WO2014180753A1 - Hydrothermale karbonisierung von abwasserschlamm und schwarzlauge - Google Patents

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WO2014180753A1 PCT/EP2014/059029 EP2014059029W WO2014180753A1 WO 2014180753 A1 WO2014180753 A1 WO 2014180753A1 EP 2014059029 W EP2014059029 W EP 2014059029W WO 2014180753 A1 WO2014180753 A1 WO 2014180753A1
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Uwe WITTENDORFER
Anton HABERZETTL
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    • Y02W10/40Valorisation of by-products of wastewater, sewage or sludge processing

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for removing biomass from a sludge. Furthermore, the invention relates to a method for processing in a
  • Sludges consisting essentially of biological material, e.g. Combine fiber material, ash and chemicals.
  • the moist sludges are currently often dried using mechanical or thermal energy and then disposed of as waste or thermally treated. Since ⁇ by biomass present is herein either wasted or incinerated with low efficiency.
  • the production of pulp for papermaking mainly uses the so-called Kraft pulping worldwide.
  • the pulping process in the kraft process takes place at temperatures between 150 ° C and 170 ° C with an alkaline solution containing mainly sodium hydroxide (NaOH) and sodium sulfide (Na 2 S).
  • NaOH sodium hydroxide
  • Na 2 S sodium sulfide
  • wood chips or shredded plant parts in pressure vessels are heated at elevated pressure over a longer period of time.
  • the lignin is released from the biomass and the sulfides are oxidized to sulfate.
  • spent digestion ⁇ solution having a water content of 80% to 85%. It is a mixture of the remaining after the pulp separation Lignin, water and the chemicals. The latter must be extracted and regenerated then again to work for the company ⁇ seretz gleich.
  • the dry content of the black liquor after wood fiber separation is about 15% to 20%. It is therefore in steam-heated evaporating plants under a lot of energy expenditure (evaporators) concentrating on a dry solids content of 70% to 85% trated ⁇ . The resulting tar must be skimmed off.
  • the invention has for its object to provide an improved method for removal of biomass from a sludge and an apparatus for performing the method. It is a further object of the present invention to provide improved methods of processing black liquor resulting from cellulose production and processing wastewater.
  • the object is achieved according to the method of removal of biomass from a slurry by the Merkma ⁇ le of claim 1, concerning the apparatus for implementing this method by the features of claim 4 concerning the method for the processing of black liquor by the features of claim 5 and solved with respect to the driving Ver ⁇ for processing of waste water by the features of claim 6.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • biomass contained in the sludge is converted into porous coal particles by hydrothermal carbonization of the sludge, and the coal particles are subsequently filtered out of the hydrothermally carbonated sludge.
  • the method thus advantageously makes it possible to supply downstream biomass contained in a sludge by means of hydrothermal carbonization without further dewatering and thus to continue to use it (bio-cascading).
  • Preferred embodiments of the invention provide that the sludge is heated to about 180 ° C in the hydrothermal carbonization in a pressure vessel, and / or that a pressure in the sludge in the hydrothermal carbonization is increased to about 10 bar.
  • An inventive apparatus for extracting biomass from a slurry including a pressure vessel and a Schuvor ⁇ direction to carry out the hydrothermal carbonization of the sludge, and a filtration device for Herausfil ⁇ tern of the coal particles formed during the hydrothermal carbonization of the mud.
  • Such a device makes it possible to carry out the method according to the invention for extracting biomass from a sludge with the abovementioned advantages.
  • Cellulose production resulting black liquor is in the Black liquor contained lignin implemented by hydrothermal Karboni ⁇ tion of the black liquor in porous particles of coal and the coal particles are then filtered out of the Schwarzlau ⁇ ge.
  • An embodiment of the invention provides, accordingly, to heat the black liquor resulting after separation of the cellulose with a dry content of 15% to 20% in a printing equipmen ⁇ fäß preferably to about 180 ° C.
  • the pressure rises to about 10 bar.
  • the release of energy, the chemical method of hydrothermal carbonization takes place under these conditions: after a suitable presettable reaction time, the lignin in the black liquor has fully ⁇ ever implemented.
  • the high alkali content of the black liquor acts catalytically. It forms a watery
  • Sludge in the porous carbon particles as a solid phase vorlie ⁇ gen.
  • Filtration means can these chemicals so that dissolved from the filtrate and as provided herein, are separated. at best if the filtrate is already white liquor. Otherwise, it can be implemented by adding suitable additives in the ⁇ se.
  • the recovered coal particles are used, for example, by combustion for steam and power generation. Analogously to the known boiler method, it is also possible to recover any remaining chemicals in the form of green liquor in the melt.
  • a sewage sludge is obtained from the wastewater and biomass is taken from the sewage sludge by means of the abovementioned process according to the invention.
  • the process according to the invention advantageously has a neutral or even negative carbon dioxide balance, since carbon is bound in the form of carbon particles instead of in carbon dioxide. Furthermore, compared to known methods results in an energy saving and the use of the resulting coal particles for energy even an additional energy. In addition, advantageous eliminates a downstream processing of wastewater treatment disposal process for waste accumulating during processing. Finally, the method according to the invention advantageously allows, after filtration of the hydrothermally carbonized waste sludge which remindge ⁇ winnung of chemicals from the remaining filtrate.
  • the sewage sludge is obtained, for example, in a clarification of the wastewater and formed from accumulating sewage sludge.
  • the sewage sludge can be formed from sewage sludge, which is obtained by sedimentation in a primary treatment of the wastewater as primary sludge and / or in a clarification downstream of a primary clarification.
  • sewage sludge accumulating in a primary clarification of the wastewater as well as in a subsequent clarification sewage sludge can be processed according to the invention.
  • the sewage sludge is desalted prior to removal of the biomass.
  • salts from the sewage sludge can be recovered in concentrated form and reused or otherwise used. Also advantageous ge ⁇ dissolved salts are removed from the wastewater sludge, leading to Korro ⁇ sion of the reactor and can shorten the life of the catalyst.
  • a sewage sludge having a dry content of up to 15 ⁇ 6 is preferably recovered from the sewage.
  • This dry content corresponds to the black liquor prior to evaporation and can for example be achieved by mechanical dewatering ⁇ Ent.
  • sewage sludge and black liquor can be treated in terms of process technology comparable.
  • a concrete embodiment provides that after a primary clarification of the wastewater primary sludge is discharged.
  • the Restab ⁇ water stream is then fed to an aerobic biological treatment stage.
  • the biolines obtained by sedimentation in a subsequent clarification are fed to the primary sludges previously obtained.
  • From the thus-obtained wet material containing organic biomass, ashes and chemicals, salts contained in it are separated.
  • a sewage sludge with a dry content of, for example, up to 15% is obtained, which is subsequently hydro ⁇ thermal carbonized.
  • the sewage sludge is heated in a pressure vessel to about 180 ° C. The pressure rises to about 10 bar. By releasing energy, the chemical process of hydrothermal carbonation proceeds under these conditions.
  • aqueous sludge forms in which porous carbon particles are present as a solid phase.
  • these are separated from the filtrate and thus from the chemicals dissolved therein. If necessary, these chemicals can be regenerated by suitable methods and a production process in which the wastewater is obtained, as ⁇ supplied or supplied to the further wastewater treatment.
  • the recovered coal particles can be used for example by combustion for steam and / or power generation.

Abstract

Hydrothermale Behandlung von Abwasserschlamm und Schwarzlauge Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm. Dabei wird in dem Schlamm enthaltene Biomasse durch hydrothermale Karbonisierung des Schlamms in poröse Kohleteilchen umgesetzt und die Kohleteilchen werden anschließend aus dem hydrothermal karbonisierten Schlamm herausgefiltert. Die Erfindung betrifft ferner die Verarbeitung von Schwarzlauge und Abwasser mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bevorzugterweise wird der Schlamm bei der hydrothermalen Karbonisierung in einem Druckgefäß auf 180°C erhitzt und/oder ein Druck in dem Schlamm auf 10 bar erhöht.

