DE3941431C2 - Verfahren und Anlage zur Deponiegas- und Sickerwasserentsorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Deponiegas- und Sickerwasserentsorgung von Mülldeponien, bei dem das Sicker­ wasser durch Umkehrosmose gereinigt, das Deponiegas ver­ brannt und hierbei freiwerdende Wärmeenergie zum Antrieb eines Generators zur Erzeugung elektrischer Energie der elektrischen Stromverbraucher des zur Sickerwasserbehandlung dienenden Anlagenteils und zum Weiterkonzentrieren des er­ haltenen Konzentrats benutzt wird und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens, mittels der Deponiegas ver­ brannt und Sickerwasser durch Umkehrosmose gereinigt wird und elektrisch betriebene Geräte mit einem Generator ver­ bunden sind, der antriebsseitig mit einer Einrichtung zur Ausnutzung der beim Verbrennen von Deponiegas freiwerdenden Wärmeenergie verbunden ist.

Es ist bekannt, zur Deponiegasentsorgung von Mülldeponien das Deponiegas z. B. über Brunnen abzuziehen und zu verbren­ nen. Da eine reine Abfackelung den Energieinhalt des Depo­ niegases nicht ausnutzt, ist bereits vorgeschlagen worden, das Deponiegas zum Antrieb von Gasmotoren oder Gasturbinen zu verwenden, die mittels Generatoren elektrischen Strom erzeugen. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, daß im Depo­ niegas enthaltene aggressive Gasbestandteile in den Gasmo­ toren und Gasturbinen zu Korrosionsschäden führen, so daß diese relativ oft gewartet werden müssen. Ein weiterer Nach­ teil besteht darin, daß ebenso wie bei der reinen Abfacke­ lung von Deponiegas im Abgas noch umweltgefährdende Bestand­ teile enthalten sind, die die Atmosphäre belasten. Bei in Deponien anfallendem Sickerwasser besteht die Gefahr, daß dieses mit umwelt- und gesundheitsschädlichen Stoffen wie Schwermetallen und dergleichen befrachtet wird und aus der Bodenwanne der Deponie in das Grundwasser gelangt. Da hier­ durch unkontrollierbare Beeinträchtigungen des Grundwassers und des Trinkwassers eintreten können, sind bereits Verfah­ ren zur Sickerwasseraufbereitung eingesetzt worden. So ist es bekannt, durch Einsatz der Membrantechnologie Abwasser in ein Permeat und ein Konzentrat aufzuspalten. Das gereinigte Permeat kann über der Deponie versprüht oder abgeführt wer­ den. Das Konzentrat muß abgeführt und nachgereinigt oder besonders gelagert werden. Die im Sickerwasser enthaltenden organischen Inhaltsstoffe haben überwiegend ein großes Mole­ kulargewicht. Aus diesem Grunde hat sich für die Sickerwas­ serreinigung die Umkehrosmose bewährt, mit der für Redu­ zierungen von CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) und AOX (halogenisierte Kohlenwasserstoffe) gute Rückhaltevermögen bei Deponiesickerwasser erzielt werden können. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Deponiesickerwasser durch Verdampfung aufzubereiten, wobei aus dem Sickerwasser das Wasser ausgedampft und somit die festen Lösungsbestandteile aufkonzentriert werden. Gerade bei hochbelasteten Abwässern wie Deponiesickerwasser besteht aber das Problem, daß sich in den Verdampfern Schaum bildetet und ein Belag absetzt. Darüber hinaus sind diese Verdampfer außerordentlich kor­ rosionsgefährdet. Ein Verfahren der eingangs genannten Art wird z. B. in der EP 01 27 240 B1 beschrieben, das wie die weiteren bekannten Verfahren zur Deponiegas- und Sicker­ wasserentsorgung von Deponien den Nachteil hat, daß es für sich nur einen sehr mäßigen Wirkungsgrad aufweist. Bei Ein­ satz dieser Verfahren wird ferner durch das aggressive De­ poniegas die Standzeit der zur Deponiegasentsorgung dienenden Anlagenteile verringert. Darüber hinaus bleibt eine Umweltbelastung z. B. durch aggressive Gasbestandteile des verbrannten Deponiegases besteht.

