WO2000027954A1 - Abfallverwertungsverfahren - Google Patents

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WO2000027954A1
WO2000027954A1 PCT/IB1999/002037 IB9902037W WO0027954A1 WO 2000027954 A1 WO2000027954 A1 WO 2000027954A1 IB 9902037 W IB9902037 W IB 9902037W WO 0027954 A1 WO0027954 A1 WO 0027954A1
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WO
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reactor
waste
fraction
hydrolysis
fed
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PCT/IB1999/002037
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Widmer
Original Assignee
Christian Widmer
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03B—SEPARATING SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS
    • B03B9/00—General arrangement of separating plant, e.g. flow sheets
    • B03B9/06—General arrangement of separating plant, e.g. flow sheets specially adapted for refuse
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/46—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on sewage, house, or town refuse
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the invention relates to a method for recycling waste according to the preamble of claim 1 and a fuel produced by this method.
  • Waste Act applies in principle to every waste owner as well as to bodies that are subject to disposal, such as city cleaning companies.
  • Waste Act and the Federal Immission Control Act stipulate that the waste must be collected, transported, temporarily stored and treated in such a way that the possibilities of waste recycling are not impeded.
  • the municipalities are therefore legally obliged to dispose of municipal waste for recycling whenever this is economically reasonable and there is a technical possibility. To fulfill their recycling obligation, municipalities have the option of recycling or energy recovery.
  • Material recycling also means processing the waste into a secondary raw material, which is then used for energy purposes. This means that the production of the substitute fuel is a material recycling that can be distinguished from the direct combustion of the waste.
  • waste recycling is to incinerate the waste directly in thermal incineration plants.
  • the combustion As a rule, waste is carried out as an environmental protection measure before the residues are deposited in landfills.
  • thermal recycling of this kind it is problematic to comply with the limit values prescribed by the legislator, in particular in the flue gas, so that considerable plant-technical expenditures have to be made in order to meet the legal requirements.
  • the conventional waste incineration plants are being publicly discussed, so that efforts are being made in the municipalities to recycle the waste.
  • the invention is based on the object of developing the above-described method in such a way that the biodegradation of the organic constituents of the mixture of substances to be treated can be carried out as completely as possible with minimal expenditure on the device. Furthermore, the process is intended to obtain a solid which is distinguished by a high calorific value and a low elutability.
  • the measure of supplying the mechanically processed waste to aerobic hydrolysis and compacting the discharge from the aerobic hydrolysis into a solid fuel produces a secondary raw material which can be used, for example, as a substitute fuel or stored in a landfill.
  • the solid can be deposited on the landfill after the mechanical-biological treatment by the process according to the invention without problems and without long-term ecological concerns, since the residual waste treated is largely biologically stable, so that hardly any landfill gases or contaminated leachate can form.
  • the aerobic hydrolysis is per se, for example, from WO 97/27158 AI. known.
  • the mixture of substances to be treated is charged with air and a washout liquid (water) in a reactor.
  • the action of atmospheric oxygen and the humidity that is set at the same time result in an aerobic, thermophilic Heating the mixture of substances so that the bio-cells are broken open and the released organic substances are carried away by the washing liquid.
  • the mixture of substances is passed through the reactor by means of a conveyor / stirrer transversely to the air and to the washout liquid.
  • the dry matter content in the processed waste can be increased further if the compacting is accompanied by a drainage of the remaining carbon-rich fraction.
  • Further processing of the mixture of substances provides for thermal or biological drying of the biologically stabilized waste via hydrolysis.
  • This drying can be carried out with minimal energy expenditure by aerobic, thermophilic heating of the prepared mixture of substances.
  • the mixture of substances which is moist after the hydrolysis can be charged with pure air in the reactor, so that water vapor is discharged via the air supplied by the resulting aerobic heating and the dry substance content of the mixture of substances is thus increased. Drying and hydrolysis can of course also be carried out in two separate containers connected in series.
  • the reactor for carrying out the hydrolysis has a particularly simple construction if the mixture of substances passes through it in layers and suitable measures are taken to prevent channel or chimney formation within the pile and to introduce shear forces into the mixture of substances. This can be the case, for example by means of an agitator, by impulsive or periodic application of forces into the pile or in some other way.
  • percolator can be used to carry out aerobic hydrolysis.
  • the energy balance of the system can be further improved if the loaded washout liquid is fed to a wastewater treatment plant with a biogas reactor, so that the energy obtained from the biogas can be partially returned to the process.
  • the method according to the invention is almost self-sufficient in terms of energy.
  • the mechanical treatment of the waste includes a screening in which the coarse fraction, which usually contains a small amount of organic matter, is fed directly to the compaction or other processing, bypassing the reactor.
  • this coarse fraction does not necessarily require drying by thermophilic heating or in any other way.
  • the compacting of the hydrolysed and aerobically dried waste includes briquetting or pelleting in a press, so that the proportion of dry matter can be increased further.
  • the mixture of materials is heated again so that further drying takes place.
  • the plastic components melt together during pelleting / briquetting, so that the strength of the shaped body is increased and the elution capacity is reduced.
  • the substitute fuel obtained in this way cannot be eluted, is not breathable and is characterized by a high calorific value.
  • This substitute fuel can be supplied to gasification, for example.
  • the gas produced during gasification which has about 1/3 of the calorific value of natural gas, can then be energetic or material be used. Utilizations are, for example, the energy substitution in power plants and cement plants or the use in the production of methanol or as a reducing agent in steel plants.
  • the shaped bodies present after the compacting can also be used directly to replace fossil fuels, for example in domestic waste incineration plants.
  • the shaped bodies can also be deposited in a landfill.
  • FIG. 3 shows a flow diagram of the mechanical preparation of the method from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a flow diagram of the biological preparation of the method from FIG. 1; 5 shows an illustration of a plant for carrying out aerobic hydrolysis and drying and also a preparation of the fluid media used in the hydrolysis;
  • FIGS. 7 and 8 show alternative process sequences.
  • the delivered waste for example municipal waste
  • the waste is first subjected to mechanical processing.
  • the waste is torn open and sieved and contaminants, inert substances and metals are separated.
  • a carbon-free fraction obtained after the sieving process is passed through biological stabilization and drying, in which organic components of the waste are broken down.
  • the screen overflow often contains only a small proportion of organic matter, so that biological stabilization is lost and this fraction can be fed directly to compacting or other utilization.
  • the biological stabilization can include, for example, aerobic hydrolysis by adding a washout liquid and / or subsequent drying.
  • the biologically stabilized, carbon-rich waste fraction and possibly the screen overflow are then fed to a compacting device and compacted into a shaped body.
  • This compacting device can be, for example, an extruder / extruder.
  • the compacting results in a further dewatering of the waste fraction, whereby the energy input during the compacting process can result in heating and post-drying, as well as a fusion of the plastic components. As indicated by dashed lines in FIG. 1, the compacting step can also be avoided.
  • Water used or obtained during the process steps described above is purified and organic components are converted into biogas in an anaerobic process.
  • the solid that results after the compacting (pellet, schnitzel, briquettes) can in principle be further processed or used in different ways.
  • the solid Since the solid is practically no longer elutable and is not breathable after compacting, it can be deposited in household waste landfills with little effort.
  • the compacted solid can be used as a substitute fuel in an energy-intensive plant, for example a domestic waste incineration plant.
  • the solid to gasification for example fluidized bed gasification.
  • the resulting raw gas can be used for energy substitution in power plants or cement plants or for the production of methanol. It can also be used as a carbon substitute in a steel mill.
  • the solid (substitute fuel) can also be fed directly to material recycling, for example in a cement plant.
  • the delivered waste for example household waste
  • This mechanical preparation contains classification steps through which the waste is divided into a coarse grain fraction 8 and a fine grain fraction 6. Furthermore, secondary raw materials and contaminants are excreted during mechanical processing.
  • a screening drum with fangs can be used for mechanical processing.
  • the fine-grain fraction 6 is fed to a biological stabilization 10 by aerobic hydrolysis using atmospheric oxygen and water or another washout liquid.
  • the washout liquid is fed to a wastewater treatment plant, which may contain a biogas plant. This is where the organic components of the washout liquid are converted into biogas.
  • inert substances for example sand or other mineral substances
  • the biologically stabilized, still moist fine fraction is then subjected to biological or thermal drying 12 by supplying air, water vapor being discharged due to the thermophilic heating of the substance mixture.
  • the dehumidified fine-grain fraction is then fed to a compacting 14, in which, on the one hand, further dewatering takes place and, on the other hand, the mixture of substances is brought into a desired geometric shape.
  • a solid or substitute fuel which can be fed to the above-mentioned further uses, for example gasification 18.
  • the festival or alternative fuel 16 can also be stored in a landfill or fed to a domestic waste incineration plant.
  • the coarse-grain fraction 8 obtained during mechanical processing is also freed of the impurities and the secondary raw materials and then fed directly to the compacting 14. This is possible because experience has shown that this coarse grain fraction contains a small amount of organic matter and moisture, so that biological stabilization and drying can be omitted. Of course, this coarse grain fraction could be added to the above-described material flow after further comminution. In principle, the coarse grain fraction and the fine grain fraction after biological stabilization can also be seen directly, ie. H. be recycled without compacting.
  • FIG. 3 shows a flow diagram of the mechanical preparation of the process shown in FIG. 2.
  • the delivered waste 2 is first weighed with a suitable scale 20 in order to determine the waste treatment fees and to obtain an overview of the amount of waste delivered for the process control.
  • the delivered waste 2 is then fed to a material task 22 of the process plant or a bunker and unloaded there.
  • the mixture of substances (waste) drawn off from the bunker or the material feed 22 has about 60% by weight dry matter, ie about 40% of the material supplied , 1 -.
  • This starting material mixture 2 is then first fed to a screening unit 24, for example a screening drum provided with fangs or a vibrating screen. Since the following aerobic-biological part (hydrolysis) has high tolerances with regard to the lumpiness of the material, variable screen cuts of up to 150 mm, for example, can be used. The more undamaged the contaminants pass through the screening plant 24, the easier and more complete they can subsequently be removed. Only substances that do not hinder or deteriorate the leaching behavior should enter the percolator.
  • a screening unit 24 for example a screening drum provided with fangs or a vibrating screen. Since the following aerobic-biological part (hydrolysis) has high tolerances with regard to the lumpiness of the material, variable screen cuts of up to 150 mm, for example, can be used. The more undamaged the contaminants pass through the screening plant 24, the easier and more complete they can subsequently be removed. Only substances that do not hinder or deteriorate the leaching behavior should enter the percolator.
  • the fine grain fraction ie the sieve passage 26, is fed to a metal separator 30, in which ' ferrous and non-ferrous metals are separated.
  • the ferrous metals are separated, for example, by magnets, while the non-ferrous metals can usually be separated using gravity classifiers.
  • the fine grain fraction prepared in this way is then temporarily stored in an intermediate bunker 32.
  • This fine grain fraction contains about 60 percent by weight of the waste delivered.
  • the screen overflow i.e. approximately the remaining 40% of the delivered waste is initially also supplied to a device 30 for metal separation and the separated ferrous and non-ferrous metals are used for further use. These deposited metals can make up about 1% by weight of the waste delivered.
  • Urban waste for example, electrical appliances, bicycles, Granite stones etc. and can also be about 1% by weight of the amount of waste delivered.
  • the removal of the contaminants is usually carried out on a sorting belt, whereby an automated removal of the contaminants is usually followed by manual sorting.
  • the coarse grain fraction freed from the metals, inert substances and contaminants is then fed to a comminution device 34, which can be designed, for example, as a shredder, mill, crusher, sieve mill, etc.
