NL7909266A

NL7909266A - Werkwijze en inrichting voor het verwerken van organische materialen, die stikstofverbindingen bevatten.

Info

Publication number: NL7909266A
Application number: NL7909266A
Authority: NL
Original assignee: Ceskoslovenska Akademie Ved
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-07-16
Also published as: JPS5691896A; DE2952794C2; DE2952794A1; FR2474901A1; CA1134965A; CS201654B1; AT382358B; GB2066231A; GB2066231B; FR2474901B1; US4710300A; JPS6021799B2; ATA791879A

Description

4 Η.O.28.584

Werkwijze en inrichting voor het verwerken van organische materialen, die stikstofverbindingen bevatten.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor de verwerking van organische materialen, die stikstofverbindingen bevatten, bestaande uit een anaerobe ontsluiting van het organische materiaal onder vrijmaking van een 5 biogas, dat methaan en koolstofdioxide bevat.

Als organische materialen dienen in de onderhavige uitvinding uitwerpselprodukten van de varkens- en rundveehouderij, afval van de voedingsmiddelenindustrie en chemische industrie, stadsriool-slib en verschillende soorten biomassa, die toegepast kunnen worden 10 bij het proces van de anaerobe ontsluiting voor het verkrijgen van biogas, te worden verstaan.

Verschillende methoden zijn onlangs toegepast bij de verwer-kingstechnologie van de hiervoor vermelde organische materialen. Sommige ervan beogen slechts een geschikte fysische of mechanische 15 behandeling, bijvoorbeeld ontwateren of drogen tot de vorm van meststof of een grondstof voor verdere verwerking. De samenstelling van het organische materiaal verandert tijdens een dergelijke behandeling niet wezenlijk. Een deel van de behandeling is soms ook verwerking door warmte, waarvan het doel is schadelijke microorganismaa 20 te vernietigen, zie bijvoorbeeld de Duitse octrooiaanvrage (DOS) 520.287 en het Britse octrooischrift 1.492.396.

Biologische aerobe oxydatie wordt eveneens gebruikt bij het vloeibaar maken van deze organische materialen, hetgeen tot stand wordt gebracht volgens verschillende technologische varianten.

25 Het gemeenschappelijke probleem van deze technologiën is, dat de waardevolle bestanddelen en energie aanwezig in het verwerkte organische materiaal niet nuttig wordt gebruikt, hoge initiële kosten en verwerkingskosten en de gevoeligheid van het biologische proces ten opzichte van uitwendige invloeden. Tolgens de Duitse octrooi-30 aanvrage (DOS) 2.723.906, worden uitwerpselen gesteriliseerd door alkalihydroxiden voorafgaande aan de aerobe oxydatie om de hiervoor vermelde effecten te matigen. Bovendien wordt ureum ten dele omgezet tot ammoniak en zijn derivaten tijdens dit proces. De behandeling, die uit de aerobe oxydatie bestaat, heeft een grote vraag aan 35 energieverbruik voor het aandrijven van de beluchtingsapparatuur. Derhalve worden 2 kWh verbruikt voor de verwijdering van 1 kg droog organisch materiaal. Een ander nadeel ligt in de produktie van zeer 7909266 * yK> 2 ongewenste nitraten in het afvalwater.

Anaerobe ontsluiting wordt langere tijd gebruikt bij de behandeling, van afval, in het bijzonder bij rioolslibfabrieken. Het proces heeft plaats in afgesloten verwarmde reservoirs zonder lekkage 5 van kwalijke geuren. Biogas, dat ongeveer 60 % CH^ .en 35 % COg bevat, is een bijprodukt en wordt gevormd in een hoeveelheid van ongeveer 300 - 7Ó0 liter per kg van het droge organische materiaal, dat aan dit proces wordt toegevoegd, afhankelijk van de materiaal-samenstelling. De kalorische waarde van het gas bedraagt ongeveer 10 25120 kj/ïïm^. In het Amerikaanse octrooischrift 4*057*401 wordt een werkwijze beschreven, die een additionele verwarming van het ont-sluitingsreservoir toepast door zonnestraling om het verwarmingsproces te intensiveren.

