FI111628B - Menetelmä orgaanisen aineen kiihdytettyä biologista hajotusta varten - Google Patents

Description

111628

Menetelmä orgaanisen aineen kiihdytettyä biologista hajotusta varten. -Förfarande för accelererad biologisk degradering av biologiskt material.

Keksinnön kohteena on menetelmä orgaanisen aineen kiihdytettyä biologista 5 hajotusta varten, jossa menetelmässä hajotettavaa ainetta pidetään pitkänomaisessa aumassa; happipitoista kaasua puhalletaan auman läpi sisältä ulkopintaan; auman läpi puhallettavaa kaasua kierrätetään pääasiallisesti suljettuna kaasun kiertona; 10 - kierrätettävää kaasua jäähdytetään; kaasunkierron virtausmäärää ja poistokaasun määrää säätämällä pidetään kierrätettävän kaasun happimäärä alueella 10 -18 %, sopivimmin alueella 12-16 %; ja pääasiallisesti suljetusta kaasun kiertovirtauksesta poistetaan enintään 15 30 %, sopivimmin noin 10 % virtauksen määrästä ja tämän poiston seu rauksena kaasunkiertojärjestelmään syntyvällä alipaineella imetään kor-vausilmaa kiertojärjestelmään.

Bakteerien suorittama orgaanisen aineen hajotusprosessi kuluttaa happea, 20 tuottaa energiaa ja synnyttää pääosin hiilidioksidia ja vettä. Energiantuotto lämmittää massaa ja sen sisältämää vettä. Happipitoisuuden ylläpitämiseksi joudutaan massaa ilmastoimaan. Energiaa poistuu massasta vain johtu- -· : ' maila, säteiiemällä ja poistuvien kaasujen ja valumavesien mukana. Per inteinen komposti ei tuota ylimääräistä energiaa, koska prosessiteho on ta-25 saantunut vastaamaan poistuvan energian määrää. Kompostiaumassa lämpötila kasvaa hyvin jyrkästi ilman puhalluskohdasta ulospäin. Maksimaalinen lämpötila 55°C - 60°C saavutetaan syvällä massan sisällä. Siirryttäessä edelleen kohti pintaa, massan lämpötila laskee ja vesihöyry, johon huomattava määrä energiaa on sitoutunut, tiivistyy vedeksi auman pinnan läheisyydessä. 30 Perinteisesti ei siis ole käytetty tehostettua energian poistoa, jolloin massan lämpötila nousee raja-arvoon, jossa bakteerit alkavat kuolla omaan toimintaansa, koska eivät kestä korkeita lämpötiloja. Bakteerimäärä siis rajoittuu vastaamaan luonnollista energian poistumista aumasta. Tämä energian pois- 2 111628 tuminen on vähäistä johtuen matalasta pintalämpötilasta ja vesihöyryn tiivistymisestä takaisin massaan.

Julkaisussa EP-A 354 606 on esitetty käytettäväksi jäähdytyksen alapuolisia 5 kouruja, joilla tiivistyvä ammoniakkipitoinen vesifaasi kerätään talteen johdettavaksi kuumennusaltaaseen, jossa höyrystynyt ammoniakki johdetaan kierrätys kaasun mukana takaisin lantasäiliöön. Kierrätettävää kaasua puhalletaan säiliön pohjaritilän läpi ja edelleen säiliössä olevan lantakerroksen läpi. Lantasäiliöstä on erillinen kaasunpoisto pesurin kautta, johon pesuvesi kier-10 rätetään samasta kuumennussäiliöstä, johon jäähdytyksessä tiivistynyt vesipitoinen liuos johdetaan. Järjestelyn tarkoituksena on ammoniakin muuntaminen mikro-organismien avulla vedeksi ja nitraateiksi.

Julkaisussa DE-43 45 238 on esitetty olennaisesti suljetulla ilmankierrolla va-15 rustettu kompostointijärjestelmä, jossa osa kiertoilmasta korvataan tuoreil-malla ja jäähdytetään kompostin läpi virrannutta ilmaa sen sisältämän vesipitoisuuden vähentämiseksi. Jäähdytystehoa ja/tai puhallintehoa säädetään niin, että saadaan tietty määrä kondensaattia (jäähdytyksessä poistunutta vettä) aikayksikköä kohti. Kiertoilman lämpötilaksi kompostissa on esitetty 20 50°C - 85°C. Julkaisussa ei ole esitetty kompostin sisäisen lämpötilagradien- tin suuntaa. Julkaisusta ei myöskään ilmene auman ajoittainen sekoittaminen, eikä kierrätettävän kaasun pesu alipaineen alaisena. Julkaisusta ilmenee kulutetun hapen korvaaminen puhtaalla hapella tai raitisilmalla. Lisäksi on esitetty ylimääräisen kaasumäärän (hiilidioksidin ja muiden aineenvaih-25 duntatuotteiden) kontrolloitu poistaminen kiertovirtauksesta.