  • the coarse grain fraction is comminuted in this comminution device 34 in such a way that an average grain diameter is established which corresponds approximately to that of the sieve passage 26.
  • this comminuted material can again be fed to the screening plant 24.
  • This high-calorie fraction is fed to a further intermediate bunker 36.
  • the intermediate storage of the two calorific-rich fractions in the two intermediate bunkers 32 and 36 results in a kind of homogenization of the individual batches delivered, so that fluctuations in the waste composition and quality can be compensated to a certain extent.
  • the exhaust air 38 which arises during the individual mechanical processing steps described above is, as indicated by a dotted line in FIG. 3, suctioned off and, as will be described in more detail below, fed to an exhaust air purification system.
  • the screen passage 26 has a significantly higher moisture and organic content than the screen overflow 28, so that at least the partial stream contained in the intermediate bunker 32 must be fed to further dewatering and biological stabilization. This is described with reference to FIG. 4, which adjoins the flow diagram according to FIG. 3 at the positions marked W, X, Y.
  • the information retained in the intermediate hopper 32 fine particle fraction (undersize 26) is first fed to one or more series-connected 'reactors 39 (percolator, dryer) in which is carried an aerobic hydrolysis of the supplied substance mixture and a downstream supervised drying / dewatering.
  • 'reactors 39 percolator, dryer
  • the percolator (reactor 39) is a steel or concrete container in which the mixture of substances to be prepared is introduced.
  • the percolator is provided with a device by means of which shear forces can be introduced into the mixture of substances.
  • This device can, for example, be an agitator. It is also conceivable to introduce the forces in a pulsed manner from the edge region of the reactor 39 in order to avoid channel formation and new formation of the pile surfaces.
  • a substantial proportion of the organic fraction of residual waste consists of short-chain compounds, which are mostly absorbed on a surface. If warm water flows around this surface (carrier), primarily insoluble compounds are hydrolyzed and washed out.
  • the degree of hydrolysis depends on the length of stay, which can be several days.
  • the odor-intensive components of organic waste and the hydrolysis products are readily water-soluble and can be washed out with the wash-out liquid. Percolation leads to a reduction in organic matter and a deodorization of residual waste.
  • the exhaust air is deodorized via a biofilter.
  • the washout liquid is supplied from above by means of nozzles and is discharged through a sieve plate through which air is blown in cyclically. With this ventilation, the physical-chemical effect of percolation is enhanced by delaying the compression and increasing bacterial degradation.
  • the microorganisms In the aerobic environment, the microorganisms begin to secrete exoenzymes, which cause particulate polymeric components to split into monomers and into solution.
  • the organic cells of the mixture of substances are broken open and cell water is released. The available carbon is broken down into carbon dioxide and the dissolved and acidified organic matter is carried away by the washout liquid. Due to the aerobic hydrolysis, a landfill process is practically carried out in fast motion.
  • dewatering or drying can take place by aerobic heating of the mixture of substances subjected to hydrolysis.
  • the intermediate product 40 present after the reactor 39 is then mixed with the crushed screen overflow 28 drawn off from the intermediate bunker 36 and used directly as a substitute fuel or fed to a compacting device 42.
  • the intermediate product 40 is further dewatered and brought into a predetermined geometric shape.
  • the intermediate product 40 can be processed further, for example, into pellets, chips, chips or briquettes via the compacting device 42.
  • the compacting device 42 can be, for example, a high-pressure press, for example an extruder / extrusion press, via which the product 40 is pre-dewatered. Furthermore, the material mixture is heated by the energy introduced into the intermediate product 40 during the compacting process, so that post-drying can take place.
  • a high-pressure press for example an extruder / extrusion press
  • This post-drying can be supported by a subsequent cooling drying 44, in which the product present after the compaction is cooled and further water is discharged.
  • waste 2 processed into a high-calorific product 46.
  • the calorific value of this product is between 11,000 and 14,000 kj / kg.
  • the product (before or preferably after compacting) can be used, for example, as a substitute fuel for lignite in the production of synthesis gas.
  • Synthesis gas is a petrochemical raw material that is produced in a thermal process (fluidized bed gasification, etc.) by gasifying suitable raw materials. Gasifying agents are atmospheric oxygen and water vapor.
  • crude oil and natural gas are generally used to produce synthesis gas.
  • the substitute fuel is gasified in the bypass with lignite and other hydrocarbonaceous raw materials, so-called fixed-bed pressure gasification or other gasification processes can be used.
  • the synthesis gas obtained in this way can be used, for example, for the production of methanol.
  • the raw gas produced during gasification can also be used for further use, for example to substitute fossil fuels in coal-fired power plants or cement plants.
  • the ashes generated during gasification and combustion can be used as a substitute in cement or brick production.
  • the exhaust air generated during the hydrolysis in the reactor 39, during the drying and during the compacting and cooling drying is added to the exhaust air 38 and fed to an exhaust air purification (biofilter) 48, in which solids are filtered out and the exhaust air is subjected to biological purification by means of aerobic microorganisms becomes.
  • biofilter biological purification
  • the washout liquid 50 emerging from the reactor 39 is loaded with organic matter and a considerable proportion of sand.
  • This sand is separated in a sand trap or some other separator and subjected to a sand wash 52 in which organic matter, inert substances and contaminants are separated.
  • the sand is in a cleaned, reusable form, the proportion of the sand being able to make up about 10% by weight of the amount of waste delivered.
  • the separated sand can be deposited (landfill class Z2) or can be used as a substitute in the building materials industry or in road construction.
  • the washing-out liquid 50 freed from the sand is fed to a wastewater treatment device 80 ′ to which a biogas plant 120 is assigned.
  • a wastewater treatment device 80 impurities and inert substances are separated and in the biogas plant 120 the organic portions of the washout liquid are converted into biogas.
  • the dissolved and colloidal organic compounds in the aqueous phase are ideally suited for biogas production, which is carried out in an anaerobic filter. This is equipped with packing elements that hold back the bacteria through the filter effect. Alternatively, carrier materials, such as expanded clay, polyethylene filter lamellae could be used, which promote biofilm formation and lead to better sales performance. After the organic components have been broken down, the washout liquid can be returned to the process for further percolation.
  • the wastewater that arises during wastewater treatment and can no longer be purified is removed from the process excreted and can make up about 20% by weight of the quantity delivered.
  • the delivered waste is largely broken down into components that can be directly or indirectly recycled, the process being able to work largely self-sufficiently in terms of energy due to the biogas and the fuel obtained.
  • FIG. 5 shows a cross section through a reactor 39 as can be used in the process according to the invention.
  • the aerobic hydrolysis takes place in the reactor 39, to which the mixture of substances 2 to be processed is fed via a material introduction device 4.
  • the reactor 1 is designed as a closed container, so that the material flows described in more detail below are fed through locks, valve devices, etc.
  • the entry device 58 is arranged on the upper end section of the reactor .39, viewed in the direction of gravity.
  • a discharge device 60 is formed in the lower region of the reactor 39, via which the processed one and biologically digested mixture of substances can be removed from the reactor 39.
  • the discharge device 60 which also has, below (illustration according to FIG. 5) the discharge device 60, a collector 64 which is separated from a reaction chamber 66 via a sieve plate 62.
  • the discharge device 60 which will be described in more detail below, is designed such that the substance mixture lying on the sieve plate 62 is discharged in layers from the reactor 39 and the openings in the sieve plate 62 are held continuously.
  • a further air connection 72 and a washout agent distributor 74 are arranged in the head region of the reactor 39.
  • the washout liquid (water) used for percolation or extraction of the organic constituents of the mixture of substances is fed into the reactor 39 via the distributor 74 and drawn off via the outlet 70.
  • the bottom 76 of the reactor 39 drops towards the outlet 70, so that the washout liquid collects in the region of the outlet 70.
  • the lower air connection 68 in FIG. 5 is connected to an air delivery device 78.
  • a flow 80 from the lower air connection 68 to the upper air connection 72 or a flow 82 in the reverse direction from the upper air connection 72 to the lower air connection 68 can be set within the reactor 39. That is, according to the design of the air conveying device 78, the mixture of substances taken up in the reactor 39 is flowed through with air in the illustration in FIG. 5 from bottom to top or from top to bottom.
  • the wash-out liquid flow takes place in the direction of gravity, ie from the distributor 74 arranged at the top in the reactor 39 to the outlet 70.
  • the wash-out liquid emerging from the reactor 39 is processed via a wastewater treatment device 80, which will be described in more detail below, and is then circulated back to the distributor 74.
  • the residue resting on the sieve tray 62 is drawn off as material discharge 82 via the discharge device 60 and either fed to further processing as an intermediate product 40 or returned to the entry device 58 as circulating material 86.
  • the material discharge 82 is divided into intermediate product 40 and / or circulating material 86 by means of a suitable metering device 88, which can be designed, for example, as a slide, flap, switch, etc.
  • the circulating material 86 is conveyed via conveying means which are arranged outside the reactor 38. The circulating material is subjected to shear forces which lead to the formation of new surfaces and tearing of the particles.
  • the incoming mixture of substances 2 was mechanically processed as previously described so that it has a predetermined maximum particle size.
  • This processed mixture of substances is fed via suitable conveyor devices, for example conveyor belts 90, to the input device 58, via which the mixture of substances 2 is distributed over the reactor cross section.
  • the input device 58 has a cross conveyor 92, via which the substance mixture is distributed in the drawing plane and transversely to the drawing plane and is fed to the reactor 39 via material discharge hoppers 94 distributed over the cross section.
  • the mixture of substances 2 is introduced in layers into the reactor 39, so that 62 n layers 96 are practically arranged one above the other on the sieve bottom.
  • the fill level H of the reactor 39 is selected such that the distributor 74 for the washout liquid is located above the pile.
  • the manifold 74 may comprise, for example, via which the washing liquid is distributed evenly over the uppermost layer 96 a plurality of through the Re 'aktorquerites distributed spray heads 98th
  • the discharge device 60 is designed as a horizontal conveyor which is designed such that the respective lower layer of substance mixture resting on the sieve bottom 62 can be removed in the horizontal direction.
  • the discharge device 60 is designed as a sliding or scraper floor, as described, for example, in WO 95/20554 A1.
  • Such moving floors are used, for example, in sewage sludge silos, composting plants etc. and are known from the prior art, so that only the essential components are described below.
  • the layer thickness corresponds to the material inert about the layer thickness of the material input, so that the filling height H remains essentially constant.
  • part of the material discharge 82 can be returned as circulating material 86 to the conveying device 90 or directly to the entry device 58.
  • the sieve tray 82 arranged below the discharge device 60 has a mesh size Z which is selected as a function of the composition and particle size of the mixture of substances to be processed.
  • the design of the discharge device 60 is selected so that the sieve bottom 62 is cleaned so that clogging of the meshes can be prevented.
  • the layered material discharge causes the mixture of substances to move in layers in the vertical direction from top to bottom (arrow in FIG. 5) through the reactor 39.
  • the air delivery device 78 can be designed as a blower or compressor, so that different air flow directions can be set in the reactor 39.
  • the inlet and outlet areas of the reactor 39 are selected so that the air flows through the stratified mixture of substances distributed over the entire reactor cross section. This air flow is indicated in the illustration in FIG. 5 with dashed lines.
  • the washing-out liquid flows through the layered substance mixture along the solid arrows from top to bottom and enters the collector 64 through the sieve bottom 62 loaded with organic matter.
  • the loaded washout liquid 114 is drawn off via the outlet 70 and fed to the wastewater treatment device 80.
