DE3015239A1

DE3015239A1 - Verfahren zur erzeugung von bio-gas aus hausmuell und klaerschlamm

Info

Publication number: DE3015239A1
Application number: DE19803015239
Authority: DE
Inventors: Franz Xaver 6345 Eschenburg Kneer
Original assignee: WEISS GEB KG; Weiss Gebr KG
Current assignee: WEISS GEB KG; Weiss Gebr KG
Priority date: 1980-04-21
Filing date: 1980-04-21
Publication date: 1981-10-22

Description

Verfahren zur Erzeugung von Bio-Gas
aus Hausmüll und Klärschlamm Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Bio-Gas aus Hausmüll und kommunalem Klärschlamm.
Es ist bekannt, aus Klärschlamm in Faultürmen Faulgas und aus diesem Methan (CH4) zu gewinnen. Für das Faulen wird Energie benötigt, die gesondert erzeugt und dem Faulprozeß zugeführt werden muß. Der bei der Faulung entstehende Schlamm wird getrocknet und in gesonderte Deponien verbracht, da er hygienisch nicht einwandfrei und nicht sta bilisiert ist.
Es ist auch bekannt, Bio-Gas aus Mülldeponien zu gewinnen, deren organische Anteile Bio-Gas als Stoffwechselprodukte erzeugenden Bakterien als Nahrung dienen. Das dort unter anaeroben Bedingungen entstehende Bio-Gas wird über Drainagerohre abgesaugt. SchlieBlich ist es bekannt, Bio-Gas aus Abfällen der Landwirtschaft durch Ausfaulung von Stallmist, Stroh, Gemüse- oder Obstabfällen in einem Behälter zu gewinnen; vgl. Umschau 73 (1973), Heft 12, S. 364 bis 369, Bild der Wissenschaft, 10-1977, Seiten 87 bis 102.
Allen diesen Methoden ist gemeinsam, daß die Aufbereitung des Hausmülls überaus aufwendig ist, da dieser infolge seiner heterogenen Zusammensetzung einem Faulprozeß nicht ohne weiteres zuführbar ist, und daß das Ausfaulen soweit betrieben wird, bis der bei der Ausfaulung entstehende Schlamm lagerfähig wird, oder er muß zum Beispiel in Mieten nachbehandelt, also kompostiert oder geordnet deponiert werden.
Infolge der kostenintensiven Vor- und Nachbehandlung der Ausgangs-und Endprodukte ist eine solche Bio-Gas-Erzeugung daher nur vereinzelt durchgeführt worden und konnte sich im großen Maßstab bisher nicht durchsetzen.
Andererseits kommt der Hausmüll, Abwasser- und Schlammbehandlung immer größere Bedeutung zu, da sowohl die Bevölkerungsdichte und -damit der Abfallanfall immer mehr zunimmt, als auch eine Energierückgewinnung und das Zurückführen anfallender Abfälle in den ökologischen Kreislauf immer notwendiger wird. Bisher ist die geordnete Deponie von Hausmüll noch immer die am häufigsten angewendete Methode zur-Müllbeseitigung. Eine weitere Methode ist, Müll zu verbrennen, was zu hohen Belastungen der Umwelt führt. Es ist auch bekannt, Hausmüll nach seiner Sortierung in verrottbare und unverrottbare Anteile, der teilweisen Beseitigung von Papieranteilen und anschließender Zerkleinerung zusammen mit entwässertem Klärschlamm zu mischen und zu kompostieren, vgl. US-PS 3.533.775. Der Aufwand für dieses Verfahren ist ebenfalls sehr groß, die Schlammentwässerung erfordert teuere chemische Flockungsmittel. Auch hat es sich gezeigt, daß auf diese ~Weise kein für eine nachfolgende Kompostierung gut geeignetes gleichmäßi-ges Zwischenprodukt erzielbar ist.
Aus der DE-PS 6148 705 ist es bekannt, Müll, der auch Asche, Holz und Knochenmehl enthalten kann, zu sieben, um größere Eisenteile auszusondern und alsdann mit fettigen Abwässern aus städtischen Schlachthöfen und Abdeckereien zu vermischen. Der Mischvorgang ist gleichzeitig ein Flotationsvorgang, da hierbei die Aschen und sonstigen feinen Bestandteile des Mülls von den schwereren Mineralstoffen und Metallen geschieden werden. Die erzeugte Mischung wird in Gruben aufbewahrt und anschließend mit bituminösen flüssigen Stoffen aus raffinerien versetzt und nach leichter Erwärmung auf etwa 40 bis 50 0C zu Preßkohlen verpreßt und einem Verbrennungsvorgang zugeführt. Die Erfahrung zeigt aber, daß sich solche Gemenge nicht oder nur mit großem Aufwand entwässern und zu Preßkohlen verpressen lassen.
Nach dem sogenannten Brikollare Verfahren - Kommunalwirtschaft, Heft 9/1965 - wird in einer Schlammstraße aus Faulbehältern stammender Faulschlamm mit etwa 12 % Feststoffgehalt mit Hilfe von Flockungsmitteln ausgeflockt und über Saugzellenfilter auf etwa 70 % Wassergehalt entwässert, ehe er mit aufbereitetem geraspelten Müll mit Hilfe eines Zweiwellenmischers gemischt und anschließend durch Schla-gverdichtung zu Preßlingen verformt wird. Diese Preßlinge sind beliebig lange lagerbar, ehe sie zum Beispiel einem Verrottungsprozeß zugeführt werden.
Auch dieses Verfahren ist aufwendig und teuer, da sowohl Klärschlamm und Müll jeweils getrennt voneinander in unterschiedlichen Verfahren vorzubehandeln sind, ehe sie dem Herstellungsvorgang für das Zwischenprodukt zugeführt werden. Ferner läßt die Gleichmäßigkeit und Homogenität des einer Weiterverarbeitung zuzuführenden Zwischenproduktes viele Wünsche offen.
Bei allen bekannten Verfahren zur Beseitigung von kommunalen Abfällen und/oder deren teilweisen Überführung in Bio-Gas wird also bereits vorbehandeltem zerkleinerten Müll bereits vorbehandelter, zumindest teilweise entwässerter Klärschlamm zugesetzt und werden beMe Komponenten erst dann vermischt, ehe sie den nachfolgenden Prozeßschritten zugeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beseitigung von kommunalen Abfällen, insbesondere die Überführung von Hausmüll und kommunalem Klärschlamm in Bio-Gas weitestgehend zu vereinfachen und unter Benutzung eines Faulprozesses zu optimieren, indem dem Faulprozeß ein auf einfache und Kosten sparende Weise erzeugtes, gleichmäßigeres und homogeneres Zwischenprodukt als bisher zuführbar ist, der Faulprozeß vereinfacht und gleichzeitig der Faulschlamm durch einen biologischen Rotteprozeß in einen wertvollen, biologisch einwandfreien Kompost zu überführen.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß unbehandelter Hausmüll und unentwässerter Klärschlamm gemeinsam mit Hilfe eines zwei- oder mezhrstufigen Mahlvorganges zerkleinert und gemischt werden, daß die dabei entstehende Schlemme einer mehrstündigen Quellzeit unterworfen wird, daß daran anschließend alle nicht verrottbaren Anteile der Schlemme durch einen oder mehrere Flotationsvorgänge ausgeschieden werden und daß der Feststoffanteil der verbleibenden Schlemme durch mechanische Entwässerung auf ca. 40% erhöht wird, und daß die so entwässerte Schlemme einem gesteuerten anaeroben Faulprozeß bei Temperaturen von ca. t300 bis +35 0C unterworfen und beim Erreichen der maximalen Abgabe von brennbarem Bio-Gas abgebrochen und daran anschließend durch einen gesteuerten Rotteprozeß hygienisiert und humifiziert wird, wobei die für den anaeroben Faulprozeß erforderliche Wärme dem nachgeschalteten Rotteprozeß entzogen wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 35 bis 45 ## aufweisender Hausmüll in der angelieferten unbehandelten Struktur beispielsweise einer Zwei- oder Mehrkammermühle zugeführt. Zugleich wird in diese Kugelmühle der anfallende, unbehandelte und unentwässerte Klärschlamm eingespeist. Dieser Klärschlamm hat einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 95 %, ist also eine wässrige Brühe. Das Mischungsverhältnis beträgt ca. 80 Volumenprozent unentwässerter Schlamm und ca. 20 Volumenprozent Hausmüll. Dieses Gemisch wird nun im Flüssig-Mahl-Verfahren in der Kugelmühle zerkleinert, die am Austrag eine Schlitz- oder Lochwand hat. Der gewünschte Feinheitsgrad des gemahlenen Gemenges kann somit durch entsprechende Lochgrößen eingestellt werden und es wird im Mahlprodukt eine günstige Kornfraktionsverteilung erreicht. Die Kornfraktionierung kann durch entsprechend große oder kleine Mahlkörper (Kugeln) eingestellt werden.
