NL8201655A - Eentrapswerkwijze voor het bestuurd anaeroob omzetten van de organische fractie van stedelijk afval. - Google Patents

Description

* -*· -1' N.0. 30768

Eentrapswerkwijze voor het bestuurd anaëroob omzetten van de organische fractie van stedelijk af val.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het anaëroob omzetten van de organische fractie van stedelijk afval, door deze fractie aan een behandeling te onderwerpen, waarbij na een kortstondige omzetting onder aerobe omstandigheden de aanwezige zuurstof bij het meta-5 bolisme van aerobe microorganismen verbruikt wordt, koolhydraten, vetten en eiwitten onder anaerobe omstandigheden door facultatief anaerobe microorganismen gehydrolysèerd worden en aansluitend de gevormde hydrolyseprodukten, eveneens onder anaerobe omstandgheden, door obligaat anaerobe microorganismen in hoofdzaak in methaan en kooldioxide 10 worden omgezet.

Uit de SVA publicatie 48 alsmede uit Gas (11), 563-568 (1981) is een dergelijke werkwijze bekend, waarbij in een tijdsverloop van meerdere jaren een stortplaats van stedelijk afval wordt gevormd, waarin naast de microbiologisch omzetbare organische fractie ook nog een niet-15 verwaarloosbare hoeveelheid microbiologisch niet omzetbare stoffen aanwezig is. De, vanzelfsprekend door de aanwezigheid van microbiologisch niet omzetbare materialen, niet optimaal verlopende anaerobe omzetting, verloopt nagenoeg onbestuurd.· Daardoor is de vorming van biogas niet optimaal en duurt het zeer lang voordat alle onder anaerobe omstandig-20 heden omzetbare bestanddelen van het depot zijn omgezet. Een ander bezwaar is, dat na omzetting van de organische fractie onder anaerobe omstandigheden een residu overblijft dat een relatief hoog vochtgehalte heeft en allerlei bestanddelen bevat, die niet onder anaerobe omstandigheden omgezet kunnen worden. Het zeven van de residue fractie wordt bemoei-25 lijkt doordat het hoge vochtgehalte aanleiding kan geven tot samenklontering van fijn materiaal. Tesamen met de zeer variabele samenstelling van bestaande stortplaatsen is dit de reden waarom de stedelijk af val verwerkende bedrijven het gevormde, veel compost bevattende, residu niet verder verwerken.

30 Voorts is uit de Nederlandse octrooiaanvragen 80.01997 en 80.06567 een werkwijze bekend waarbij uit stedelijk af val eerst de niet microbiologisch omzetbare componenten worden verwijderd, dan in een eerste omzettingstrap de in de microbiologisch omzetbare fractie aanwezige koolhydraten, vetten en eiwitten worden gehydrolyseerd, waarbij 35 o.a. in water oplosbare vetzuren ontstaan, die aansluitend met andere in water oplosbare organische en anorganische stoffen door uitspoelen 8201655 r* v ‘ - £ - met een waterrijke vloeistof verregaand verwijderd worden en de daarbij gevormde oplossing naar ten minste één hulpreactor wordt geleid, waarin in een tweede omzettingstrap het organische materiaal op op zichzelf bekende wijze onder anaerobe omstandigheden wordt omgezet in een mengsel 5 van kooldioxide en methaan, en de gevormde compost uit het reactievat wordt afgevoerd.

Wanneer deze werkwijze wordt toegepast is. het huisvuil na enige weken voldoende ver uitgerot om als compost gebruikt te kunnen worden. Uit de onderzoekresultaten blijkt,, dat ongeveer 75¾ van de biogas op-10 brengst uit de hulpreactor(en) wordt verkregen. Daardoor is de hulpreactor de belangrijkste schakel van die werkwijze. Door de organische fractie van een Flakt-inrichting te gebruiken kan een reduktie aan organische stof van ongeveer 55 % worden bereikt. Deze organische stof bevat echter weinig hout en papier (overeenkomend met ongeveer 7 % 15 cellulose). Het percentage cellulose in het afval dat volgens die werkwijze verwerkt wordt, mag niet hoog zijn omdat, zoals uit de in het Refcom rapport beschreven experimenten blijkt (De Refcom-inrichting, die bij de werkwijze van het Amerikaanse octrooischrift 4.022.665 wordt toegepast, wordt door Walter Perron beschreven in "Symposium Papers" 20 Energy from biogas and waste IV, 1980, Florida, U.S.A.) cellulose in een tijdsverloop van enige weken niet afgebroken kan worden.

Gevonden werd, dat een onder anaerobe omstandigheden optimaal verlopende microbiologische omzetting van de organische fractie van stedelijk afval, waarbij ook cellulose wordt afgebroken, kan worden 25 bereikt, door in een depot van de organische fractie, die verkregen is na verwijdering van niet vergistbare componenten uit het stedelijk af val, het vochtgehalte op ten minste 40 gew.% en de pH op 6 tot 8 in te stellen en te handhaven en het in het depot gevormde uitgerotte residu af te voeren.

30 De microbiologisch niet omzetbare componenten die uit het stede lijk afval verwijderd worden om de microbiologisch omzetbare fractie te verkrijgen, bestaan in hoofdzaak uit ijzer, non-ferro metalen, glas en grof vuil.

De microbiologische omzetting van de organische fractie volgens 35 de werkwijze van de uitvinding is na 7 tot 10 jaren nagenoeg compleet. Door de lange verblijftijd worden niet alleen de eenvoudig afbreekbare organische afvalstoffen afgebroken, maar ook de componenten die slechts langzaam afgebroken kunnen worden, zoals cellulose, worden in dat tijdsverloop afgebroken.

8201655 -3-

Door de geringe eisen die aan de aan het depot toe te voeren afval gesteld worden - zowel organisch industrie afval, organisch land-bouwafval, als kalkhoudende afvalstoffen kunnen rechtstreeks in het depot gebracht worden - kan op de voorscheiding aanzienlijk bespaard 5 worden. Bij gescheiden inzameling van huisvuil d.m.v. een natte en een droge zak kan de inhoud van de natte zak rechtstreeks in het depot worden gebracht.

De werkwijze is niet geschikt om chemische afvalstoffen te verwerken omdat o.a. de anaerobe biologische aktiviteit hieiidoor geremd 10 kan worden.

De werkwijze is uitermate geschikt om beperkte hoeveelheden ontwaterd dan wel raat zuiveringsslib te verwerken. De voordelen liggen vooral in een versnelde start van de biologische aktiviteit eb de mogelijkheid voor pH-beheersing.

15 Zowel het vochtgehalte als de pH in het depot kunnen met op zich zelf bekende meet- en regelapparatuur bestuurd worden.

Een belangrijk voordeel is, dat het residu een zeer hoog compost-gehalte heeft en op eenvoudige wijze van de in de compost niet gewenste bestanddelen gescheiden kan worden.

20 Bij het storten van af val vindt insluiting plaats van lucht. Dit is ook nog het geval indien verdichtingstechnieken worden toegepast.

De daardoor in het depot aanwezige zuurstof wordt verbruikt bij het metabolisme van aanwezige aerobe microorganismen.

Aangezien er slechts een beperkte hoeveelheid zuurstof aanwezig 25 is, duurt de aerobe fase kort, n.1, enkele dagen tot enkele weken.

Daardoor is de geproduceerde warmte onvoldoende om hoge temperaturen te bereiken. De gemiddelde temperatuur van het afval in het depot ligt daardoor in de aerobe fase tussen 30° en 40°C.

Aangezien als reactieprodukt kooldioxide wordt gevormd, kan de 30 CO^-concentratie in de holle ruimte van het depot wel tot 90 gevi.% toenemen. Het kooldioxide gaat dan in oplossing in het aanwezige water, waardoor zowel de concentratie van CC^ in de holle ruimte als de zuurtegraad van het aanwezige water dalen.

Naarmate de zuurstof verder is verbruikt, begint de fase waarin 35 facultatief anaerobe microorganismen werkzaam worden, sterker in werking te treden.

Deze microorganismen splitsen enzymen af, die koolhydraten, vetten en eiwitten hydrolyseren tot oplosbare lager moleculaire stoffen zoals glucose en vetzuren met een klein aantal koolstofatomen, bijvoor- 4-0 beeld azijnzuur, propionzuur en boterzuur.

8201655 4

In deze fase komen ook enkele gasvormige reactieproduktën vrij, zoals NH^, H2 en Ct^. Mede door de hoge generatiesnelheid van de micro-organismen, n.1. enkele uren, is de snelheid van de omzetting hoog.

Deze microorganismen zijn zeer tolerant t.o.v. de omgeving. Zo-5 doende worden schommelingen in temperatuur en zuurgraad goed verdragen.

Door de vorming van in water oplosbare vetzuren wordt de zuurte-graad van het water nog lager. In deze fase zijn pH-waarden van 4.5 tot 5.0 gebruikelijk. Naarmate de fase waarin de facultatief anaerobe microorganismen werkzaam zijn verder gevorderd is, worden strikt obligate 10 microorganismen sterker werkzaam. De generatietijd daarvan is langer dan van de facultatief anaerobe microorganismen t.w. enkele dagen.

Deze microorganismen zijn in tegenstelling tot de facultatief anaerobe microorganismen gevoelig voor schommelingen in temperatuur, zuurgraad en voor de aanwezigheid van zware metalen. Zodoende dient het aanwezige 15 water een temperatuur van 25 tot 60°C en een pH van 6 tot 8 te bezitten en dient het gewichtspercentage van ionen van zware metalen in het water gering te zijn. In veel stortplaatsen wordt daar niet aan voldaan. Daardoor wordt de vorming van biogas geremd.

Het milieu dient voorts niet alleen- sterk reducerend te zijn, 20 maar in het water dienen ook voldoende stoffen met een bufferend vermogen te zijn opgelost, waardoor schommelingen in de zuurtegraad worden voorkomen. De optimale pH ligt in deze fase tussen 6A en 7.2. Daarbuiten neemt de aktiviteit snel af. In deze fase worden mierezuur, azijnzuur, kooldioxide en waterstof omgezet in methaan, kooldioxide en 25 biomassa.

Omdat de generatietijd van de facultatief anaerobe microorganismen en van de obligaat anaerobe microorganismen sterk verschilt, duurt het geruime tijd voordat beide processen op elkaar zijn af gestemd.

Het begin van deze fase wordt, afhankelijk van de omstandigheden, 30 na 0,5 - 2 jaar anaerobie bereikt. Indien de vereiste omstandigheden worden gehandhaafd kan deze fase tientallen jaren voortduren.

Aangezien het mesofiele optimum bij 35°C en het thermofiele optimum bij 55°C ligt, is het doelmatig de temperatuur dicht bij die optima te houden.

35 In deze fase van het proces dient de waterstand in het depot zo snel mogelijk op de optimale waarde te worden ingesteld. In de praktijk is dat 1/3 van de depot diepte.

Het gemiddelde vochtgehalte van huisvuil is ca. 35 gew.%. Aangezien gebleken is, dat de temperatuurontwikkeling in het depot 40 rechtstreeks afhangt van het vochtgehalte, dient het vochtgehalte bij 8201655 5 voorkeur ten minste 55 gew.% te zijn.

De omzetting van organisch materiaal neemt sterk toe bij afname van de deeltjesgrootte. Het is dus van belang, dat het organisch materiaal goed bereikbaar is (d.w.z. niet omhuld door een plastic zak) 5 en in zo klein moge lijke delen wordt gestort.

Door een onzorgvuldige storttechniek zou, afhankelijk van deeltjesgrootte en verdichting, de bevochtiging langs vaste wegen kunnen afvloeien. Dit is zeer nadelig voor de noodzakelijke uniforme bevochtiging van het afval depot.

10 Het depot wordt bij voorkeur gevormd in cellen waarin het afval- aanbod van een bepaald tijdsverloop kan worden opgeslagen. Bij voorkeur zijn dat cellen waarin het afvalaanbod van 1 jaar kan worden opgeslagen.

Per cel kunnen proces-omstandigheden als vochtigheidsgraad en zuurtegraad beheerst worden. In een dergelijke opzet komen de cellen 15 na elkaar in produktie, waarbij het tijdsinterval tussen celafwerking en gasproduktie sterk kan worden gereduceerd.

Het vochtgehalte in het depot kan op meerdere manieren worden bestuurd. Van deze verdient besturing door instelling van het water-niveau In het depot de voorkeur.

20 Naast besturing van het vochtgehalte door wijziging van het water- niveau kan het vochtgehalte ook bestuurd worden door recirculatie van perkolaat. Bij de bovenbeschreven microbiologische omzettingen ontstaat o.a. water dat bij voorkeur gescheiden van het gevormde biogas wordt afgevoerd. Het kan echter gewenst zijn het perkolaat te recircu-25 leren om enerzijds het vochtgehalte op ten minste 40 gew.% te houden en anderzijds de pH te besturen. De pH kan doelmatig door recirculatie van perkolaat beneden 8 worden gehouden, omdat onbehandeld perkolaat tijdens de omzetting gevormde, in water oplosbare vetzuren bevat en derhalve een pH van minder dan 7 heeft.

