DE4446661C1

DE4446661C1 - Verfahren und Anlage zur anaeroben Aufbereitung von Lebensmittelabfällen

Info

Publication number: DE4446661C1
Application number: DE4446661A
Authority: DE
Inventors: Andreas Backofen; Rolf-Ruediger Jessen; Burkhard Hintze; Thomas Rosner; Heike Stirnal; Petra Rabe; Tong Boitin
Original assignee: B A N S BIOLOG ABFALL NUTZUNGS
Current assignee: B A N S BIOLOG ABFALL NUTZUNGS
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2014-12-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur anaeroben Aufbereitung von Lebensmittelabfällen, welche in Einrichtungen der Gemeinschaftsverpflegung, des Handels und der Lebensmittelindustrie anfallen und einer Behandlung in einem zweistufigen Verarbeitungsprozeß zugeführt werden, wozu eine Anlage vorgesehen ist, die einen an sich bekannten Bioreaktor umfaßt.

Die Entsorgung von anfallenden Lebensmittelabfällen erfolgt derzeit vornehmlich über Verfütterung in der Landwirtschaft nach thermischer Behandlung, z. B. Kochen, Trocknung sowie Kompostierung, Abholung als Hausmüll und Lagerung auf Deponien, Abgabe an Klärwerke und Zugabe in Biogasanlagen, in denen im wesentlichen Gülle als Trägermaterial verwendet wird und deren Standorte sich ausschließlich im ländlichen Bereich befinden.

Die thermische Behandlung erfordert ein sehr aufwendiges, energieintensives Verfahren. Bei der Kompostierung bereiten die Lebensmittelabfälle wegen ihres hohen Feuchtegehaltes Schwierigkeiten, da der Prozeß leicht zur Versäuerung führen kann. Die Deponierung und die Abgabe an Klärwerke ist aus Gründen des Umweltschutzes nur noch eingeschränkt möglich. Die Zugabe von Lebensmittelabfällen in Biogasanlagen auf Güllebasis ist mit langen Transportwegen und somit Kosten verbunden.

In der DE-PS 31 52 609 (C12P 5/02) ist bereits ein Verfahren und eine Anlage zur Verwertung von Hausmüll u. a. organischen Abfällen zur Gewinnung von Methangas beschrieben. Durch Abbau dieser Stoffe in Reaktionsräumen wird Methangas erzeugt, wobei die Stoffe vor dem Eintritt in die anaerobe Phase in der aeroben Vorphase zerkleinert werden. Nach dem Verlassen des Mischbehälters wird der Schlamm in einem luftdicht abgeschlossenem Wartebehälter durch Methangas, das unter Druck durch im Boden des Wartebehälters befindliche Mündungen gepreßt wird, gerührt. Der Anlageteil, der der aeroben Vorphase dient, weist einen Mischbehälter zur Aufnahme der dosierten Stoffe und von Flüssigkeit sowie eine Zerkleinerungsvorrichtung auf, die einen Grobzerkleinerer und einen Feinzerkleinerer umfaßt.

Hierbei ist es nicht möglich, Lebensmittelabfälle ohne Zusätze zu durchmischen. Bei diesem bekannten Verfahren werden z. B. Fäkalien oder Klärschlamm zum Anmaischen zugegeben. Diese Handhabung ist jedoch von örtlich bedingten Vorgaben abhängig und mitunter gar nicht zulässig, z. B. im städtischen Bereich. Außerdem ist die beschriebene Anlage sehr aufwendig und erfordert eine ortsfeste Installation. Das bekannte Verfahren sowie die beschriebene Anlage ist für Hausmüll in Kombination mit anderen organischen Abfällen, wie Gülle geeignet. Die Aufbereitung von Lebensmittelabfällen in reiner Form ohne Zusatzstoffe ist auch bei diesem Verfahren nicht möglich, da der Aufschluß der zum Stoffwechsel der Mikroorganismen notwendigen Substanzen nicht in erforderlichem Maße möglich ist.

In der DE-OS 42 26 087 (C02F 11/04) ist ebenfalls ein Verfahren zur biologischen Aufbereitung organischer Substanzen beschrieben. Dieses Verfahren dient insbesondere zur anaeroben biologischen Hydrolyse zur anschließenden Biomethanisierung, wobei mittels pH-Wert die Feststoffkonzentration und die Feststoffverweilzeit unabhängig voneinander eingestellt werden sollen. Die einem ersten Reaktor zugeführten gelösten und/oder nichtgelösten organischen Verbindungen sollen zumindest einer Versäuerung unterzogen werden. Die angesäuerten organischen Substanzen werden einem zweiten Reaktor für die Durchführung einer Feststoffhydrolyse zugeführt. Eine Feststoffhydrolyse ist nicht immer mit geringem technischem Aufwand durchführbar und insbesondere für die Verarbeitung von Lebensmittelabfällen nicht geeignet, da eine Trennung der Lebensmittelabfälle in eine flüssige und eine feste Phase eine weitere Verarbeitung nicht zuläßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage zu entwickeln, mit denen es möglich ist, Lebensmittelabfälle in unverdünnter Form und ohne Zusatzstoffe anaerob abzubauen, unterschiedlich zusammengesetzte Fraktionen von Lebensmittelabfällen gleichzeitig zu verarbeiten und eine emissionsfreie Verarbeitung der Lebensmittelabfälle zu gewährleisten, wobei die Lebensmittelabfälle den Mikroorganismen in einer für sie leicht verwertbaren Form zur Verfügung gestellt werden sollen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren sowie durch die Anlage gemäß Anspruch 2 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage nach Anspruch 2 sind in den Unteransprüchen 3 und 4 angegeben.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Lebensmittelabfälle am Entstehungsort verarbeitet werden können und dadurch ein aufwendiger Transport entfällt.

Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß der Verarbeitungsprozeß nahezu emissionsfrei abläuft und damit eine umweltgerechte Verwertung von Lebensmittelabfällen erfolgt.

Ein großer Vorteil in bezug auf den notwendigen apparatetechnischen Aufwand entsteht dadurch, daß das Verfahren eine Verarbeitung ermöglicht, bei der die Lebensmittelabfälle ohne Zugabe von Wasser, Gülle oder anderen Zusatzstoffen vergärt werden können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß zur Verarbeitung unterschiedlicher Fraktionen von Lebensmittelabfällen mehrere Module hintereinandergeschaltet werden können.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß Lebensmittelabfälle bis zu einem Trockensubstanzgehalt von etwa 20% verarbeitet werden können, wobei nur ein geringer Reststoffanteil ohne Problemstoffe anfällt. Dieser Reststoffanteil ist nach der Abtrennung von der flüssigen Phase ohne großen Aufwand kompostierbar.

Schließlich ist die Arbeitsweise nach einem 2-Stufen-Verfahren vorteilhaft in bezug auf die Zuverlässigkeit und Stabilität des Prozesses.

Im Ergebnis der anaeroben Behandlung entsteht Biogas, welches eine autarke Energieversorgung der Anlage ermöglicht. Das anfallende Biogas weist einen hohen Methananteil auf und ist weitgehend frei von Schwefelwasserstoff.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: das Schema des Verfahrensablaufes und die dazu erforderlichen technischen Apparate,

Fig. 2: die in einem transportablen Container angeordneten einzelnen Apparate.

Eine Großküche produziert 12.000 Speisen pro Tag. Dabei fallen ca. 2,5 t Lebensmittelabfälle an. Dieser Abfall wird vor Ort gesammelt, zerkleinert und homogenisiert. Über die Übergabestation gelangt das Material in den Speicher. Dort wird mittels des Freistromhomogenisators 3 die Struktur der Lebensmittelabfälle zerstört und gleichzeitig erfolgt dadurch die vollständige Homogenisierung des Materials, so daß die Hydrolyse bereits hier einsetzt. Der Lebensmittelabfall wird in Abständen zur Vermeidung einer Schichtbildung im Speicher 1 umgewälzt. Gleichzeitig wird dadurch die Hydrolyse gefördert.

Die Biogasanlage befindet sich im direkten Bereich der Großküche und schließt an den Speicher 1 an.

Der Lebensmittelabfall gelangt vom Speicher 1 zunächst in den Hydrolysebehälter 5. Hier erfolgt die Vorversäuerung des Inputmaterials. Die Abluft aus dem Speicher 1 und der Hydrolyse wird über ein Filter abgeführt.

Quasikontinuierlich in Abständen von vier Stunden wird eine definierte Menge des Lebensmittelabfalls aus der Hydrolysestufe zwei parallel geschalteten, gut durchmischten Bioreaktoren 7.1 und 7.2 zugeführt. Die Bioreaktoren sind mit einer Mantelheizung, einem mechanischen Rührwerk 8.1 bzw. 8.2, den entsprechenden Zu- und Ablaufvorrichtungen sowie der Meßtechnik ausgerüstet. Der anaerobe biologische Abbau der organischen Substanz wird mittels Messung der Temperatur, pH-Wert und eines rheologischen Wertes überwacht und gesteuert. Die Prozeßparameter für die anaerobe Behandlung wie Temperatur, pH-Wert, Verweilzeit, Scherkräfte sind auf die optimale stoffliche Verwertung und Umsetzung der Lebensmittelabfälle zu Biogas und Restwasser durch die Mikroorganismen abgestimmt, d. h. der Prozeß wird thermophil im neutralen pH-Wert-Bereich gefahren.

Entsprechend den Zeitabständen und Mengen zugeführten Lebensmittelabfalls wird die gleiche Menge vergärten Materials entnommen. Die darin noch enthaltene Biomasse wird abgetrennt und zu einem Drittel den Bioreaktoren 7.1 und 7.2 wieder zugeführt, um ausreichend aktive Biomasse dort zur Verfügung zu haben. Ein weiteres Drittel wird der Hydrolysestufe zugeführt, um den pH-Wert im optimalen Bereich zu halten.

