DE2952794C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung organischer Abfallmassen mit hohem Gehalt an Stickstoffverbindungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung organischer Abfallmassen mit hohem Gehalt an StickstoffverbindungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens. Einen derartigen Stand der Technik zeigt die DE-OS 25 29 992.
Unter dem Begriff »organische Masse« werden hierbei die Ausscheidungsprodukte, die bei der Großviehhaltung,
besonders der Schweine- und Rinderzucht entstehen, Abfälle der Lebensmittelindustrie und der chemischen
Industrie, städtische Fäkalien sowie verschiedene Arten von Biomassen verstanden, die zur Gewinnung
von Biogas durch anaerobe Faulprozesse verwendbar sind.
Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Reinigungs-Verfahrens liegt in der ungenügenden Ausnutzung der in der organischen Masse enthaltenen wertvollen Substanzen und in der hohen Verunreinigung des gefaulten Produkts, das dann weiter, z. B. biologisch, nachgereinigt werden muß. Bei den Abfällen aus der landwirtschaftlichen Fleischerzeugung ist eine solche Nachreinigung nur sehr schwierig durchzuführen und wird lediglich nach starker Verdünnung mit städtischen Abwässern zur Erzielung einer großen Verdünnung praktiziert. Diese Bedingung zwingt dazu, Großmasteinrichtungen in der Nähe großer Städte anzusiedeln, obgleich dies aus anderen Gründen gerade unerwünscht ist. Ähnlich wie bei der aeroben Reinigung ist auch bei bisherigen Verfahren, die auf dem anaeroben Faulen der organischen Materialien beruhen, nachteilig, daß die Hauptmenge des Stickstoffs, der die wertvollste Komponente der Abfaümaterialien bildet, in Form von Ammoniak in die Lösung übergeht und bei der anschließenden biologischen Nachreinigung zu Nitraten oxidiert wird, die im gereinigten Wasser verbleiben, was außerordentlich ungünstig ist.
Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Reinigungs-Verfahrens liegt in der ungenügenden Ausnutzung der in der organischen Masse enthaltenen wertvollen Substanzen und in der hohen Verunreinigung des gefaulten Produkts, das dann weiter, z. B. biologisch, nachgereinigt werden muß. Bei den Abfällen aus der landwirtschaftlichen Fleischerzeugung ist eine solche Nachreinigung nur sehr schwierig durchzuführen und wird lediglich nach starker Verdünnung mit städtischen Abwässern zur Erzielung einer großen Verdünnung praktiziert. Diese Bedingung zwingt dazu, Großmasteinrichtungen in der Nähe großer Städte anzusiedeln, obgleich dies aus anderen Gründen gerade unerwünscht ist. Ähnlich wie bei der aeroben Reinigung ist auch bei bisherigen Verfahren, die auf dem anaeroben Faulen der organischen Materialien beruhen, nachteilig, daß die Hauptmenge des Stickstoffs, der die wertvollste Komponente der Abfaümaterialien bildet, in Form von Ammoniak in die Lösung übergeht und bei der anschließenden biologischen Nachreinigung zu Nitraten oxidiert wird, die im gereinigten Wasser verbleiben, was außerordentlich ungünstig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 anzugeben, bei
denen eine weitergehende Abtrennung der im Faulwasser enthaltenen Stickstoffverbindungen erreicht wird.
Die Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung
enthält der Anspruch 5.
Die Erfindung beruht darauf, daß das flüssige Produkt nach dem anaeroben Faulen zum Sieden erhitzt, das als
Carbonat gebundene Ammoniak abdestilliert und das Sumpfprodukt zu einem wertvollen Produkt weiterverarbeitet
oder als vorgereinigtes Abwasser abgelassen wird.
Die Destillation wird bis zu einem Restgehalt von weniger als 250 mg/Nh^/kg des Sumpfprodukts durchgeführt.
Nach der Erfindung kann das Sumpfproduki ferner mit Kalk in einer äquivalenten Menge bis zu 20 g
br> CaO/kg in den alkalischon Bereich überführt und anschließend
mit Kohlendioxid bis zu einer Hnd-Alkaliliil
von 0,01 bis 1,5 g CaO/kg gesättigt werden, wodurch der
durch mechanische Trennung entstandene Niederschlag
in Form eines Organophosphat-Calcium-Konzentrats vom gereinigten Wasser getrennt wird
Zur Sättigung kann Biogas aus dem aneroben Faulen,
ggf. nach Verbrennen des Biogases, oder das bei der destillativen Abtrennung des Ammoniaks vom flüssigen
Produkt anfallende Kohlendioxid verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im Anspruch 5 enthalten.