Diese bekannten Verfahren zur Deponiegas- und Sickerwasser­ entsorgung von Deponien haben den Nachteil, daß sie für sich nur einen sehr mäßigen Wirkungsgrad aufweisen, das aggressive Deponiegas die Standzeit der zur Deponiegasentsorgung dienende Anlagenteile verringert und darüber hinaus eine Umweltbelastung z. B. durch das verbrannte Deponiegas be­ stehen bleibt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die Deponiegas- und Sickerwasserentsorgung von Mülldeponien ein Verfahren und eine Anlage zu dessen Durchführung aufzuzeigen, mittels dem die Beaufschlagung von Anlagenteilen mit aggressiven Deponiegasbestandteilen und ein Ablassen umweltgefährdender Verbrennungsabgase in die Atmosphäre vermindert sowie durch weitestmögliche Ausnutzung der in dem Deponiegas enthaltenen Energie auch für die Sickerwasserentsorgung ein hoher Ge­ samtwirkungsgrad erzielt wird.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Anlage durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Anlage zur Deponiegas- und Sickerwasserentsorgung näher erläutert.

Die Anlage 1 besteht aus einem der Deponiegasverbrennung dienenden Anlagenteil 45, einem ersten Dampfkreislauf 4 zur Dampf- und Stromversorgung, einer Umkehrosmoseanlage 46 zur Sickerwasserreinigung und einem in die Umkehrosmoseanlage 46 integrierten zweiten Dampfkreislauf 5.

Über eine Deponiegasleitung 28 wird Deponiegas einer Muffel 2 zugeführt und in dieser bei Temperaturen von ca. 1200°C verbrannt. Bei diesen Temperaturen werden neben den Haupt­ gasen Methan und Kohlendioxid auch als Spurengase auftreten­ de flüchtige Substanzen gekrackt, die wegen ihrer Toxizität von besonderer Bedeutung sein können. Das Verbrennungsabgas wird über eine Abgasleitung 29 einem Wärmetauscher in einem Abhitzekessel 3 zugeführt und tritt aus diesem auf ca. 200°C abgekühlt in eine Kaminanschlußleitung 30 ein, die mit einem nicht näher dargestellten Kamin 31 verbunden ist.

Der Abhitzekessel 3 ist in den ersten Dampfkreislauf 4 inte­ griert. In dem Abhitzekessel 3 erhitzter Dampf wird über eine Dampfleitung 21 einer Dampfturbine 6 zugeführt, die mit einem Generator 7 verbunden ist. Der Restdampfaustritt 8 der Dampfturbine 6 ist mit einer Restdampfleitung 22 verbunden, an die zwei Restdampfanschlußleitungen 23, 24 angeschlossen sind. Die Restdampfanschlußleitung 23 ist mit einem Verdamp­ fer 9 und die Restdampfanschlußleitung 24 mit einem Trock­ ner 10 verbunden. Das durch Restdampfauswertung in dem Ver­ dampfer 9 und Trockner 10 anfallende Kondensat wird über jeweils eine Kondensatleitung 25, 26 einer Kondensatleitung 27 zugeführt, die mit dem Abhitzekessel 3 verbunden ist. Das in den Abhitzekessel 3 eintretende Kondensat kann z. B. eine Temperatur von 150°C bei einem Druck von 25 bar haben.

In dem Verdampfer 9 wird das über die Sickerwasserkonzen­ tratleitung 34 zugeführte Sickerwasserkonzentrat verdampft. Das Verdampferkonzentrat wird über die Konzentratleitung 35 dem Trockner 10 zugeführt. Das Verdampferdestillat gelangt über die Destillatleitung 42 in den Stripper 14, durch den Wasserdampf vom Wäscher 17 im Gegenstrom geführt wird. Der Stripper 14 ist als Desorptionskolonne ausgebildet. In dem Stripper 14 erfolgt eine mehrstufige Kondensation, wodurch der Ammoniakanteil aufkonzentriert wird. Durch eine zwei­ stufige Teilkondensation kann z. B. eine Aufkonzentrierung des Ammoniakanteils von 2% auf 25% erfolgen. Es ist auch möglich, hierzu dem Stripper 14 eine mehrstufige Teilkonden­ sation nachzuschalten. Das nach der Desorption anfallende Destillat wird über eine Destillatleitung 38 der Membranan­ lage 13 zugeführt. Hierzu ist die Destillatleitung 38 mit der Brüdenleitung 37 verbunden, die vom Trockner 10 zur Sickerwasserzulaufleitung 32 führt. In dem Stripper 14 an­ fallendes dampfförmiges Desorptionsfluid gelangt über eine Dampfleitung 40 in den Wäscher 17. Dieser ist als Ab­ sorptionskolonne ausgebildet und mit einer Schwefelsäurezu­ gabeeinrichtung 41 verbunden. Mittels dieser wird Waschwas­ ser und Schwefelsäure in den Wäscher 17 eingebracht, wobei als Feststoff Ammoniumsulfat ausgefällt und über einen Fest­ stoffauslaß 18 abgeführt wird. Im Wäscher anfallende Rest­ flüssigkeit wird durch den Ausgang 19 über eine Leitung 43 dem Trockner 10 zugeführt. Durch die Zufuhr von Schwefel­ säure wird im Wäscher 17 ein exothermer Verdampfungsprozess ausgelöst. Der hierbei entstehende Dampf wird über die Dampfleitung 39 wieder in den Stripper 14 zurückgeführt. Stripper 14, Dampfleitungen 39, 40 sowie der Wäscher 17 bilden den zweiten Dampfkreislauf 5.

