-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Behandlungsverfahren biologisch
abbaubarer Stoff/Flüssigkeit
Mischungen. Es handelt sich um Verbesserungen der Prozesse und Verfahrenstechniken
von biologisch abbaubaren Materialen aller Art, die zur anaeroben
Vergärung
oder anders ausgedrückt,
zur Methanisierung bestimmt sind. Die zu behandelnde Masse besteht
aus einer Mischung von abbaubaren organischen Stoffen, Wasser und
anderen Materialien, sowie nicht abbaubarer organischer Stoffe,
Mineralien, Metalle und diverse Abfälle. Mit Spezialausrüstungen
wurden zahlreiche Verfahren entwickelt und eingesetzt, die physikalische,
chemische oder biologische Prozesse vereinigen.
-
Deren
Ziel ist hauptsächlich:
Stabilisierung – Desodorierung
der Stoffe zur Vereinfachung der Wiederverwertung und/oder Lagerung auf
Mülldeponie
und/oder Ausbringung in der Umwelt
Rückgewinnung des Energiepotentials
Rückgewinnung
des recyclebaren Potentials für
die Landwirtschaft
Trennung der zur Wiederverwertung geeigneten
Materialien
Verringerung des nicht mehr verwertbaren Abfalls
-
Stabilisierung – Desodorierung
werden durch biologische Prozesse erreicht, bei denen die Vergärung die
Rückgewinnung
des Energiepotential der biologisch abbaubaren Stoffteile ermöglicht.
Physikalische Prozesse der Phasentrennung in Feststoffe und Flüssigkeit,
manchmal in Verbindung mit chemischen Nebenbehandlungen und die
Trennung nach Dichte und Grösse
dienen zur Absonderung des in der Landwirtschaft wieder verwendbaren
Teils; die wieder verwendbaren Materialien wie Metalle und Plastik
werden von den nicht mehr verwertbaren Stoffen getrennt.
-
Unter
anaerober Vergärung
versteht man den Abbau von biologisch abbaubarem Material durch
Mikroorganismen in Abwesenheit von Sauerstoff in wasserhaltiger
Umgebung.
-
Bakteriengruppen
bearbeiten die Feststoffe, lösen
sie teilweise auf, andere Gruppen zersetzen flüssige, biologisch abbaubare
Stoffe und erzeugen somit Biogas. Das Biogas ist eine Mischung aus
Methan, Kohlendioxyd und anderen Gasen, deren Geruch bei der Verbrennung
des Biogas weitgehendst verschwindet.
-
Den
zur Vergärung
bestimmten Abfällen muss
genügend
Wasser beigemischt werden, um eine Anaerobiose zu ermöglichen
und um einen befriedigenden pH-Wert und ausreichende Hemmstoffkonzentrationen
zu erhalten. Nach der Vergärung
ist der Feuchtigkeitsgehalt der behandelten Masse höher, das
erfordert eine Trennung in seinen festen und flüssigen Teil, bevor die wieder-
und weiterverwendbaren und nicht mehr verwertbaren Abfälle von
einander getrennt werden können.
-
Im
Antrag des Zusatzpatents zum veröffentlichten
Patent N°:
FR-A-2518116 wird ein Behandlungsverfahren beschrieben, in dem eine
Mischung aus festen und flüssigen
Stoffen in einer Biogasanlage behandelt und gleichzeitig neben der
Vergärung die
Phasentrennung, Trennung des Feststoffes und der Flüssigkeit,
vorgenommen wird. Ein erster Behälter
nimmt die zu behandelnde Masse auf; er ist mit einem Entwässerungssystem
ausgestattet, das die Flüssigkeit
in einen zweiten Behälter
weiterleitet; von dort wird sie ausgeschieden, um entweder in den Kreislauf
als Beimischung zu den eingehenden Stoffen, zurückgeführt zu werden, oder als Überschusswasser
ausserhalb der Anlage behandelt zu werden. Ein wenig wasserhaltiger
Endfeststoff entsteht im ersten Behälter und wird von dort entnommen.
Der Antrag FR-A-2518116
enthält
gegenüber
den im Hauptpatent E.P.-A-0038759 dargestellten Zeichnungen einige
Verbesserungen in den Darstellungen der Anlagen.