Der Hauptvorteil der Erfindung liegt darin, daß sämtliche
wertvollen Substanzen sowie die in den Stickstoffverbindungen enthaltenden organischen Massen vorliegende
Energie voll zur Gewinnung von Endprodukten ausgenutzt werden, die in konzentrierter Form zur Düngung
sowie ggf. auch zum Verfüttern geeignet sind.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise erlaubt eine wirkungsvolle Behandlung der gefaulten, nach dem anaeroben
Faulverfahren anfallenden Produkte und ermöglicht somit eine breite Anwendung de; anaeroben
Faulens als einer wichtigen Energiequelle, deren Verbreitung bisher aufgrund der mit der Behandlung des
gefaulten Produkts verbundenen Schwierigkeiten nicht möglich war.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit einem hohen Wirkungsgrad bei der Beseitigung der organischen
Verbindungen und führt zu einer praktischen vollkommenen Beseitigung von Phosphor, Stickstoff sowie
von pathogenen Mikroorganismen in dem aus dem Verfahren resultierenden Abwasser. Das erfindungsgemäße
Verfahren vereinigt daher vom wasserwirtschaftlichen Standpunkt die Funktion der sekundären mit der tertiären
Reinigung. Unter dem Gesichtspunkt der Ausnutzung der festen Abfälle stellt es ferner eine abfallfreie
Technologie der organischen Masse als wertvolle Produkte zurückgewonnen werden.
Zur Entwässerung des Sättigungsschlamms ist kein technisch aufwendiges Schleudern erforderlich; es genügen
übliche Filtrationsverfahren, wobei das anfallende Wasser aufgrund der !Coagulations- und Sterilisationswirkungen
sowie der Ausflockungs- und Absorptionswirkungen des Kalks in einem hohen Reinheitsgrad
vorliegt und biologisch einwandfrei ist, was seine Wiederverwendung beispielsweise in Großmasteinrichtungen
ermöglicht.
In das Verfahren muß lediglich Kalk eingeführt werden,
der sich als wertvolle Komponente in den wertvollen Endprodukten wiederfindet. Das Kohlendioxid steht
nach der Sättigung in Form von Biogas aus eigener Produktion oder als gasförmiges Destillationsprodukt
zur Verfugung. Das Verfahren ist energetisch nicht anspruchsvoll da der gesamte Energieverbrauch durch
Verbrennen von Biogas aus eigener Produktion gedeckt werden kann. Wenn das Verfahren in Großmcisteinrichtungen
angewandt wird, können die entsprechenden Betriebe auch in wasserwirtschaftlich und hygienisch beliebig
exponierten Gebieten selbständig und unabhängig angesiedelt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die eine beispielhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach tier Erfindung betrifft.
An den Erzeuger 1 der organischen Massen, beispielsweise einen Massentierhaltungsbetrieb, ist über eine
ZulauHeitung 2 eine Faulkammer 3 angeschlossen, die mit einer Einrichtung zum Sammeln des entstehenden
Biogases verschen ist. Die Faulkammer 3 hat zwei Ausführungsleitungen.
Eine Leitung 4 für das gefaulte Produkt führt über einen Separator 5 und Wärmeaustauscher
8, 9 zum Einlaß einer Destillationskolonne 11. Der Separator 5 ist mit einer Abführungsleitung 33 für
grobe Suspensionen versehen. Eine Biogasleitung 6 ist an einen Gasbehälter 10 angeschlossen, von dem eine
weitere Rohrleitung 18 zu einer Heizeinrichtung 13 führt, die im unteren Teil der Destillationskolonne 11
angeordnet ist. Am oberen Teil der Destillationskolonne 11 befinden sich eine Ammoniakableitung 14 und eine
Kohlendioxidableitung 15.