Der im Trockner 10 anfallende Brüden wird z. B. in einem Kühlturm kondensiert und über eine Brüdenleitung 37 in die Destillatleitung 38 eingespeist und somit wieder der Mem­ brananlage 13 zugeführt.

Die Membrananlage 13 ist vorzugsweise zweistufig ausgebil­ det, wobei die erste Stufe als Rohrmodul und die zweite Stufe als Wickelmodul ausgebildet sein kann. Es ist möglich, lediglich das aus der ersten Stufe der Membrananlage 13 anfallende Sickerwasserkonzentrat dem Verdampfer 9 zuzufüh­ ren, während das aus der zweiten Stufe austretende Sicker­ wasserkonzentrat dem in die erste Stufe eintretenden Sicker­ wasser zugemischt wird. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Destillatleitung 38 ebenfalls mit der ersten Stufe der Membrananlage 13 zu verbinden.

Zum Betrieb der Umkehrosmoseanlage 46 sind elektrisch be­ triebene Pumpen, Meß- und Regelgeräte und dergleichen er­ forderlich. Deren Stromversorgung erfolgt durch den Genera­ tor 7 über elektrische Leitungen 44. Es ist somit möglich, durch eine optimierte Kombination der beschriebenen Anlagen­ teile eine Anlage 1 so auszubilden, daß ein optimaler Ge­ samtwirkungsgrad erzielt wird. Da die Anlage 1 voneinander getrennte Kreisläufe aufweist, treten keine Werkstoffpro­ bleme auf. Durch Gegendruckregelung der Dampfturbine 6 ist der erste Dampfkreislauf 4 hinsichtlich der Dampfgüte außer­ ordentlich flexibel einzustellen. Die bei der Verbrennung in der Muffel 2 entstehende thermische Energie kann in hohem Umfang für die Dampferzeugung ausgenutzt werden. Insgesamt ergibt sich hierdurch ein größerer Gesamtwirkungsgrad, als es durch Einsatz bekannter Anlagenschaltungen möglich ist.

Claims (16)