Julkaisuissa WO 96/07624 ja US-5,145,581 on esitetty kierrätettävän kaasun imeminen reaktioastiasta pumpulla, joka painaa kaasun paineisena pesuun ja jäähdytykseen. Näissäkään julkaisuissa ei ole kysymys aumatusta ainees-30 ta, vaan US-julkaisun tapauksessa reaktioastiassa oleva aine on lietettä ja WO-julkaisun tapauksessa reaktioastiassa on kompostoitumisasteeltaan erilaisia kerroksia, joiden sekoitus ei liene toivottua.

3 111628

Keksinnön perusoivallus on prosessoitavan massan ja sitä rajoittavan kaasun välisen lämpötilarajan poistaminen, jolloin massan läpi puhallettavan kaasun sitoma vesihöyry ei tiivisty rajapintaan eikä luovuta sitomaansa energiaa takaisin massaan.

5 Tämän perusoivalluksen mukainen prosessi toteutetaan oheisen patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä. Näin saadaan massasta tehostetun säädettävässä lämpötilassa olevan kaasun puhalluksen avulla poistettua energiaa enemmän kuin perinteisessä kompostoinnissa, jolloin lämpötilan 10 nousu ei estä bakteerimäärän kasvua, vaan annetaan mahdollisuus monin kerroin tavanomaista suuremmalle bakteeripopulaation kasvulle.

Koska suurempi bakteerimäärä kuluttaa orgaanista ainetta enemmän aikayksikössä, niin keksinnön mukainen prosessi tapahtuu nopeammin ja 15 myös energiaa syntyy suuremmalla teholla. Tämä edellyttää auman ajoittaista sekoittamista muodostuvien läpivirtauskanavien tukkimiseksi. Kaasun alipainepesu puolestaan lisää pesutehoa, mikä on tarpeen kiihdytetyssä prosessissa syntyvien suhteellisen suurien ammoniakkimäärien poistamiseksi kierrosta ja poistokaasusta. Olennaista keksinnön mukaisessa 20 prosessissa on kaasun tehokas takaisinkierrätys pesun ja jäähdytyksen jälkeen järjestetyillä puhaltimilla, jolloin saadaan nopea orgaanisen aineen hajotusprosessi, joka tuottaa energiaa ja antaa lopputuotteena multamaista maanparannusainetta.

25 Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviokuvana keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavaa laitteistoa; 30 kuviot 2 ja 3 esittävät lähemmin sivulta ja auman pituussuunnassa nähtynä auman sekoittamiseen käytettävää laitetta; 4 111628 kuvio 4 esittää kaaviollisena poikkileikkauskuvana lämpöeristettyyn tilaan 1 sijoitettua aumaa 2, jonka läpi puhalletaan kaasua; kuvio 5 esittää auma-aineen lämpötilaa siirryttäessä auman keskeltä kohti pintaa auman läpi puhallettavan kaasun virtaussuunnassa; ja 5 kuvio 6 esittää auman läpi puhallettavan kaasun happipitoisuutta ja sen muutosta siirryttäessä auman sisältä kohti pintaa.

Kuviossa 1 esitetty tila 1 on suurehko lämpöeristetty hallirakennus, jossa 10 biologisesti hajoitettavaa ainetta on yhdessä tai useammassa pitkässä aumassa 2. Auman 2 tyypillinen poikkileikkausmuoto näkyy kuviossa 3. Auman korkeus voi olla esim. 2 m ja pituus useita kymmeniä tai satoja metrejä. Luonnollisesti keksintö soveltuu myös pienempimuotoiseen kompostointiin. Auman 2 pohjalla on ilmastusputkia 3, joiden kautta happipitoista kaasua 15 puhalletaan auman sisään. Happipitoisuuden on oltava vähintäin 10 %, jotta bakteeritoiminta ei kärsi hapen puutteesta.