Een fundamenteel nadeel van de zuiveringswerkwijzen door an-15 aerobe ontsluiting, tot dusverre bekend, is het onvoldoende nuttige gebruik van alle waardevolle verbindingen, die in de organische materialen aanwezig zijn en de grote verontreiniging van het ontsloten produkt, dat verder gezuiverd dient te worden, bijvoorbeeld biologisch. Een dergelijke zuivering achteraf is zeer moeilijk met afval 20 van veehouderijen en wordt slechts gerealiseerd in de menging met stadsrioolslibwater voor het bereiken van een hoge verdunning.

Deze omstandigheid dwingt om grote mesterijstations nabij grote plaatsen te situeren, hoewel dit om andere' redenen ongewenst is.

Op soortgelijke wijze 'als bij de aerobe zuivering wordt ook bij de 25 recente methoden onder toepassing van anaerobe ontsluiting, het grootste deel van de stikstof, dat de meest waardevolle component van de afval is, op nadelige wijze overgebracht in oplossing in de vorm van ammoniak en geoxydeerd tijdens de daaropvolgende biologische zuivering tot nitraten. De nitraten blijven in het schone water 30 als een zeer schadelijke component.

Het oogmerk van de uitvinding is de complexe oplossing van de werkwijze voor het verwerken van organische materialen, die stikstofverbindingen bevatten, met de maximum opbrengst aan waardevol produkt, zonder vraag naar externe toevoer van energie en onder 35 uitsluiting van ongunstige effecten voor het milieu.

Een bestanddeel van de uitvinding is, dat het vloeibare produkt na anaerobe ontsluiting verhit wordt tot kooktemperatuur, ammoniak, gebonden als carbonaefc, wordt gedestilleerd en het destillatieresidu wordt verwerkt tot een waardevol produkt en helder water of afge-40 voerd als een vooraf gezuiverd afvalwater.

7909266 * 3

De destillatie kan doelmatig worden uitgevoerd tot een rest-gehalte van minder dan 250 mg ÜJH^ per 1 kg destillatieresidu.

Het restprodukt kan volgens de uitvinding verder alkalisch worden gemaakt door de equivalente hoeveelheid kalk tot 20 g CaO per 1 kg, 5 vervolgens gecarhoniseerd met koolstofdioxide tot de eindalkaliteit van 0,01 tot 1,5 g CaO per 1 kg en het gevormde carbonatatieslib kan vervolgens mechanisch worden afgescheiden van het heldere water in de vorm van een organisch fosfaat-kalkconcentraat. Biogas van de anaerobe ontsluiting of koolstofdioxide verkregen bij de destilla-10 tie van ammoniak uit het vloeibare produkt of door verbranding van biogas kan voor de carbonatering gebruikt worden. Be apparatuur voor de hiervoor vermelde methode bestaat uit een ontsluitingsruimte voorzien van een afvoerleiding voor biomassa en een leiding voor ontsloten produkt, waarbij de leiding voor ontsloten produkt geleid 15 wordt naar de toevoer van de destillatiekolom en de leiding voor biogas verbonden wordt via een gasreservoir en een verdere leiding met de inrichting voor het verhitten van de destillatiekolom, terwijl de ammoniak uitlaat van de destillatiekolom verbonden is met een inrichting voor ammoniakverwerking en de afvoer van de rest-20 fractie met een inrichting voor het verwerken van restprodukt.

Het principiële voordeel van de uitvinding bestaat in het volledige nuttige gebruik van alle waardevolle verbindingen en energie, die aanwezig zijn in organische materialen, die stikstofverbindingen bevatten, voor het verkrijgen van eindprodukten, die geschikt zijn 25 als meststoffen in een geconcentreerde vorm of als een voeder.

Be onderhavige werkwijze lost de doelmatige verwerking van het ontsloten produkt na anaerobe ontsluiting op en vergemakkelijkt een brede toepassing van de anaerobe ontsluiting als een belangrijke energiebron, die tot dusverre is tegengehouden tengevolge van moei-50 lijkheden, die verbonden zijn met de verwerking van ontsloten produkt.

Be werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door een hoge mate van verwijdering van organische verbindingen en nagenoeg volledige verwijdering van fosfor, stikstof en infectueuze micro-35 organismen uit water verkregen bij de werkwijze. Het combineert de functie van de secundaire en tertiaire waterbehandelingen in de zin van de watertechnologie. Met betrekking tot het nuttige gebruik van het vaste afvalprodukt, stelt het een afvalvrije technologie voor, omdat alle oorspronkelijke bestanddelen van het organische materiaal 40 teruggewonnen worden als waardevol produkt.

79 0 92 6 δ i μ; 4

Ontwatering van carbonatatieslib vereist geen kostbare centrifugering. De gebruikelijke filtratiemethoden voldoen en het verkregen water heeft een grote mate van zuiverheid tengevolge van de coagulatie en steriliserende effecten van warmte en de uitvlokking 5 en absorptiewerking van kalk en kan opnieuw gebruikt worden, bijvoorbeeld in het meststation.

Slechts kalk dient aan het proces 'te worden toegevoegd, maar het wordt omgezet tot een waardevol eindprodukt. Koolstofdioxide vnr de carbonatering staat teijbeschikking in de vorm van biogas 10 van eigen produktie of als het gasvormige destillatieprodukt.

De werkwijze heeft een geringe energiebehoefte en het totale energieverbruik kan worden gedekt door verbranding van biogas van eigen produktie. Wanneer de werkwijze wordt toegepast in grote meetstations, vergemakkelijkt het hun onafhankelijke bestaan in welk 15 gebied dan ook met betrekking tot watertoevoer en hygiëne.

De uitvinding wordt verder toegelicht in de bijgevoegde figuur, die het schema laat zien van één van de mogelijke varianten van apparatuur voor de werkwijze volgens de uitvinding.

Een bron van organisch materiaal 1, bijvoorbeeld het gebouw 20 van veestallen met een grote capaciteit, is door leiding 2 verbonden met de ontsluitingsruimte 5»die de apparatuur bevat voor het meeslepen van biogas. De ontsluitingsruimte 5 heeft twee afvoer-leidingen. De leiding voor ontsloten produkt 4 leidt door een scheider 5 en warmteuitwisselaars 8 en 9 naar de toevoer van een 25 destillatiekolom 11. De scheideris voorzien van een afvoer voor ruwe suspensies 55· Be leiding van biogas 6 is verbonden met het gasreservoir 10 en leidt door een verdere leiding 18 naar de verhit tings inrichting 13 geplaatst op de bodem van de destillatiekolom 11 . De afvoerleiding 13 voor ammoniak is verder verbonden met een 30 deel van de bekende apparatuur voor ammoniakverwerking, die niet in de tekening is opgenomen. De afvoer van restprodukt 16 van destillatiekolom 11 is verbonden met de kalktank 20 voorzien van middelen voor het doseren van kalk 21 en de afvoerleiding van ammoniak 19· Het kalkreservoir 20 is verder verbonden door leiding 22 met 35 het carbonateringsreservoir 23, dat tevens de inlaat van biogas 25 en de uitlaat van gas 28 draagt. De biogas-inlaat 25 is voorzien van een blaasinrichting 26. De warmteuitwisselaar 8 is opgenomen in de gas-uitlaat 28, die verbonden is met het gasreservoir 10.

