DE20114889U1 - Assembly for processing waste materials, containing biological matter, comprises a reinforced concrete box construction with sections in a row, and systems to degrade the matter and recover bio-mass and gas energy - Google Patents
Assembly for processing waste materials, containing biological matter, comprises a reinforced concrete box construction with sections in a row, and systems to degrade the matter and recover bio-mass and gas energyInfo
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Abstract
Description
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'PATENTANWÄLTE #"..: ..\ DIPL.-ING. F. W. MÖLL · DIPL.-ING. H. CH. BITTERICH'PATENT ATTORNEYS # ".. : ..\ DIPL.-ING. FW MÖLL · DIPL.-ING. H. CH. BITTERICH
07.09.2001 M/Mr.07.09.2001 M/Mr.
WALTER BAU-AKTIENGESELLSCHAFT, 81902 MünchenWALTER BAU-AKTIENGESELLSCHAFT, 81902 Munich
Einrichtung zur biologischen Behandlung von organische BestandteileFacility for biological treatment of organic components
enthaltendem Abfallcontaining waste
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Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur biologischen Behandlung von organische Bestandteile enthaltendem Abfall gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The invention relates to a device for the biological treatment of waste containing organic components according to the preamble of claim 1.
Bei der Behandlung von Abwasser ist das sogenannte Belebungsverfahren bekannt, bei dem einem Belebtschlamm-Wasser-Gemisch in einem Belebungsbecken aus einem nachgeschalteten Nachklärbecken abgezogener Belebtschlamm zugeführt wird. Dieses Verfahren ist als sogenanntes SBR-("Sequencing-Batch-Reactor")Verfahren auch in der Form bekannt, dass die einzelnen Verfahrensschritte, also die Stufen der biologischen Reinigung sowie die Nachklärung chargenweise im gleichen Behälter ablaufen, also nicht räumlich voneinander getrennt, sondern längs der Zeitachse erfolgen.The so-called aeration process is well known in the treatment of wastewater, in which activated sludge extracted from a downstream secondary clarification tank is added to an activated sludge-water mixture in an aeration tank. This process is also known as the SBR ("Sequencing Batch Reactor") process in the form that the individual process steps, i.e. the stages of biological purification and the secondary clarification, take place in batches in the same tank, i.e. they are not spatially separated from one another, but take place along the time axis.
Aus der DE 197 19 323 A1 ist es bekannt, ein derartiges Batch-Verfahren auch zur einstufigen anaeroben und aeroben Behandlung von vorrangig festen biogenen Abfällen mit hohen Feststoffgehalten einzusetzen. Flüssige und/oder pastöse biogene Abfälle sind dabei dadurch behandelbar, dass der Feststoff gewissermaßen als Festbett benutzt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass eine kombinierte aerobe und anaerobe Behandlung des biogenen Materials erfolgen kann, wobei ein fortgeschrittener Prozess jeweils einen neu beginnenden Prozess über eine entsprechende Kopplung beider Prozesse animpft.From DE 197 19 323 A1 it is known to use such a batch process for the single-stage anaerobic and aerobic treatment of primarily solid biogenic waste with high solids contents. Liquid and/or pasty biogenic waste can be treated by using the solids as a fixed bed. This process has the advantage that a combined aerobic and anaerobic treatment of the biogenic material can take place, with an advanced process inoculating a newly starting process via a corresponding coupling of both processes.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die zum Betrieb der Anlage notwendige elektrische Energie für Aufbereitung, Belüftung und Transport des Materials unmittelbar aus dem Verfahren heraus gewonnen werden kann, da bei der kombinierten aeroben und anaeroben Behandlung von organischen Materialien aufgrund des anaeroben biochemischen Abbaus in Form von Biogas speicherbare Energie mit einem Energiegehalt entsteht, der meist über dem zur Behandlung benötigten Bedarf liegt. Die fermentierte Biomasse kann für biologische Prozesse weiterverwendet werden.This process has the advantage that the electrical energy required to operate the plant for processing, aeration and transporting the material can be obtained directly from the process, since the combined aerobic and anaerobic treatment of organic materials produces storable energy in the form of biogas due to the anaerobic biochemical degradation with an energy content that is usually higher than that required for treatment. The fermented biomass can be reused for biological processes.
