DE3926269A1 - Verfahren zur behandlung von dickschlaemmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die einfache und natürliche Aufbereitung organisch zersetzbarer Schlämme, wie sie etwa in kommunalen oder landwirtschaftlichen Klär- oder Gülleanlagen anfallen.

Bekannte Verfahren sind teuer, verbrauchen viel Energie, belasten/ belästigen die Umwelt oder überlasten den verfügbare Deponiemöglichkeiten und ermöglichen kaum die sinnvolle Nutzung der bei der natürlichen Zersetzung entstehenden Produkte als Ersatz für anders gewonnene Rohstoffe. Baukosten für heizbare Faulschlammbehälter sind hoch und in der kalten Jahreszeit wird das entstehende brennbare Gas von der Anlage selbst zur Prozesswärmeerzeugung verbraucht. Weder die bei der Fermentierung entstehende Überschußwärme noch das bei der Fäulnis entstehende CO2 wird genutzt. Wegen der hohen Baukosten für geeignete Vorratsbehälter ist eine Zwischenlagerung der anfallenden Schlämme nicht wirtschaftlich.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird darin gesehen, ein einfaches umweltschonendes Verfahren zu entwickeln, daß natürliche Prozesse beschleunigt und kontrolliert ermöglicht. Das Verfahren soll ohne nennenswertem Verbrauch von nicht wiedergewinnbarer Energie auskommen und nur geringe Bau-, Wartungs- und Betriebskosten verursachen . Weiters sollen die in Abfällen enthaltenen Wertstoffe getrennt und bis zur genau dosierten Verwendung zwischenlagert werden. Dabei soll die Umwelt weder belästigt noch belastet werden.

In einiger Entfernung von dicht besiedelten Gebieten gibt es genügend landwirtschaftliche Brachflächen, die sich für eine "saubere" Nutzung im Rahmen des Umweltschutzes eignen. Auch benötigt die Landwirtschaft "neue" Einkommens-, Einsparungs- oder Ersatzmöglichkeiten für Betriebsmittel und/oder Kapazitäten.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Lehre nach Patentanspruch 1 gelöst worden: Man könnte das Prinzip des Hauptanspruches mit einer Käseglocke vergleichen, unter der völlig natürliche Stoffwechselvorgänge beschleunigt und ohne "Belästigung" ablaufen.

In den Unteransprüchen sind weitere Merkmale angegeben, die die Erfindung fortentwickeln und ihr weitere vorteilhafte Wirkungen verleihen:

Ansprüche 2 und 3 sind eine Konsequenz des schon erwähnten "Käseglocken" - Prinzips: Die Dehydrierung erfolgt langsam und gezielt. Sie stellt so die fortlaufende und vollständige Fermentierung des Dickschlammes sicher.

Anspruch 4 sichert fortlaufend die erwünschten Wirkungen (brennbare Faulgase -hauptsächlich CH4- können aufgefangen werden - Geruchsbelästigungen für die Umgebung entfallen aber), ohne kostspielige Anforderungen an die Festigkeit der Kuppel über dem Faulbehälter zu stellen.

Anspruch 5 behandelt die Entfernung der wasserlöslicher Stoffe aus der Trockenmasse, sofern diese das Grundwasser nicht dadurch belasten sollen, indem die Trockenmasse ohne vorherige Wässerung direkt ausgebracht wird.

Anspruch 6 beschäftigt sich mit der Möglichkeit, die wasserlöslichen Endprodukte der Dickschlammfermentierung weiter zu trennen, um etwa unerwünschte Stoffe auszuscheiden und/oder verschiedenartige Dünger zu gewinnen, die anstelle von Handelsdünger genau dosiert - flüssig oder fest, mit oder ohne Zwischenlagerung - ausgebracht werden können (Anspruch 7).

Ansprüche 8 und 9 schließlich decken die Möglichkeiten zur Nutzung der Überschußwärme ab, die besonders in der warmen Jahreszeit im Überschuß entsteht und die ohnehin entzogen werden sollte. Anderenfalls würde der Dickschlamm zu früh sterilisiert.

Da der größte Anteil der Dickschlammendprodukte ohnehin als Bodenverbesserungsmittel und/oder als Dünger auf den Feldern verteilt werden soll, ist es vom Transportaufwand unerheblich, ob der unbehandelte oder der behandelte Dickschlamm transportiert wird. Ist zudem der Platz an dem Ort, an dem der Dickschlamm entsteht, beengt (etwa in der Kläranlage oder neben dem Stall), ist es logisch, die Anlage für das Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen außerhalb des bebauten Gebietes und möglichst nahe der Felder zu errichten.

