DE4419795A1 - Converting organic waste to biogas by anaerobic fermentation onboard ship - Google Patents

Converting organic waste to biogas by anaerobic fermentation onboard ship

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Abstract

In a process to use a ship as the base to produce valuable materials, organic residues are anaerobically fermented and the resulting foul sludge is composted. The novelty is that the wastes are filled into a fractionating assembly (2), are mixed with water and fractionated. The organic fraction is converted to biogas by anaerobic fermentation, and the resulting foul sludge is de-watered and subjected to intensive composting by worms.

Description

Es ist im allgemeinen üblich, ausrangierte Schiffe, die jedoch noch schwimm-, manövrier- und schleppfähig und mit funktionierenden Aggregaten und Anlagen ausgerüstet sind, zu verschrotten. Eine industrielle Nutzung ist nicht bekannt.It is generally common for discarded ships to be however still buoyant, manoeuvrable and towable and with functioning aggregates and systems are equipped scrap. Industrial use is not known.

In der DE-OS 32 27 930 ist bereits eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Müll beschrieben, bei welcher der Müll Bewegungen unterworfen wird. Es ist eine verschließbare Aufbereitungskammer vorgesehen, in welcher ein Unterdruck aufrechterhalten wird. Der Müll wird Bewegungen unter erhöhter Temperatur unterworfen. Durch das Zusammenwirken von Bewegung, Temperatur und Unterdruck wird die bakterielle Verarbeitung des Mülls beschleunigt und die Entgasung begünstigt. Die Aufbereitungskammer für den Müll ist in mehrere hintereinander angeordnete Einzelkammern aufgeteilt. Neben der Biogasgewinnung ist keine Verwertung der Reststoffe vorgesehen.In DE-OS 32 27 930 a device for Processing waste described in which the waste Is subjected to movements. It is lockable Processing chamber provided in which a negative pressure is maintained. The garbage is under movements subjected to elevated temperature. By working together of movement, temperature and negative pressure becomes the bacterial one Processing of the waste accelerates and the degassing favored. The processing chamber for the garbage is in several individual chambers arranged one behind the other. In addition to biogas production, there is no recycling of the Residues provided.

Außerdem ist mit der DE-OS 41 20 808 ein Verfahren zur Aufbereitung von Abfällen für die anaerobe Vergärung biogen-organischer Bestandteile des Mülls beschrieben. Dabei wird zunächst in einer Vorbehandlungsstufe eine vergärbare Biomasse durch eine mechanische Aufbereitung mit selektiver Auflösung hergestellt. Dieses Verfahren beruht auf einer aufwendigen Vorbehandlung des Abfalls und es ist keine Verwertung der Reststoffe vorgesehen.In addition, DE-OS 41 20 808 is a method for Processing waste for anaerobic digestion described biogenic-organic components of the waste. Here is initially a fermentable in a pre-treatment stage Biomass through mechanical processing with selective Resolution established. This process is based on a elaborate pretreatment of the waste and it is not Recycling of the residues provided.

Ein Verfahren zum anaeroben Abbau organischer Substrate in 2 räumlich getrennten Anaerobreaktoren ist in der DE-OS 33 07 796 beschrieben. Der eine Anaerobreaktor dient dabei als Säurebildungsreaktor, während der andere Anaerobreaktor als Acetat- und Methanbildungsreaktor mit einer Biogasableitung ausgebildet ist. Dieses zweistufige Verfahren sieht ebenfalls keine Verwertung der Reststoffe vor.A Process for Anaerobic Degradation of Organic Substrates in 2 spatially separated anaerobic reactors is in DE-OS 33 07 796. One anaerobic reactor serves as Acidification reactor, while the other anaerobic reactor than Acetate and methane formation reactor with a biogas discharge is trained. This two-step process looks also no recycling of the residues.