30 Met behulp van alkalische stoffen kan de pH van het depot op ten minste 6 worden gehouden. Dergelijke alkalische stoffen kunnen als een bodembedekking in een cel zijn aangebracht, maar zij kunnen ook als zodanig aan het depot worden toegevoegd. Zeer doeltreffend, is echter alkalische stoffen aan een deel van het perkolaat toe te voegen zodat 35 dit een pH boven 7 verkrijgt en aldus verkregen perkolaat te recircu-leren.

Wanneer de omzetting onder anaerobe omstandigheden is voltooid, wordt het gevormde residu gedroogd door het waterniveau in het depot op de laagst mogelijke stand in te stellen en van boven af lucht door 30 te leiden en door een biogasverzamelsysteem af te voeren. Door zeven 8201655 6 wordt nagenoeg droge, stankvrije compost uit het residu afgescheiden.

Bij voorkeur wordt de af te voeren lucht door een composthoop gefiltreerd. Dat de omzetting nagenoeg voltooid is blijkt uit afname van de biogasproduktie en het lage vetzuurgehalte van het perkolaatwater.

5 VOORBEELD

Door mechanische voorbewerking worden de grove en zware fractie van het huishoudelijk afval gescheiden van de lichte, veelal organische, fractie.

De mechanische voorbewerking bestaat uit de volgende onder- 10 delen: - bunker met kraan.

Naast de benodigde bufferkapaciteit, wordt hiermede een zowel naar hoeveelheid, als ook naar kontrole van het gedoseerde materiaal, ,,overzichtelijke,, dosering bereikt.

15 - doseersysteem met afmeting- en gewichtbegrenzing.

Wat aan de aandacht van de machinist ontsnapt, wordt op deze wijze uit de installatie gehouden.

- zakkenscheurder.

- Aangezien de ferro-componenten uit een onverkleinde stroom moeten 20 worden verwijderd, wordt een bovenband magneet toegepast.

- molen.

De verkleining wordt niet verregaand uitgevoerd.

- luchtscheiding.

In deze fase worden de "lichte” van de "zware" delen gescheiden.

25 Aangezien de scheiding niet haarscherp hoeft te zijn wordt met hoge luchtsnelheid, resp. lage. werpsnelheid volstaan.

Een doekenfilter voorkomt dat vaste delen met de lucht worden afgevoerd.

De organische fractie wordt naar het gaswinningsdepot gebracht.

30 Er wordt een celvormig depot gebruikt, waarvan elke cel het aanbod aan organisch materiaal van ten minste 1 jaar kan bergen.

De organische stoffen worden in dè cel gestort en vervolgens licht verdicht. Ter beheersing van de zuurgraad worden tegelijkertijd alkalische stoffen gedeponeerd en wel zodanig, dat in de aanloopfase 35 van het vergistingsproces de zuurgraad neutraal blijft.

Zodra een cel volledig is gevuld, wordt een verdeelsysteem voor de bevochtiging met perkolatiewater aangebracht. Het geheel wordt vervolgens afgedekt met 30 cm afdekgrond. Daarna aangevoerde afvalstoffen worden in de volgende cel gedeponeerd. In de afgewerkte cel 8201655 7 wordt het anaerobe vergistingsproces op gang gebracht. Dit wordt in eerste instantie bereikt door het vochtgehalte te verhogen. Daartoe wordt een kunstmatig waterniveau in de cel aangebracht» Het hiervoor benodigde water wordt ten dele onttrokken aan een andere cel, en ten 5 dele van buitenaf toegevoerd. Dan wordt de recirculatie van dit perko-lerend water op gang gebracht, waarbij in de verzamelpompput nog zuurgraadbijstelling plaats vindt. Hierdoor wordt de aanvangsfase sterk bekort, zodat de gasvorming snel kan plaats vinden. Het gas wordt door middel van onderdruk via de verzamelpompput afgezogen.

10 De gasvormende fase is veeljarig. Het gasdebiet wordt gestuurd d.m.v. drukverschilmeting onder de afdeklaag. Afhankelijk van de meetresultaten worden zowel de onderdruk als ook de watercirculatie bestuurd. Hierdoor kan een relatief constant debiet worden bereikt.