Das flüssige Mahlgut - also das Müll- und Schlammgemisch - verläßt völlig homogen die Mühle, was für die weitere Verarbeitung von große Wichtigkeit ist.
Das flüssige Mahlgut wird durch Flotationsvorgänge von anorganischen Anteilen, wie Glas, Steine, Metalle u.ä. und von Plastikmaterialien befreit und nach einer Quellzeit direkt oder unter Zwischenschaltung eines Eindickers einem Gaserzeugungsprozeß in einen Faulturm eingeleitet. Die Verwendung eines Eindickers ist nur dann notwendig, wenn der Feststoffanteil in der Schlemme kleiner als 40% ist. Dies hängt von der Art des anfallenden Mülls ab.
Ein großer Vorteil ist, daß der Müll vor der Zermahlung nicht sortiert und auch nicht von Metall befreit werden muß. Metallteile, zum Beispiel Konservendosen, bleiben so lange in der Mahlkammer der Kugelmühle, bis sie so klein gemahlen sind, daß sie durch die Lochöffnungen die Kugelmühle verlassen können. Während des Aufenthaltes in den Mühlkammern sind sie keinesfalls störend, sondern wirken dort als Mahlhilfe. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß bei der Flüssigmahlung weiche Bestandteile, wie Papier, Textilien und Speise abfälle von der Flüssigkeit bereits aufgelöst worden sind und somit den Mahlprozeß nicht mehr belasten.
Sollte aus irgendwelchen Gründen kein oder zuwenig flüssiger Klärschlamm vorhanden sein, so kann zur Bewässerung des Mülls Klärwasser aus der Kläranlage genommen werden. Da bei dem Mahlprozeß durch Reibung der Mahlkörper Wärme entsteht, verläßt das gemahlene Gemenge die Mühle angewärmt, was für die Weiterverarbeitung sehr vorteilhaft ist.
Da in dem Gemenge, bedingt durch den Müllanteil, viele Faserstoffe enthalten sind, läßt es sich anschließend, falls erforderlich, aflch ohne Flockungsmittel gut entwässern und erreicht einen relativ hohen Feststoffgehalt. Dies ist ein weiterer Vorteil, da die sonst für die Entwässerung benötigten Fknkungsmittel ganz oder teilweise entfallen bzw. eingespart werden.
Wird das flüssige Mahlgut in ein Silo oder einen Eindicker gepumpt, so können sich die Feststoffanteile absetzen. Dabei schwimmen die noch vorhandenen Plastikteile an der Oberfläche, so daß diese dort abgefischt werden können. Wird das Flüssigmahlgut vor dem Einleiten in den Eindicker über eine vom Boden her belüftete Förderrinne geleitet, so wird die zuzuführende Luftmenge so eingestellt, daß durch Turbulenz die organischen Teile in dem Flüssiggut bleiben und sich nur Schwerteile, wie zum Beispiel Metalle, Steine, Glas u.ä. absetzen. Hierbei kann die Förderrinne technisch so ausgestattet sein, daß sie mit einem porösen Boden versehen ist, durch den die Luft einem tragen wird. Zwischen dem porösen Boden und der darüber befindlichen Flüssigmasse bildet sich automatisch ein LuftpoLster, wodurch eine Sortierung von Schweranteilen ebenfalls möglich ist. Unabhängig von der Art der gewählten Flotationsabscheidung ist sicherzustellen, daß alle organischen Stoffe mit der Flüssigkeit durch ein Sieb gehen und alle Feststoffe als Siebrest zurückbleiben.