Der Geschwindigkeit des Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen wird keine Bedeutung beigemessen.

Zur Erklärung des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels wird auf eine Zeichnung verzichtet, da die Erklärung auch so hinreichend klar und eindeutig erscheint:

In den Boden ist ein wannenförmiges Becken aus Beton eingelassen.

Die Längsrichtung des Beckens verläuft von Osten nach Westen. Das Becken ist in der Form eines liegenden Keils gestaltet, wobei sich die Spitze im Osten befindet. Das Becken ist im Norden von einer hohen , nach Süden von einer niedrigen Betonwand begrenzt. Die Höhendifferenz entspricht der gewünschten Neigung der Beckenabdeckung zum Ablauf von Niederschlägen. Beide Begrenzungsmauern verlaufen parallel in einem Abstand, der mindestens der Breite eines Standard-Radladers entspricht. Der westliche Beckenabschluß wird mit einer Verbindungsmauer aus Beton hergestellt, die so gestaltet ist, daß ein von Westen an den Beckenrand geschobenes Tankfahrzeug durch einfaches Öffnen eines Bodenschiebers entleert werden kann. Die östliche Beckenbegrenzung entspricht weitgehend der westlichen; allerdings wird sie aus leicht demontierbaren Bohlen hergestellt. Beton und Bohlenwand werden durch PVC wasserdicht und beständig gegen Laugen und Säuren vergütet (Beton durch Anstrich, Bohlen durch Folie). Das von der Einfahrt im Osten zum tiefsten Beckenpunkt im Westen verlaufende Gefälle ist so gestaltet, daß eine maschinelle Entfernung der Trockenmasse möglich ist.Vor der Füllung mit unbehandelten Dickschlamm wird am tiefsten Punkt des Beckens Sand als Filter für die Entwässerung aufgeschüttet.

In der - schrägen - westlichen Beckenbegrenzungswand befinden sich 7 Öffnungen. Diese sind:

• 1) Wasserkanal mit den Funktionen Wasserstandskontrolle, Beckenentwässerung und Beckenwasserüberlauf. Der Zulauf erfolgt über den Sandfilter am tiefsten Punkt des Beckens. Zur Geruchssicherung ist die obere Sacklochöffnung durch einen Schwimmer mit abgedichtetem Wasserstandszeigestab abgedeckt. Nur zum Absaugen wird dieser Verschluß durch eine Saugleitung ersetzt. Die Höhe des Überlaufes befindet sich 10 Zentimeter unterhalb des niedrigsten Punktes der südlichen Beckenbegrenzungswand.Damit auch bei starkem Niederschlag keine unbeabsichtigte Flutung erfolgt ist die Höhe im Gelände entsprechend. Die Öffnung zeigt nach oben mit einer Rinne nach Westen.
• 2) Wasserzulauf zur Beckenflutung. Diese gasdicht verschlossene Öffnung in der Wand wird nur bei Bedarf geöffnet und ist auf der gleichen höhe wie (1).
• 3) Vakuumsicherung. Sichert die Beckenabdeckung gegen Kollaps und ist ein Rückschlagventil aus Gummi mit Steuersensor, daß bei Unterdruck im Innenraum wohl das Nachströmen von Außenluft erlaubt, nicht jedoch das Entweichen von Gasen aus dem Innenraum. Die Höhe dieser Öffnung entspricht dem niedrigsten Punkt der südlichen Beckenbegrenzungswand.Der elektronische Sensor schaltet die CO2-Saugpumpe ab.
• 4) Füllhöhe Kohlendioyd. Rückschlagventil mit umgekehrter Funktion wie (3): Bei Erreichen der gewünschten Füllhöhe des bei der Gärung entstehenden Gases aktivert der Sensor die CO2- Saugpumpe. Saugt diese nicht - oder nicht ausreichend- läßt das Rückschlagventil schwere Innengase nach außen entweichen. Ermöglicht saubere Trennung der entstehenden Gase bzw. Dämpfe. Die Höhe dieser Öffung entspricht etwa der Höhe der südlichen Beckenbegrenzungsmauer.
• 5) Ablauf für das Wärmeübertragungs- und Speichermediums analog zu der in den Deutschen Patentanmeldungen P 39 23 408.8 bzw. P 3 15 284.1 beschriebenen Art und Weise. Die Höhe dieser Öffnung entspricht (4).
• 6) Leichtgasabzug. Brennbare Gase, warme Luft und warmer Wasserdampf steigen selbstständig durch die über dem Becken liegende Decke von CO2 - schwerer als Luft - nach oben zum höchsten Punkt der lichtdurchlässigen und wärmeisolierten pultdachförmigen Beckenabdeckung. Somit entspricht die Höhe dieser Öffnung der nördlichen Beckenbegrenzungswand.
• 7) Zulauf für das Wärmeübertragungs- und Speichermedium, das bereits bei der Öffnung (5) erklärt wurde. Die Höhe dieser Öffnung entspricht (6).