In de loop van de tijd, wordt door het vergistingsproces een 15 belangrijk deel van de organische stof omgezet, waardoor inklinking van het gedeponeerde materiaal optreedt. Om deze reden wordt een flexibel waterverdeelsysteem en een gedeeltelijke perforering van de gasonttrek-kingsschachten toegepast.

Na verloop van 7 jaren is de gasproduktie sterk gedaald en 20 wordt het afzuigen stopgezet. Het aanwezige water wordt afgepompt naar een andere cel en naar het riool. De afdeklaag wordt voor het grootste gedeelte verwijderd. Vervolgens wordt de lucht door het uitgegiste materiaal gezogen. Hierdoor wordt een verdere droging van het materiaal alsmede narijping van het organische residu bereikt.

25 De afgezogen lucht wordt door middel van een compostfilter nabehandeld om stankhinder te voorkomen.

Nadat deze fase is afgesloten, wordt het gedroogd en gerijpte residu gezeefd. De hierbij verkregen compost wordt verder verwerkt. De zeefrest wordt in de voorscheidingsinstallatie verder gescheiden in 30 een kunststoffractie, een organische fractie en een inerte fractie.

De organische fractie wordt, eventueel na verkleining, opnieuw toegevoegd aan een depot.

De lege cel wordt vervolgens gebruikt voor een nieuwe cyclus.

Gedurende de periode van 7 jaren, vindt de biogasproduktie 35 plaats in het depot.

In totaal ontstaat er ca. 150 m^ biogas per ton aangevoerd materiaal.

Het biogas heeft een voldoende hoge energie inhoud om het te gebruiken voor warmte opwekking of voor warmte/kracht koppeling.

8201655 VS' 8

Afhankelijk van de toepassing dient het biogas een droging, compressie en eventueel een sulfidezuivering te ondergaan.

Het uitgegiste residu in het depot bestaat voor een belangrijk deel uit stabiele compost.

Doordat ijzer en non-ferro bestanddelen reeds in de mechanische 5 voorscheiding zijn afgescheiden is de compost, wat zware metalen betreft van een goede kwaliteit.

De ruwe compost is nog verontreinigd met 5 gew.% (uitgangswaarde) kunststoffen en ca. 5 gew.% niet composteerbare naterialen. Scheiding van deze materialen middels zeven is heel goed mogelijk. Uiteindelijk 10 resulteert ca. 20 gew.% compost.

8201655 e

Claims (9)

1. Werkwijze voor het anaëroob omzetten van de organische fractie van stedeljjk afval, door deze fractie aan een behandeling te onderwerpen, waarbij na een kortstondige omzetting onder aerobe omstandigheden de aanwezige zuurstof door aerobe microorganismen verbruikt wordt, 5 koolhydraten, vetten en eiwitten onder anaerobe omstandigheden door facultatief anaerobe microorganismen gehydrolyseerd worden en aansluitend de gevormde hydrolyseprodukten eveneens onder anaerobe omstandigeden door obligaat anaerobe microorganismen in hoofdzaak in methaan en kooldioxide worden omgezet, met het kenmerk, dat men 10 in een depot van de organische fractie, die verkregen is na verwijdering van niet vergistbare componenten uit het stedelijk afval, het vochtgehalte op ten minste 40 gew.% en de pH op 6 tot 8 instelt en handhaaft* en het in het depot gevormde residu afvoert.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het ken · 15 merk, dat men het depot vormt in een cel waarin het afvalaanbod van 1 jaar kan worden opgeslagen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men het vochtgehalte in het depot bestuurt door instelling van het waterniveau.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, met het ken merk, dat men het vochtgehalte in het depot bestuurt door recirculatie van perkolaat.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, met het kenmerk dat men het in het depot gevormde biogas en perkolaat gescheiden 25 afvoert.

6. Werkwijze volgens conclusie 1-5, met het kenmerk, dat men de pH in het depot op ten minste 6 houdt door toevoeging van alkalische stoffen.

7. Werkwijze volgens conclusie 1-é, met het ken- 30 merk, dat men de pH beneden 8 houdt door op het depot perkolatie-water te brengen.

8. Werkwijze volgens conclusie 1-7, met het kenmerk, dat men de temperatuur van het depot op 25 tot 60°C houdt.

9. Werkwijze volgens conclusie 1-8, met het ken > 35 merk, dat men het residu droogt door verlaging van het waterniveau in het depot en/of doorleiden van lucht en daaruit compost afscheidt. 8201655