Description

Beschreibung
HYDROTHERMALE KARBONISIERUNG VON ABWASSERSCHLAMM UND SCHWARZLAUGE Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung von bei einer
Zelluloseproduktion entstehender Schwarzlauge und zur Verarbeitung von Abwasser.
Prozessbedingt fallen bei vielen industriellen Prozessen größere Mengen Abwasser an, z.B. bei der Produktion von Zellstoff, Papier oder Zucker sowie in Brauereien und Molkereien. Bei der Behandlung des Abwasserstroms entstehen feuchte
Schlämme, die sich im Wesentlichen aus biologischem Material, z.B. Fasermaterial, Asche und Chemikalien zusammensetzen.
Die feuchten Schlämme werden derzeit häufig unter Einsatz von mechanischer bzw. thermischer Energie getrocknet und an- schließend als Abfall entsorgt oder thermisch behandelt. Da¬ durch bleibt hierin vorhandene Biomasse entweder ungenutzt oder wird mit niedrigem Wirkungsgrad verbrannt.
Bei der Produktion von Zellstoff für die Papierherstellung findet weltweit hauptsächlich der so genannte Kraftaufschluss Verwendung. Der Holzaufschluss im Kraftprozess geschieht bei Temperaturen zwischen 150°C und 170°C mit einer alkalischen Lösung, die hauptsächlich Natriumhydroxid (NaOH) und Natriumsulfid (Na2S) enthält. In dieser erhitzt man über einen län- geren Zeitraum Hackschnitzel oder zerkleinerte Pflanzenteile in Druckkesseln bei erhöhtem Druck.
Während des mehrstündigen Aufschlusses werden das Lignin aus der Biomasse herausgelöst und die Sulfide zu Sulfat oxidiert. Nach der Abtrennung der Zellulose verbleibt die als Schwarzlauge (week black liquor) bezeichnete verbrauchte Aufschluss¬ lösung mit einem Wassergehalt von 80% bis 85%. Sie ist ein Gemisch aus dem nach der Zellstoffabtrennung zurückbleibenden Lignin, Wasser und den Chemikalien. Letztere müssen extrahiert und regeneriert werden, um sie dann erneut für den Fa¬ seraufschluss einzusetzen. Der Trockengehalt der Schwarzlauge nach der Holzfaserabtrennung beträgt etwa 15% bis 20%. Sie wird deshalb unter großem energetischem Aufwand in dampfbeheizten Eindampfungsanlagen (evaporators ) auf einem Trockengehalt von 70% bis 85% konzen¬ triert. Dabei anfallender Teer muss abgeschöpft werden.
Anschließend werden durch gestufte, reduzierende Verbrennun¬ gen der eingedickten Schwarzlauge (black liquor) im Rückgewinnungskessel (recovery boiler) die organischen Bestandteile entfernt und Sulfate wieder zu Sulfid reduziert. Auf dem Kes- selboden bildet sich dabei eine Schmelze, bei der es sich im Wesentlichen um die reduzierten Chemikalien handelt. Die neu entstandene Grünlauge (green liquor) wird durch Kaustifizie- rung mit Kalk zur Erhöhung des Natriumhydroxid-Anteiles zu Weißlauge (white liquor) umgesetzt und kann dann erneut für den Faseraufschluss eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren zur Verarbeitung von bei einer Zelluloseproduktion entstehender Schwarzlauge und zur Verarbeitung von Abwasser anzugeben . Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm durch die Merkma¬ le des Anspruchs 1, hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 4, hinsichtlich des Verfahrens zur Verarbeitung von Schwarzlauge durch die Merkmale des Anspruchs 5 und hinsichtlich des Ver¬ fahrens zur Verarbeitung von Abwasser durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm wird in dem Schlamm enthaltene Biomasse durch hydrothermale Karbonisierung des Schlamms in poröse Kohleteilchen umgesetzt und die Kohleteilchen werden anschließend aus dem hydrothermal karbonisierten Schlamm herausgefiltert .