Koska puhallettava ilma pyrkii vähitellen kanavoitumaan massan läpi, jättäen väliin happiköyhiä märkiä alueita ja kuivia alueita, joissa bakteeriprosessi hi-20 dastuu, on massaa sekoitettava ajoittain. Sekoitus tapahtuu kuvioissa 2 ja 3 lähemmin näytetyllä sekoituslaitteella 14, jolla ajetaan esim. 5 -10 tunnin välein auman päästä päähän. Sekoituslaitteen 14 pyörivä siipiratas sekoittaa massaa siten, että päissä olevat kierteet 15a siirtävät auma-ainesta auman reunoilta keskelle ja keskellä olevat heittosiivet 15b heittävät ainesta auman 25 pituussuunnassa aumavyöhykkeeltä toiselle, jolloin koneen edetessä sen taakse muodostuu uusi sekoitettu auma.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä ilmastuskaasun kierrätys tapahtuu pääasiallisesti suljettuna kiertona. Tilasta 1 kaasu poistu putken 10 kautta 30 pesuriin 11, jossa kaasusta poistetaan kiintoainehiukkaset ja ylimääräinen ammoniakki. Kompostointiprosessissa syntyvä ammoniakki on haitallista prosessille. Lisäämällä kierrätettävän kaasun pesuveteen esim. rikkihappoa, voidaan ammoniakkia poistaa tai sen pitoisuutta alentaa niin, että aumaan 5 111628 puhallettavan kaasun pH saadaan pysymään lähellä arvoa pH 7. Pesurilta 11 voidaan järjestää auman 2 kostutus suihkutusputkien 13 kautta. Koska keksinnön mukaisessa menetelmässä tilasta 1 poistuvan kaasun lämpötila on alueella 50°C - 65°C, sitä ei voida palauttaa takaisin prosessiin ilman jäähdy-5 tystä. Jäähdyttimellä 12 kierrätyskaasu jäähdytetään lämpötilaan 30°C -45°C. Lämmönvaihtimelta 12 saatava lämpöenergia voidaan käyttää esim. lämmitystarkoituksiin ja suurehkoissa laitoksissa saatu energia vastaa keskikokoisen voimalaitoksen energiaa. Jäähdytys voi olla järjestetty kiinto-ainepesurin yhteyteen. Jäähdyttimen 12 jälkeen pieni osa kiertovirtauksesta, 10 tyypillisesti noin 10 %, poistetaan putken 7 kautta imurilla 8. Poisto voi tapahtua suoraan tai suodatettuna ulkoilmaan. Jäähdyttimen 12 yhteydessä tai sen jälkeen voi olla pisaraerotin kierrätettävän ilman kuivaamiseksi.

Jäähdytetty ja kuivattu ilma painetaan puhaltimilla 4 ilmastuskanavien 3 15 kautta kompostiauman 2 läpi.

Koska poistoilmamäärä on tyypillisesti vain noin 10 %, enintään 30 %, voidaan puhua pääasiallisesti suljetusta kaasun kierrosta. Imurilla 8 aiheutettu poistovirtaus synnyttää kaasunkiertojärjestelmään alipaineen, jonka 20 seurauksena korvausilmaa imeytyy järjestelmään aumarakennuksen vuoto-kohtien kautta tilaan 1. Mikäli osoittautuu tarpeelliseksi, voidaan lisäksi järjestää säädettävä sisäänottokanava 9.

• «

Seuraavassa selostetaan kuvioita 4-6. Kuviossa 4 oleva auma 2 on esim. 2 25 m korkea ja ilmastuskaasu 3 tuodaan sisään auman pohjan keskialueelta. Kaasu puhalletaan auman 2 läpi sellaisella puhallusteholla, että auman lämpötila kasvaa jatkuvasti auman sisältä kohti auman pintaa. Kuviossa 5 on > esitetty tyypillinen lämpötilakäyrä, jossa kaasun sisäänpuhalluskohdassa aumamassan lämpötila on 30°C ja auman pintakerroksessa yli 55°C. Täl-30 lainen lämpötilakäyttäytyminen perustuu yhtäältä suljettuun kaasun kiertoon ja toisaalta tavanomaista suurempaan virtausmäärään. Tällaisen lämpöti-lakäyttäytymisen seurauksena vesihöyry ei tiivisty kompostiauman pintaan, 6 111628 vaan jatkaa yhdessä siihen sitoutuneen energian kanssa lämmönvaihtimelle 12.