Eet carbonateringsreservoir 23 is verbonden door leiding 27 met 40 de deoanteerinrichting 30> die de uitlaat van waardevol produkt 31 7909266 5 bevat en tevens de nitlaat van beider water 32 met de opgenomen warmteuitwisselaar 9·

Be apparatuur werkt op de volgende wijze :

Organische materialen worden overgebracht van de bron van or-5 ganische materialen door leiding 2 in de ontsluitingsruimte 3» waarin de methaanontsluiting onder anaerobe omstandigheden plaats heeft en biogas wordt vrijgemaakt, dat in het gasreservoir 10 wordt geleid. Be ontsluitingsruimte 3 is er een van algemeen ontwerp gebruikt in rioolwaterfabrieken. let ontsloten produkt wordt overge-10 bracht naar de scheider 5» waar ruwe suspensie wordt afgescheiden en als meststof kan worden gebruikt. Het vloeibare produkt uit de scheider 5 gaat door de warmteuitwis selaars 8 en 9» waar het wordt voorverhit door gas, dat het carbonateringsreservoir 23 verlaat en door helder water en wordt afgevoerd naar de destillatiekolom 11, 15 die met biogas wordt verhit van de anaerobe ontsluiting. Het vloeibare produkt wordt in de destillatiekolom 11 verhit tot kooktempera-tuur en een gasvormige fase, die alle hiervoor vermelde ammoniak en koolstofdioxide bevat, wordt verwerkt tot een waardevol produkt in bekende apparatuur, die niet verder .behoeft te worden beschreven, 20 bijvoorbeeld tot geconcentreerd ammoniakwater, ammoniumcarbonaat, watervrije ammoniak, ureum, enz. Koolstofdioxide kan worden toegepast als carbonateringsgas bij de verwerking van restprodukt uit de destillatiekolom 11 in het carbonateringsreservoir 23.

Nadat 70 tot 90 % van carbonaat gebonden ammoniak gedestil-25 leerd is, wordt de verhitting in de destillatiekolom 11 onderbroken en wordt het restprodukt afgevoerd of opnieuw gepompt naar het kalk-reservoir 20, waar kalk wordt toegevoegd en een verdere vrijmaking van ammoniak plaats heeft. Ammoniak wordt op dezelfde wijze verwerkt als de ammoniak uit de destillatiekolom 11 .

30 Onder kalk dient hiercalciumoxide of poedervormige calciumhydro xide of calciumhydroxide in de vorm van kalkmelk te worden verstaan. Om het proces te versnellen kan het kalkreservoir 20 desgewenst voorzien zijn van verwarmingsfaciliteiten, bijvoorbeeld stoomtoevoer, of kan tegelijkertijd zijn aangepast als het carbonaterings-35 reservoir. Ook kan het kalkreservoir 20 worden weggelaten en kan kalk direct gedoseerd worden in het ondarste deel van de destillatiekolom 11, waarvan de constructie is aangepast voor dit doel.

Vanneer de behoeften over de mate van waterzuivering minder zijn, kan het restprodukt van de destillatiekolom 11 in de warmte-40 uitwisselaar worden gekoeld en direct worden afgevoerd als zuiver 790926e v '•'w 6 water naar het rioolstelsel.

Na voltooiing van de kalkbehandeling wordt het verkregen alkalische restprodukt in het carbonateringsreservoir 23 met biogas gecarbonateerd, dat onder een verhoogde druk wordt overgebracht 5 door de blaasinrichting 26 uit het gasreservoir 10. Het gevormde precipitaat van calciumcarbonaat en fosfaat klaart zeer doelmatig het alkalisch gemaakte restprodukt, absorbeert colloiden, houdt fosfor vast en verbetert de filtreerbaarheid van de suspensie.

De carbonateringsslib, die op deze wijze is gevormd, wordt naar de 10 decanteerinriohting 30 of in een of ander type filtratie-apparatuur geleid, waar water en het waardevolle produkt, dat wil zeggen het organofosfaat-kalkconcentraat, worden gescheiden. Het concentraat wordt na drogen of direct in de vochtige toestand als bestanddeel van meststoffen of voedingsmengsels gebruikt.