Die Ammoniakableitung 14 ist ferner mit einer beliebigen (nicht dargestellten) Einrichtung zur Ammoniakbehandlung
verbunden. Eine Ableitung 16 für das Sumpf produkt der Destillationskolonne 11 ist an einen
Kalkbehälter 20 angeschlossen, der mit einer Einrichtung zur Kalkdosierung 21 und einer Ammoniakableitung
19 versehen ist. Der Kalkbehälter 20 ist ferner über eine Leitung 22 an einen Sättigungsbehälter 23 angeschlossen,
an den ferner auch eine Zuführungsleitung 25 für das Biogas und eine Gasabführungsleitung 28 angeschlossen
sind. Zur Zuführung des Biogases über die Zuführungsleitung 25 ist ein Gebläse 26 vorgesehen. In
die Gasabführungsleitung 28, deren anderes Ende am Gasbehälter 10 angeschlossen ist, ist der Wärmeaustauscher
8 eingeschaltet. Der Sättigungsbehälter 23 ist über eine Leitung 27 mit einem Dekantationsbehälter
30 verbunden, der sowohl eine Auslaßleitung 31 für die wertvollen Produkte als auch eine Auslaßleitung 32 für
gereinigtes Wasser aufweist, die an den Wärmeaustauscher 9 angeschlossen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die organischen Massen werden von ihrem Herkunftsort
über die Zulaufleitung 2 in die Faulkammer 3 geleitet, in der sie unter anaeroben Bedingungen der
Methanfaulung unterzogen werden, bei der Biogas entsteht,
das in den Gasbehälter 10 geleitet wird. Die Faulkammer 3 hat den üblichen Aufbau, wie er in herkömmlichen
Reinigungsanlagen verwendet wird.
Das gefaulte Produkt wird dem Separator 5 zugeleitet, in dem die grobe Suspension, die als Düngemittel
verwendbar ist, abgetrennt wird. Das flüssige Produkt aus dem Separator 5 wird über die Wärmeaustauscher
8, 9, in denen es durch das aus dem Sättigungsbehälter 23 stammende Gas vorgeheizt wird, zusammen mit gereinigtem
Wasser in die Destillationskolonne 11 eingeführt, die mit Biogas aus dem anaeroben Faulen beheizt
wird. Das flüssige Produkt wird in der Destillationskolonne 11 zum Sieden erhitzt; die Gasphase, die vor allem
Ammoniak und Kohlendioxid enthält, wird in bekannten Einrichtungen zu irgendeinem wertvollen Produkt verarbeitet,
beispielsweise aufkonzentriertes Ammoniakwasser, Ammoniumcarbonat, wasserfreies Ammoniak,
Harnstoff usw.
Das Kohlendioxid wird als Sättigungsgas zur Behandlung des Sumpfprodukts der Destillationskolonne 11 im
Sättigungsbehälter 23 ausgenutzt. Nach Abdestillieren von 70 bis 90% des als Carbonat gebundenen Ammoniaks
wird das Erhitzen in der Destillationskolonne 11 beendet und das Sumpfprodukt in den Kalkbehälter 20
umgefüllt oder übergeleitet, in dem Kalk zugesetzt wild; iuciuuiüii wird weitere» Ammoniak freigesetzt,
das dann in gleicher Weise wie das aus der Destillationskolonne 11 stammende Ammoniak weiterverarbeitet
wird.
Unter dem Begriff Kalk wird hierbei Calciumoxid oder Calciumhydroxid in pulverförmigem Zustand oder
Calciumhydroxid in Form von Kalkmilch verstanden.
Der Kalkbehälter 20 kann mit einer Heizeinrichtung versehen sein, beispielsweise mit einer Dampfbeheizung
zur Beschleunigung des Prozesses, oder kann gleichzeitig als Sättigungsbehälter ausgerüstet werden. Alternativ
dazu kann auch der Kalkbehälter 20 weggelassen und die Kalkdosierung direkt im unteren Teil der Destillationskolonne
11 erfolgen, die hierzu entsprechend konstruktiv angepaßt wird.
Bei geringen Anforderungen an den Reinheitsgrad des Wassers kann das Sumpfprodukt der Destillationskolonne
11 nach Abkühlung im Wärmeaustauscher direkt als gereinigtes Wasser in die Kanalisation abgelassen
werden.
