WO2015176697A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung und verwendung von bioabfall, restmüll und deponiematerial von hausmülldeponien für biogasanlagen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur behandlung und verwendung von bioabfall, restmüll und deponiematerial von hausmülldeponien für biogasanlagen Download PDF

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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/20—Waste processing or separation

Definitions

  • the invention relates to a method for the treatment and use of biowaste, residual waste and landfill of landfills for biogas plants and sewage treatment plants and an apparatus for carrying out the
  • Biogas plants are used to produce biogas by fermenting energy crops, manure and other fermentable substances.
  • Corn cultivation itself is cost-intensive with sowing, harvesting, transport and storage and hazardous to groundwater.
  • Household waste also known as residual waste, contains a proportion of fermentable substances.
  • Wastewater especially municipal wastewater, also contains fermentable substances. These substances accumulate in the form of quasi-endless material flows.
  • the invention has for its object to bring together the aforementioned streams and so prepared that an easily transportable and easily fermentable substrate for biogas plants is created. This object is achieved by a method whose feature combination is shown in claim 1.
  • the substrate suspension obtained by the process is simple to produce, inexpensive and lowers the operating costs of the biogas plant.
  • the recovered substrate suspension can be adjusted to any concentration. Due to the continuous flow of domestic and organic waste on the one hand and municipal wastewater on the other hand, there is a guaranteed supply of biogas plants for supply and therefore greater planning security for the biogas plant operator.
  • the substrate is easy to ferment and offers a high biogas exploitation.
  • the remaining digestate is easy to compost.
  • the washed-out waste is fed to a biologically possible drying of thermal utilization.
  • Another advantage of the invention is that household waste can be used to carry out the process, which is stored in particular in old landfills. Thus, a dismantling of such landfills can be carried out with the production of biogas and recyclables.
  • the use of municipal sewage is further in areas of low rainfall
  • the wastewater otherwise flows untreated there.
  • Another advantage of this inventive solution is that the preparation of the substrate suspension can be done in a centrally located car wash, from which then the substrate suspension is transported in tankers to the individual biogas plants.
  • the washing system can be installed on the premises of waste disposal companies, because there are usually the material flows waste and sewage close together, which eliminates transport costs for these starting materials.
  • the plant can also be installed on the premises of a landfill. All this lowers the cost price considerably, which results in the generated
  • Substrate suspension is a low-cost substitute for energy crops, especially for corn.
  • the further advantages of a season-independent substrate delivery, the reduction of acreage for renewable raw materials and the harvest logistics and the elimination of a supply economy on the grounds of the biogas plant arise.
  • the washed residual waste is increased in its calorific value, facilitates the removal of recyclables, is easy to dry and then represents a specific substitute fuel, whereby an aligned power plant is additionally utilized.
  • a concentration of the fermentable constituents in the substrate suspension produced is achieved in that the substrate suspension is returned to the plant where it is combined with new waste batches.
  • This process step can be repeated several times, whereby the concentration of the fermentable constituents is controlled, step by step, increased.
  • the wastewater preferably the municipal wastewater, with a pump directly from a
  • the suspension produced by the process is also suitable for use in sewage treatment plants. This leads to lower operating costs through utilization and increased energy efficiency.
  • a device for carrying out the method, for which independent protection is claimed, the object is to bring in a continuous processing large amounts of waste with wastewater in contact and edit. This object is achieved with the features of claim 5.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of the washing device
  • FIG. 2 shows a schematic cross section along the line II-II through the washing device according to FIG. 1. Two at a distance from one another and parallel to one another
  • Foundation parts 1 have above horizontally oriented, facing U-shaped wheel guides 2, in which both sides wheels 3 are guided, which are each connected in pairs by support rods 4.
  • the support rods 4 carry an endless screen belt 5 under which they are arranged at regular intervals from each other.
  • the endless screen belt 5 is guided in a known manner via motor-driven deflection rollers 6a and 6b.
  • a waste feed hopper 9 is arranged near the deflection roller 6 a, which extends over a certain length of the wire belt and over the entire width of the wire belt 5.
  • a waste water supply chamber 10 which extends over a large length of the wire belt and over its width.
  • Wastewater supply chamber 10 opens up a sewer pipe 11 into it. Below the mouth of the sewer pipe 11, a distributor trough 12 is disposed from which a plurality of waste water distribution pipes 13 project downward, which are oriented spread apart in the longitudinal direction of the wire belt and across the width of the wire belt.
  • the shafts 15 are driven by a motor. On the shafts 15 are spaced blade elements
  • a substrate suspension collecting tray 17 extending over the length and width of this wire belt section is arranged under the upper run 7 of the wire belt 5, which is above the lower run
  • Trum 8 of the screen belt 5 is led out laterally and opens into a drain pipe 18.
  • the drainpipe 18 directs the substrate suspension into a catch basin 19, where it is collected prior to further use.
  • a delivery pipe 20 extends with pump 21 disposed therein upwards, the above the sewage supply space
  • waste water supply chamber 10 opens into the sewage pipe 11. If necessary, substrate suspension is conveyed back into the waste water supply space 10 by the delivery pipe 20 in order to increase the concentration of the suspension stepwise.
  • motor-driven garbage shredders 22 may be arranged with which the biowaste can be crushed if necessary before application to the wire 5. Another ahead general pretreatment of organic waste is not required. