DE3330542A1

DE3330542A1 - Verfahren zur aufbereitung von biomassen

Info

Publication number: DE3330542A1
Application number: DE19833330542
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. 6200 Wiesbaden Linneborn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-24
Filing date: 1983-08-24
Publication date: 1985-03-07

Description

Dipl.-Ing. Johannes Linneborii,
Platter Str. 11Oc, 6200 Wiesbaden

Verfahren zur Aufbereitung von Biomassen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Biomassen zu deren wirtschaftlicher Verwertung unter Einhaltung solcher Bedingungen, daß sich während des Verfahrens Bakterien entwickeln, welche bei der Aufbereitung mitwirken bzw. sie vollziehen.

Solche Verfahren sind bekannt, um Hausratmüll, Klärschlamm etc. zu Kompost zu verarbeiten. Dabei ist es auch üblich, mehrere unterschiedliche Abfälle natürlicher Produkte zu mischen und sie solchen Bedingungen auszusetzen, daß sich Bakterien bilden, welche die umweitschädlichen Bestandteile der Ausgangsmasse weitgehend vernichten bzw. umwandeln und unschädlich machen.

Diese Verfahren spielen sich im wesentlichen so ab, daß die unterschiedlichen Ausgangsmassen mechanisch miteinander gemischt und in Mieten oder Reaktoren durchlüftet werden, da man bisher die Ansicht vertritt, daß die aeroben Bakterien die Umwandlung der umweitschädigenden Stoffe .in wirtschaftlich brauchbare vollziehen.

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Dabei entsteht Kompost, der entweder landwirtschaftlich als Bodenverbesserer, als Biomasse oder/und gewerblich als Filter für die Gasreinigung verwendet wird.

In anderen Verfahren unterwirft man Biomassen, insbesondere Klärschlamm unter Luftabschluß der Einwirkung anaerober Bakterien, die im wesentlichen beim Abbau nur der leichter abbaubaren organischen Stoffen CH\. und CO2 erzeugen, wogegen die verbleibenden Restmassen weiter behandelt werden.

Beim zuerst genannten Verfahren wird in aller Regel die Luft nur von unten nach oben durchgeführt, so daß sich entsprechend die aeroben Bakterien entwickeln. Da nach oben hin der Sauerstoffgehalt weniger wird oder ganz wegfällt, könnten z.T. anaerobe Bakterien tätig werden, die aber im wesentlichen unwirkungslos bleiben, weil die große Masse der aeroben Bakterien für sie keine ausreichenden Lebensbedingungen mehr übrig läßt. Dies hat die Folge, daß praktisch bei diesen aeroben Fermentat.ionseinrichtungen nur ein brauchbares Produkt, nämlich Kompost entsteht und die dabei unter Wärmeentwicklung entstehenden Gase, überwiegend CO£» entweichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, solche Verfahren wirtschaftlicher zu gestalten, d.h., die Aufbereitung der Ausgangsmassen so zu vollziehen, daß jeweils nicht nur ein Endprodukt entsteht, sondern sich sowohl anaerobe wie aerobe Bakterien entwickeln und bei der Aufbereitung mitwirken können, so daß ein optimales wirtschaftliches Ergebnis erzielt wird.

Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß sie empfiehlt, so vorzugehen, daß die Aufbereitung der Ausgangsmassen in zwei deutlich voneinander getrennten Phasen abläuft, nämlich in einer ersten, in welcher solche Bedingungen geschaffen werden, daß sich überwiegend anaerobe Bakterien zur Erzeugung von CH^ entwickeln und daß in einer nachgeschalteten zweiten Phase solche Bedingungen geschaffen werden, daß sich überwiegend aerobe Bakterien entwickeln, welche die aus der ersten Phase bereits zum Teil aufbereitete Masse zu Kompost umwandeln.

Hierdurch werden der Ausgangsmasse in der ersten Phase die leichter abbaubaren Bestandteile entzogen bzw. in umgewandelt, das genutzt wird.

Will man erreichen, daß sich anaerobe Bakterien optimal entwickeln, dann erfolgt die erfindungsgemäße Aufbereitung der Ausgangsmassen unter¹ Luftabschluß und unter einer Temperatur von ca. 35°C, je nach Art der Ausgangsmassen.

Die Zugabe von Wasser und z.B. Kalk bzw. einem ähnlich wirkenden Stoff wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zur Erreichung des jeweils erforderlichen pH-¥er— tes von etwa 6 -7 dosiert; dieser pH-Vert kann gemessen und die Zugabe der einzelnen Medien bzw. Stoffe geregelt werden; es ist aber auch möglich, diese Regelung über die Temperatur der Masse oder die Menge des abgezogenen Methans vorzunehmen.

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In der zweiten Verfahrensphase wird der vorbehandelten
Masse Luft zugeführt, so daß sich aerobe Bakterien entwickeln können, die den Rest des Aufbereitungsvorgangs
durch den Abbau der schwer abbaubaren Stoffe fortführen, die Masse also zu einer Biomasse, allgemein als Kompost bezeichnet, vorteilhaft aber auch anderweitig wirtschaftlich genutzt werden kann, verarbeiten.Die dabei entstehende Wärme wird über einen "Wärmetauscher weiter verwendet, entweder für Heizzwecke oder -je nach Außentemperatur- für die Aufrechterhaltung der Prozeßwärme in der ersten Verfahrensphase.

Dieses neue Verfahren kann in unterschiedlxchster Weise durchgeführt werden.

Um bei der Ausgangsmasse zu beginnen, können alle Pflanzen bzw. deren Abfälle im weitesten Sinn des Wortes auf die erfindungsgemäße Verfahrensweise zu wirtschaftlich
nutzvollen Produkten verarbeitet werden. Großstückige
Ausgangsstoffe werden vorzugsweise auf eine Größe von
etwa 8 bis 10,5 mm Stärke und 10 bis 20 mm Länge und/oder Breite zerkleinert; ein zu großer Wassergehalt kann abgepreßt werden, ehe die Masse in das Verfahren eingegeben wird.

Es ist möglich, einheitliche Ausgangsprodukte zu verarbeiten, es ist aber nach der Erfindung vorteilhaft, wenn man Ausgangsmaterialien unterschiedlicher- Art und Konsistenz miteinander sO vermischt, daß eine für das Verfahren günstige Ausgangsmasse· erreicht -wird. Massen mit Problemstoffen,wie Klärschlamm mit Anteilen von Schwermetallen, werden nach einem weiteren Merkmal der Erfin-

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dung in einer solchen Zusammenmischung in das Verfahren eingegeben, daß diese Bestandteile in den aus dem Verfahren entstehenden Endprodukten keine umweltfeindlichen Auswirkungen mehr haben können.

Beide Verfahrensphasen können chargenweise durchgeführt werden, vorzuziehen ist es aber nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die eine oder beide kontinuierlich ablaufen zu lassen. Bei kontinuierlichem Ablauf kann dies in horizontaler wie vertikaler Ebene erfolgen, Bedingung dabei ist lediglich die Einhaltung der vorgeschriebenen Verfahrensweise. Auf der einen Seite benötigt ein hochstehender Reaktor bzw. Fermenter weniger Grundfläche. Die Wahl zwischen beiden Möglichkeiten hängt von den Platzverhältnissen und der Art der Ausgangsmassen ab.

In beiden Fällen werden die Ausgangsmassen nach einem der Merkmale der Erfindung auf die Stückgröße und/oder den Feuchtigkeitsgrad gebracht, die einen optimalen Verfahrensablauf und eine optimale Ausbeute von Endprodukten gewährleisten. Dies kann vor oder während des Mischens mehrerer Ausgnagsmassen miteinander geschehen. Wird Hausrat smüll verwendet, muß dieser vorsortiert werden, so daß die nicht verrottbaren räumlich größeren Bestandteile herausgenommen werden können.

Die Eingabe der Ausgangsmasse bzw. des Massengemisches erfolgt durch kontinuierlichen Auftrag auf ein laufendes Band oder Einfüllen in einen stehenden Reaktor, der Fer— menter wird dann in den Territorien, in denen nicht 35°C Normaltemperatur herrschen, durch Beheizen auf diese Temperatur gebracht, wobei dafür Sorge zu tragen ist,

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daß die jeweils nötige Temperatur über den überwiegenden Verlauf* der ersten Phase erhalten bleibt.

Die angegebene Temperatur von 35°C ist nur eine Richtgröße; sie kann -je nach Art der Masse- etwas niedriger oder höher liegen. Die richtige Temperatur einzustellen, erfolgt nach Einstellen der Ausgangsmasse u.a. auch unter Beihilfe der Meßergebnisse der Anlaufphase über die abgezogenen Gase.

Bei dieser ersten Phase entstehen CH^ _und CO2 als Gemisch; das City wird abgetrennt und als Biogasgemisch verwendet.