15 Het vloeibare bestanddeel is water, gezuiverd tot een hoge mate, vrij van infectueuze kiemen met een minimum gehalte aan stikstof en organische verbindingen en fosfor. Het kan daarom direct opnieuw gebruikt worden bij de bedrijfsvoering, bijvoorbeeld een meetstation of afgevoerd worden in het rioolsysteem. De kwaliteit 20 van de eindprodukten, met inbegrip van water, hangt af van de parameters van de toegepaste destillatiekolom, dat wil zeggen van het aantal platen en de reflux verhouding, van de kalkdosering en dergelijke. Echter beïnvloeden deze factoren eveneens de totale economie van de werkwijze en worden daarom bepaald volgens methoden, die 25 algemeen bekend zijn met betrekking tot de vereiste parameters voor het afvoeren van produkten.

Voorbeeld I

Het te verwerken organische uitgangsmateriaal was 300 kg vloeibare mest, die gedurende 1 dag werden voortgebracht door 300 in een 30 stal aanwezige varkens.

Mestsamenstelling : water 92 % droog produkt 8 % organische deel in het 35 droge produkt 80 % totale stikstof 6 g per 1 kg vloeibare mest totale fosfor 2 g per 1 kg vloeibare mest.

De anaerobe methaanontsluiting van vloeibare mest gedurende o 3 16 dagen bij een temperatuur van 38?5 C gaf 120 Nm biogas bestaan-40 de uit 64 % methaan en 35 % 00^. Het ruw gekorrelde, humusachtige /909266 -*· 7 produkt werd afgescheiden in een zeefscheider en het vloeibare restprodukt werd overgebracht naar een destillatiekolom van 18 platen.

De destillatiekolom werkte onder atmosferische omstandigheden (atmosferische druk boven in de kolom). De kolomdestillatie gaf 5 70 kg ammoniakwater, dat 250 g HH^/kg bevatte. Het verhitte rest- produkt van de destillatiekolom werd alkalisch gemaakt in een gesloten reactor, die direct met stoom werd verhit, die de functie had van kakreservoir en carbonateringsinrichting, met 12 g CaO per 1 kg restprodukt. De inhoud van de reactor werd vervolgens gecar-10 bonateerd met biogas bij een temperatuur van 80°C tot een rest al-kaliteit van 0,10 g Ga0/kg restprodukt. De gevormde korrelachtige carbonateringssuspensie, die snel van de vloeibare fase scheidde en calciumfosfaat en carbonaat bevatte, werd in een decanteer-inrichting van water gescheiden, dat in een warmteuitwisselaar werd 15 gekoeld en afgevoerd. De carbonateringssuspensie van de decanteer-inrihting werd ontwdsrd in een filterpress en toegepast als een geconcentreerde fosfaatmeststof.

Yoorbeeld II

Het uitgangsprodukt, dat volgens de uitvinding werd verwerkt, 20 was een verdikte suspensie van een mechanisch-biologiseh werkende rioolwaterfabriek, die gecombineerd rioolwater van een stadsagglomeraat en de voedingsmiddelenindustrie zuiverde. De samenstelling van de verdikte slib was als volgt : water 93 % 25 droge stof 7 % organische deel van de droge stof 77 % totale stikstof 4t5 g per 1 kg slib totale fosfor 1,5 g per 1 kg slib.

50 De slib werd op een soortgelijke wijze, zoals in voorbeeld I

beschreven, verwerkt. Tengevolge echter van het lagere gehalte droge stof, stikstof en fosfor, werd verhoudingsgewijze minder eindprodukt verkregen, dat wil zeggen biogas, ammoniakwater en fosfaatcarbonateringsslib. Een geringere hoeveelheid CaO werd om 55 deze reden gebruikt, dat wil zeggen de dosering van 6 g CaO per 1 kg slib bij de alkalisering van restprodukt van de destillatiekolom v<5ór carbonatering.