  • the channel formation is essentially prevented by the movement of the discharge device 60 and the shear forces for the new formation of the pile surfaces and for the disintegration of the particles are introduced via the conveying elements for transporting the circulating material 86.
  • the wastewater treatment device 80 used for the treatment of the wash-out liquid has a contaminant separator 116, in which contaminants 118, such as sand, stones, minerals, floating materials, suspended matter, etc., are separated.
  • contaminants 118 such as sand, stones, minerals, floating materials, suspended matter, etc.
  • Such contaminant separators 116 can have, for example, a settling tank and a skimmer for separating the said contaminants 118.
  • the washout liquid freed of the contaminants is then an anaerobic meter 120, for example one Biogas or digestion plant fed.
  • methane and carbon dioxide and possibly small amounts of hydrogen sulfide are formed as metabolic end products.
  • This biogas obtained as a decomposition product can be converted into electricity and heat in suitable CHP plants. Part of the energy obtained from the biogas is returned to the process according to the invention, so that it is largely energy self-sufficient.
  • a waste water purification system 80 is assigned to the reactor 39.
  • the wash-out liquid could also be integrated into an existing sewage treatment plant or fed directly into the sewage system or fed to another treatment step. Fresh or process water or a slightly contaminated wastewater would then be used as the inlet.
  • the anaerobic fermenter 120 is followed by a two-stage aerobic aftertreatment 124, in which fermented water from the biogas plant is aftertreated to minimize the residual load and nitrogen is eliminated.
  • the freighted wastewater 126 that arises in this way is fed to a further treatment stage, depending on the load and applicable legal regulations, or is discharged directly into the sewage system.
  • the washout liquid cleaned in aerobic biology 124 is then fed to the reactor 39 via the distributor 74.
  • a partial flow of the fermentation water from the anaerobic fermenter 120 can be bypassed by the 2-stage aerobic biology 124 are fed directly to the distributor 74 in order to have a catalytic effect on the biological digestion in the reactor 39.
  • an aerobic hydrolysis occurs, whereby due to the air flowing through the substance mixture 2 and the moisture of the substance mixture set via the washout liquid, an aerobic, thermophilic heating takes place, by means of which the cells of the organic matter are broken up and the released organic substances are discharged through the washing liquid.
  • the degradation of the organic material is due on the one hand to the aerobic degradation of the available carbon C to C0 2 (carbonic acid) and on the other hand to wash out the dissolved and acidified organic matter and to remove it via the washout liquid. Due to the aerobic, thermophilic reaction and the simultaneous breakdown of the organic compounds, the temperature in the mixture of substances rises during the extraction process (for example to approximately 40 to 50 ° C.). This increase in temperature releases water vapor, which is discharged via the supplied air. This water vapor discharged with the air can be fed as condensate to the above-mentioned wastewater treatment.
  • the air flowing out of the reactor 39 is loaded with carbon dioxide as a decomposition product and the water vapor generated by the heating.
  • the exhaust air loaded with organic components can be fed to a biofilter, in which biological cleaning takes place using aerobic microorganisms.
  • the washout liquid used is water which, after starting up the plant and reaching almost stationary process parameters, is converted into an acidic state by salts dissolved during the aerobic treatment. leads.
  • the slight acidification of the water supports the washing out of soluble organic, inorganic substances and water-soluble fatty acids.
  • the water can be preheated to, for example, 35-50 ° C. before it enters the reactor 39.
  • the substance mixture 2 located inside the reactor 39 is acted upon by the discharge device 60 with shock-shaped, wave-shaped impulses propagating in piles, so that forces are introduced into the substance mixture through the flow channels of the wash-out liquid that may occur and the air will be destroyed.
  • the magnitude of these forces is designed so that on the one hand they are large enough to destroy these channels and chimneys, but on the other hand they do not lead to a change in the layer structure.
  • the material discharge 82 is fed to a drying (biological, thermal). It has proven to be particularly advantageous if this drying is carried out as aerobic drying, since the residual moisture can then be reduced with a minimal expenditure of energy.
  • aerobic drying can be effected, for example, by interrupting the supply of the washout liquid via the distributor 74, so that the air mixture only flows through the substance mixture 2 after the hydrolysis.
  • the aerodynamic degradation of the still available carbon C to carbon dioxide takes place due to the flow through the moist substance mixture 2.
  • the mixture of substances is heated due to the microbial conversion and water vapor is thereby discharged through the air flowing through. Through aerobic degradation of the carbon and the removal of the water vapor, the residual moisture of the mixture of substances is reduced, the desired percentage of dry matter being easily adjusted by the duration of the aerobic drying.
  • the hydrolysis and the aerobic drying are thus carried out in a single reactor 39.
  • the reactor 39 from FIG. 5 could be followed by its own dryer 128 according to FIG. 6, to which the material discharge 82 of the reactor 39 is fed.
  • This aerobic dryer 128 has essentially the same structure as the reactor 39 of Figure 5, i.e. the mixture of substances, in this case the material discharge 82, is introduced via an insertion device 58 into a container 128 provided with locks and, after aerobic drying, is discharged via a discharge device 60.
  • the drying air can in turn be conducted in countercurrent or in cocurrent to the material mixture flow and is accordingly fed in or out via air connections 68, 70.
  • the dryer 128 from FIG. 6 has no distributor 74 for applying washout liquid.
  • a common material input and material discharge device can be assigned to each of these two blocks, so that the filling of the individual reactors can be freely selected.
  • this variant of the method according to the invention provides that the high-calorific sieve overflow is fed directly to the compacting, while the sieve passage containing a high organic content is first subjected to a biological stabilization.
  • the processed waste it will be necessary for some of the processed waste to be deposited in a household waste dump. In this case, it is advisable that the screen overflow is burned as a substitute fuel or fed to gasification after compacting.
  • the biologically stabilized fraction (sieve passage) is then preferably compacted and deposited as a non-elutable and non-breathable product on a landfill.
  • the quantity ratio between the substitute fuel and the product to be deposited in a landfill can then be adjusted by a targeted choice of the sieve size.
  • a product produced by the method according to the invention could be divided into a substitute fuel for thermal recycling and a product to be deposited in a household waste dump.
  • FIGS. 7 and 8 show flow diagrams of such alternative process variants.
  • the waste during mechanical processing is divided into a coarse-grain fraction and a fine-grain fraction via a sieve drum.
  • the coarse grain fraction is fed to a compacting system after removing impurities etc. and the resulting dewatered pellets, chips or briquettes are gasified as a substitute for fossil fuels.
  • the fine grain fraction goes through the biological stabilization with an aerobic hydrolysis, an aerobic drying and a subsequent compacting step, the briquettes or pellets being deposited in a landfill.
  • the proportion of the processed waste sent to the landfill and the gasification can be adjusted via the sieve size.
  • the biologically stabilized and pelletized fine grain fraction is likewise deposited in a landfill, while the coarse grain fraction, in contrast to the method shown in FIG. 7, is fed to thermal recycling, for example a domestic waste incineration plant.
  • the coarse-grain fraction can be re-combined with the fine-grain fraction after reduction or before compaction, so that the entire waste, freed from impurities and biologically stabilized, gasifies, see a thermal Recycling or deposited in a landfill.
  • the mechanical-biological treatment (MBA) described above represents a sensible alternative to waste incineration.
  • the product obtained from the MBA is characterized by a high calorific value, whereby the negligible elution and the low breathability open the way to the product without expensive Store measures in a landfill, whereby no seeping water problem can occur due to the almost inert behavior of the product.
  • the process concept according to the invention is an important step towards ecologically and economically sensible use of civilization waste with extensive use of the energy content, so that fossil energy resources could be saved.
  • the process has the following advantages:
  • the installation for carrying out the method could be operated on or near landfills, so that the disposal of unavoidable waste is ensured using the existing waste collection infrastructure; the process enables material and energy recovery at a high disposal level with limited costs for waste disposal; the mechanical-biological pre-treatment reduces the odor emission, the amount of organic dry matter and the costs for the subsequent drainage; the process leads to the early separation of relatively clean fractions of inert substances; the process enables fossil energy to be replaced by biogas and - according to the invention, a storable secondary raw material or a fuel with a higher energy content than the starting materials is produced.
  • a process for recycling waste in which the mixture of substances supplied, which contains organic constituents, is first processed mechanically and then subjected to aerobic hydrolysis in a reactor.
  • the intermediate product present after the hydrolysis is then compacted to a solid or substitute fuel.
  • the hydrolysis step can be followed by drying of the intermediate product, so that the substitute fuel is in a dry, stable, non-breathable and non-elutable form.
  • the substitute fuel can be fed to gasification or as a substitute for fossil fuels directly to an incineration plant. Alternatively, the alternative fuel can also be deposited in a landfill.

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Verwertung von Abfall (2), bei dem das angelieferte, organische Bestandteile enthaltende Stoffgemisch zunächst mechanisch aufbereitet (4) und anschließend in einem Reaktor einer aeroben Hydrolyse (10) unterzogen wird. Das nach der Hydrolyse (10) vorliegende Zwischenprodukt wird anschließend zu einem Fest- oder Ersatzbrennstoff (16) kompaktiert (14). An den Hydrolyseschritt (10) kann sich noch eine Trocknung (12) des Zwischenproduktes anschließen, so daß der Ersatzbrennstoff in trockenstabiler, nicht atmungsaktiver und nicht eluierbarer Form vorliegt. Der Ersatzbrennstoff kann einer Vergasung oder als Ersatz für fossile Brennstoffe direkt einer Verbrennungsanlage zugeführt werden. Alternativ kann der Ersatzbrennstoff auch in einer Deponie abgelagert werden.

Description

Beschreibung
Abfallverwert.ungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Abfall gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen nach diesem Verfahren hergestellten Brennstoff.
Die Verwertung von Abfällen, wie beispielsweise Hausmüll, gewerblicher Müll, Biomüll etc. ist im Abfallgesetz vom Gesetzgeber vorgeschrieben und wenn immer möglich, einer Abfallentsorgung vorzuziehen. Das Abfallgesetz gilt prinzipiell für jeden Abfallbesitzer sowie für entsor- gungspflichtige Körperschaften, wie beispielsweise Städte-Reinigungsbetriebe. Im Abfallgesetz und im Bundesim- missionsschutzgesetz ist geregelt, daß die Abfälle derart zu sammeln, transportieren, zwischenzulagern und zu behandeln sind, daß die Möglichkeiten der Abfallverwertung nicht behindert werden. Den Kommunen sind somit bei der Entsorgung von Siedlungsabfällen zur Verwertung rechtlich verpflichtet wenn immer dies wirtschaftlich zumutbar ist und die technische Möglichkeit besteht. Zur Erfüllung ihrer Verwertungspflicht stehen den Kommunen eine stoffli- ehe oder eine energetische Verwertung zur Verfügung.
Unter stofflicher Verwertung versteht man auch die Aufbereitung des Abfalls zu einem sekundären Rohstoff, der dann energiewirtschaflich genutzt wird. D.h., man versteht unter der Herstellung des Ersatzbrennstoffes eine stoffliche Verwertung, die von der direkten Verbrennung des Abfalls zu unterscheiden ist.
Die derzeit am häufigsten angewandte Art der Abfall- Verwertung besteht darin, den Abfall direkt in thermischen Verbrennungsanlagen zu verbrennen. Die Verbrennung von Abfällen wird in der Regel als Umweltschutzmaßnahme vor der Ablagerung der Rückstände auf Deponien durchgeführt. Problematisch bei derartigen thermischen Verwertungen ist es jedoch, die vom Gesetzgeber vorbeschriebe- nen Grenzwerte insbesondere im Rauchgas einzuhalten, so daß erhebliche anlagentechnische Aufwendungen unternommen werden müssen, um die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen. Desweiteren entstehen die herkömmlichen Müllverbrennungsanlagen öffentlich in der Diskussion, so daß in den Kom- munen Bestrebungen vorhanden sind, den Abfall einer stofflichen Verwertung zuzuführen.