1. Verfahren zur Deponiegas- und Sickerwasserentsorgung von Mülldeponien, bei dem das Sickerwasser durch Umkehros­ mose gereinigt, das Deponiegas verbrannt und hierbei freiwerdende Wärmeenergie zum Antrieb eines Generators zur Erzeugung elektrischer Energie der elektrischen Stromverbraucher des zur Sickerwasserbehandlung dienenden Anlagenteils und zum Weiterkonzentrieren des er­ haltenen Konzentrats benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Deponiegas einer Muffel zugeführt und bei einer derartigen Temperatur verbrannt wird, daß im De­ poniegas enthaltene umweltbelastende Gasbestandteile durch Krackung zerlegt werden und daß dann das Ver­ brennungsabgas aus der Muffel durch den Wärmetauscher mindestens eines Abhitzekessels eines Dampfkreislaufs geführt und durch einen Kamin abgeleitet wird, daß in dem Abhitzekessel erhitzter Dampf des Dampfkreislaufs in einer Dampfturbine mit angeschlossenem Generator oder einem Dampfmotor mit angeschlossenem Generator ent­ spannt, dann einem Verdampfer und einem Trockner zur Sickerwasserkonzentratbehandlung zugeführt wird und dort kondensiert und dann vom Verdampfer und Trockner als Kondensat wieder dem Abhitzekessel zugeführt wird, und daß dem durch Umkehrosmose aus dem zu reinigenden Sickerwasser entstehenden Konzentrat in einem Verdampfer weiter Wasser entzogen wird, das dem durch Umkehrosmose zu reinigenden Sickerwasser zugeführt wird, und daß der aus dem Verdampfer austretende Wasserdampf gereinigt und das aus dem Verdampfer austretende Konzentrat in einem Trockner getrocknet und dann abgeführt wird, wobei der im Trockner entstehende Brüden ebenfalls dem durch Um­ kehrosmose zu reinigenden Sickerwasser zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Trockner entstehende Brüden vor der Zufuhr zum Sickerwasser kondensiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Verdampfer austretende Dampf zur Ausschei­ dung leicht flüchtiger Substanzen einem Stripper zuge­ führt wird, aus dem das entstehende Kondensat dem durch Umkehrosmose zu reinigendem Sickerwasser und das ent­ stehende Konzentrat einem Wäscher zugeführt wird, aus dem ausgewaschene Feststoffe abgeführt und flüssige Bestandteile dem Trockner zugeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wäscher durch Zufuhr von Schwefelsäure ein exo­ thermer Prozeß aufrechterhalten wird, durch den Dampf erwärmt wird, der im Kreislauf dem Stripper zugeführt und aus diesem wieder dem Wäscher zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sickerwasserreinigung in der Umkehrosmoseeinrichtung mehrstufig erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stripper eine mehrstufige Kondensation durchge­ führt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Stripper im Gegenstrom Wasser zugeführt wird und eine ein- oder mehrstufige Teilkondensation derart nachge­ schaltet wird, daß der Ammoniakanteil aufkonzentriert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ein- oder mehrstufige Teilkondensation im Strip­ per durchgeführt wird.

9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, mittels der Deponiegas verbrannt und Sickerwasser durch Umkehrosmose gereinigt wird und elektrisch be­ triebene Geräte mit einem Generator verbunden sind, der antriebsseitig mit einer Einrichtung zur Ausnutzung der beim Verbrennen von Deponiegas freiwerdenden Wärmeenergie verbunden ist, gekennzeichnet durch mindestens eine der Deponiegasverbrennung dienende Muffel (2), die ab­ gasseitig mit mindestens einem Abhitzekessel (3) ver­ bunden ist, der in einem ersten Dampfkreislauf (4) mit einer Dampfturbine (6) oder einem Dampfmotor angeordnet ist, in dem der Restdampfaustritt (8) der Dampfturbine (6) oder des Dampfmotors mit mindestens einem Verdampfer (9) und mindestens einem Trockner (19) zur Sickerwasser­ konzentratbehandlung verbunden ist, deren Kondensataus­ gänge (11, 12) mit dem Abhitzekessel (3) verbunden sind, wobei der mindestens eine Verdampfer (9) und der mindestens eine Trockner (10) in Reihe einer Membrananlage (13) zur Sickerwasserreinigung nachgeschaltet und an der Membrananlage (13), dem Verdampfer (9) und dem Trockner (10) angeordnete elektrisch betriebene Geräte wie Pumpen, Meß- und Regelgeräte und dergleichen mit dem mit der Dampfturbine (6) oder dem Dampfmotor in Verbindung stehenden Generator (7) verbunden sind.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Verdampfer (9) mit einem Stripper (14) verbunden ist, dessen Destillatausgang (15) mit der Membrananlage (13) verbunden und dessen Dampfausgang (16) mit einem Wäscher (17) mit einem Feststoffauslaß (18) und einem mit dem Trockner (10) verbundenen Ausgang (19) für dampfförmige und flüssige Restbestandteile verbunden ist.

11. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrananlage (13) mehrstufig ausgebildet ist.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrananlage (13) zwei- oder dreistufig ausgebildet ist und aus einem Rohrmodul und einem Wickelmodul besteht.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrananlage (13) aus einer Rohrmodulstufe und einer ein- oder zweistufigen Wickelmodulstufe besteht.

14. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (9) als Zwangsumlaufverdampfer ausgebildet ist.

15. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockner (10) als Dünnschichtverdampfer ausgebildet ist.

16. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brüdenausgang (20) des Trockners (10) mit der Membranan­ lage (13) verbunden ist.