Insbesondere beim Vertikalverfahren kann -dies wiederum je nach Art und Konsistenz der Ausgangsmasse- das Verfahren nach einem der Merkmale der Erfindung in mehreren ganz oder zum Teil gegeneinander abgeschlossenen Etagen erfolgen, welche die Masse durch Schwerkraft mit oder ohne mechanische Unterstützung durchlaufen. Mechanische Unterstützung kann durch geeignete Vibrationsmittel gegeben werden. Beim horizontal verlaufenden Durchlauf wird dies nicht erforderlich sein.

Nach Abschluß der ersten Verfahrensphase wird die Masse in einen zweiten Fermenter gegeben, dem Luft zugeführt wird; dies kann im Gegenstrom der Massenbewegung erfolgen.

Die aeroben Bakterien wandeln nun die verbliebene organische Masse in einem einheitlichen Fermentationsprozeß um, da sie in der Lage sind, die schwieriger abbaubaren

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Bestandteile ungestört zu zersetzen. Die dabei entstehenden gasförmigen Stoffwechselprodukte der Bakterien bestehen hauptsächlich aus CO£ -—* und sind weder umweltfeindlich noch geruchbelästigend.

Da in dieser zweiten Verfahrensphase Kohlenwasserstoffe * oxidiert werden, wird Wärme erzeugt. Sie kann über Wärmetauscher der ersten Phase mindestens zum Teil zugeführt werden, so daß der gesamte Verfahrensablauf in sich geschlossen umweltfreundlich und energiesparend aufgebaut ist.

Das Verfahren läuft also verfahrenstechnisch in zwei Fermentstationen ab, was jedoch nicht bedeutet, daß diese Stationen räumlich getrennt voneinan-der zu sein brauchen. Sie können als Reaktoren übereinander stehen oder nebeneinander angeordnet werden. Auch wäre es konstruktiv möglich, sie ineinander, der eine den anderen umgebend, anzuordnen. Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren sowohl in Kleinanlagen wie zentral an den Standorten der in großen Mengen anfallenden Ausgangsstoffen in Großanlagen durchgeführt werden.

Claims

Dipl.-Ing·. Johannes Linneborn,

Platter Str. 110c, 6200 Wiesbaden 3330542

Pat entansprüche

1. Verfahren zur Aufbereitung von Biomassen zu deren wirtschaftlicher Verwertung unter Einhaltung solcher Bedingungen, daß sich während des Verfahrens Bakterien entwickeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung in zwei·.deutlich von einander abgetrennten Phasen abläuft, nämlich in einer ersten, in welcher Bedingungen geschaffen werden, daß sich überwiegend anaerobe Bakterien zur Erzeugung von CEk entwickeln, und in einer nachgeschalteten Phase solche Bedingungen geschaffen werden, daß sich überwiegend aerobe Bakterien zur Erzeugung von Kompost entwickeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phase unter Ausschluß von Sauerstoff und die zweite Phase unter Zugabe von Sauerstoff ablaufen.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Verfahrensphase die Masse auf einen Wassergehalt von ca. 50 — 70 Jo gehalten wird.

k. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3f dadurch gekennzeichnet, daß der Masse und/oder

dem Wasser Zusätze beigegeben werden, welche den pH-Wert der Masse auf ca. 6 — 7 einstellt.

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5· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis k_f dadurch gekennzeichnet, daß die Masse in der ersten Phase durch Zugabe von Wärme auf einer Temperatur gehalten wird, die -je nach Art der Masse- ca. 35OC beträgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Wasser oder/und Wärme über die Menge des jeweils abgegebenen CHi₁. geregelt wird.

7. Verfahren nach einem oder melieren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Phase Sauerstoff zugeführt wird, welcher die Entwicklung aerober Bakterien ermöglicht.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die sich unter Sauerstoff entwickelnde Wärme der zweiten Phase der ersten Verfahrensphase zur Erhaltung der dort erforderlichen Temperatur zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Verfahrensphase in kontinuierlichem Prozeß durchgeführt und die erforderliche Feuchtigkeit schon am Beginn bewirkt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß sich an die zweite Verfahrensphase eine dritte anschließt, in welcher die Biomasse zu Kohle und Bioöl pyrolisiert wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine weitere Verfahrensphase anschließt, in welcher die Biomasse zur Erzeugung von Energie vergast wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Biomassen vor Verfahrensbeginn in solchem Verhältnis und solcher Art miteinander gemischt werden, daß nicht umwandelbare und in der Masse umweltfeindliche Bestandteile, wie z.B. Schwermetalle, in solchen Mengen in den Endprodukten vorliegen, daß sie nicht mehr umweltfeindlich sind.