In der DE 196 48 731 AI ist ein Abfallaufbereitungsverfahren beschrieben, bei dem organische Bestandteile einer Abfallfraktion in einem Perkolator ausgewaschen werden und der Rückstand nach einer Trocknung verbrannt wird. Die reine Perkolation hat sich jedoch als ungeeignet erwiesen, um die organischen Bestandteile im gewünschten Umfang abzubauen. Desweiteren wird der nach der Perkolation und Trocknung vorliegende Rückstand direkt in einer herkömmlichen Anlage verbrannt, so daß hinsichtlich der Abgase die gleichen Probleme wie beim eingangs beschriebenen Stand der Technik vorliegen.
In der nachveröffentlichten Patentanmeldung 198 07 539 wird ein neuartiges Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfällen beschrieben, bei dem aus den Abfällen eine heizwertreiche Fraktion durch mechanische und biologische Behandlung erhalten wird. Diese heizwertreiche Fraktion wird als Ersatzbrennstoff einer Verbrennung in einer Verbrennungs- oder Vergasungsanlage zugeführt, die in Energieverbund mit einer energieintensiven Anlage steht. Alternativ kann der Ersatzbrennstoff direkt in der energieintensiven Anlage eingesetzt werden. Bei diesem in der P 198 07 539 beschriebenen Verfahren erfolgt die biologische Aufbereitung durch einen aeroben Abbau der Organik des aufbereiteten Abfalls.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorbeschriebene Verfahren derart weiterzubilden, daß der biologische Abbau der organischen Bestandteile des zu behandelnden Stoffgemisches bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand möglichst vollständig durchführbar ist. Desweiteren soll durch das Verfahren ein Feststoff erhalten werden, der sich durch einen hohen Heizwert und eine geringe Eluierbarkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merk- malen des Patentanspruchs 1 und durch einen nach diesem Verfahren hergestellten, kompaktierten Feststoff gelöst.
Durch die Maßnahme, den mechanisch aufbereiteten Abfall einer aeroben Hydrolyse zuzuführen und den Austrag aus der aeroben Hydrolyse zu einem Festbrennstoff zu ko - paktieren wird ein sekundärer Rohstoff hergestellt, der beispielsweise als Ersatzbrennstoff einsetzbar oder in einer Deponie gelagert werden kann. Die Ablagerung des Feststoffs auf der Deponie kann nach erfolgter mecha- nisch-biologischer Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Probleme und ohne langfristige ökologische Bedenken erfolgen, da der behandelte Restmüll weitgehend biologisch stabil ist, so daß sich kaum Deponiegase oder belastetes Sickerwasser bilden kann.
Die aerobe Hydrolyse ist per se bereits beispielsweise aus der WO 97/27158 AI. bekannt. Dabei wird das aufzubereitende Stoffgemisch in einem Reaktor mit Luft und einer Auswaschflüssigkeit (Wasser) beaufschlagt. Durch die Einwirkung des Luftsauerstoffes und die gleichzeitig eingestellte Feuchtigkeit erfolgt eine aerobe, thermophile Erwärmung des Stoffgemisches, so daß die Biozellen aufgebrochen und die freigesetzten organischen Substanzen durch die Waschflüssigkeit abtransportiert werden. In dem bekannten Reaktor wird das Stoffgemisch mittels eines Förder-/Rührwerks quer zur Luft und zur Auswaschflüssigkeit durch den Reaktor geführt.
Der Trockensubstanzanteil im aufbereiteten Abfall läßt sich weiter erhöhen, wenn die Kompaktierung mit ei- ner Entwässerung der verbleibenden kohlenstoffreichen Fraktion einhergeht.
Die Weiterverarbeitung des Stoffgemisches sieht eine thermische oder biologische Trocknung des über die Hy- drolyse biologisch stabilisierten Abfalls vor. Diese Trocknung kann mit minimalem energetischen Aufwand durch eine aerobe, thermophile Erwärmung des aufbereiteten Stoffgemisches erfolgen. Dazu kann das nach der Hydrolyse feucht vorliegende Stoffgemisch im Reaktor mit Reinluft beaufschlagt werden, so daß durch die resultierende aerobe Erwärmung Wasserdampf über die zugeführte Luft ausgetragen und somit der Trockensubstanzanteil des Stoffgemisches erhöht wird. Trocknung und Hydrolyse können selbstverständlich auch in zwei getrennten, hintereinander ge- schalteten Behältnissen durchgeführt werden.
Der Reaktor zur Durchführung der Hydrolyse hat einen besonders einfachen Aufbau, wenn das Stoffgemisch diesen geschichtet durchläuft und dabei geeignete Maßnahmen ge- troffen werden, um eine Kanal- oder Kaminbildung innerhalb des Haufwerkes zu verhindern, und Scherkräfte in das Stoffgemisch einzuleiten.. Dies kann beispielsweise durch ein Rührwerk, durch impulsartiges oder periodisches Aufbringen von Kräften ins Haufwerk oder auf sonstige Weise erfolgen. Prinzipiell ist jeder an dem Stand der Technik bekannte Perkolator zur Durchführung einer aeroben Hydrolyse einsetzbar.
Die Energiebilanz des Systems läßt sich weiter ver- bessern, wenn die beladene Auswaschflüssigkeit einer Abwasserreinigungsanlage mit Biogasreaktor zugeführt wird, so daß die aus dem Biogas gewonnene Energie teilweise in den Prozeß zurückgeführt werden kann. Bei entsprechender Prozeßführung ist das erfindungsgemäße Verfahren nahezu energieautark.
Die mechanische Aufbereitung des Abfalls schließt eine Siebung ein, bei der die üblicherlicherweise einen geringen Anteil an Organik enthaltende Grobfraktion unter Umgehung des Reaktors direkt der Kompaktierung oder einer sonstigen Weiterverarbeitung zugeführt wird. Diese Grobfraktion benötigt erfindungsgemäß nicht notwendigerweise eine Trocknung durch thermophile Erwärmung oder auf sonstige Weise.
Die Kompaktierung des einer Hydrolyse unterzogenen und aerob getrockneten Abfalls schließt eine Brikettierung oder Pelletierung in einer Presse ein, so daß der Anteil an Trockensubstanz weiter erhöht werden kann. Bei der Brikettierung wird das Stoffgemisch nochmals erwärmt, so daß eine weitere Trocknung erfolgt. Desweiteren Verschmelzen die Kunststoffbestandteile beim Pelletieren/Brikettieren miteinander, so daß die Festigkeit des Formkörpers erhöht und die Eluierbarkeit verringert wird.
Der so erhaltene Ersatzbrennstoff ist nicht eluier- bar, nicht atmungsaktiv und zeichnet sich durch einen hohen Heizwert aus. Dieser Ersatzbrennstoff kann beispielsweise einer Vergasung zugeführt werden. Das bei der Ver- gasung entstehende Gas, das etwa 1/3 des Heizwertes von Erdgas hat, kann anschließend energetisch oder stofflich verwertet werden. Verwertungen sind beispielsweise die Energiesubstitution in Kraftwerken und Zementwerken oder die Verwendung bei der Herstellung von Methanol oder als Reduktionsmittel in Stahlwerken.
Die nach der Kompaktierung vorliegende Formkörper können auch direkt zum Ersatz fossiler Energieträger beispielsweise bei Hausmüllverbrennungsanlagen eingesetzt werden. Möglich ist auch eine Ablagerung der Formkörper in einer Deponie.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 Grobschemata des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 ein Fließschema der mechanischen Aufbereitung des Verfahrens aus Figur 1 ;
Fig. 4 ein Fließschema der biologischen Aufbereitung des Verfahrens aus Figur 1; Fig. 5 eine Darstellung einer Anlage zur Durchführung einer aeroben Hydrolyse und einer Trocknung sowie einer Aufbereitung der bei der Hydrolyse verwendeten fluiden Medien;
Fig. 6 eine Darstellung eines Trockners und Fig. 7 und 8 alternative Verfahrensabläufe.
Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Grundfließschema wird der angelieferte Abfall, beispielsweise Siedlungsabfall zunächst einer mechanischen Aufbereitung unterzogen. Dabei wird der Abfall beispielsweise aufgerissen, gesiebt und es werden Störstoffe, Inertstoffe sowie Metalle abgeschieden.
Eine nach dem Siebvorgang anfallende kohlenstoffrei- ehe Fraktion (Siebdurchgang) wird einer biologischen Stabilisierung und einer Trocknung zugeführt, bei der organische Bestandteile des Abfalls abgebaut werden. Der Siebüberlauf enthält häufig nur einen geringen Anteil an Organik, so daß auf die biologische Stabilisierung ver- ziehtet werden und diese Fraktion direkt einer Kompaktierung oder einer sonstigen Verwertung zugeführt werden kann.
Die biologische Stabilisierung kann beispielsweise eine aerobe Hydrolyse durch Zugabe einer Auswaschflüssigkeit und/oder eine sich anschließende Trocknung enthalten.
Die biologisch stabilisierte, kohlenstoffreiche Ab- fallfraktion und ggf. der Siebüberlauf werden anschließend einer Kompaktierungseinrichtung zugeführt und zu einem Formkörper kompaktiert. Diese Kompaktierungseinrichtung kann beispielsweise eine Extruder-/Strangpresse sein. Durch die Kompaktierung erfolgt eine weitere Ent- Wässerung der Abfallfraktion, wobei aufgrund der während des Kompaktierungsvorgang eingetragenen Energie eine Erwärmung und Nachtrocknung sowie eine Verschmelzung der Kunststoffbestandteile erfolgen kann. Wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, kann der Kompaktierungsschritt auch umgangen werden.
Während der vorbeschriebenen Verfahrensschritte verwendetes oder anfallendes Wasser wird gereinigt und organische Bestandteile in einem anaeroben Vorgang zu Biogas verwandelt. Der sich nach der Kompaktierung ergebene Feststoff (Pellet, Schnitzel, Briketts) kann prinzipiell auf unterschiedliche Weisen weiterverarbeitet bzw. -verwendet werden.
Da der Feststoff nach der Kompaktierung praktisch nicht mehr eluierbar und nicht atmungsaktiv ist, kann dieser ohne großen Aufwand in Hausmülldeponien abgelagert werden.
Alternativ zur Ablagerung in einer Deponie kann der kompaktierte Feststoff als Ersatzbrennstoff in einer energieintensiven Anlage, beispielsweise einer Hausmüllverbrennungsanlage eingesetzt werden.
Gemäß einer dritten Alternative ist vorgesehen, den Feststoff einer Vergasung, beispielsweise einer Wirbelschichtvergasung zuzuführen. Das dabei entstehende Rohgas kann zur Energiesubstitution in Kraftwerken oder Zement- werken oder zur Herstellung von Methanol verwendet werden. Desweiteren kommt ein Einsatz als Kohlenstoffsubsti- tutionsmittel im Stahlwerk in Betracht.
Der Feststoff (Ersatzbrennstoff) kann auch direkt ei- ner stofflichen Verwertung, beispielsweise in einem Zementwerk zugeführt werden.
Im folgenden wird anhand des in Figur 2 dargestellten Verfahrensschemas ein erstes Ausführungsbeispiel des er- findungsgemäßen Verfahrens detaillierter beschrieben.