790 926 6

Claims

1. Werkwijze voor het verwerken van organische materialen, die stikstofverbindingen bevatten, waarbij het organische materiaal eerst een anaerobe ontsluiting met gelijktijdige vrijmaking van bio-5 gas ondergaat, met het kenmerk, dat men een vloeibaar produkt, verkregen na anaerobe ontsluiting tot kooktemperatuur verhit, ammoniak gebonden als carbonaat destilleert en het restprodukt van de destillatie verwerkt tot een waardevol produkt en schoon water of het restprodukt afvoert in de vorm van voorgezuiverd 10 water in een afvalstroom..

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat men de destillatie uitvoert tot een restgehalte van minder dan 250 mg per kg restprodukt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het k e n - 15 merk, dat men het restprodukt van de destillatie alkalisch maakt met een equivalente hoeveelheid kalk tot 20 g GaO per 1 kg met de gelijktijdige afvoer van ammoniak, vervolgens carbonateert met koolstofdioxide tot de eindalkaliteitswaarde van 0,01 tot 1,5 g CaO per 1 kg en vervolgens het waardevolle produkt mechanisch af-20 scheidt in de vorm van een organisch fosfaat-kalkconcentraat en schoon water,

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het k e n- m er k,dat men biogas van de anaerobe ontsluiting of koolstofdioxide, verkregen door destillatie van het vloeibare produkt of verbranding 25 van biogas, voor de carbonatering gebruikt.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat men het vloeibare produkt in de destillatiekolom vei>-hit door warmte verkregen door verbranding van biogas van de anaerobe ontsluiting.

6. Werkwijze volgens conclusie 3> m e t het ken merk, dat men het te destilleren vloeibare produkt voorverwarmt door de warmte van het schone water van de decanteerinrichting.

7. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt door een ontsluitingsruimte (3) 35 voorzien van een leiding voor biogas (6) en een leiding voor ontsloten produkt (9), terwijl de leiding voor ontsloten produkt (9) gevoerd wordt naar de inlaat van de destillatiekolom (11) en de leiding voor biogas verbonden is door een gasreservoir (10) en een andere leiding (18) met een verhittingsinrichting (13) van een 40 destillatiekolom (11), die voorzien is van een afvoerleiding voor 7909266 «S» -5. ammoniak (14) en een afroer van restprodukt (16), terwijl de af-voerleiding voor ammoniak (14) verbonden is met een inrichting voor de verwelking van ammoniak en de afvoer van'r estprodukt (16) verbonden is met een inrichting voor de verwerking van restprodukt.

8. Inrichting volgens conclusie 7, m e t het ken merk, dat de afvoer van restprodukt (16) verbonden is met een kalkreservoir (20), waarvan een afvoerleiding (22) verbonden is met een carbonateringsreservoir (23) en verbonden met een decan-teringsinrichting (30) door een verdere leiding (27). 10

9· Inrichting volgens conclusie 7» a e t het ken merk, dat de destillatiekolom (11) voorzien is van een doseer-inrichting voor kalk en de afvoer van restprodukt (16) verbonden is met het carbonateringsreservoir (23)» dat verder verbonden is met de decanteerinrichting (30).

10. Inrichting colgens conclusie 8 of 9» m e t het ken merk, dat het carbonateringsreservoir (23) voorzien is van een inlaat voor biogas (25) en een uitlaat voor gas (28), die beide verbonden zijn met hun andere einden met het gasreservoir (1.0).

11. Inrichting volgens conclusie 7, 1 e t het ken- 20 merk, dat de afvoer vanrestprodukt verbonden is met een kalk-carbonateringsreservoir, dat voorzien is van een inlaat voor biogas en een uitlaat voor gas, die beide verbonden zijn door hun andere einden met het gasreservoir. 7909268