Das Verfahren ermöglicht somit vorteilhaft, in einem Schlamm enthaltene Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisierung ohne weitere Entwässerung nachgelagerten Prozessen zuzuführen und damit weiter zu nutzen (Bio-Kaskadierung) .
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass der Schlamm bei der hydrothermalen Karbonisierung in einem Druckgefäß auf etwa 180°C erhitzt wird, und/oder, dass ein Druck in dem Schlamm bei der hydrothermalen Karbonisierung auf etwa 10 bar erhöht wird.
Diese Ausgestaltungen sind vorteilhaft, weil eine Temperatur von etwa 180°C und ein Druck von etwa 10 bar die hydrotherma¬ le Karbonisierung des Schlamms besonders fördern.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm umfasst ein Druckgefäß und eine Heizvor¬ richtung zur Durchführung der hydrothermalen Karbonisierung des Schlamms und eine Filtrationsvorrichtung zum Herausfil¬ tern der bei der hydrothermalen Karbonisierung gebildeten Kohleteilchen aus dem Schlamm.
Eine derartige Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm mit den oben genannten Vorteilen.
Bei einer erfindungsgemäßen Verarbeitung von bei einer
Zelluloseproduktion entstehender Schwarzlauge wird in der Schwarzlauge enthaltenes Lignin durch hydrothermale Karboni¬ sierung der Schwarzlauge in poröse Kohleteilchen umgesetzt und die Kohleteilchen werden anschließend aus der Schwarzlau¬ ge herausgefiltert.
Dadurch wird die bekannte zweistufige Verbrennung (reduzie- rend-oxidierend) mit vorgeschalteter energieintensiver
Aufkonzentration von Schwarzlauge in dampfbeheizten Eindamp- fungsanlagen durch eine einstufige hydrothermale Karboni- sierung abgelöst. Gemäß dem Stand der Technik wird Schwarzlauge nämlich über mehrere Evaporationsstufen unter hohem Apparatur- und Energieaufwand auf 70% bis 85% Trockengehalt aufkonzentriert . Diese Aufkonzentration entfällt bei dem er¬ findungsgemäßen Verfahren vollständig, da hier Biomasse der Schwarzlauge mit dem anfänglichen Trockengehalt von 15% bis 20% direkt in Kohle umgesetzt wird. Die ablaufende Reaktion ist dabei exotherm, d. h. es wird Energie freigesetzt. An¬ stelle der aufwendigen Rückgewinnung in einem Kessel werden die Chemikalien im Wesentlichen in verbesserter Qualität durch einfache Filtration zurückgewonnen. Als Energieträger kann die Kohle ferner vorteilhaft zur Erzeugung des notwendi¬ gen Prozessdampfes und -Stromes genutzt werden. Alternativ können die Kohleteilchen durch Vergasung in Biotreibstoffe der zweiten Generation umgewandelt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht dementsprechend vor, die nach der Zelluloseabtrennung entstandene Schwarzlauge mit einem Trockengehalt von 15% bis 20% in einem Druckge¬ fäß vorzugsweise auf etwa 180°C zu erhitzen. Dabei steigt der Druck auf etwa 10 bar. Unter Freisetzung von Energie läuft bei diesen Bedingungen das chemische Verfahren der hydrothermalen Karbonisierung ab: nach einer geeignet vorzugebenden Reaktionszeit hat sich das Lignin in der Schwarzlauge voll¬ ständig umgesetzt. Der hohe Alkaliengehalt der Schwarzlauge wirkt dabei katalytisch. Es bildet sich ein wässriger
Schlamm, in dem poröse Kohleteilchen als feste Phase vorlie¬ gen. Mittels Filtration können diese vom Filtrat und damit von den hierin gelösten Chemikalien getrennt werden. Besten- falls handelt es sich bei dem Filtrat bereits um Weißlauge. Andernfalls kann es mittels Zugabe geeigneter Zusätze in die¬ se umgesetzt werden. Die gewonnen Kohleteilchen werden beispielsweise durch Verbrennung zur Dampf- und Stromerzeugung eingesetzt. Analog zum bekannten Boilerverfahren können ferner in der Schmelze noch vorhandene Chemikalien in Form von Grünlauge zurückgewonnen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verarbeitung von Abwasser wird aus dem Abwasser ein Abwasserschlamm gewonnen und dem Abwasserschlamm wird mittels des oben genannten erfindungsgemäßen Verfahrens Biomasse entnommen.
Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Entnahme von Biomasse aus Schlamm mit den oben genannten Vorteilen bei der Verarbeitung von Abwasser eingesetzt.
Gegenüber bekannten Verfahren zur Verarbeitung von Abwasser hat das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft eine neutrale oder sogar negative Kohlendioxidbilanz, da Kohlenstoff in Form von Kohleteilchen statt in Kohlendioxid gebunden wird. Ferner ergibt sich gegenüber bekannten Verfahren eine Energieeinsparung und bei Nutzung der entstehenden Kohleteilchen zur Energieerzeugung sogar eine zusätzliche Energiegewinnung. Außerdem entfällt vorteilhaft ein der Verarbeitung der Abwasserverarbeitung nachgelagerter Entsorgungsprozess für bei der Verarbeitung anfallenden Abfall. Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft nach der Filtration des hydrothermal karbonisierten Abwasserschlamms die Rückge¬ winnung von Chemikalien aus dem zurückbleibenden Filtrat.
Der Abwasserschlamm wird beispielsweise bei einer Klärung des Abwassers gewonnen und aus dabei anfallendem Klärschlamm gebildet .
Dies ermöglicht vorteilhaft die erfindungsgemäße Verarbeitung von Klärschlamm. Insbesondere kann der Abwasserschlamm aus Klärschlamm gebildet werden, der bei einer Vorklärung des Abwassers als Primärschlamm oder/und bei einer einer Vorklärung nachgeschalteten Klärung mittels Sedimentation anfällt.
Auf diese Weise können sowohl bei einer Vorklärung des Abwassers anfallender Primärschlamm als auch bei einer nachgeschalteten Klärung anfallender Klärschlamm erfindungsgemäß verarbeitet werden.
Vorzugsweise wird der Abwasserschlamm vor der Entnahme der Biomasse entsalzt.
Dadurch können einerseits Salze aus dem Abwasserschlamm in konzentrierter Form zurückgewonnen und weiterverwendet oder anderweitig verwendet werden. Ferner werden vorteilhaft ge¬ löste Salze aus dem Abwasserschlamm entfernt, die zur Korro¬ sion des Reaktors führen und die Standzeit des Katalysators verkürzen können.
Ferner wird aus dem Abwasser vorzugsweise ein Abwasserschlamm mit einem Trockengehalt von bis zu 15~6 gewonnen .
Dieser Trockengehalt entspricht dem von Schwarzlauge vor dem Eindampfen und kann beispielsweise mittels mechanischer Ent¬ wässerung erzielt werden. Somit können Abwasserschlamm und Schwarzlauge prozesstechnisch vergleichbar behandelt werden.
Beispielsweise sieht ein konkretes Ausführungsbeispiel vor, dass nach einer Vorklärung des Abwassers Primärschlamm ausgeschleust wird. Gegebenenfalls wird anschließend der Restab¬ wasserstrom einer aeroben biologischen Behandlungsstufe zugeführt. Die in einer nachgelagerten Klärung mittels Sedimentation anfallenden Bioschlämme werden den zuvor gewonnenen Pri- märschlämmen zugeführt. Von dem so gewonnenen nassen Material, das organische Biomasse, Asche und Chemikalien enthält, werden in ihm enthaltene Salze abgetrennt. Dadurch wird ein Abwasserschlamm mit einem Trockengehalt von beispielsweise bis zu 15% gewonnen, der anschließend hydro¬ thermal karbonisiert wird. Dazu wird der Abwasserschlamm in einem Druckgefäß auf etwa 180°C erhitzt. Dabei steigt der Druck auf etwa 10 bar. Unter Freisetzung von Energie läuft bei diesen Bedingungen das chemische Verfahren der hydrothermalen Karbonisierung ab.