Der angelieferte Abfall 2, beispielsweise Hausmüll,
Biomüll, gewerblicher Müll oder sonstige, einen Anteil an
Organik enthaltende Stoffgemische wird angeliefert und zunächst einer mechanischen Aufbereitung 4 unterzogen.
Diese mechanische Aufbereitung enthält Klassierschritte, über die der Abfall in eine Grobkornfraktion 8 und eine Feinkornfraktion 6 unterteilt wird. Desweiteren werden während der mechanischen Aufbereitung Sekundärrohstoffe und Störstoffe ausgeschieden. Zur mechanischen Aufberei- tung kann beispielsweise eine mit Reißzähnen versehene Siebtrommel verwendet werden.
Die Feinkornfraktion 6 wird einer biologischen Stabilisierung 10 durch eine aerobe Hydrolyse mittels Luftsau- erstoff und Wasser oder einer sonstigen Auswaschflüssigkeit zugeführt. Die Auswaschflüssigkeit wird erfindungsgemäß einer Abwasserreinigungsanlage zugeführt, die eine Biogasanlage enthalten kann. In dieser erfolgt die Umsetzung der organischen Bestandteile der Auswaschflüssigkeit in Biogas.
Bei der biologischen Stabilisierung 10 und der damit verbundenen Abwasseraufbereitung wird auch ein erheblicher Anteil an Inertstoffen, beispielsweise Sand oder sonstige Mineralstoffen abgeschieden, der im angelieferten Abfall vorhanden ist.
Die biologisch stabilisierte, noch feuchte Feinfraktion wird dann einer biologischen oder thermischen Trocknung 12 durch Zuführung von Luft zugeführt, wobei aufgrund der thermophilen Erwärmung des Stoffgemisches Wasserdampf ausgetragen wird.
Die entfeuchtete Feinkornfraktion wird anschließend einer Kompaktierung 14 zugeführt, bei der einerseits eine weitere Entwässerung erfolgt und andererseits das Stoffgemisch in eine gewünschte geometrische Form gebracht wird. Nach der Kompaktierung und Entwässerung liegt ein Feststoff oder Ersatzbrennstoff vor, der den eingangs ge- nannten weiteren Verwertungen beispielsweise einer Vergasung 18 zugeführt werden kann. Alternativ kann der Fest- oder Ersatzbrennstoff 16 auch in einer Deponie gelagert oder einer Hausmüllverbrennungsanlage zugeführt werden.
Die bei der mechanischen Aufbereitung anfallende Grobkornfraktion 8 wird ebenfalls von den Störstoffen und den Sekundärrohstoffen befreit und anschließend direkt der Kompaktierung 14 zugeführt. Dies ist möglich, da diese Grobkornfraktion erfahrungsgemäß einen geringen Anteil an Organik und Feuchtigkeit enthält, so daß die bio- logische Stabilisierung und Trocknung entfallen kann. Selbstverständlich könnte diese Grobkornfraktion nach einer nochmaligen Zerkleinerung dem vorbeschriebenen Stoffstrom hinzugefügt werden. Prinzipiell können die Grobkornfraktion und die Feinkornfraktion nach der biologi- sehen Stabilisierung auch direkt, d. h. ohne Kompaktierung der Weiterverwertung zugeführt werden.
Einzelheiten der vorbeschriebenen Verfahrensschritte werden nunmehr anhand der AblaufSchemata gemäß den Figu- ren 2 und 3 erläutert.
In Figur 3 ist ein Fließbild der mechanischen Aufbereitung des in Figur 2 dargestellten Prozess gezeigt.
Der angelieferte Abfall 2 wird zunächst mit einer geeigneten Waage 20 gewogen, um die Abfallaufbereitungsgebühren zu bestimmen und einen Überblick über die Menge an angelieferten Abfall für die Prozeßsteuerung zu erhalten.
Der angelieferte Abfall 2 wird dann einer Materialaufgabe 22 der Prozeßanlage oder einem Bunker zugeführt und dort abgeladen.
Das aus dem Bunker oder der Materialaufgabe 22 abge- zogenen Stoffgemisch (Abfall) hat etwa 60 Gew. % Trockensubstanz d.h., etwa 40 % des angelieferten Materials sind . 1 - .
als gebundenes, adsorbiertes Wasser oder als Zwickelwasser im Feststoff enthalten. Dieses Ausgangs-Stoffgemisch 2 wird dann zunächst einer Siebanlage 24 beispielsweise einer mit Reißzähnen versehene Siebtrommel oder einem Schwingsieb zugeführt. Da der folgende aerob-biologische Teil (Hydrolyse) hohe Toleranzen gegenüber der Stückigkeit des Materials aufweist, kann mit variablen Siebschnitten bis beispielsweise 150 mm gearbeitet werden. Je unversehrter die Störstoffe die Siebanlage 24 durchlaufen desto einfacher und vollständiger können sie nachher entfernt werden. In den Perkolator sollten nur Stoffe gelangen, die das Auslaugungsverhalten nicht behindern oder verschlechtern.
Die Feinkornfraktion, d.h. der Siebdurchgang 26 wird einer Metallabscheidung 30 zugeführt, in' der Eisen- und Nichteisenmetalle abgeschieden werden. Die Abscheidung der Eisenmetalle erfolgt beispielsweise durch Magnete, während die Nichteisenmetalle in der Regel über Schwer- kraftsichter abtrennbar sind.
Die derart aufbereitete Feinkornfraktion wird dann in einem Zwischenbunker 32 zwischengelagert. Diese Feinkornfraktion enthält etwa 60 Gewichtsprozent des angeliefer- ten Abfalls.
Der Siebüberlauf, d.h. etwa die verbleibenden 40 % des angelieferten Abfalls wird zunächst ebenfalls einer Einrichtung 30 zur Metallabscheidung zugeführt und die ausgeschiedenen Eisen- und Nichteisenmetalle einer weiteren Verwendung zugeführt. Diese abgeschiedenen Metalle können etwa 1 Gew. % des angelieferten Abfalls ausmachen.
Nach der Metallabscheidung werden Störstoffe aus der Grobkornfraktion entfernt. Diese Störstoffe können bei
Siedlungsmüll beispielsweise Elektrogeräte, Fahrräder, Granitsteine etc. sein und können ebenfalls etwa 1 Gew. % der angelieferten Abfallmenge betragen.
Das Abführen der Störstoffe erfolgt in der Regel auf einem Sortierband wobei einer automatisierten Stör- stoffentfernung in der Regel noch eine Handnachsortierung nachgeschaltet ist.
Die von den Metallen, Inertstoffen und Störstoffen befreite Grobkornfraktion wird dann einer Zerkleinerungseinrichtung 34 zugeführt, die beispielsweise als Shred- der, Mühle, Brecher, Siebmühle etc. ausgeführt sein kann. In dieser Zerkleinerungseinrichtung 34 wird die Grobkornfraktion derart zerkleinert, daß sich ein mittlerer Korn- durchmesser einstellt, der etwa demjenigen des Siebdurchgangs 26 entspricht. Dieses zerkleinerte Gut kann je nach Abfallqualität nochmals der Siebanlage 24 zugeführt werden.
Diese hochkalorische Fraktion wird einem weiteren Zwischenbunker 36 zugeführt. Durch die Zwischenlagerung der beiden heizwertreichen Fraktionen in den beiden Zwischenbunkern 32 und 36 erfolgt eine Art Homogenisierung der einzelnen angelieferten Chargen, so daß Schwankungen in der Abfallzusammensetzung und -qualität in gewissem Maße ausgleichbar sind.
Die während der einzelnen, vorbeschriebenen mechanischen Bearbeitungsschritte anfallende Abluft 38 wird, wie in Figur 3 punktiert angedeutet, abgesaugt und - wie im folgenden noch näher beschrieben, einer Abluftreinigung zugeführt.
Bei den mit W, X, Y gekennzeichneten Zwischenschrit- ten liegen somit ein Anteil an Abluft 38 (W) , eine von
Metallen und Inertstoffen befreite Feinkornfraktion (Siebdurchgang 26) (X) und ein von Metallen, Inertstoffen sowie Störstoffen befreiter und zerkleinerter Siebüberlauf 28 (Y) vor.
Üblicherweise hat der Siebdurchgang 26 einen wesentlich höheren Gehalt an Feuchtigkeit und Organik als der Siebüberlauf 28, so daß zumindest der im Zwischenbunker 32 enthaltene Teilstrom einer weiteren Entwässerung und biologischen Stabilisierung zugeführt werden muß. Dies sei anhand der Figur 4 beschrieben, die an den mit W, X, Y gekennzeichneten Positionen an das Fließbild gemäß Figur 3 anschließt.
Demzufolge wird die im Zwischenbunker 32 aufbewahrte Feinkornfraktion (Siebdurchgang 26) zunächst einem oder mehreren hintereinandergeschalteten ' Reaktoren 39 (Perkolator, Trockner) zugeführt, in denen eine aerobe Hydrolyse des zugeführten Stoffgemisches und eine nachge- schaltene Trocknung/Entwässerung erfolgt.
Bei der aeroben Hydrolyse wird das dem Perkolator oder Reaktor 39 zugeführte Sto fgemisch durch Zugabe von
Auswaschflüssigkeit und von Luft behandelt, wobei ein weitgehender Abbau der organischen Zellen durch biologi- sehen Aufschluß erfolgt.
Der Perkolator (Reaktor 39) ist ein Stahl- oder Betonbehälter, in dem das aufzubereitende Stoffgemisch eingebracht wird. Zur Neubildung von Oberflächen im Haufwerk und zur Vermeidung von Kanalbildungen ist der Perkolator mit einer Einrichtung versehen, über die Scherkräfte in das Stoffgemisch einbringbar sind. Diese Einrichtung kann beispielsweise ein Rührwerk (Krählwerk) sein. Vorstellbar ist es auch, die Kräfte zur Vermeidung einer Kanalbildung und zur Neubildung der Haufwerk-Oberflächen impulsartig vom Randbereich des Reaktors 39 her einzuleiten. Ein substantieller Anteil der organischen Fraktion von Restmüll besteht aus kurzkettigen Verbindungen, die meist an eine Oberfläche absorbiert sind. Wird diese Oberfläche (Träger) von warmen Wasser umspült, werden auch primär nicht lösliche Verbindungen hydrolisiert und ausgewaschen. Der Hydrolysegrad hängt von der Aufenthaltszeit ab, die mehrere Tage betragen kann. Die geruchsintensiven Komponenten des Biomülls und die Hydroly- seprodukte sind gut wasserlöslich und können mit der Auswaschflüssigkeit ausgewaschen werden. Mit der Perkolation erreicht man eine Reduktion der Organik und eine Desodo- rierung des Restmülls. Die Abluft wird über einen Biofilter desodoriert.
Bei den bekannten Perkolatoren wird die Auswaschflüssigkeit mittels Düsen von oben zugeführt und über einen Siebboden abgeleitet, durch welchen zyklisch Luft eingeblasen wird. Mit dieser Belüftung wird der physikalisch- chemische Effekt der Perkolation verstärkt durch Verzögerung der Verdichtung und Steigerung des bakteriellen Abbaus . Die Mikroorganismen beginnen in der aeroben Umgebung Exoenzyme auszuscheiden, welche partikuläre polymere Komponenten zu Monomeren Spalten und in Lösung bringen. Durch Zusammenwirken der Luft und der Auswaschflüssigkeit werden die organischen Zellen des Stoffgemisches aufgebrochen und Zellwasser freigesetzt. Der verfügbare Kohlenstoff wird zu Kohlendioxid abgebaut und die gelöste und angesäuerte Organik durch die Auswaschflüssigkeit ab- transportiert. Durch die aerobe Hydrolyse wird praktisch ein Deponieverfahren im Zeitraffer durchgeführt.