-
Die
Erfahrung hat gezeigt, dass dieses Prinzip nur funktionieren kann,
wenn die Anlagen selbst perfektioniert werden und die Art und Weise
der Vorbereitung der zu behandelnden Stoffe und deren Beschickung
und Durchlauf in der Biogasanlage verbessert wird. Dieses Prinzip
erlaubt die Entwicklung eines Verfahrens mit enorm zahlreichen Mischungen aus
biologisch abbaubaren Stoffen in fester und flüssiger Form, es erlaubt die
weiter oben ausführlicher beschriebenen
Ziele vollständiger
und billiger als die bisher bekannten Verfahren zu erreichen.
-
Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Beschreibung eines
Behandlungsverfahrens zur Behandlung von biologisch abbaubaren Stoff/Flüssigkeit
Mischungen. Es zeigt Verbesserungen in der Anlagendarstellung auf,
sowie in der Art und Weise wie diese Anlagen zu nutzen sind, um
die eingehenden Stoffe zu behandeln, bezogen auf das beschriebene
Prinzip und die Anlagendarstellungen im Antrag zum Zusatzpatent
FR-A-2518116 und im Hauptpatent E.P.-A-0038759.
-
Dank
der Phasentrennung bei gleichzeitiger Vergärung kann jederzeit eine beliebige
Menge Flüssigkeit
aus der Biogasanlage abgezogen werden und den eingehenden Brutto- Stoffen zur Vorbereitung
für die
Vergärung
beigemischt werden, wie hoch auch immer deren Feuchtigkeitsgrad
ist.
-
Nach
der Vergärung
entstehen 3 Produkte:
- – Feststoff in Form eines trocken
gepressten Komposts, weiter unten bestimmt als wenig wasserhaltiger
Endfeststoff
- – Endflüssigkeiten
mit sehr geringem Anteil an Schwebstoffen
- – Biogas
-
Haben
die zu behandelnden Stoffe einen geringen Feuchtigkeitsgrad, kann
es notwendig sein, Flüssigkeiten
beizumischen und es entsteht kein Überschusswasser. Im Fall sehr
feuchter, wie schlammähnlicher
Stoffe wird bei der Vergärung gleichzeitig
der biologische Abbau und die Trennung von Feststoffen und Wasser
betrieben.
-
Das
Ziel der Vorbereitung der zu behandelnden Masse ist es, eine Mischung
aus Flüssigkeiten und/oder
Feststoffen, bei Bedarf mit zusätzlichen Flüssigkeiten
und/oder Festoffen aus dem Prozess zu erhalten; folgende Bedingungen
müssen
hierfür erfüllt werden:
BESTAND
AN FESTSTOFFEN, fein, -grob -und grosskörnig, biologisch abbaubar oder
nicht, in Menge und Grösse
abgestimmt. Feststoffe in beträchtlicher
Grösse
müssen
in ausreichender Menge vorhanden sein, um während seines Durchlaufs eine vergärbare und
wasserdurchlässige,
und bei seinem Ausstoss trockenbare Masse zu erhalten.
DIE
ZU BEHANDELNDE MASSE muss biologisch abbaubar sein, und zwar bei
der Beschickung und während
des Durchlaufs im Fermenter. Neben einem ausreichend biologisch
abbaubaren Inhalt muss sie einen akzeptablen Ph-Wert, als auch eine
ausreichende Hemmstoffkonzentration aufweisen.
DIE VORBEREITUNG
DES MATERIALS kann aus folgenden, sämtlichen oder Teil-formen für Fraktionen
oder aller zu behandelnden Stoffe bestehen:
MECHANISCHE VORBEREITUNG,
durch Zerkleinerung, Siebung, Entfernung von Störstoffen, Vermischung der Materialien
untereinander und mit zusätzlichen
Prozessstoffen.
HYDRAULISCHE VORBEREITUNG der Feststoffe und
konzentrierten Substrate durch Vermischung mit Flüssigkeiten
aus der Vergärung
zur Trennung der unvorbereiteten Brutto- oder mechanisch vorbereiteten
Stoffe in 3 Gruppen: Materialien mit schwacher Dichte, Schwimmstoffe
Materialien
mit hoher Dichte, die dekantiert werden
Lösliche- oder Schwebstoffe
Die
organisch abbaubaren Stoffe sind im allgemeinen löslich oder
enthalten tierische und pflanzliche Gewebe mit einer Dichte um 1,
wobei Leicht- und Schwerstoffe in der Regel nicht biologisch abbaubar sind
BIOCHEMISCHE
VORBEREITUNG der Brutto-, mechanisch oder hydraulisch vorbereiteten
Stoffe durch Vermischung mit Flüssigkeiten.