Zur Verwertung von unsortiertem Hausmüll gibt es Verfahren zur Müllkompostierung. Dabei sind die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Kompostes vorwiegend von der Zusammensetzung des Mülls abhängig.There are procedures for recycling unsorted household waste for waste composting. The physical, chemical and biological properties of the compost mainly depends on the composition of the waste.

Alle üblichen Kompostierungsverfahren sind im wesentlichen durch 3 Phasen gekennzeichnet, wobei in der ersten Phase der Kompostierung vorrangig mesophile Mikroorganismen leicht verstoffwechselbare Stoffe wie Einfachzucker, Disaccharide, Aminosäuren, Eiweiße und Polysaccharide verwerten. In der zweiten Phase, der thermophilen Phase, werden schwer abbaubare pflanzliche Lignine angegriffen und mesopile pathogene Keime abgetötet. Die dritte Phase ist durch die Bildung von Huminstoffen gekennzeichnet.All common composting procedures are essentially characterized by 3 phases, in the first phase the Composting primarily mesophilic microorganisms easily metabolizable substances such as simple sugar, disaccharides, Recycle amino acids, proteins and polysaccharides. In the second phase, the thermophilic phase, become difficult degradable vegetable lignins attacked and mesopile pathogenic germs killed. The third phase is through that Marked formation of humic substances.

Davon unterscheidet sich die Wurmkompostierung prinzipiell. Das Substrat dient Kompostwürmern als Nahrung, wobei durch den Verdauungsprozeß Dauerhumus entsteht. Worm composting differs from this in principle. The substrate is used by compost worms as food the digestive process permanent humus arises.  

Mobile Anlagen zur Verwertung organischer Abfälle sind nicht bekannt. Dort, wo mit ausreichenden Mengen gleichartiger organischer Abfälle zu rechnen ist, wie zum Beispiel in der landwirtschaftlichen Produktion, schreckt häufig der hohe Investitionsbedarf für solche Bioanlagen bei gleichzeitig langfristig unsicherer Perspektive ab. Bei veränderter Situation können immobile Anlagen nur dann betrieben werden, wenn die organischen Abfälle mit Transportmitteln und entsprechenden Kosten und infrastruktureller Belastung aus anderen Gebieten heranbefördert wird.Mobile plants for recycling organic waste are not known. Wherever with sufficient quantities of the same kind organic waste is to be expected, as for example in the agricultural production, often frightens the high Investment need for such bio plants at the same time long-term uncertain perspective. When changed Situation, immobile systems can only be operated if the organic waste with means of transport and corresponding costs and infrastructural burden other areas.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, organische Abfälle aus Haushaltungen und Gewerbe in einer mobilen Anlage zu verwerten und in Wertstoffe wie Biogas und Kompost umzuwandeln und dabei die Laderäume und Einrichtungen von ausrangierten Schiffen, die jedoch noch schwimm-, manövrier- und schleppfähig sind, zu verwenden. Dabei eignen sich die Laderäume und vorhandenen Behälter und Anlagen mit nur relativ geringfügigen technischen Umbauten sehr gut für eine sinnvolle Kombination biotechnologischer Verfahren mit dem Ziel der Wertstoff- und Energiegewinnung.The object of the invention is organic waste from households and businesses in a mobile system recycle and in valuable materials such as biogas and compost convert and thereby the holds and facilities of discarded ships that are still floating, maneuvering and are towable to use. The are suitable Holds and existing containers and equipment with only relatively minor technical conversions very well for one sensible combination of biotechnological processes with the Aim of recycling and energy production.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im wesentlichen durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 genannten Merkmale gelöst.According to the invention the task is essentially by solved in claims 1 and 2 mentioned features.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dieses Verfahren auf ausrangierten Schiffen angewendet werden kann, wobei sich das Betreiben der vorhandenen Aggregate, Einrichtungen und dergleichen sehr kostengünstig auswirkt. Die Nutzung der vorhandenen Einrichtungsgegenstände ist ein wesentlicher Faktor für den geringen Investitionsbedarf. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es möglich ist, den Standort entsprechend dem Bedarf in insbesondere ländlichen Gebieten, wo die Perspektive des Abfallaufkommens durch Gewerbe und der entsprechenden Entsorgung häufig unklar ist, weitgehend anzupassen. Des weiteren ist die diskontinuierliche Betriebsweise in allen Stufen des Verfahrens geeignet, auch bei einer sehr inhomogenen Abfallzuführung bezüglich der Zusammensetzung und der Menge voll funktionsfähig zu sein.A major advantage of the invention is that this procedure applied to discarded ships can be, the operation of the existing Units, facilities and the like are very inexpensive affects. The use of the existing Furnishings is an essential factor for that low investment requirements. Another advantage is there in that it is possible to change the location according to the Needs in rural areas in particular, where the Perspectives on the generation of waste by industry and appropriate disposal is often unclear, largely adapt. Furthermore, the discontinuous Mode of operation suitable in all stages of the process, too with a very inhomogeneous waste supply with regard to the Composition and quantity to be fully functional.