Nach einer bestimmten Reaktionszeit hat sich die Biomasse vollständig umgesetzt. Es bildet sich ein wässriger Schlamm, in dem poröse Kohleteilchen als feste Phase vorliegen. Mittels Filtration werden diese vom Filtrat und damit von den hierin gelösten Chemikalien getrennt. Soweit notwendig können diese Chemikalien durch geeignete Verfahren regeneriert und einem Produktionsprozess , bei dem das Abwasser anfällt, wie¬ der zugeführt oder der weiteren Abwasserbehandlung zugeführt werden. Die gewonnenen Kohleteilchen können beispielsweise durch Verbrennung zur Dampf- und/oder Stromerzeugung eingesetzt werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und ande¬ re Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Entnahme von Biomasse aus einem Schlamm,
- wobei in dem Schlamm enthaltene Biomasse durch hydrotherma- le Karbonisierung des Schlamms in poröse Kohleteilchen umgesetzt wird
- und die Kohleteilchen anschließend aus dem hydrothermal karbonisierten Schlamm herausgefiltert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schlamm bei der hydrothermalen Karbonisierung in einem Druckgefäß auf etwa 180°C erhitzt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Druck in dem Schlamm bei der hydrothermalen Karbonisierung auf etwa 10 bar erhöht wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend
- ein Druckgefäß und eine Heizvorrichtung zur Durchführung der hydrothermalen Karbonisierung des Schlamms
- und eine Filtrationsvorrichtung zum Herausfiltern der bei der hydrothermalen Karbonisierung gebildeten Kohleteilchen aus dem Schlamm.
5. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder der Vorrichtung gemäß Anspruch 4 bei der Verarbei- tung von bei einer Zelluloseproduktion entstehender Schwarzlauge, wobei
- in der Schwarzlauge enthaltenes Lignin durch hydrothermale Karbonisierung der Schwarzlauge in poröse Kohleteilchen umgesetzt wird
- und die Kohleteilchen anschließend aus der Schwarzlauge herausgefiltert werden.
6. Verfahren zur Verarbeitung von Abwasser, - wobei aus dem Abwasser ein Abwasserschlamm gewonnen wird
- und dem Abwasserschlamm Biomasse mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 entnommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ab¬ wasserschlamm bei einer Klärung des Abwassers gewonnen und aus dabei anfallendem Klärschlamm gebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ab¬ wasserschlamm aus Klärschlamm gebildet wird, der bei einer Vorklärung des Abwassers als Primärschlamm oder/und bei einer einer Vorklärung nachgeschalteten Klärung mittels Sedimentation anfällt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ab¬ wasserschlamm vor der Entnahme der Biomasse entsalzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass aus dem Abwasser ein Abwasserschlamm mit einem Trockengehalt von bis zu 15% gewonnen wird.