Die Quellzeit des Gemenges zum Beispiel im Eindicker beträgt ca.
8 Stunden. Hierbei können sich die Feststoffe nach unten absetzen, so daß das oben überstehende Wasser abgelassen werden kann.
Im Eindicker können auch mittels eines Ionenaustauschverfahrens Schwermetalle entfernt werden, um im späteren Kompost keine Verunreinigungen durch wasserlösliche Schwermetalle oder deren Verbindungen zu haben.
Die so hergestellte Schlemme wird nun einem gesteuerten Gaserzeugungsprozeß in einem Bio-Gas-Erzeugungstrm# 9 wie er zum Beispiel in der DE-OS 28 14 795 beschrieben ist, zugeführt Die Bio-Gas-Erzeugung verläuft unter völligem Luftabschluß, ist also ein völlig anaerober Pro zeß, wobei zur Optimierung der Funktion der Behälter an der Sohle be heizt wird. Die Beheizung wird mit Abwärme der Abluft aus einem Bio-Reaktor vorgenommen, in dem die Weiterverarbeitung des Faulschlammes zu Kompost erfolgt. Da das Ausgangsprodukt für den Faulprozeß völlig homogen und ohne anorganische Anteile ist und einem gesteuerten Faul prozeß zugeführt wird, ist erstmals eine optimale Bio-Gas-Erzeugung möglich, für die Ausgangsprodukte in beliebiger Menge zur Verfügung stehen.
Die erfindungsgemäße Aufbereitung des Müll-Klärschlamm-Gemenges und seine Überführung in Bio-Gas hat den großen Vorteil, daß unentwässer te kommunale Klärschlämme, auch Tierkotabfälle sowie industrielle Schlämme, soweit diese keine besondere Aufbereitung erfordern, sowie Klärwasser verwendet werden, die als Abfallprodukte bisher keiner ge.
winnbringenden Verwertung zugeführt werden konnten. Besonders vorteilhaft ist ferner, daß eine Müllsortierung vor der Zerkleinerung nicht erforderlich ist und daß eine völlige Homogenisierung des Gemenges gewährleistet ist, wobei eine günstige Kornfraktionsvertei lung im Mahlgut vorhanden ist. Eine Sortierung des Mülls Ist nach seiner Zerkleinerung durch bekannte Flotationsverfahren besonders leicht möglich. Auch ist die Entfernung von Schwermetallen mittels Ionenaustauschverfahren ebenfalls besonders leicht möglich und ist das Flüssigmahlgut gut entwässerbar, und zwar weitestgehend ohne den Einsatz teuerer Flockungsmittel. Schließlich ermöglichen die angewen deten Verfahrensschritte eine Optimierung der Bio-Gas-Erzeugung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand eines Flußdiagramme nachfolgend beschrieben.
Etwa 20 bis 50 Volumenprozent unbehandelter Hausmüll mit einer Feuch tigkeit von ca. 45 bis 55 % wird mit ca. 80 bis 50 Volumenprozent un behandeltem Klärschlamm mit einer Feuchtigkeit von ca. 95 bis 98 % einer Zweikammer-Kugelmühle zugeführt und dort gemahlen. Die Löcher der Lochwand der ersten Kammer haben einen Durchmesser von etwa 40 mm; die Lochwand am Austrag der Kugelmühle hat Löcher mit einem Durchmesser von etwa 10 mm. Die Schlemme wird einem Eindicker zugeleitet. Nach einer Quellzeit von ca. 1 bis 2 Stunden werden eisenhaltige Teile magnetisch entfernt und durch Flotation Plastikteile von der Oberfläche und andere Schwerteile vom Boded abgezogen. Das verbleibende Gemenge wird daran anschließe,,nd einem Energieerzeugungsturm, also einem Faulbehälter bekannter Bauart zugeführt, der von der warmen Abluft eines Bioreaktors aufgeheizt wird. In diesem Bio-Reaktor erfolgt die Kompostierung des aus dem Faulbehälter kommenden Faulschlammes.