Da bekanntermaßen Haushalts- und insbesondere landwirtschaftliche gewerbliche Abfälle zu einem hohen Anteil aus biologisch verwertbaren Bestandteilen bestehen, wird die Verwertung der Biomasse in unterschiedlichen Varianten bereits seit langem praktiziert. Dabei wurden hochleistungsfähige Bioreaktoren verschiedener Bauformen und Typen entwickelt, die allerdings dementsprechend sehr hohe Ansprüche an eine homogene Zusammensetzung des Substrates haben. Somit muß die zugeführte Biomasse mit hohem Aufwand vorsortiert und aufbereitet werden. As is known household and especially agricultural commercial waste to a high Share consist of biologically usable components, will use the biomass in different ways Variants have been practiced for a long time. In doing so high performance bioreactors of various designs and Types developed, which, however, are accordingly very high Demands on a homogeneous composition of the substrate to have. Thus, the biomass added has to be very expensive be pre-sorted and processed.  

Bei dieser Erfindung werden die unzerkleinerten und nicht vorsortierten Abfälle aus Haushalten und organische Abfälle aus vorwiegend landwirtschaftlichen Gewerbe über einen Einfüllstutzen in eine Fraktioniereinrichtung, die sich in der Mitte des Schiffs befindet, eingefüllt. Die Aufschlämmung der Abfallmasse mit erwärmtem Wasser dient dabei sowohl der Aufbereitung der Biomasse für den anaeroben Gärprozeß als auch der Entfernung nicht verwertbarer Anteile nach der spezifischen Dichte als Dichtefraktionierung. Dabei sinken während eines Rohrprozesses die Anteile Steine, Metalle und Glas nach unten und können ausgeschleust werden. Die Anteile Kunststoffe und Holz schwimmen an der Oberfläche und können dort entfernt werden.In this invention, the uncrushed and not presorted household waste and organic waste from predominantly agricultural trades over one Filler neck in a fractionator, which is in in the middle of the ship. The Slurry the waste mass with heated water doing both the processing of the biomass for the anaerobic Fermentation process and the removal of unusable parts according to the specific density as density fractionation. Here the shares of stones decrease during a pipe process, Metals and glass down and can be rejected. The proportions of plastics and wood float on the surface and can be removed there.

Der aufgeschlämmte verwertbare Anteil der Biomasse wird in einen vorzugsweise zweistufigen anaeroben Bioreaktor gepumpt. Die diskontinuierliche zweistufige Betriebsweise der Bioreaktoren trägt der inhomogenen Zusammensetzung der Biomasse Rechnung, welches eine unharmonische Zeitorientierung des Chargenprozesses zur Folge hat. Die außerordentlich einfache Beschaffenheit der Bioreaktoren ist in der Lage, die Hauptreaktionsbedingungen Temperatur und pH-Wert zu regulieren, so daß eine befriedigende Leistungsfähigkeit, bezogen auf den Umsatz pro Zeit erreicht wird.The slurried usable portion of the biomass is in a preferably two-stage anaerobic bioreactor pumped. The discontinuous two-stage mode of operation of the bioreactors carries the inhomogeneous composition of the Biomass bill, which is an inharmonic Time orientation of the batch process. The is extremely simple nature of the bioreactors able to the main reaction conditions temperature and regulate pH so that a satisfactory Efficiency, based on sales per time is achieved.