Die erwarteten Wirkungen sind:
INTENSIVE VERMISCHUNG der zu
behandelnden Masse mit Flüssigkeiten
aus der Vergärung
untereinander dient zur Lufteliminierung und der Pumpfähigkeit
der Masse mittels einer Suspensionsspumpe.
EINIMPFUNG von geeigneten
aktiven Gärmitteln
in die Masse KORREKTUR DES pH-WERTES UND/ODER DER HEMMSTOFFKONZENTRATION der
zu behandelnden Masse dank des biochemischen Potentials der wieder
verwendeten Flüssigkeitett.
-
Nach
der Vergärung
kann der wenig wasserhaltige Endfeststoff direkt in einen Trockenofen
geleitet werden, der ganz oder teilweise mit Biogas geheizt wird,
um dort hygienisiert (Neutralisierung der krankheitseRregenden Keime
und Parasiten) und zumindest teilweise getrocknet zu werden. Der
getrocknete und hygienisierte Endfeststoff kann mit allen möglichen
Trennverfahren, nach Grösse
und Dichte aufbereitet werden, um somit den aufbereiteten anaeroben
Kompost zu isolieren, der in freier Natur oder für die Landwirtschaft verwendbar
ist, unter der Bedingung, das er nur geringfügig mit Schwermetallen, wieder
verwertbaren Materialien, wie Metalle und Plastik und nicht mehr
verwertbaren Abfällen
belastet ist.
-
Die
Aufbereitungsanlage kann ebenfalls zur Bearbeitung der aus der hydraulischen
Vorbereitung zurückgehaltenen
Leicht- und Schwerstoffe benutzt werden.
-
Die
Aufbereitung ermöglicht
die Trennung von grösseren
Feststoffteilen aus dem wenig wasserhaltigen Endfeststoff, sie werden
als feste Beimischung wieder verwendet, in dem sie den Eingangsstoffen
zugeführt
werden, wenn es sich zum Beispiel um schlammige Abfälle handelt,
die nur pulverartige Feststoffe enthalten.
-
Die
Endflüssigkeiten,
die sehr wenig Schwebstoffe enthalten, können direkt in eine der Biogasanlage
angebundenen Kläranlage
geleitet werden. Die Anlage kann die Endflüssigkeiten allein oder mit
anderen Abwasser behandeln; der produzierte Klärschlamm wird direkt der Biogasanlage
zugeführt. Durch
die Verbindung der Biogasanlage mit der Kläranlage garantiert das Behandlungsverfahren,
als Gegenstand der Erfindung, die vollständige Beseitigung der Endflüssigkeiten
sowie des Schlamms der Kläranlage
durch Erhalt von aufbereitetem und in die Umwelt zurückgeführtes Klarwasser
sowie den Erhalt eines wenig wasserhaltigen Vergärungsendfeststoffes.
-
Die
der Erfindung entsprechende BIOGASANLAGE besteht aus:
1 MISCH – und ZUFÜHRUNGSSCHACHT,
der die Gesamtmenge der Feststoffe und konzentrierten Substrate,
die verdünnten
Stoffe ganz oder teilweise und die aus der Anlage entnommenen Flüssigkeiten aufnimmt,
1
BEHÄLTER
FÜR FESTSTOFFE
UND KONZENTRIERTE SUBSTRATE der die sämtlichen zu behandelnden Stoffe
aufnimmt, die sich aus der vom Misch- und Zuführungsschacht zugeführten Masse,
aus den verdünnten
Substraten, die nicht durch diesen Schacht laufen und den Flüssigkeiten
aus der Biogasanlage, die direkt im Behälter weiterverwendet werden,
zusammensetzen
Der Masse wird kontinuierlich oder diskontinuierlich über eine
einzige Öffnung
auf der Oberfläche
des Behälters
eingeführt
und durchläuft
sie senkrecht mit Hilfe des Eigengewichts.