In einem sich anschließenden Trocknungsvorgang, auf den im folgenden noch näher eingegangen wird, kann eine Entwässerung bzw. Trocknung durch aerobe Erwärmung des der Hydrolyse unterzogenen Stoffgemisches erfolgen. Am _ _
Ausgang des Reaktors 39 liegt dann ein Stoffgemisch an, das einen wesentlich erhöhten Trockensubstanzanteil hat. Die Trocknung kann auch im gleichen Reaktor wie die Perkolation oder in einem eigenen Trockner durchgeführt wer- den.
Das nach dem Reaktor 39 vorliegende Zwischenprodukt 40 wird dann mit dem aus dem Zwischenbunker 36 abgezogenen, zerkleinerten Siebüberlauf 28 vermischt und direkt als Ersatzbrennstoff verwendet oder einer Kompaktierein- richtung 42 zugeführt. In dieser wird das Zwischenprodukt 40 weiter entwässert und in eine vorbestimmte geometrische Form gebracht. Das Zwischenprodukt 40 kann über die Kompaktiereinrichtung 42 beispielsweise zu Pellets, Chips, Schnitzel oder Briketts weiterverarbeitet werden.
Die Kompaktierungseinrichtung 42 kann beispielsweise eine Hochdruckpresse, beispielsweise eine Extruder- /Strangpresse aufweisen sein, über die eine Vorentwässe- rung des Produkts 40 erfolgt. Desweiteren wird durch die in das Zwischenprodukt 40 während des Kompaktierungsvor- ganges eingetragene Energie das Stoffgemisch erwärmt, so daß eine Nachtrocknung erfolgen kann.
Diese Nachtrocknung kann durch eine sich anschließende Kühltrocknung 44 unterstützt werden, in der das nach der Kompaktierung vorliegende Produkt abgekühlt und weiteres Wasser ausgetragen wird.
Nach der Kompaktierung/Trocknung liegt ein Produkt 46 vor, das trockenstabil, nicht atmungsaktiv und praktisch nicht mehr eluierbar ist. Dieses Produkt kann - wie vorstehend erwähnt - in einer Deponie abgelagert, als Ersatzbrennstoff verbrannt, einer stofflichen Verwertung oder einer Vergasung zugeführt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden etwa 50 Gew.% des angelie- . -|g .
ferten Abfalls 2 zu einem heizwertreichen Produkt 46 weiterverarbeitet. Der Heizwert dieses Produkts liegt zwischen 11.000 und 14.000 kj/kg.
Das Produkt (vor oder vorzugsweise nach der Kompaktierung) kann beispielsweise als Ersatzbrennstoff für Braunkohle bei der Herstellung von Synthesegas verwendet werden. Synthesegas ist ein petrochemischer Grundstoff, der in einem thermischen Verfahren (Wirbelschichtvergasung etc.) durch Vergasung geeigneter Rohstoffe hergestellt wird. Vergasungsmittel sind Luftsauerstoff und Wasserdampf. Neben der Braunkohle und deren Ersatzbrennstoffe werden in der Regel Erdöl und Erdgas zur Synthesegasherstellung eingesetzt. Der Ersatz- brennstoff wird im Nebenstrom mit Braunkohle und anderen kohlenwasserstoffhaltigen Rohstoffen vergast, wobei eine sogenannte Festbettdruckvergasung oder andere Vergasungsverfahren eingesetzt werden können. Das derart gewonnen Synthesegas kann beispielsweise zur Produktion von Me- thanol eingesetzt werden.
Selbstverständlich kann das bei der Vergasung anfallende Rohgas auch einer weiteren Verwertung, beispielsweise zur Substitution fossiler Energieträger bei Kohle- kraftwerken oder Zementwerken zugeführt werden. Die bei der Vergasung, Verbrennung anfallende Asche läßt sich als zur Substitutionsmittel bei der Zement- oder Ziegelherstellung einsetzen.
Die bei der Hydrolyse im Reaktor 39, während der Trocknung und während der Kompaktierung und Kühltrocknung entstehende Abluft wird der Abluft 38 hinzugefügt und einer Abluftreinigung (Biofilter) 48 zugeführt, in der Feststoffe ausgefiltert werden und die Abluft einer bio- logischen Reinigung mittels aerober Mikroorganismen unterzogen wird. . -j 7 _
Die aus dem Reaktor 39 austretende Auswaschflüssigkeit 50 ist mit Organik und einem erheblichen Anteil an Sand beladen. Dieser Sand wird in einem Sandfang oder ei- nem sonstigen Abscheider abgetrennt und einer Sandwäsche 52 unterzogen, in der Organik, Inertstoffe und Verschmutzungen abgetrennt werden. Nach der Sandwäsche 52 liegt der Sand in gereinigter, weiterverwendbarer Form vor, wobei der Anteil des Sandes etwa 10 Gew. % der angeliefer- ten Abfallmenge ausmachen kann. Der abgeschiedene Sand kann abgelagert werden (Deponieklasse Z2) oder durch Weiterverarbeitung als Ersatzstoff in der Baustoffindustrie, oder im Straßenbau eingesetzt werden.
Die vom Sand befreite Auswaschflüssigkeit 50 wird einer Abwasseraufbereitungseinrichtung 80' zugeführt, der eine Biogasanlage 120 zugeordnet ist. In der Abwasseraufbereitungseinrichtung 80 werden Stör- und Inertstoffe abgeschieden und in der Biogasanlage 120 die organischen Anteile der Auswaschflüssigkeit in Biogas umgesetzt.
Die gelösten und kolloidalen organischen Verbindungen in der wässrigen Phase sind hervorragend geeignet zur Biogasproduktion, die in einem Anaerobfilter durchgeführt wird. Dieser ist mit Füllkörper versehen, welche die Bakterien über die Filterwirkung zurückhalten. Alternativ könnten Trägermaterialien, wie beispielsweise Blähton, Polyethylen-Filterlamellen eingesetzt werden, die eine Biofilmbildung begünstigen und zu besseren Umsatzleistun- gen führen. Nach dem Abbau der organischen Komponenten kann die Auswaschflüssigkeit für eine weitere Perkolation in den Prozeß zurückgeführt werden.
Das während der Abwasseraufbereitung anfallende, nicht mehr zu reinigende Abwasser wird aus dem Prozeß ausgeschieden und kann etwa 20 Gew. % der angelieferten Menge ausmachen.
Bei geeigneter Prozeßführung lassen sich aus dem zugeführten Abfall 2 etwa 6 Gew. % Biogas herstellen. Ein Teil der bei der Abwasseraufbereitung gereinigten Auswaschflüssigkeit wird für die Sandwäsche 52 eingesetzt, der verbleibende, überwiegende Teil der Auswaschflüssigkeit wird im Kreislauf zurück zum Reaktor 39 geführt.
Gemäß dem vorbeschriebenen Massenflußschema wird der angelieferte Abfall zum überwiegenden Teil in mittelbar oder unmittelbar weiterverwertbare Komponenten aufgespaltet, wobei der Prozeß aufgrund des gewonnenen Biogases und des gewonnenen Brennstoffes weitestgehend energieautark arbeiten kann.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Reaktor 39 wie er beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann.
Die aerobe Hydrolyse (aerobe biogene Reakti- on/Perkolation) erfolgt in dem Reaktor 39, dem das aufzubereitende Stoffgemisch 2 über eine Materialeintragein- richtung 4 zugeführt wird. Der Reaktor 1 ist als abgeschlossener Behälter ausgeführt, so daß die im folgenden noch näher beschriebenen Stoffströme über Schleusen-, Ventileinrichtungen etc. zugeführt werden.
In der Darstellung gem. Fig. 5 ist die Eintrageinrichtung 58 an dem in Schwerkraftrichtung gesehen oberen Endabschnitt des Reaktors .39 angeordnet.
Im unteren Bereich des Reaktors 39 ist eine Aus- trageinrichtung 60 ausgebildet, über die das aufbereitete und biologisch aufgeschlossene Stoffgemisch aus dem Reaktor 39 abführbar ist.
Dieser hat desweiteren unterhalb (Darstellung nach Figur 5) der Austrageinrichtung 60 einen Sammler 64, der von einem Reaktionsraum 66 über einen Siebboden 62 abgetrennt ist. Die im folgenden noch näher beschriebene Austrageinrichtung 60 ist derart ausgebildet, daß das auf dem Siebboden 62 liegende Stoffgemisch schichtförmig aus dem Reaktor 39 abgeführt und die Öffnungen des Siebbodens 62 durchgängig gehalten werden.
Im Sammler 64 münden ein Luftanschluß 68 und ein Aus- waschflüssigkeits-Austritt 70. Im Kopfbereich des Reak- tors 39 sind ein weiterer Luftanschluß 72 und ein Auswaschmittel-Verteiler 74 angeordnet.
Die zur Perkolation oder Extraktion der organischen Bestandteile des Stoffgemisches verwendete Auswaschflüs- sigkeit (Wasser) wird über den Verteiler 74 in den Reaktor 39 eingespeist und über den Austritt 70 abgezogen. Zur Vereinfachung der Strömungsführung fällt der Boden 76 des Reaktors 39 zum Austritt 70 hin ab, so daß sich die Auswaschflüssigkeit im Bereich des Austritts 70 sammelt.
Der in Figur 5 untere Luftanschluß 68 ist mit einer Luftfördereinrichtung 78 verbunden. Je nach Bauart der Luftfördereinrichtung 78 (Gebläse, Verdichter) läßt sich innerhalb des Reaktors 39 eine Strömung 80 vom unteren Luftanschluß 68 zum oberen Luftanschluß 72 oder eine Strömung 82 in umgekehrter Richtung vom oberen Luftanschluß 72 zum unteren Luftanschluß 68 einstellen. D.h., entsprechend der Bauart der Luftfördereinrichtung 78 wird das im Reaktor 39 aufgenommene Stoffgemisch in der Dar- Stellung Figur 5 von unten nach oben oder von oben nach unten mit Luft durchströmt. Die Auswaschflüssigkeitsströmung erfolgt in Schwer- kraftrichtung, d.h. von dem im Reaktor 39 oben angeordneten Verteiler 74 zum Austritt 70.
Die aus dem Reaktor 39 austretende Auswaschflüssigkeit wird über eine im folgenden noch näher beschriebene Abwasseraufbereitungseinrichtung 80 aufbereitet und dann im Kreislauf zurück zum Verteiler 74 geführt.
Der auf dem Siebboden 62 aufliegende Rückstand wird als Materialaustrag 82 über die Austrageinrichtung 60 abgezogen und entweder als Zwischenprodukt 40 einer weiteren Verarbeitung zugeführt oder aber als Umlaufgut 86 zur Eintrageinrichtung 58 zurückgeführt. Die Aufteilung des Materialaustrags 82 in Zwischenprodukt 40 und/oder Umlaufgut 86 erfolgt über einen geeigneten Dosierer 88, der beispielsweise als Schieber, Klappe, Weiche etc. ausgeführt sein kann. Die Förderung des Umlaufgutes 86 erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über Fördermittel, die außerhalb des Reaktors 38 angeordnet sind. Dabei wird das Umlaufgut mit Scherkräften beaufschlagt, die zu einer Neubildung von Oberflächen und einem Aufreissen der Partikel führen.
Zum besseren Verständnis sei nunmehr die einzelnen vorbeschriebenen Bauelemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung detaillierter erläutert.