In dem Energieerzeugungsturm erfolgt die gesteuerte anaerobe Behandlung der Schlemme durch Faulung bei Temperaturen von ca. c300 bis +35 0C, die beim Erreichen beispielsweise der maximalen Methanabgabe abgebrochen wird. Hierzu dienen Sensoren in nicht dargestellten Abgasleitungen des Energieerzeugungsturmes, die über eine nicht dargestellte Regeleinrichtung beim Erreichen eines vorgegebenen Maximalwertes den Faulprozeß unterbrechen. Die Methanabgabe wird also kontinuierlich gemessen und danach der Energiegewinnungsprozeß gesteuert. Der Faulschlamm gelangt daraufhin über eine Entwässerungseinrichtung in den Bio-Reaktor. Das C/N-Verhältnis des Faulschlammes wird durch geeignete Zuschläge in einen rottefähigen Zustand gebracht.
In dem Bio-Reaktor erfolgt die im wesentlichen aerobe Behandlung in Form eines gesteuerten Rotteprozesses, durch den der angefaulte und mit Zuschlägen versehene Schlamm hygienisiert und humifiziert wird.
Solche gesteuerte biologische Rottevorgänge innerhalb von Belüftungsreaktoren sind beispielsweise in der DE-AS 25 41 070 im einzelnen beschrieben und dargestellt.
Die beim biologischen Rotteprozeß entstehende Wärme wird also zur Faulung des Frisch-Schlammes ausgenutzt.
Als Zuschläge für die Schlemme dienen ein stark mit Mikroorganismen besetztes Zwischenprodukt aus dem nachgeschalteten Rotteprozeß oder *des Eindickers ein anaerobes Material in Form von flüssiger Masse aus dem Faulprozeß.
Die Entwässerung des Faulschlammes kann auf einer Siebbandpresse erfolgen, und zwar auf ca. 30 bis 40 % Feststoffgehalt, gegebenenfalls unter Zufügung von anaerobem Impfmaterial aus dem Energieerzeugungsturm.
Der dem Bio-Reaktor entnommene Kompost ist insbesondere als Bodenverbesserungsmittel weiter verwendbar.
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Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Erzeugung von Bio-Gas unter Verwendung von Hausmüll und kommunalem Klärschlamm, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß unbehandelter Hausmüll und unentwässerter Klärschlamm gemeinsam mit Hilfe eines zwei- oder mehrstufigen Mahlvorganges zerkleinert und gemischt werden, daß die dabei entstehende Schlemme einer mehrstündigen Quellzeit unterwor fen wird, daß daran anschließend alle nicht verrottbaren Anteil der Schlemme durch einen oder mehrere Flotationsvorgänge ausgeschieden werden und daß der Feststoffanteil der verbleibenden Schlemme durch mechanische Entwässerung auf ca. 40 % erhöht wird, und daß die so entwässerte Schlemme einem gesteuerten anaeroben Faulprozeß bei Temperaturen von ca. +300 bis +350 # unterworfen und beim Erreichen der maximalen Abgabe von brennbarem Bio-Gas abgebrochen und daran anschließend durch einen gesteuerten Rotteprozeß hygienisiert und humifiziert wird, wobe: die für den anaeroben Faulprozeß erforderliche Wärme dem nachge schalteten Rotteprozeß entzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Mahl- und Mischvorgang mit Hilfe einer Zwei-oder Mehrkammer-Kugelmu.hle durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Flotation mit Hilfe einer Förderrinne durchgeführt wird, die vom siebartigen Boden her derart belüftet wird, daß durch die hierbei entstehenden Turbulenzen sich lediglich nicht verrottbare Anteile, wie Metalle, Steine, Glas u.ä. ?besetzen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die bei der Flotation aufschwämmenden Plastikanteile der Schlemme von der Oberfläche abgezogen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Schlemme nach dem Faulprozeß ein Impfmaterial, vorzugsweise ein stark mit Mikroorganismen besetztes Zwischenprodukt aus dem nachgeschalteten Rotteprozeß, zugesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Schlemme als Impfmaterial ein anaerobes Material in Form von flüssiger Masse aus dem Faulprozeß zugesetzt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Schlemme mit Hilfe eines Ionenaustauschverfahrens Schwermetalle entzogen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e~i c h.<En n e t , daß die angefaulte Schlemme vor der Zuführung zur Rotte auf maximal 75 Volumenprozent Wassergehalt entwässert wird.