Die flüssige Phase, die als Restwasser anfällt, ist durch die Verweildauer in den Reaktoren 7.1 und 7.2 hygienisiert und wird dem Klärwerk zugeführt.

Der anaerobe biologische Abbau der organischen Substanz erfolgt kontinuierlich, wobei sich die Masse in ständiger Bewegung in den Reaktoren 7. 1 und 7.2 befindet. Das dabei entstehende Biogas wird abgeführt, getaucht, gereinigt und einem Speicher zugeführt. Von dort aus wird es direkt in die gasbeheizten Küchengeräte eingespeist.

Alle technischen Anlageteile dieses Verfahrens sowie die automatische Steuerung und das Rohrleitungssystem sind als Modul ausgeführt. Eine Steigerung der Verarbeitungsleistung ist durch weitere Module schnell möglich.

Es besteht durch die besondere Bauweise in keiner Stufe eine Verbindung zur Außenwelt, so daß die Anlage nahezu emissionsfrei arbeitet.

In Fig. 1 sind der schematische Ablauf des Verfahrens und die dazu erforderlichen technischen Apparate dargestellt. Die Lebensmittelabfälle werden nach dem Antransport in den Speicher 1 mittels einer Pumpe 2 gepumpt. In dem Speicher 1 befindet sich der Freistromhomogenisator 3, der zum Zerschlagen der Struktur der Lebensmittelabfälle dient. Die homogenisierte Masse gelangt über eine Pumpe 4 in den Hydrolysereaktor 5, in dem eine Hydrolysierung und Vorversäuerung der Lebensmittelabfälle stattfindet. Über eine Pumpe 6 gelangt das hydrolysierte Material in zwei Bioreaktoren 7.1 und 7.2, die beide mit Rührwerken 8.1 und 8.2 ausgestattet sind. Aus den Bioreaktoren 7.1 und 7.2 wird das entstandene Biogas über eine Tauchvorrichtung 11 einer weiteren Verwertung zugeführt. Zur Sicherheit bei Betriebsstörungen wie z. B. Überdruck; Ausfall der gasbeheizten Küchengeräte oder des Blockheizkraftwerkes, ist eine Fackel 12 vorgesehen.

In Fig. 2 ist ein Aufnahmebehälter 13 dargestellt, in welchem die Apparate und Ausrüstungen zur Behandlung der Lebensmittelabfälle untergebracht sind. Aufgrund der vorteilhaften Bauweise und Komplettierung ist es möglich, den Transport der gesamten Anlage in dem Aufnahmebehälter 13 durchzuführen.

Bezugszeichenliste

1 Speicher
2 Pumpe
3 Freistromhomogenisator
4 Pumpe
5 Hydrolysereaktor
6 Pumpe
7.1 Bioreaktor
7.2 Bioreaktor
8.1 Rührwerk
8.2 Rührwerk
9 Pumpe
10 Trennbehälter
11 Tauchvorrichtung
12 Fackel
13 Aufnahmebehälter

Claims

1. Verfahren zur anaeroben Aufbereitung von Lebensmittelabfällen, welche in Einrichtungen der Gemeinschaftsverpflegung, des Handels und der Lebensmittelindustrie anfallen und einer Behandlung in einem zweistufigen Verarbeitungsprozeß zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet,

- daß zur leichteren Aufnahme der zum Stoffwechsel der Mikroorganismen notwendigen Substanzen eine Zerstörung der Struktur der Lebensmittelabfälle in einem Freistrom homogenisator (3) erfolgt,
- daß die Lebensmittelabfälle in unverdünnter Form vergärt werden,
- daß die Lebensmittelabfälle in einer Hydrolysestufe hydrolysiert und vorversäuert werden,
- daß das hydrolysierte und vorversäuerte Material in einem Bioreaktor (7) unter streng anaeroben Bedingungen vergärt wird,
- daß eine Abtrennung der Biomasse von der flüssigen Phase erfolgt, und
- daß der gesamte Prozeß in einem geschlossenen System erfolgt.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbewahrung der Lebensmittelabfälle ein Speicher (1) vorgesehen ist, der einen Frei stromhomogenisator (3) enthält, daß der Speicher (1) über eine Rohrleitung mit einem Hydrolysereaktor (5) verbunden ist, der ein Rührwerk aufweist und der Hydrolysereaktor (5) mit mindestens einem Bioreaktor (7) verbunden ist, daß ein Trennbehälter (10) zum Abtrennen der Biomasse von der flüssigen Phase vorgesehen ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrolysereaktor (5) wahlweise nur mit einem Bioreaktor (7) oder in Parallelschaltung mit zwei Bioreaktoren (7.1; 7.2) verbunden ist.

4. Anlage nach den Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Apparate zur Behandlung der Lebensmittelabfälle in einem Aufnahmebehälter (13) angeordnet sind, der transportabel ist.