Das eintretende Stoffgemisch 2 wurde wie zuvor beschrieben mechanisch aufbereitet, so daß es eine vorbestimmte maximale Partikelgröße aufweist. Dieses aufbereitete Stoffgemisch wird über geeignete Fördereinrichtungen, beispielsweise Förderbänder 90 der Eintrageinrich- tung 58 zugeführt, über die eine Verteilung des Stoffgemisches 2 über den Reaktorquerschnitt erfolgt. Beim ge- . 2-| .
zeigten Ausführungsbeispiel hat die Eintrageinrichtung 58 einen Querförderer 92, über den das Stoffgemisch in der Zeichenebene und quer zur Zeichenebene verteilt und über den Querschnitt verteilten Materialabwurftrichtern 94 dem Reaktor 39 zugeführt wird.
Durch Ansteuerung der Materialabwurftrichter 40 oder der Querförderer 92 wird das Stoffgemisch 2 schichtweise in den Reaktor 39 eingebracht, so daß praktisch auf dem Siebboden 62 n-Schichten 96 übereinander liegend angeordnet sind.
Die Füllhöhe H des Reaktors 39 ist so gewählt, daß sich der Verteiler 74 für die Auswaschflüssigkeit ober- halb des Haufwerks befindet. Der Verteiler 74 kann beispielsweise eine Vielzahl von über den Re'aktorquerschnitt verteilten Sprühköpfen 98 aufweisen, über die die Auswaschflüssigkeit gleichmäßig über der obersten Schicht 96 verteilbar ist.
Die Austrageinrichtung 60 ist bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel als Horizontalförderer ausgebildet, der derart ausgelegt ist, daß die jeweils untere, auf dem Siebboden 62 aufliegende Stoffgemisch- Schicht in Horizontalrichtung abführbar ist. Bei dem dargestellten Reaktor 1 ist die Austrageinrichtung 60 als Schub- oder Kratzboden ausgeführt, wie er beispielsweise in der WO 95/20554 AI beschrieben ist. Derartige Schubböden werden beispielsweise in Klärschlammsilos, Kompostie- rungsanlagen etc. eingesetzt und sind aus dem Stand der Technik bekannt, so daß im folgenden lediglich die wesentlichen Bauelemente beschrieben werden.
Um die Extraktionsbedingungen im Reaktor 39 konstant zu halten, entspricht die Schichtdicke des Materialaus- trags etwa der Schichtdicke des Materialeintrags, so daß die Füllhöhe H im wesentlichen konstant bleibt.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann ein Teil des Mate- rialaustrags 82 als Umlaufgut 86 zur Fördereinrichtung 90 oder direkt zur Eintrageinrichtung 58 zurückgeführt werden. Prinzipiell ist auch möglich, den gesamten Material- austrag 82 als Umlaufgut 86 zu fahren, so daß das Stoffgemisch den Reaktor 39 mehrmals durchläuft und erst nach beispielsweise 4 Durchläufen als Zwischenprodukt 40 abgeführt wird.
Der unterhalb der Austrageinrichtung 60 angeordnete Siebboden 82 hat eine Maschenweite Z, die in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Partikelgröße des aufzubereitenden Stoffgemisches gewählt ist. Die Konstruktion der Austragseinrichtung 60 ist so gewählt, daß der Siebboden 62 gereinigt wird, so daß ein Zusetzen der Maschen verhinderbar ist.
Durch den schichtförmigen Materialaustrag wird bewirkt, daß sich das Stoffgemisch in Vertikalrichtung schichtweise von oben nach unten (Pfeil in Figur 5) durch den Reaktor 39 bewegt.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die Luftfördereinrichtung 78 als Gebläse oder Verdichter ausgebildet werden, so daß sich unterschiedliche Luftströmungsrichtungen im Reaktor 39 einstellen lassen. In beiden Fällen sind die Eintritts- und Austrittsbereiche des Reaktors 39 so gewählt, daß die Luft über dem gesamten Reaktorquerschnitt verteilt das geschichtete Stoffgemisch durchströmt. Diese Luftströmung ist in der Darstellung nach Figur 5 mit gestrichelten Linien angedeutet. Die Auswaschflüssigkeit durchströmt das geschichtete Stoffgemisch entlang den durchgezogenen Pfeilen von oben nach unten und tritt durch den Siebboden 62 mit Organik beladen in den Sammler 64 ein. Die beladene Auswaschtlüs- sigkeit 114 wird über den Austritt 70 abgezogen und der Abwasseraufbereitungseinrichtung 80 zugeführt.
Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kanalbildung im wesentlichen durch die Bewegung der Austrageinrichtung 60 verhindert und die Scherkräfte zur Neubildung der Haufwerk-Oberflächen und zum Aufschluß der Partikel werden über die Förderelemente zum Transport des Umlaufguts 86 eingeleitet.
Alternativ zu dieser Bauart des Perkolators (Reaktor 39) können auch andere bekannte Perkolatoren eingesetzt werden. Bei dem in der eingangs erwähnten WO 97/27158 AI beschriebenen Perkolator werden die Scherkräfte und die Kräfte zur Vermeidung einer Kanalbildung beispielsweise über ein Rührwerk eingeleitet, über das das Stoffgemisch in Horizontalrichtung durch den liegenden Reaktor gefördert wird. Hinsichtlich weiterer Details dieser bekannten Einrichtung sei der Einfachheit halber die Offenbarung der WO 97/27158 AI verwiesen.
Die zur Aufbereitung der Auswaschflüssigkeit verwendete Abwasseraufbereitungseinrichtung 80 hat einen Störstoffabscheider 116, in dem Störstoffe 118, wie beispielsweise Sand, Steine, Mineralstoffe, Schwimmstoffe, Schwebstoffe etc. abgeschieden werden. Derartige Störstoffabscheider 116 können beispielsweise einen Absetzbehälter und einen Skimmer zur Abscheidung der genannten Störstoffe 118 aufweisen.
Die von den Störstoffen befreite Auswaschflüssigkeit wird dann einem Anaerobfermeter 120, beispielsweise einer Biogas- oder Faulturmanlage zugeführt. In dieser anaeroben Abwasserbehandlung werden als Stoffwechselendprodukte Methan und Kohlendioxid und ggf. in geringen Mengen Schwefelwasserstoff gebildet. Dieses als Abbauprodukt erhaltene Biogas kann in geeigneten BHKW-Anlagen zu Strom und Wärme umgewandelt werden. Ein Teil der aus dem Biogas gewonnenen Energie wird in den erfindungsgemäßen Prozeß zurückgeführt, so daß dieser weitgehend energieautark geführt ist.
Vorversuche zeigten, daß bei der Behandlung von einer Tonne zugeführten Hausmülls ca. 80 Nm3 Biogas mit einem Energieinhalt von 6,5 kWh gewonnen werden können.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist dem Reaktor 39 eine Abwasserreinigungsanlage 80 zugeordnet. Alternativ könnte die Auswaschflüssigkeit auch in eine bestehende Kläranlage eingebunden werden oder direkt in die Kanalisation eingeleitet oder einem anderen Behand- lungsschritt zugeführt werden. Als Zulauf würde dann Frisch- oder Betriebswasser oder ein schwach belastetes Abwasser benutzt.
Im Anschluß an den Anaerobfermenter 120 schließt sich eine zweistufige aerobe Nachbehandlung 124 an, wobei Faulwasser aus der Biogasanlage zur Minimierung der Restfracht nachbehandelt und Stickstoff eliminiert wird.
Das dabei entstehende befrachtete Abwasser 126 wird je nach Belastung und geltenden gesetzlichen Vorschriften an einer weiteren Behandlungsstufe zugeführt oder direkt in die Kanalisation eingeleitet. Die in der aeroben Biologie 124 gereinigte Auswaschflüssigkeit wird dann über den Verteiler 74 dem Reaktor 39 zugeführt. Wie in Figur 5 angedeutet ist, kann ein Teilstrom des Faulwassers aus dem Anaerob-Fermenter 120 unter Umgehung der 2-stufigen aeroben Biologie 124 direkt dem Verteiler 74 zugeführt werden, um katalytisch auf den biologischen Aufschluß im Reaktor 39 zu wirken.
Durch die erfindungsgemäße Strömungsführung innerhalb des Reaktors 39 stellt sich eine aerobe Hydrolyse ein, wobei durch die das Stoffgemisch 2 durchströmende Luft und die über die Auswaschflüssigkeit eingestellte Feuchtigkeit des Stoffgemisches eine aerobe, thermophile Er- wärmung stattfindet, durch die die Zellen der Organik aufgebrochen und die freigesetzten organischen Substanzen durch die Auswaschflüssigkeit ausgetragen werden.
Für den Abbau des organischen Materials ist zum einen der aerobe Abbau des verfügbaren Kohlenstoffes C zu C02 (Kohlensäure) und zum anderen das Auswaschen der gelösten und angesäuerten Organik und der Abtransport über die Auswaschflüssigkeit verantwortlich. Aufgrund der aeroben, thermophilen Reaktion und des gleichzeitigen Abbaus der organischen Verbindungen steigt die Temperatur im Stoff- gemisch während des Extraktionsvorganges (beispielsweise auf ca. 40 bis 50° C) an. Durch diese Temperaturerhöhung wird Wasserdampf freigesetzt, der über die zugeführte Luft ausgetragen wird. Dieser mit der Luft ausgetragene Wasserdampf kann als Kondensat der vorbeschriebenen Ab- wassserreinigung zugeführt werden. Die aus dem Reaktor 39 abströmende Luft ist mit Kohlendioxid als Abbauprodukt und dem durch die Erwärmung entstandenen Wasserdampf beladen. Die mit organischen Komponenten beladene Abluft kann einem Biofilter zugeführt werden, in dem eine biologische Reinigung mittels aerober Mikroorganismen erfolgt.
Als Auswaschflüssigkeit wird Wasser verwendet, das nach dem Anfahren der Anlage und dem Erreichen nahezu stationärer Prozeßparameter durch während der aeroben Behandlung aufgelöste Salze in einen sauren Zustand über- führt wird. Die leichte Versäuerung des Wassers unterstützt die Auswaschung von löslichen organischen, anorganischen Substanzen und wasserlöslichen Fettsäuren. Das Wasser kann vor dem Eintritt in den Reaktor 39 auf bei- spielsweise 35 - 50° C vorgeheizt werden.
Wie in Figur 5 angedeutet ist, wird das sich innerhalb des Reaktors 39 befindliche Stoffgemisch 2 durch die Austragseinrichtung 60 mit stoßförmigen, sich wellenför- mig in Haufwerk fortpflanzenden Impulsen beaufschlagt, so daß Kräfte in das Stoffgemisch eingeleitet werden, durch die etwa auftretende Strömungskanäle der Auswaschflüssigkeit und der Luft zerstört werden. Die Größe dieser Kräfte ist dabei so ausgelegt, daß sie einerseits groß genug sind, um diese Kanäle und Kamine zu zerstören, andererseits jedoch nicht zu einer Veränderung des Schichtaufbaus führen.