Die Leichtgasableitung aus Kunststoffrohr führt zu dem Sammelbecken für Niederschläge , das in Form einer im Boden vergrabenen Zysterne aus wasserdicht veredeltem Beton hergestellt wird. Dort mündet das Rohr an einem an der Wasseroberfläche schwimmenden Feuchtigkeitsabscheider. Der wassergekühlte Abscheider ist ein Schwimmbehälter aus Kupfer mit einer Öffnung nach unten und zwei Rohranschlüßen (seitliche Gaszuführung von der Seite und Gasableitung nach oben). Die Leitung vom Wasserabscheider zum gasometerähnlichem Methanzwischenspeicher ist ebenfalls aus Kunststoff. Die Gasometerzuleitung ist mit einem Rückschlagventil gesichert. Das Leichtgas kann also kaum Druck auf die Beckenabdeckung ausüben.

Als Abschluß des Ausführungsbeispiels folgt nach der Beschreibung der wichtigen Bauteile und deren Funktion der Ablauf in einer "autarken Abfallverwertungsmusterplantage" in chronologischer Reihenfolge, dem landwirtschaftlichen Wirtschaftsjahr folgend:

*Anfang November* sind alle 4 Becken, 5 Gasometer, die Zisterne und der Tank für Flüssigdünger leer, aber zur Füllung vorbereitet. Dazu gehört das wärmeisolierte, lichtdurchlässige und gasdichte Abdecken aller Becken, das Füllen des Tragegerüstes mit (Alt-) Öl, und der Saugfilter mit Sand, die Bereitstellung der Maschinen und die Füllung der Batterien.

Etwa jeden dritten Tag wird ein Tankwagen mit Dickschlamm angeliefert, mit dem zunächst das erste Faul-Becken gefüllt wird. Dazu wird jeweils das westlichste Abdeckelement kurz geöffnet. Die Niederschläge auf die Beckenabdeckungen werden fortlaufend in der Zisterne gesammelt, die so ganz langsam gefüllt wird. Durch ungewöhnlich mildes Spätherbstwetter mit oftmaligem Sonnenschein während der Mittagsstunden beginnt im ersten Faul- Becken langsam die Gärung. Der Methan-Gasometer füllt sich entsprechend ganz langsam von selbst. Auch der Behälter für CO2 wird von der batteriegespeisten Saugpumpe langsam vollautomatisch gefüllt. Kurz vor der vollständigen Füllung des Methanspeichers wird über einen Drucksensor im Gasometer ein konventioneller Stationärmotor für Benzin gestartet. Modifiziert wurden (a)Vergaser, (b) Kühler, (c) Lüfter und (c) Abgasanlage. Ziel der Modifikationen ist die maximale Wärmeausnutzung des Methans, dessen Abwärme das Öl erwärmen soll, das von einer kleinen wärmesensorgesteuerten batteriegespeisten Pumpe in Umlauf gebracht wird. Der Motor treibt zwangsläufig einen Generator (der eine Anzahl konventioneller Batterien versorgt) und über eine Schaltkupplung einen Hochdruckkompressor. Der gefüllte Gasometer stellt den Betrieb des Motors für eine Stunde Vollast sicher.Über das Öl wird dem Becken 1 langsam die Abwärme des Motors zugeführt. Das fördert den Faulprozess im Becken 1 und damit die Wiederholung des eben geschilderten Vorgangs (bei gleichem Klima) in immer kürzeren Abständen.

Nicht benötigte elektrische Energie wird zur Elektrolyse von Wasser verwendet. Die entstehenden Gase H2 und O2 werden - wie das Methan - in Gasometern bei geringem Druck zwischengespeichert. - CO2 ist als umweltverträgliches Kältemittel bekannt. Dazu muß es allerdings bei etwa 5 MPa verflüssigt werden. Den erforderlichen Druck stellt der Kompressor her und das Kältemittel wird in Stahlflaschen zwischengelagert. In der kühlen Jahreszeit wird das Kältemittel in der Anlage selbst nur für die Verflüssigung des Wasser- bzw. Sauerstoffes gebraucht. Beide letztgenannten Gase werden bekanntlich zur umweltschonenden Erzeugung von besonders heißen Flammen verwendet. Damit eignen sich diese besonders zur drastischen Volumen- und/oder Massereduzierung giftiger Abfälle. Entsprechend wirtschaftliche Herstellung vorausgesetzt, wird es immer einen lohnenden Markt für alle drei in Stahlflaschen konfektionierte "umweltfreundliche" Gase geben: *Mitte Dezember* ist das erste Faulbecken voll gefüllt.Deshalb wird jetzt mit der Füllung des zweiten Beckens begonnen. Durch den Wintereinbruch sinkt die Gaserzeugung allerdings rasch auf Null und die Dickschlämme frieren langsam. Beginn der Winterruhe, die nur von der Lieferung neuen Faulschlammes unterbrochen wird:

*Mitte Februar*, mit zunehmender Sonneneinstrahlung beginnt der Prozeß wieder, so wie er bereits unter Anfang November beschrieben wurde. Durch Schlechtwettereinbrüche wird die Gasbildung zwar wesentlich reduziert, allerdings wegen der wärmeausgleichenden Wirkung des umlaufenden Öls zusammen mit der Wärmeisolierung, selbst während der Nacht nicht ganz eingestellt.

*Mitte März* gibt es bereits deutliche Wärmeüberschüße. Somit kann das im Tragegerüst der Beckenabdeckung und vom Motor aufgewärmte Öl - wärmeisoliert zwischengelagert und transportiert - zur Heizung eines Gewächshauses oder zu "Winterzelten" über Baustellen verwendet werden.

*Mitte April* Kunden für "Transportwärme" sind jetzt Hallenbäder.

*Mitte Mai* Freibäder kommen als Wärme-Kunden hinzu. Der Inhalt des ersten Beckens ist jetzt völlig ausgegast. Das Becken wird daher für einige Tage geflutet. Anschließend wird das Lösungswasser in den Tank für Flüssigdünger umgepumpt. Nachdem die Lösung einige Tage geruht hat, wird eine Analyse durchgeführt. Anschließend wird die oberste und unterste Schicht zum Abtransport abgepumt. Der verbleibende Rest wird in das Verdunstungsbecken ( Becken #4) gepumpt: Der Tank für Flüssigdünger ist wieder frei.

*Mitte Juni* ist der ehemalige Dickschlamm in Becken #1 trocken, bröselig, völlig geruchlos und keimfrei. Die Masse wird mit einem Radlader auf einem "Stalldungstreuer" abtranspotiert.Damit ist das Becken zur Neufüllung bereit. Gerade rechtzeitig, da Becken #3 mittlerweile gefüllt wurde.

*Mitte Juli* werden für die heißen Sommermonate eine Reihe von Modifikationen durchgeführt. Diese sind: (A) größerer Lüfterflügel für Motor, (B) Inaktivierung der Wärmetauscher mit dem Öl, (C) Vervielfachung der Umwälzgeschwindigkeit für das Öl und (D) Ölkühlung durch Rücklauf durch beschattete, an der Nordseite der nördlichen Beckenbegrenzungswänden montierte, Stahlrohre insbesonders auch während der Nacht.

Claims (9)

1. Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in einem nach außen gasdicht abgeschlossenen und wärmeisoliertem Raum erfolgt, in den Sonnenwärme eindringen kann.

2. Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen nach dem vorangegangenen Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß dem abgeschlossenem Raum nach der Füllung bis zur Leerung - außer gegebenenfalls Wasser und Öl- keinerlei Stoffe zugeführt werden. Fremde (d. h. künstliche) Energie wird gegebenfalls lediglich für das Absaugen von Gas und Wasser bzw. das Umwälzen von Öl verbraucht.

3. Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der Dickschlamm unter Sauerstoffmangel zunächst gleichzeitig bakteriell zersetzt und getrocknet wird.

4. Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die während der Trocknung bzw. Fermentierung entstehenden Gase und/oder Dämpfe nur kontrolliert aus dem Raum entweichen können.

5. Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die ausgegaste und sterilisierte Trockenmasse gewässert wird.

6. Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die aus der ausggasten und sterilisierten Trockenmasse ausgelaugten Stoffe getrennt werden.

7.Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Lösungen durch Wasserverdunstung konzentriert werden.

8. Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum zur Behandlung von Dickschlämmen durch eine Leichtbaustruktur gemäß Deutscher Patentanmeldung P 39 23 408.8 hergestellt wird.

9. Verfahren zur Behandlung von Dickschlämmen nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannte Konzentration und/oderDestillation der Lösungen in Verdunstungsbecken erfolgt, die analog zu der in der Deutschen Patentanmeldung P 39 23 408.8 bzw. P 3 15 284.1 beschriebenen Art von der vorhandenen Wärme entsorgt werden.