Dieses auch als Tunnelfermentation bezeichnete Verfahren zur kombinierten anaeroben und aeroben Behandlung von biogenen Stoffen und Abfällen soll in einem kastenartigen Bauwerk, einem sogenannten Tunnelfermenter, erfolgen, wobei neben der zur Förderung des Fermentationsprozesses erforderlichen Zufuhr von Wärme, Luft und Wasser die flüssigen oder pastösen Substrate abziehbar und zumindest teilweise dem biologischen Abbauverfahren gezielt wieder zuführbar sind.This process, also known as tunnel fermentation, for the combined anaerobic and aerobic treatment of biogenic substances and waste is to be carried out in a box-like structure, a so-called tunnel fermenter, whereby, in addition to the supply of heat, air and water required to promote the fermentation process, the liquid or pasty substrates can be removed and at least partially returned to the biological degradation process.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die neben wirtschaftlicher Herstellungs- und einfacher Montageweise unterschiedlichen Betriebsgrößen angepasst werden kann.The object of the invention is to provide a device for carrying out this method which, in addition to being economical to manufacture and easy to assemble, can be adapted to different company sizes.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, this object is achieved by a device having the features specified in claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments arise from the subclaims.
Die erfindungsgemäße Ausbildung einer solchen Tunnelfermentationsanlage aus Stahlbetonfertigbauteilen schafft die Voraussetzung für einen baukastenartigen Aufbau der Anlage aus einzelnen, im wesentlichen gleichartigen Elementen. Durch Variation der Abmessungen und der Anzahl dieser Elemente kann eine solche Anlage nicht nur leicht montiert, sondern gegebenenfalls auch demontiert sowie ohne Schwierigkeiten unterschiedlichen Bedarfsgrößen angepasst, auch später erweitert werden. Die Elemente lassen sich werkmäßig herstellen und mittels bewährter bautechnischer Mittel zu einem den jeweiligen Behandlungsbedingungen entsprechenden Bauwerk verbinden.The inventive design of such a tunnel fermentation plant from prefabricated reinforced concrete components creates the prerequisite for a modular construction of the plant from individual, essentially similar elements. By varying the dimensions and the number of these elements, such a plant can not only be easily assembled, but also dismantled if necessary and easily adapted to different requirements, and can also be expanded later. The elements can be manufactured in the factory and connected using proven construction methods to form a structure that corresponds to the respective treatment conditions.
Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des inneren Bodenbereichs des Bauwerks aus einzelnen Bodenelementen aus Betonfertigbauteilen, die auf die Sohlplatten der einzelnen Tunnelabschnitte aufgelegt und so jeweils den betrieblichen Anforderungen angepasst werden können. So lassen sich in die BodenelementeA particularly advantageous feature is the design of the inner floor area of the structure from individual floor elements made of precast concrete components, which can be placed on the base plates of the individual tunnel sections and thus adapted to the operational requirements.
durch Quergefälle und Entwässerungsrinnen einerseits die Wasser- und Schlammabführung integrieren, andererseits aber auch die Mittel für die Belüftung und Beheizung des zu behandelnden Gutes sowie die Elektro- und Kommunikationsführung.By means of cross slopes and drainage channels, on the one hand the water and sludge drainage is integrated, but on the other hand also the means for ventilation and heating of the material to be treated as well as the electrical and communication lines.