Nach Beendigung des Kalkzusatzes wird das entstandene, alkalisch gemachte Sumpfprodukt im Sättigungsbehälter 23 mit Biogas unter erhöhtem Druck gesättigt,
das mit dem Gebläse 26 aus dem Gasbehälter 10 gefördert wird. Der entstandene Niederschlag von Calciumcarbonat
und Calciumphosphat führt zu einer sehr wirksamen Klärung des alkalisch gemachten Sumpfprodukts,
absorbiert kolloidale Bestandteile, hält Phosphor zurück und verbessert ferner die Filtrierbarkeit des Inhalts.
Der auf diese Weise entstandene Sättigungsschlamm wird anschließend in den Dekantationsbehälter 30 und
ggf. in eine beliebige Filtrationseinrichtung geleitet, wo das Wasser und das wertvolle Produkt, d. h. das Organophosphat-Calcium-Konzentrat,
getrennt werden. Dieses Konzentrat wird entweder direkt in feuchtem Zustand oder nach anschließender Trocknung als Komponente
für Düngemittel ggf. auch in Futtermittelgemischen verwendet.
Die flüssige Komponente stellt ein hoch gereinigtes Wasser dar, das frei von pathogenen Keimen ist und
einen nur minimalen Gehalt an Stickstoffverbindungen, organischen Stoffen und Phosphat aufweist. Es kann
daher entweder direkt beispielsweise in Großmasteinrichtungen wiederverwendet oder aber in die Kanalisation
abgelassen werden. Die Qualität des austretenden Produkts hängt von den Parametern der eingesetzten
Destillationskolonne, beispielweise ihrer Bodenzahl und dem angewandten Rückfiußverhäitnis, ab. Diese Faktoren
beeinflussen zugleich auch die Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfahrens; die erforderlichen Parameter
werden daher nach üblichen, bekannten Verfahren unter Berücksichtigung der Ausgangsprodukte ermittelt
und festgelegt.
Es wurde ein organisches Ausgangsmaterial behandelt, das aus 300 kg flüssigem Mist bestand, der während
eines Tages von 300 in einer Stallung gehaltenen Schweinen produziert wurde.
Zusammensetzung des verarbeiteten Mists:
Wasser
Trockenrest
organischer Anteil
im Trockenrest
Stickstoff, gesamt
Phosphor, gesamt
Trockenrest
organischer Anteil
im Trockenrest
Stickstoff, gesamt
Phosphor, gesamt
92%
80%
6 g/kg flüssiger Mist
2 g/kg flüssiger Mist
2 g/kg flüssiger Mist
Durch das anaerobe Methanfaulen des flüssigen Mists innerhalb 16 Tagen bei 38,5° C wurden 120 Nm3
Biogas gewonnen, das aus 64% Methan und 35% CO2 bestand. Auf einem Siebseparator wurde das grobkörnige,
humöse Produkt abgetrennt; das resultierende flüssige Produkt wurde in eine Destillationskolonne mit 18
theoretischen Böden eingeführt, die unter Atmosphärendruck
betrieben wurde (Atmosphärendruck im Kolonnenkopf). Durch die Destillation wurden 70 kg Ammoniakwasser
mit einem Gehalt von 250 g Nhh/kg Ammoniakwasser
gewonnen. Das Sumpfprodukt der Destillationskolonne wurde in einem geschlossenen und
direkt dampfbeheizten Reaktor, der zugleich als Kalkbehälter und Sättigungsbehälter diente, durch Zugabe
von 12 g Kalk/kg Sumpfprodukt alkalisch gemacht. Dann wurde der Reaktorinhalt bei 8O0C bis zu einer
End-Alkalität von 0,10CaO/kg Sumpfprodukt mit Biogas
gesättigt. Der entstandene kornförmige und sich rasch von der flüssigen Phase trennende Sättigungsschlamm, der Calciumphosphat und Calciumcarbonat
enthielt, wurde im Dekantationsbehälter vom Wasser getrennt, das nach Abkühlen im Wärmeaustauscher abgelassen
wurde. Der Sättigungsschlamm aus dem Dekantationsapparat wurde in einer Schlammpresse entwässert
und als konzentriertes Phosphordüngemittel verwendet.