Das erzeugte Biogas dient sofort der Nutzung als Brennstoff für Gas-Verbrennungsmotoren, wobei es möglich ist, Schiffsdiesel nach geringfügigen technischen Veränderungen zu benutzen.The biogas generated is immediately used as fuel for gas internal combustion engines, it being possible Marine diesel after minor technical changes to use.

Der nach Beendigung des biologischen Abbaus vorhandene Faulschlamm besteht zu mindestens 85% aus Wasser und muß auf einen Wasseranteil von 40-60% reduziert werden. Das abgetrennte Wasser wird in einem Tank gesammelt und wieder nach entsprechender Erwärmung der Aufschlämmung zugeführt und kann beliebig oft im Kreislauf gefahren werden. Damit entfällt eine Entsorgung als belastetes Abwasser völlig. Die chemische Zusammensetzung des Faulschlammes ist von der Zusammensetzung der verwendeten organischen Materialien abhängig. In jedem Fall ist jedoch eine Verwertung als Nahrungsgrundlage für Kompostwürmer möglich, so daß der Faulschlamm vollständig einer Intensivwurmkompostierung zugeführt wird. Der erzeugte Humus hat die Eigenschaft, biologisch hochwertig und hygienisiert zu sein und eine weitgehend homogene physikalische und chemische Zusammensetzung zu haben. The one present after biodegradation has ended Digested sludge consists of at least 85% water and must be a water content of 40-60% can be reduced. The separated water is collected in a tank and again fed to the slurry after appropriate heating and can be cycled as often as you like. In order to Disposal as contaminated wastewater is completely eliminated. The chemical composition of the digested sludge is of the Composition of the organic materials used dependent. In any case, however, is a recovery as Food basis for compost worms possible, so that the Digested sludge completely from intensive worm composting is fed. The humus produced has the property to be biologically high quality and hygienized and one largely homogeneous physical and chemical To have composition.  

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is based on a Embodiment explained in more detail. In the drawing shows

Fig. 1: Müllverarbeitungsschiff (Seitenansicht) Fig. 1: Waste processing ship (side view)

Die Anlage besteht aus der Fraktionierungseinrichtung 2, dem Bioreaktor 11 und der Kompostierungseinrichtung 19, die diskontinuierlich betrieben werden.The plant consists of the fractionation device 2 , the bioreactor 11 and the composting device 19 , which are operated discontinuously.