Der Behälter ist
innenseitig und am Boden mit einem Entwässerungssystem für die umlaufenden
Flüssigkeiten
ausgestattet, das eine getrennte Flüssigkeitsgewinnung dort ermöglicht wo
sie entsteht. Im unteren Teil befindet sich ein Auffangsystem für Feststoffe und
konzentrierte Substrate, das den wenig wasserhaltigen Endfeststoff
getrocknet, gas- und
wasserdicht, aus dem Behälter
ausschleust. Der Abzug kann kontinuierlich oder diskontinuierlich
erfolgen.
Der Durchlauf der Masse in dem Behälter wird
durch Ein- und Ausgänge über den
in zwei Bereiche aufgeteilten Behälter gesteuert:
DER OBERE
BEREICH: hier findet eine schnelle Fest-Wassertrennung durch Flotation,
Dekantierung und Filtration über
ein vorhandenes Feststoffbett statt.
DER UNTERE BEREICH: hier
erfolgt eine langsame Trennung durch Filtration und die Freisetzung
von Flüssigkeiten
aus der Vergärung
abbaubarer Stoffe in der vorhandenen Masse.
1 FLÜSSIGKEITSBEHÄLTER speichert
die entwässerten
Flüssigkeiten
aus dem Behälter
für Feststoffe und
konzentrierte Substrate über
eine Sammelvorrichtung, die die auf verschiedenen Niveaus gesammelten
Flüssigkeiten
in dem Behälter
für Feststoffe und
konzentrierte Substrate getrennt weiterleiten kann. Durch Schwerkraft
werden über
die Ein- und Ausgänge
die Stoffbewegungen in dem Behälter
iniziert. Durch die nach Herkunft getrennten Flüssigkeitseingänge werden
die mit wenigen Schwebstoffen belasteten Endflüssigkeiten von den wieder aufzubereitenden
isoliert. Das eventuell anfallende Überschusswasser wird mit einem
Siphon aus dem Behälter
luftdicht abgeleitet.
-
Um
eine mesophile oder thermophile Vergärung zu gewährleisten, werden beide Behälter unabhängig voneinander
regelbar so beheizt, dass ihr Inhalt auf die gewünschte Temperatur gebracht
und gehalten werden kann.
-
Die
der Erfindung entsprechende Biogasanlage kann mit mehreren Behältern für Feststoffe
und konzentrierte Substrate ausgestattet sein; sie erfüllen parallel
die gleiche Funktion; der wenig wasserhaltige Endfeststoff wird
dem jeweiligen Behälter
entgezogen.
-
Die
der Erfindung entsprechende Biogasanlage kann mit mehreren Flüssigkeitsbehältern ausgestattet
sein; sie können
paarweise oder komplementäre
Funktionen erfüllen.
Die Sammelvorrichtung, die die Flüssigkeiten aus dem bzw. den
Feststoffbehältern
in den, bzw. die Flüssigkeitsbehälter weiterleitet und
die Verbindung bzw. Verbindungen zwischen den Flüssigkeitsbehältern, ist
so angeordnet, dass für
einen methodischen Abwasserverlauf in und zwischen den Behältern gesorgt
wird. Sollte Endflüssigkeit
freigesetzt werden, so geschieht dies an einer einzigen Stelle der
Biogasanlage.
-
Die
der Erfindung entsprechende Biogasanlage ist mit einem Auffangsammelnetz
für das
in dem bzw. den Feststoff- sowie dem bzw. den Flüssigkeitsbehältern erzeugtem
Biogas ausgestattet und so angeordnet, dass das gesamte Biogasvolumen
in den Feststoff- oder Flüssigkeitsbehältern und
dem Gassammelnetz in einer einzigen Phase erzeugt wird. In dieser
Phase wird der Druck mit entsprechenden Mitteln, z.B. durch einem
Gasbehälter
und einer hydraulischen Verbindungsstelle, konstant gehalten.