Stahlbetonfertigbauteile haben durch Herstellungsweise und Betonqualität eine dichte, weitgehend korrosionsbeständige Oberfläche, können aber zusätzlich noch durch geeignete Überzüge gegen Korrosionseinflüsse geschützt werden. An den Außenseiten kann durch eine Wärmedämmschicht die Abstrahlung von Wärme nach außen weitgehend verhindert werden.Prefabricated reinforced concrete components have a dense, largely corrosion-resistant surface due to the manufacturing method and concrete quality, but can also be protected against corrosion by suitable coatings. On the outside, the radiation of heat to the outside can be largely prevented by a thermal insulation layer.
Vorteilhaft ist es auch, aus dem gleichen Material, also ebenfalls als Stahlbetonfertigbauteil ausgebildet, einem solchen Bauwerk eine Technikzelle zuzuordnen, in der neben einer zentralen Steuereinheit ein Kompressor zur Zwangsbelüftung und Vorrichtungen für den Prozesswasser- und Schlammkreislauf untergebracht sind. Eine solche Technikzelle kann, wenn eine Anlage nur einen Tunnelfermenter dieser Art umfasst, in der Mitte neben diesem angebaut, bei mehreren nebeneinanderstehenden Fermentern aber sinnvollerweise unterhalb derselben angeordnet werden, um die jeweiligen Einrichtungen von der Mitte des Fermenters aus bedienen zu können. In diesem Fall ist es möglich, der Technikzelle noch einen Treppenabgang zuzuordnen, der ebenfalls kastenartig als Stahlbetonfertigbauteil ausgebildet ist.It is also advantageous to assign a technical cell made of the same material, i.e. also designed as a prefabricated reinforced concrete component, to such a structure, which houses a central control unit, a compressor for forced ventilation and devices for the process water and sludge circuit. If a system only has one tunnel fermenter of this type, such a technical cell can be installed in the middle next to it, but if there are several fermenters next to each other, it is best to arrange it below it in order to be able to operate the respective equipment from the middle of the fermenter. In this case, it is possible to assign a staircase to the technical cell, which is also designed as a box-like prefabricated reinforced concrete component.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Schrägansicht eines Fermenters gemäß der Erfindung,The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Fig. 1 shows an oblique view of a fermenter according to the invention,
Fig. 2 in Schrägansicht eine Explosionsdarstellung der verschiedenen Teile des Fermenters,Fig. 2 in oblique view an exploded view of the various parts of the fermenter,
Fig. 3 einen Horizontalschnitt mit Draufsicht auf den Boden des Fermenters,Fig. 3 a horizontal section with top view of the bottom of the fermenter,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie D-D in Fig. 3 in größerem Maßstab,Fig. 4 is a section along the line D-D in Fig. 3 on a larger scale,
Fig. 5 einen Längsschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3,Fig. 5 is a longitudinal section along the line A-A in Fig. 3,
Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3 undFig. 6 is a cross-section along the line B-B in Fig. 3 and
Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 3.Fig. 7 is a cross-section along the line C-C in Fig. 3.
Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Einrichtung, einen sogenannten Tunnelfermenter 1, ist in Fig. 1 im zusammengebauten Zustand und in Fig. 2 in einer Art Explosionsdarstellung in auseinandergezogenem Zustand jeweils in Schrägansicht dargestellt. Der Fermenter 1 hat bei rechteckigem Querschnitt etwa Kastenform. Er besteht aus einer Anzahl von einzelnen Abschnitten 2, die einander in vertikalen Fugen 3 gasdicht berührend hintereinander angeordnet sind. Der rückwärtige Abschnitt 2a besitzt eine Rückwand 4; die stirnseitige Öffnung des vorderen Abschnitts 2b ist dicht verschließbar, zum Beispiel durch ein zweiflügliges Tor 5.An embodiment of a device according to the invention, a so-called tunnel fermenter 1, is shown in Fig. 1 in the assembled state and in Fig. 2 in a kind of exploded view in the exploded state, each in an oblique view. The fermenter 1 has a rectangular cross-section and is roughly box-shaped. It consists of a number of individual sections 2, which are arranged one behind the other in vertical joints 3 in a gas-tight manner. The rear section 2a has a rear wall 4; the front opening of the front section 2b can be tightly closed, for example by a two-leaf gate 5.
Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, bestehen die einzelnen Abschnitte 2, 2a und 2b jeweils aus einem Oberteil 2' und einem Unterteil 2". Die Oberteile 2', 2a' und 2b' umfassen jeweils eine Deckenplatte 6 und zwei Seitenwandteile 7, die Unterteile 2", 2a", 2b" eine Sohlplatte 8 und Seitenwandteile 9. Jeweils zwei derart U-förmig ausgebildete Teile 2', 2a', 2b' und 2", 2a", 2b" werden zur Bildung eines geschlossenen, rahmenartigen Abschnitts 2 bzw. 2a, 2b mit ihren Seitenwandteilen 7 bzw. 9 aufeinandergesetzt. Die dadurch gebildeten Horizontalfugen 10 werden in gleicher Weise wie die Vertikalfugen 3 durch Dichtungsmittel, wie zum Beispiel Elastomerdichtungen, gasdicht gedichtet und durch Schraubenbolzen verspannt, die in entsprechenden Aussparungen untergebracht werden können.As shown in particular in Fig. 2, the individual sections 2, 2a and 2b each consist of an upper part 2' and a lower part 2". The upper parts 2', 2a' and 2b' each comprise a ceiling plate 6 and two side wall parts 7, the lower parts 2", 2a", 2b" comprise a base plate 8 and side wall parts 9. Two parts 2', 2a', 2b' and 2", 2a", 2b" of this type with a U-shape are placed on top of one another with their side wall parts 7 and 9 to form a closed, frame-like section 2 or 2a, 2b. The horizontal joints 10 thus formed are sealed gas-tight in the same way as the vertical joints 3 by means of sealing means, such as elastomer seals, and are clamped by means of screw bolts which can be accommodated in corresponding recesses.
Die einzelnen Abschnitte 2, 2a und 2b sind als Stahlbetonfertigbauteile ausgebildet, was den Vorteil des Einsatzes bewährter werkmäßigerThe individual sections 2, 2a and 2b are designed as prefabricated reinforced concrete components, which offers the advantage of using proven factory-made
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Fertigungsmethoden hat. Durch die Herstellung der Fertigteile in Stahlschalungen und die Verwendung hochwertigen Betons haben die Teile eine dichte, weitgehend korrosionsbeständige Oberfläche; gleichwohl können die Oberflächen der einzelnen Teile innen noch durch Überzüge gegen Korrosionseinflüsse geschützt werden.Manufacturing methods. By manufacturing the prefabricated parts in steel formwork and using high-quality concrete, the parts have a dense, largely corrosion-resistant surface; however, the surfaces of the individual parts can still be protected against corrosion by coatings on the inside.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Fermenter 1 neben dem rückwärtigen Endabschnitt 2a und dem vorderen Endabschnitt 2b vier Zwischenabschnitte 2, mithin eine geradzahlige Anzahl von sechs Abschnitten. Erfindungsgemäß wird der Boden des Fermenters 1 durch Bodenelemente 12 gebildet. Die Bodenelemente 12 sind ebenfalls aus Beton bzw. Stahlbeton vorgefertigt und werden auf die Sohlplatten 8 der Abschnitte 2, 2a, 2b aufgelegt.In the embodiment shown, the fermenter 1 comprises four intermediate sections 2 in addition to the rear end section 2a and the front end section 2b, thus an even number of six sections. According to the invention, the floor of the fermenter 1 is formed by floor elements 12. The floor elements 12 are also prefabricated from concrete or reinforced concrete and are placed on the base plates 8 of the sections 2, 2a, 2b.
