmeleitung zugeführt und anschließend auf den Gasstrom übertragen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbrennungsprozess entstehende Verbrennungsgase mit dem Gasstrom vor dem Zuführen zu den Abfällen vermischt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrom Wärmeenergie durch Umwandlung von elektrischer Energie zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie dem Gasstrom in Form von elektromagnetischen Wellen, vorzugsweise Mikrowellen, zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom in einen die Abfälle enthaltenden Behälter eingeleitet wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des den Abfällen zugeleiteten Gasstroms und des aus den Abfällen entweichenden Gasstroms gemessen wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfalltemperatur und/oder die Temperatur des Gasstroms auf einen Temperaturbereich von 80°C bis 100°C einzustellen.
12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend – einen Behälter zum Aufnehmen der Abfälle, – einen Verteilerraum im Boden des Behälters zum Verteilen des den Abfällen zugeleiteten Gasstroms, und – ein Verbrennungsaggregat zum Zuführen von Wärmeenergie in den den Abfällen zugeleiteten Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsaggregat eingerichtet ist zum Vermischen der vom Verbrennungsaggregat erzeugten Verbrennungsgase mit dem den Abfällen zugeleiteten Gasstrom.