-
Je
nach Verfahren wird die Vorbereitung der zu behandelnden Masse wie
folgt vorgenommen:
FÜR
EINE MISCHUNG AUS FLÜSSIGEN-
UND FESTSTOFFEN ALLER GRÖSSENORDNUNGEN, mit
geringem Anteil an grossen Feststoffen erfolgt die Vorbereitung
der Gesamtmenge im Misch -und Beschickungsschacht; ausgenommen sind
verdünnte Substrate
und die dem bzw. den Flüssigkeitsbehältern entnommenen
Flüssigkeiten;
sie können
gegebenenfalls nach Vermischung in der biochemischen Vorbereitung
in den bzw. die Feststoffbehälter
weitergeleitet werden.
FÜR
DIE MISCHUNGEN AUS STOFFEN MIT HOHEM ANTEIL AN GROSSEN FESTSTOFFTEILEN ist
eine mechanische Vorbereitung vor der Weiterleitung entweder in
die hydraulische Vorbereitung oder in den Misch- und Beschickungsschacht
vorgesehen.
FÜR
MISCHUNGEN MIT HOHEM ANTEIL AN LEICHT- UND ODER SCHWERSTOFFEN erfolgt eine
Auftrennung der Fraktionen über
eine hydraulische Vorbereitungseinheit, die dem Misch- und Beschickungsschacht
vorgelagert ist, und zwar durch Vermischung mit dem der Biogasanlage
entnommenen Flüssigkeiten,
um so aus den Bruttomaterialien oder mechanisch vorbereiteten Stoffen
3 Komponenten zu erhalten, es verbleiben:
Stoffe mit geringer
Dichte, die schwimmen
Stoffe mit hoher Dichte, die dekantiert
werden
Gelöste
Stoffe oder Schwebstoffe; nur diese Stoffe werden der Vergärung zugeführt.
FÜR FLÜSSIGE SUBSTRATE
UND SCHLAMM die nur Staubfeststoffe enthalten, findet eine Vermischung
im Misch- und Beschickungsschacht mit teilweise oder nicht abbaubaren „soliden
Prozessstoffen" statt.
DIE
BIOCHEMISCHE VORBEREITUNG erfolgt in einer für die Eingangsstoffe vorgesehenen
Einrichtung, in der die eingehenden Stoffe mit den Flüssigkeiten aus
dem Flüssigkeitsbehälter, dem
Misch- und Beschickungsbecken, der hydraulischen und biochemischen
Vorbereitung vermischt werden.
-
Die
in der Anlage beigefügten
Zeichnungen und Darstellungen beschränken in keiner Weise die folgende
Beschreibung der Vorrichtungen, es geht um die „bildliche" Darstellung der Erfindung.
-
Die
in Zeichnung 1 dargestellte Biogasanlage besteht ohne Beschränkung aus:
- • 1
Misch- und Beschickungsschacht (1) ausgestattet mit einer
Zerkleinerungs-Misch-
(4) und Förderpumpe
(5). Die Beschickung erfolgt durch:
- – Flüssigkeiten
aus dem Flüssigkeitsbehälter (3) über die
Verbindung (14);
- – Feststoffe
und konzentrierte Substrate über
die Verbindung (16)
- – Verdünnte Substrate über die
Verbindung (15),
- • Ein
Behälter
für Feststoffe
und konzentrierte Substrate, (2) der die Masse aus (1) über die
Verbindung (6) und die weitergeleiteten Flüssigkeiten aus
dem Flüssigkeitsbehälter (3) über die
Verbindung (13) und dann (6) erhält.
Der
Behälter
(2) ist innenseitig und dem Boden mit einem Entwässerungssystem
(7), einer Sammelvorrichtung (8) sowie mit einem
Abzug für
den wenig wasserhaltigen Endfeststoff versehen, der zu einer Fördereinrichtung
führt (10).
Die
abgezogenen Flüssigkeiten
aus (2) werden über
die Sammelvorrichtung (9) in den Flüssigkeitsbehälter (3)
weitergeleitet; die Sammelvorrichtung (9) erhält die Flüssigkeiten
aus dem oberen Bereich von (2) über (9a), die Flüssigkeiten aus
dem unteren Bereich von (2) über (9b), die Flüssigkeit
aus der Trocknung des wenig wasserhaltigen Endfeststoffes über (9c).