Bei der dargestellten Größe eines Fermenters sind die Anlagen für die Behandlung des Materials zweckmäßig zentral angeordnet und ausgerichtet. Der gesamte Innenboden besteht deshalb aus vier Bodenelementen 12, die zur Längsmittelachse (vergleiche Linie A-A in Fig. 3) und zur mittleren Querachse (vergleiche Linie C-C in Fig. 3) des Fermenters 1 symmetrisch ausgebildet und angeordnet sind. Auf diesen Boden, der auch für Fahrzeuge befahrbar ist, wird das zu behandelnde Material aufgebracht.With the size of a fermenter shown, the systems for treating the material are conveniently arranged and aligned centrally. The entire inner floor therefore consists of four floor elements 12, which are designed and arranged symmetrically to the longitudinal center axis (compare line A-A in Fig. 3) and the central transverse axis (compare line C-C in Fig. 3) of the fermenter 1. The material to be treated is placed on this floor, which is also accessible to vehicles.
Die Bodenelemente 12 haben, wie den Querschnitten der Fig. 6 und 7 entnommen werden kann, ein Gefälle nach außen zu Entwässerungsrinnen 13 hin. In der Längsmittelachse schließen die Bodenelemente 12 in den vorderen und rückwärtigen Endbereichen der Abschnitte 2a, und 2b unmittelbar aneinander an (vergleiche Schnitt B-B in Fig. 6). Die Entwässerungsrinnen 13 besitzen ihrerseits Gefälle zum mittleren Bereich hin, wo sich Durchbrüche durch die Sohlplatte 8 hin zu einer Entwässerungsleitung 14 befinden.The floor elements 12, as can be seen from the cross sections in Fig. 6 and 7, have a gradient outwards towards drainage channels 13. In the longitudinal central axis, the floor elements 12 are directly connected to one another in the front and rear end areas of sections 2a and 2b (compare section B-B in Fig. 6). The drainage channels 13 in turn have a gradient towards the middle area, where there are openings through the base plate 8 to a drainage line 14.
Ebenfalls im Bereich der Längsmittelachse A-A besitzen die Bodenelemente 12 jeweils zueinander korrespondierende längsverlaufende Rücksprünge (Fig. 1, 3 und 7), die im verlegten Zustand der Bodenelemente 12 eine Aussparung 15Also in the area of the longitudinal center axis A-A, the floor elements 12 each have corresponding longitudinal recesses (Fig. 1, 3 and 7), which, when the floor elements 12 are laid, form a recess 15
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bilden. Diese Aussparung 15 ist durch eine Rinne 16 abgedeckt. Im Bereich dieser vornehmlich aus Blech bestehenden Rinne 16 befindet sich die Belüftungseinrichtung 17. Die Belüftungseinrichtung 17 besteht aus zwei rohrförmigen Armen 17a, 17b, die von einem zentralen Belüftungsrohr 18 in Längsrichtung nach beiden Seiten auskragen (Fig. 2). Um die zugeführte Luft entsprechend verteilen zu können, besitzen diese Rohre 17a, 17b sowohl in Längs- als auch in Querrichtung etwa dachförmig dreieckförmigen Querschnitt und sind an ihren Oberflächen mit Düsen für den Luftaustritt versehen. Die Zwangsbelüftung erfolgt über einen Kompressor 19.This recess 15 is covered by a channel 16. The ventilation device 17 is located in the area of this channel 16, which is mainly made of sheet metal. The ventilation device 17 consists of two tubular arms 17a, 17b, which protrude longitudinally to both sides from a central ventilation pipe 18 (Fig. 2). In order to be able to distribute the supplied air accordingly, these pipes 17a, 17b have a roughly roof-shaped triangular cross-section in both the longitudinal and transverse directions and are provided with nozzles on their surfaces for the air to escape. The forced ventilation is carried out by a compressor 19.