PCT/EP2014/059029 2013-05-08 2014-05-05 Hydrothermale karbonisierung von abwasserschlamm und schwarzlauge WO2014180753A1 (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106744789A (zh) * 2016-11-14 2017-05-31 天津工业大学 一种利用木质素制备多孔炭以及在超级电容器中的应用
CN107308811A (zh) * 2016-04-26 2017-11-03 西原环保工程(上海)有限公司 一种生物除臭填料及其制备方法
CN110975803A (zh) * 2019-11-19 2020-04-10 南京工程学院 一种榴莲壳与氨氮废水共聚提质的方法
CN112209363A (zh) * 2019-07-10 2021-01-12 东北林业大学 一种以活性污泥为原料制备碳量子点的方法
US11306209B2 (en) 2015-11-21 2022-04-19 Suncoal Industries Gmbh Particulate carbon material producible from renewable raw materials and method for its production

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE540135C2 (en) * 2016-10-05 2018-04-10 C Green Tech Ab Method for hydrothermal carbonization of sludge in chemical pulp mills
DE102016125286A1 (de) * 2016-12-21 2018-06-21 Universität Rostock Verfahren zur herstellung von biokohle
CN106966392A (zh) * 2017-03-24 2017-07-21 中国科学院生态环境研究中心 一种利用市政污泥制备氮硫双掺杂多孔炭材料的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1970431A1 (de) * 2007-03-13 2008-09-17 Loritus GmbH Vorrichtung und Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse
EP2130893A2 (de) * 2008-06-05 2009-12-09 TerraNova Energy GmbH & Co. KG Verfahren zum Herstellen von Kohle insbesondere von Kohleschlamm
EP2206688A1 (de) * 2008-12-16 2010-07-14 Suncoal Industries Gmbh Thermo-chemische Aufbereitung des Processwassers einer hydrothermalen Karbonisierung
WO2010097073A1 (de) * 2009-02-24 2010-09-02 Hydrocarb Gmbh & Co. Kg Verfahren zur gewinnung von rohstoff und energieträgern aus pflanzen und pflanzenresten
US20120168101A1 (en) * 2010-12-30 2012-07-05 Uop, Llc Process for reducing one or more insoluble solids in a black liquor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE414772C (de) * 1923-11-06 1926-03-30 Carl G Schwalbe Dr Verfahren zur Aufarbeitung von Sulfitzellstoffablauge
GB1346039A (en) * 1971-09-02 1974-02-06 Inst Zellstoff & Papier Process for working up sulphite waste liquors
DE102007056170A1 (de) * 2006-12-28 2008-11-06 Dominik Peus Semikontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Brennstoff aus Biomasse
TR201901643T4 (tr) * 2007-02-08 2019-02-21 Grenol Ip Gmbh Biyokütlelerin hidrotermal karbonizasyonu.
DE102008026991A1 (de) * 2008-06-05 2009-12-10 Marc Buttmann Verfahren zum Herstellen von Kohle insbesondere von Kohleschlamm
DE102010012613B4 (de) * 2010-03-24 2020-06-10 Antacor Ltd. Vorrichtung und Verwendung zur Behandlung von Fest-Flüssig-Gemischen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1970431A1 (de) * 2007-03-13 2008-09-17 Loritus GmbH Vorrichtung und Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse
EP2130893A2 (de) * 2008-06-05 2009-12-09 TerraNova Energy GmbH & Co. KG Verfahren zum Herstellen von Kohle insbesondere von Kohleschlamm
EP2206688A1 (de) * 2008-12-16 2010-07-14 Suncoal Industries Gmbh Thermo-chemische Aufbereitung des Processwassers einer hydrothermalen Karbonisierung
WO2010097073A1 (de) * 2009-02-24 2010-09-02 Hydrocarb Gmbh & Co. Kg Verfahren zur gewinnung von rohstoff und energieträgern aus pflanzen und pflanzenresten
US20120168101A1 (en) * 2010-12-30 2012-07-05 Uop, Llc Process for reducing one or more insoluble solids in a black liquor

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11306209B2 (en) 2015-11-21 2022-04-19 Suncoal Industries Gmbh Particulate carbon material producible from renewable raw materials and method for its production
US11312864B2 (en) 2015-11-21 2022-04-26 Suncoal Industries Gmbh Particulate carbon material producible from renewable raw materials and method for its production
US11639444B2 (en) 2015-11-21 2023-05-02 Suncoal Industries Gmbh Hydrothermal treatment of renewable raw material
CN107308811A (zh) * 2016-04-26 2017-11-03 西原环保工程(上海)有限公司 一种生物除臭填料及其制备方法
CN106744789A (zh) * 2016-11-14 2017-05-31 天津工业大学 一种利用木质素制备多孔炭以及在超级电容器中的应用
CN112209363A (zh) * 2019-07-10 2021-01-12 东北林业大学 一种以活性污泥为原料制备碳量子点的方法
CN110975803A (zh) * 2019-11-19 2020-04-10 南京工程学院 一种榴莲壳与氨氮废水共聚提质的方法
CN110975803B (zh) * 2019-11-19 2022-05-03 南京工程学院 一种榴莲壳与氨氮废水共聚提质的方法

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