Die Anlage wird vorteilhafterweise, da in genügender Dimension und dennoch mobil ausführbar, in ein Schiff integriert. Die Beschickung mit der Abfallfraktion wird vorzugsweise mitschiffs in einer Fraktionierungseinrichtung 2 vorgenommen. Danach wird die Fraktionierungseinrichtung 2 mit auf ca. 40 Grad Celsius vorgewärmtem Wasser aufgefüllt und zur besseren Trennung der Fraktion gerührt. Dabei bildet sich eine Schwimmfraktion 6, bestehend aus Holz, Kunststoffen u. ä an der Oberfläche, welche beispielsweise mittels Rechen 5 entfernt werden kann. Die Sinkfraktion 8, die aus Steinen, Glas und Metallteilen besteht, kann ausgeschleust werden. Die organische Schwebfraktion 10, die nun weitgehend von Fremdstoffen befreit ist, wird in eine andere Kammer umgepumpt, in welcher die erste Phase der anaeroben Gärung, die Hydrolyse, stattfindet. Nach erfolgter Hydrolyse wird die Biomasse in einen Bioreaktor 11 befördert, in welchem die Biogasbildung stattfindet. Das Biogas wird über Kopf abgeleitet und kann in bekannter Weise zur Energiegewinnung in Form von Wärme oder elektrischem Strom genutzt werden. Die Bioreaktoren sind mit einer regelbaren Heizeinrichtung 12 und einer pH-Wertregulierung 17 ausgestattet. Der Faulschlamm wird in Pressen entwässert und der Kompostierungseinrichtung 19 zugeführt. Das abgeschiedene Wasser wird einem Sammelbehälter zugeführt. Von dort kann es wieder zum Aufschlämmen des Abfalls eingesetzt werden. Dabei wird durch die Würmer auch ein großer Anteil der nicht anaerob abgebauten organischen Fraktion, wie Festteile, verwertet. Der entstandene Humus wird gesiebt, um noch eventuell vorhandene Fremdkörper zu entfernen, und ist anschließend als hochwertiger Dünger einsetzbar.The system is advantageously integrated into a ship since it is of sufficient size and can nevertheless be carried out in a mobile manner. The waste fraction is preferably loaded amidships in a fractionation device 2 . Then the fractionation device 2 is filled with water preheated to approximately 40 degrees Celsius and stirred for better separation of the fraction. This forms a swimming fraction 6 , consisting of wood, plastics and the like. ä on the surface, which can be removed using a rake 5 , for example. The sink fraction 8 , which consists of stones, glass and metal parts, can be removed. The organic floating fraction 10 , which is now largely free of foreign substances, is pumped into another chamber, in which the first phase of the anaerobic fermentation, the hydrolysis, takes place. After hydrolysis has taken place, the biomass is conveyed into a bioreactor 11 , in which the biogas formation takes place. The biogas is discharged overhead and can be used in a known manner to generate energy in the form of heat or electrical current. The bioreactors are equipped with a controllable heating device 12 and a pH value regulation 17 . The digested sludge is dewatered in presses and fed to the composting device 19 . The separated water is fed to a collecting tank. From there it can be used again to slurry the waste. The worms also utilize a large proportion of the organic fraction that is not anaerobically degraded, such as solid parts. The resulting humus is sieved to remove any foreign bodies that may still be present and can then be used as a high-quality fertilizer.

Liste der BezugszeichenList of reference numbers

 1 Müllverarbeitungsschiff
 2 Fraktionierungseinrichtung
 3 Mischeinrichtung
 4 Wasserzulauf
 5 Rechen
 6 Schwimmfraktion
 7 Austragseinrichtung
 8 Sinkfraktion
 9 Pumpe
10 Schwebfraktion
11 Bioreaktor
12 Heizeinrichtung
13 Abführstutzen Biogas
14 Pumpe Faulschlamm
15 Faulschlamm
16 Wärmeisolierung
17 pH-Wertregulierung
18 Entwässerungseinrichtung
19 Kompostierungseinrichtung 1 garbage processing ship
2 fractionation device
3 mixing device
4 water inlet
5 rakes
6 swimming fraction
7 discharge device
8 sink fraction
9 pump
10 suspension fraction
11 bioreactor
12 heating device
13 discharge port biogas
14 Pump digested sludge
15 digested sludge
16 thermal insulation
17 pH regulation
18 drainage device
19 composting facility

Claims (5)