In die Bodenelemente 12 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel Rohre 20 integriert, die ein Heizungssystem vergleichbar einer Fußbodenheizung bilden. Wie Fig. 2, aber auch die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, ragen die Enden dieser Heizungsrohre 20 über die inneren Stirnseiten der Bodenelemente 12 hinaus und sind dort durch muffenartige Kupplungen 21 verbunden. Die Aussparung 22, in der diese Verbindungsstellen liegen, kann nachträglich durch Abdeckungen oder Beton geschlossen werden.In the illustrated embodiment, pipes 20 are integrated into the floor elements 12, which form a heating system comparable to underfloor heating. As can be seen in Fig. 2, but also in Figs. 3 and 4, the ends of these heating pipes 20 protrude beyond the inner end faces of the floor elements 12 and are connected there by sleeve-like couplings 21. The recess 22 in which these connection points are located can be subsequently closed with covers or concrete.
Der erfindungsgemäße Fermenter 1 besitzt im Bereich der Tunneldecke eine Bewässerungseinrichtung, die in den Fig. 5 und 7 mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet ist (Fig. 5 und 7). Diese Bewässerungseinrichtung 23 besitzt Düsen 24 für den Wasseraustritt.The fermenter 1 according to the invention has an irrigation device in the area of the tunnel ceiling, which is designated in Figs. 5 and 7 with the reference number 23 (Figs. 5 and 7). This irrigation device 23 has nozzles 24 for the water outlet.
Es ist sinnvoll, die Vorteile der Stahlbetonfertigbauweise nicht nur für das eigentliche Fermentationsbauwerk 1 einzusetzen, sondern auch für den die technischen Betriebseinrichtungen aufnehmenden Teil. In den Fig. 1 und 2 ist eine Technikzelle 25 angedeutet, die aus einem kastenförmigen Stahlbetonfertigbauteil besteht, in dem die technischen Einrichtungen, wie zum Beispiel der Kompressor 19, untergebracht sind. Diese Technikzelle 25 kann entweder, mit einer Deckenplatte versehen, seitlich neben einem Tunnelfermenter 1 angeordnet werden, zweckmäßigerweise im mittleren Bereich, um kurze Wege zu dem zentralisierten Versorgungssystem zu haben. Insbesondere dann, wenn mehrereIt is sensible to use the advantages of the prefabricated reinforced concrete construction not only for the actual fermentation structure 1, but also for the part that houses the technical operating equipment. In Figs. 1 and 2, a technical cell 25 is indicated, which consists of a box-shaped prefabricated reinforced concrete component in which the technical equipment, such as the compressor 19, is housed. This technical cell 25 can either be provided with a ceiling plate and arranged laterally next to a tunnel fermenter 1, expediently in the middle area in order to have short distances to the centralized supply system. In particular, if several
Tunnelfermenter 1 nebeneinander angeordnet werden, ist es zweckmäßig, wie auch in den Zeichnungen dargestellt, die Technikzelle unterhalb des Fermenters vorzusehen. In diesem Fall wird die Zugangsmöglichkeit durch einen Treppenabgang 26 geschaffen, der ebenfalls kastenförmig als Stahlbetonfertigbauteil ausgebildet ist und eine Treppe 27 umfasst, die zu einer Türöffnung in der Technikzelle 25 führt. Der über den Tunnelfermenter 1 überstehende Teil der Technikzelle 25 kann durch eine Abdeckplatte 28 abgedeckt sein.If tunnel fermenters 1 are arranged next to each other, it is expedient, as shown in the drawings, to provide the technical cell below the fermenter. In this case, access is provided by a staircase 26, which is also box-shaped and made of prefabricated reinforced concrete and includes a staircase 27 that leads to a door opening in the technical cell 25. The part of the technical cell 25 that protrudes above the tunnel fermenter 1 can be covered by a cover plate 28.
Wie insbesondere die Querschnitte der Fig. 6 und 7 erkennen lassen, kann auf die gesamte Außenfläche des Fermenters eine Schicht 29 aus einem wärmedämmenden Material aufgebracht sein, die im Bereich der Außenflächen noch durch eine Abdeckung 30 geschützt ist.As can be seen in particular from the cross-sections of Figs. 6 and 7, a layer 29 made of a heat-insulating material can be applied to the entire outer surface of the fermenter, which layer is further protected by a cover 30 in the region of the outer surfaces.
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