Nach der vorbeschriebenen Hydrolyse, d.h. dem Auf- Schluß der organischen Bestandteile und der Extraktion dieser Bestandteile mittels der Auswaschflüssigkeit wird der Materialaustrag 82 einer Trocknung (biologisch, thermisch) zugeführt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn diese Trocknung als aerobe Trocknung er- folgt, da dann die Restfeuchte mit einem minimalen Energieaufwand verringerbar ist. Eine derartige aerobe Trocknung läßt sich beispielsweise bewirken, in dem die Zufuhr der Auswaschflüssigkeit über den Verteiler 74 unterbrochen wird, so daß das Stoffgemisch 2 nach der Hy- drolyse lediglich noch von der Luft durchströmt wird. Durch die Durchströmung des feuchten Stoffgemisches 2 erfolgt ein weiterer aerober Abbau des noch verfügbaren Kohlenstoffes C zu Kohlendioxid. Desweiteren wird, ähnlich wie bei Hydrolyse aufgrund des mikrobiellen Umsatzes das Stoffgemisch erwärmt und dadurch Wasserdampf über die durchströmende Luft ausgetragen. Durch den aeroben Abbau des Kohlenstoffes und die Abführung des Wasserdampfes wird die Restfeuchte des Stoffgemisches reduziert, wobei sich der gewünschte Trockensubstanzanteil auf einfache Weise durch die Dauer der aeroben Trocknung einstellen läßt.
Beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel werden somit die Hydrolyse und die aerobe Trocknung in einem einzigen Reaktor 39 durchgeführt. Alternativ dazu könnte dem Reaktor 39 aus Figur 5 ein eigener Trockner 128 gemäß Figur 6 nachgeschaltet werden, dem der Materialaustrag 82 des Reaktors 39 zugeführt wird. Diese aerobe Trockner 128 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Reaktor 39 aus Figur 5, d.h. das Stoffgemisch, in diesem Fall der Materialaustrag 82 wird über eine Eintrageinrichtung 58 in einem mit Schleusen versehenen Behälter 128 eingeführt und nach erfolgter aerober Trocknung über eine Austrageinrichtung 60 abgeführt. Die Trocknungsluft kann wiederum im Gegenstrom oder im Gleichstrom zum Stoffge- mischstrom geführt werden und wird entsprechend über Luftanschlüsse 68, 70 zu- bzw. abgeleitet.
Im Unterschied zum Reaktor aus Figur 5 hat der Trockner 128 aus Figur 6 keinen Verteiler 74 zum Aufbringen von Auswaschflüssigkeit.
Beim aeroben Trockner 128 ist wiederum eine Teilrückführung des am Ausgang des Trockners 128 anliegenden Trockengutes 130 als Umlaufgut 132 und/oder die Abführung eines getrockneten Produktes 134 vorgesehen. Das zu trocknende Stoffgemisch durchläuft den Trockner 128 vorzugsweise wiederum geschichtet, wobei die Kanalbildung wieder durch impulsförmig aufgebrachte Kräfte unterbunden wird. Selbstverständlich könnte dieses 2-stufige Verfahren auch durch zwei hintereinander geschaltete Reaktoren 39 gemäß Fig.5 durchgeführt werden, wobei im ersten Reaktor die Hydrolyse durch Zuführung von Luft und Auswaschflüs- sigkeit erfolgt, während im zweiten nachgeschalteten Reaktor 39 lediglich die Trocknung durch Zuführung von Luft erfolgt.
Anstelle der Hydrolyse und Trocknung in einem einzi- gen Reaktor 39 oder in zwei hintereinander geschalteten Reaktoren 39 könnten auch mehrere Reaktoren der Bauart gemäß Figur 5 und mehrere Reaktoren der Bauart gemäß Figur 6 in Serie hintereinander geschaltet werden, so daß sich praktisch ein Hydrolyseblock und ein Trocknungsblock ausbildet.
Diesen beiden Blöcken kann jeweils eine gemeinsame Materialeintrag- und Materialaustrageinrichtung zugeordnet sein, so daß sich die Füllung der einzelnen Reaktoren frei wählen läßt.
Wie aus den Fließbildern gemäß den Figuren 1 bis 4 hervorgeht, wird bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß der hochkalorische Sieb- Überlauf direkt der Kompaktierung zugeführt wird, während der einen hohen organischen Anteil enthaltende Siebdurchgang zunächst einer biologischen Stabilisierung unterzogen wird.
Bei bestimmten Anwendungsfällen wird es erforderlich sein, daß ein Teil des aufbereiteten Abfalls in einer Hausmülldeponie abgelagert, wird. In diesem Fall bietet es sich an, daß der Siebüberlauf nach der Kompaktierung als Ersatzbrennstoff verbrannt oder einer Vergasung zugeführt wird. Die biologisch stabilisierte Fraktion (Siebdurchgang) wird dann vorzugsweise kompaktiert und als nicht eluierbares und nicht atmungsaktives Produkt auf einer Deponie abgelagert.
Das Mengenverhältnis zwischen dem Ersatzbrennstoff und dem auf einer Deponie abzulagernden Produkt läßt sich dann durch gezielte Wahl der Siebweite einstellen. Auf entsprechende Weise ließ sich eine Aufteilung eines nach der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produktes in einen Ersatzbrennstoff für eine thermische Verwertung und ein auf einer Hausmülldeponie abzulagerndes Produkt vornehmen.
Die Figuren 7 und 8 zeigen Fließschemata derartiger alternativer Verfahrensvarianten .
Bei dem in Figur 7 dargestellten Verfahren wird der Abfall bei der mechanischen Aufbereitung über eine Siebtrommel in eine Grobkornfraktion und eine Feinkornfraktion aufgeteilt.
Die Grobkornfraktion wird nach dem Entfernen von Störstoffen etc. einer Kompaktierung zugeführt und die dabei entstehenden entwässerten Pellets, Schnitzel oder Briketts als Ersatzmittel fossiler Brennstoffe vergast.
Die Feinkornfraktion durchläuft die biologische Stabilisierung mit einer aeroben Hydrolyse, einer aeroben Trocknung und einem anschließenden Kompaktierungsschritt, wobei die entstehenden Briketts oder Pellets auf einer Deponie abgelagert werden.
Der Mengenanteil des .der Deponierung und der Vergasung zugeführten, aufbereiteten Abfalls kann über die Siebweite eingestellt werden. Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die biologisch stabilisierte und pelletisierte Feinkornfraktion ebenfalls auf einer Deponie abgelagert, während die Grobkornfraktion im Unterschied zu dem in Figur 7 dargestellten Verfahren einer thermischen Verwertung, beispielsweise einer Hausmüllverbrennungsanlage zugeführt wird.
Selbstverständlich kann - ähnlich wie bei dem in Fi- gur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel - die Grobkornfraktion nach einer Verkleinerung oder vor der Kompaktierung wieder mit der Feinkornfraktion zusammen geführt werden, so daß der gesamte, von Störstoffen befreite und biologisch stabilisierte Abfall vergast, einer thermi- sehen Verwertung zugeführt oder auf einer Deponie abgelagert wird.
Die vorbeschriebene mechanisch-biologische Aufbereitung (MBA) stellt eine sinnvolle Alternative zur Müllver- brennung dar. Das bei der MBA erhaltene Produkt zeichnet sich durch einen hohen Heizwert aus, wobei die vernachlässigbare Eluierbarkeit und, die geringe Atmungsaktivität die Möglichkeit eröffnen, das Produkt ohne aufwendige Maßnahmen in einer Deponie abzulagern, wobei aufgrund des nahezu inerten Verhaltens des Produktes kein Sickerwasserproblem auftreten kann.
Das erfindungsgemäße Verfahrenskonzept ist ein wichtiger Schritt zu ökologisch und ökonomisch sinnvolle Nut- zung der Zivilisationsabfälle mit weitgehender Nutzung des Energieinhaltes, so daß fossile Energieresourcen eingespart werden könnten. Das Verfahren zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
- die Anlage zur Durchführung des Verfahrens könnte auf oder in der Nähe von Mülldeponien betrieben werden, so daß die Entsorgung unvermeidbarer Abfälle unter Nutzung der schon vorhandenen Infrastruktur der Müllabfuhr gesichert ist; das Verfahren ermöglicht eine stoffliche und energe- tische Verwertung auf hohem Entsorgungsniveau unter Kostenbegrenzung für die Abfallentsorgung; die mechnanisch-biologische Vorbehandlung reduziert die Geruchsemission, die Menge an organischer Trockensubstanz und die Kosten für die anschließende Entwässerung; das Verfahren führt zur frühen Abtrennung von relativ sauberen Fraktionen von Inertstoffen; durch das Verfahren läßt sich fossile Energie durch Biogas substituieren und - erfindungsgemäß wird ein lagerbarer Sekundärrohstoff oder ein Brennstoff mit höherem Energiegehalt als die Ausgangsstoffe erzeugt.
Offenbart ist ein Verfahren zur Verwertung von Ab- fall, bei dem das angelieferte, organische Bestandteile enthaltende Stoffgemisch zunächst mechanisch aufbereitet und anschließend in einem Reaktor einer aeroben Hydrolyse unterzogen wird. Das nach der Hydrolyse vorliegende Zwischenprodukt wird anschließend zu einem Fest- oder Er- satzbrennstoff kompaktiert. An den Hydrolyseschritt kann sich noch eine Trocknung des Zwischenproduktes anschließen, so daß der Ersatzbrennstoff in trockenstabiler, nicht atmungsaktiver und nicht eluierbarer Form vorliegt. Der Ersatzbrennstoff kann einer Vergasung oder als Ersatz für fossile Brennstoffe direkt einer Verbrennungsanlage zugeführt werden. Alternativ kann der Ersatzbrennstoff auch in einer Deponie abgelagert werden.

Claims

Ansprüche
L. Verfahren zur Verwertung von Abfall, wobei dieser einer Trennung unterzogen wird, bei der als Sekundärrohstoff verwendbare Bestandteile abgetrennt werden und eine verbleibende, einen vorbestimmten Partikeldurchmesser nicht überschreitende Fraktion (Feinkornfraktion) thermisch oder biologisch weiterbehandelt wird, gekennzeichnet durch die Schritte:
Abtrennen von organischen Substanzen von der Fraktion mittels einer aeroben Hydrolyse und
Kompaktieren der verbleibenden kohlenstoffreichen Fraktion zu einem Ersatzbrennstoff oder nichteluier- baren Körper.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompaktierung eine Entwässerung der koh- lenstoffreichen Fraktion bewirkt.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Hydrolyse eine Trocknung anschließt.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung durch Zufuhr von Luft und eine daraus resultierende thermophile Erwärmung erfolgt.
5. Verfahren nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrolyse in einem Reaktor (39) erfolgt, in dem die Fraktion von einem Materialeintrag (58) zu einem Materialaustrag (60) geführt und von einer Auswaschflüssigkeit und Luft durchströmt wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Auswaschflüssigkeit und die Luft etwa im Gleich- oder Gegenstrom zum Feststoff im Reaktor (39) geführt sind.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beladene Auswaschflüssigkeit einer Abwasserreinigungsanlage (80) mit Biogasreaktor (120) zugeführt und anschließend zum Reak- tor (39) zurückgeführt wird, wobei die Energie des gewonnen Biogases zumindest teilweise zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische
Trennschritt eine Siebung umfaßt, nach der der den vorbestimmten Partikeldurchmesser übertreffende Siebüberlauf (Grobkornfraktion) einer Zerkleinerung und einer Abscheidung von Stör- und/oder Sekundärrohstof- fen zugeführt wird und anschließend einer Kompaktierung (14) zugeführt wird.
9. Verfahren nach Patentanspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß der Siebüberlauf und der Siebdurchgang vor der Kompaktierung (14) zusammengeführt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nach der Kompaktierung vorliegende Feststoff einer Vergasung (18), insbesondere zur Herstellung von Synthesegas oder einer thermischen Verwertung zugeführt oder auf einer Deponie abgelagert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompaktierung (14) eine Pelletisierung oder Brikettierung beinhaltet.
12. Fest- oder Brennstoff hergestellt nach einem Verfahren gemäß einen der vorhergehenden Patentansprüche.
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