1. Verfahren zur Verwendung von Schiffen zur Erzeugung von Wertstoffen, bei dem in einer Anlage organische Abfälle anaerob vergärt werden und der dabei entstehende Faulschlamm kompostiert wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Abfälle in eine Fraktionierungseinrichtung (2) eingefüllt, mit Wasser vermischt und fraktioniert werden, wobei die organische Fraktion der Biogaserzeugung durch anaerobe Vergärung zugeführt wird und der dabei entstehende Faulschlamm entwässert und einer Intensivwurmkompostierung zugeführt wird.1. Process for the use of ships for the production of valuable materials, in which organic waste is fermented anaerobically in a system and the resulting digested sludge is composted, characterized in that the waste is poured into a fractionation device ( 2 ), mixed with water and fractionated , wherein the organic fraction of the biogas production is fed through anaerobic fermentation and the resulting digested sludge is dewatered and fed to intensive worm composting. 2. Anlage zur Aufarbeitung von Abfällen, die aus einer Fraktionierungseinrichtung, einem anaeroben Bioreaktor und einer Kompostierungseinrichtung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Aggregate und Einrichtungen auf einem Müllverarbeitungsschiff (1) angeordnet sind.2. Plant for processing waste, which consists of a fractionation device, an anaerobic bioreactor and a composting device, characterized in that the respective units and devices are arranged on a waste processing ship ( 1 ). 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auf einem Müllverarbeitungsschiff (1) sich die Fraktionierungseinrichtung (2) vorzugsweise mittschiffs befindet, welcher zur Aufnahme und Fraktionierung von Abfall dient und in dem ein Rührwerk (3), ein Wasserzulauf (4) und ein Rechen (5) zum Austragen der Schwimmfraktion (6) sowie eine Austragsvorrichtung (7) für die Sinkfraktion (8) und eine Pumpe (9) zur Förderung der Schwebfraktion (10) in den Bioreaktor (11) angeordnet sind, wobei die Schwimmfraktion (6) aus den spezifisch leichteren Bestandteilen des Abfalls wie Plastik, Holz und Textilien, die Schwebfraktion (10) aus vorwiegend organischen Bestandteilen sowie die Sinkfraktion (8) aus spezifisch schwereren Bestandteilen wie Steinen, Glas, Metall besteht.3. Plant according to claim 2, characterized in
that on a waste processing ship ( 1 ) the fractionation device ( 2 ) is preferably located amidships, which is used for receiving and fractionating waste and in which an agitator ( 3 ), a water inlet ( 4 ) and a rake ( 5 ) for discharging the swimming fraction ( 6 ) and a discharge device ( 7 ) for the sink fraction ( 8 ) and a pump ( 9 ) for conveying the floating fraction ( 10 ) in the bioreactor ( 11 ) are arranged, the floating fraction ( 6 ) from the specifically lighter components of the waste such as Plastic, wood and textiles, the floating fraction ( 10 ) consists mainly of organic components and the sinking fraction ( 8 ) consists of heavier components such as stones, glass, metal. 4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein anaerober Bioreaktor (11) vorgesehen ist, der eine regelbare Heizeinrichtung (12), einen Abführstutzen (13) für das entstehende Biogas sowie einer Pumpe (14) zum Entfernen des Faulschlamms (15) aufweist, wobei der Bioreaktor (11) mit einer Wärmeisolierung (16) und einer pH-Wertregulierung (17) versehen ist. 4. Plant according to claim 2, characterized in that at least one anaerobic bioreactor ( 11 ) is provided, which has a controllable heating device ( 12 ), a discharge nozzle ( 13 ) for the biogas produced and a pump ( 14 ) for removing the digested sludge ( 15 ), wherein the bioreactor ( 11 ) is provided with thermal insulation ( 16 ) and pH regulation ( 17 ). 5. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kompostierungseinrichtung (19), in welcher der Faulschlamm (15) nach in einer Entwässerungseinrichtung (18) erfolgten Entwässerung einer Intensivwurmkompostierung unterzogen wird, zur Aufnahme und Verwertung des Faulschlammes (15) nach dem Bioreaktor angeordnet ist.5. Plant according to claim 2, characterized in that at least one composting device ( 19 ), in which the digested sludge ( 15 ) is subjected to an intensive worm composting after dewatering in a dewatering device ( 18 ) for receiving and recycling the digested sludge ( 15 ) after Bioreactor is arranged.
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