Der
Flüssigkeitsbehälter (3)
ist mit einer inneren Unterteilung (12) ausgestattet, die
einen methodischen Verlauf der Flüssigkeiten gewährleistet
und
ermöglicht,
das die Endflüssigkeiten
mit einem so gering wie möglichen
Anteil an Schweb- und Lösungsstoffen
isoliert und über
das Überlaufrohr aus
(3) über
die Verbindung (11) abgeleitet werden.
Das Biogas
wird über
die Verbindung (17) abgezogen.
-
Die
der vorliegenden Erfindung entsprechende Darstellung der Anlage
in der Zeichnung 2 bezieht sich auf die Behandlung biologisch abbaubarer Stoff/Flüssigkeit
Mischungen unterschiedlichster Herkunft, die eine Korrektur des
pH-Werts und oder der Konzentration erfordern, sowie Feststoffe,
konzentrierte Substrate, nicht abbaubare Bestandteile und Schlamm
aus Kläranlagen.
-
Vor
der Biogasanlage, die aus einem Misch- und Beschickungsschacht (1),
dem Behälter
für Feststoffe-
und konzentrierte Substrate (2) und dem Flüssigkeitsbehälter (3)
besteht, befindet sich ein mechanisches Aufbereitungssystem (22)
für Mischungen aus
Feststoffen und konzentrierten Substraten die über die Verbindung (16a)
zugeführt
werden.
-
Diese
Masse wird über
(25) zur hydraulischen Vorbereitungseinheit geleitet, die
mit einer Flotte und einem Rührwerk
(28) versehen ist und die die Flüssigkeiten aus dem Behälter (3) über die
Verbindung (13c) erhält;
die Mischung aus Flüssigkeiten,
verdünnten
Stoffen und Schwebstoffen laufen über einen Abfluss (29)
und eine Rohrleitung (26) in den An- Misch- und Beschickungsschacht (1).
-
Die
Stoffe mit geringer Dichte werden von der Sammelvorrichtung (27)
aufgenommen und über ein
Transportband (32) ausgeschieden; die Stoffe mit hoher
Dichte werden von der Sammelvorrichtung (3) am Boden der
Einheit (23) gesammelt und von dort über das Transportband (31)
ausgeschleust.
-
Die
Kläranlage
(18) ist mit der Biogasanlage verbunden und erhält von dort
die Endflüssigkeiten aus
dem Behälter
(3) über
die Verbindung (11); der in der Kläranlage (18) produzierte
Schlamm wird über die
Verbindung (19) direkt in den Misch- und Beschickungsschacht
(1) geleitet; die gereinigten Endflüssigkeiten aus (18)
werden über
die Verbindung (20) abgeleitet.
-
Das
der Erfindung entsprechende Beispiel in Darstellung 3 zeigt eine
Biogasanlage mit 3 Behältern
für Feststoffe-
und konzentrierte Substrate (2a), (2b) und (2c)
und 2 Flüssigkeitsbehälter (3a)
und (3b).
-
In
diesem Beispiel wird der wenig wasserhaltige Endfeststoff aus den
Behältern
(2a), (2b), (2c) über den Transportweg (10)
in den Trockenbehälter (33)
geleitet, der über
die Biogassammelleitung (17) mit Biogas versorgt wird.
Der getrocknete Endfeststoff wird ganz oder teilweise über die
Fördereinrichtung
(34a) in die Aufbereitungseinheit (35) geleitet, die
ebenfalls die mit geringer und hoher Dichte versehenen Stoffe aus
der hydraulischen Vorbereitung (23) über die Transportwege (32)
und (31) aufnimmt.
-
Die
Aufbereitungseinheit (35) kann folgende Stoffe isolieren:
- • einen
anaeroben, getrockneten und aufbereiteten Kompost, der über ein
Förderband
(36) ausgeschieden wird
- • die
wieder verwertbaren Metalle ausgeschleust über ein Förderband (37)
- • das
wieder verwertbare Plastik ausgeschleust über ein Förderband (38)
- • die
nicht mehr verwertbaren Abfälle,
ausgeschleust über
ein Transportband (39)
- • die
in dem getrockneten Endfeststoff befindlichen Feststoffe grosser
Dimension, die über
den Transportweg (40) zum Schacht (1) geleitet
werden, wo sie als "Prozessfeststoffzusatz" mit den zur Vergärung bestimmten
Stoffen wieder behandelt werden.