Als Abfallprodukt für eine Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde konzentrierter
Schlamm aus einer mechanisch-biologischen Reinigungsanlage verwendet, in der die gesamten Stadtabwässer
sowie Abwasser aus der Lebensmittelindustrie gereinigt wurden. Der konzentrierte Schlamm hatte folgende
Zusammensetzung:
Der Schlamm wurde ähnlich wie in Beispiel 1 verarbeitet. Aufgrund des niedrigeren Stickstoff- und
Phosphorgehalts der Trockensubstanz wurde jedoch eine entsprechend kleinere Menge an Biogas, Ammoniakwasser
und Phosphor-Sättigungsschlamm, gewonnen. Aus diesen Gründen war auch eine geringere Einsatzmenge
von CaO, dh 6 g CaO/kg Sumpfprodukt der Destillationskolonne, vor der Sättigung erforderlich.
Wasser | 93% |
Trockenrest | 7% |
organischer Anteil | |
des Trockenrests | 77% |
Stickstoff, gesamt | 4,5 g/kg Schlamm |
Phosphor, gesamt | 1,5 g/kg Schlamm. |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zur Aufbereitung organischer Abfallmassen mit hohem Gehalt an Stickstoffverbindungen
durch anaerobes Faulen unter Freisetzung von Biogas und eine nachgeschaltete Trennung in Faulwasser
und Feststoffe, dadurch gekennzeichnet,
daß das Faulwasser einer Destillation unterzogen wird, wobei als Carbonat gebundenes
Ammoniak und CO2 abdestilliert werden und aufkonzentriertes
Faulwasser als Sumpfprodukt mit einem Restgehalt an N H3 < 250 mg/kg verbleibt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sumpfprodukt der Destillation bei
gleichzeitiger Abführung des Ammoniaks mit Kalk in einer äquivalenten Menge von bis zu 20 g CaO/kg
in den alkalischen Bereich überführt wird und danach bis zu einer resultierenden Akalität von 0,01 bis
1,5 g CaO/kg mit Kohlendioxid gesättigt wird, worauf der entstandene Niederschlag durch mechanische
Trennung vom gereinigten Wasser abgetrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sättigung aus dem anaeroben Faulen
stammendes Biogas oder bei der Destillation oder durch Verbrennung des Biogases erhaltenes
Kohlendioxid verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Faulwasser zur
Destillation mit dem warmen gereinigten Abwasser vorgewärmt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4
mit einer Faulkammer (3), die mit einer Zulaufleitung (2), einer Biogasleitung (6) und einer Leitung (4)
für das gefaulte Produkt versehen ist,
einem Gasbehälter (10), der an die Biogasleitung (6) angeschlossen ist,
einem Gasbehälter (10), der an die Biogasleitung (6) angeschlossen ist,
und einem Separator (5) zur Trennung von Faulwasser und Feststoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Destillationskolonne (11) vorgesehen ist, deren Einlaß mit einer
Leitung für das Faulwasser an den Separator (5) angeschlossen ist und deren Heizeinrichtung (13)
über eine Rohrleitung (18) mit dem Gasbehälter (10) verbunden ist, und die eine Ammoniakableitung (14)
und eine Ableitung (16) für das Sumpfprodukt aufweist, wobei die Ammoniakableitung (14) an eine
Einrichtung zur Ammoniakbehandlung und die Anleitung (16) für das Sumpfprodukt an eine Einrichtung
zur Behandlung des Sumpfprodukts angeschlossen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (16) für das Sumpfprodukt
mit einem Kalkbehälter (20) verbunden ist, dessen Austrittsleitung an einen Sättigungsbehälter (23)
angeschlossen ist, der über eine Leitung (27) mit einem Dekantationsbehälter (30) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Destillationskolonne (11) mit einer Einrichtung (21) zur Kalkdosierung versehen und die
Ableitung (16) des Sumpfprodukts an den Sättigungsbehälter (23) angeschlossen sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungsbehälter (23) mit einer Zuführungsleitung für Biogas und einer
Gasabführungsleitung (28) versehen ist, die je
weils am Gasbehälter (10) angeschlossen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (16) des Sumpfprodukts
mit dem Kalkbehälter (20) verbunden ist der mit einer Zuführungsleitung für Biogas und einer Gasabführungsleitung
versehen ist, die jeweils am Gasbehälter (10) angeschlossen sind.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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