Kaasunkierron virtausmäärän ja poistokaasun määrän avulla voidaan hallita 5 kierrätettävän ilman happimäärää. Tämä happimäärä pidetään alueella 10 -18 %, sopivimmin alueella 12 -16 %. Tämä riittää hyvin ylläpitämään tarvittavaa biologista hajotusprosessia samalla kun kaasunvirtaus voi olla riittävä edellä mainitun lämpötilakäyttäytymisen aikaansaamiseksi. Samalla saadaan minimoiduksi tarvittava korvausilmamäärä, koska kiertoon tuleva uusi ilma 10 antaa suhteellisesti suuremman happilisäyksen. Prosessin hallinta tapahtuu siis puhaltimien 4 ja 8 absoluuttisten ja suhteellisten määrien oikealla valinnalla sekä jäähdyttäjän tehon säädöllä, jolla säädetään puhallettavan kaasun lämpötilaa. Puhaltimilla 4 kiertoilmamäärä valitaan sopivaksi kuvion 5 mukaista lämpötilakäyttäytymistä varten. Imurilla 8 korvausilman määrä valitaan 15 sopivaksi, jotta prosessiin osallistuvan kaasun happipitoisuus on oikeissa rajoissa.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu sekä lietteiden että kiintoaineiden biologiseen hajotukseen. Hajotusprosessi tapahtuu moninkertaisella nopeu-20 della verrattuna tavanomaisiin kompostointimenetelmiin. Tästä taas seuraa hajotettavan aineen nopeampi kierto ja laitoksen suurempi kapasiteetti tai pienempi koko verrattuna kapasiteettiin. Lisäksi prosessista saatavan lämpö-energian määrä on niin suuri, että sen hyötykäyttö on taloudellisesti kannattavaa.

Claims (7)

111628

1. Menetelmä orgaanisen aineen kiihdytettyä biologista hajotusta varten, jossa menetelmässä 5. hajotettavaa ainetta pidetään pitkänomaisessa aumassa (2); - happipitoista kaasua puhalletaan auman (2) läpi sisältä ulkopintaan; - auman (2) läpi puhallettavaa kaasua kierrätetään pääasiallisesti suljettuna kaasun kiertona; - kierrätettävää kaasua jäähdytetään; 10. kaasunkierron virtausmäärää ja poistokaasun määrää säätämällä pidetään kierrätettävän kaasun happimäärä alueella 10 -18 %, sopivim-min alueella 12 -16 %; ja - pääasiallisesti suljetusta kaasun kiertovirtauksesta poistetaan enintään 30 %, sopivimmin noin 10 % virtauksen määrästä ja tämän poiston seu- 15 rauksena kaasunkiertojärjestelmään syntyvällä alipaineella imetään kor-vausilmaa kiertojärjestelmään; tunnettu siitä, että (1) jäähdytettyä kaasua puhalletaan puhaltimilla (4) painamalla auman läpi sellaisella puhallusteholla, että aumatun aineen lämpötila kasvaa auman 20 sisältä läheltä kierrätyskaasun sisäänpuhallusaluetta kohti auman pintaa, (2) aumaa sekoitetaan ajoittain siirtämällä ainetta paikasta toiseen, (3) kierrätettävää kaasua pestään mainitun alipaineen alaisena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kor-25 vausilmaa imetään aumarakennuksen vuotokohtien kautta ja mahdollisesti säädettävän sisäänottokanavan (9) kautta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kierrätettävä kaasu jäähdytetään lämmönvaihtimessa (12) lämpötilasta noin 30 50°C - 65°C lämpötilaan noin 30°C - 45°C.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kierrätettävän kaasun lämpötila ja virtausmäärä säädetään siten, että 111628 aumatun aineen lämpötila on auman sisällä lähellä kierrätyskaasun sisään-puhallusaluetta noin 30°C - 45°C ja auman pinnan läheisyydessä noin 55°C -65°C.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kierrätettävää kaasua pestään happoliuoksella, jolla alennetaan aumaan puhallettavan kaasun ammoniakkipitoisuutta tai poistetaan kaasusta ammoniakkia ja siten pidetään kaasun pH lähellä arvoa pH 7.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kierrätettävä kaasu pestään ennen jäähdytystä ja kuivataan jäähdytyksen jälkeen.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että aumaa sekoitetaan siirtämällä sekoituskonetta (14) auman (2) pituussuunnassa ja että sekoituskoneella auma-ainesta siirretään auman reunoilta keskelle ja heitetään auman pituussuunnassa vyöhykkeeltä toiselle, jolloin koneen (14) edetessä sen taakse muodostuu uusi sekoitettu auma (2). 111628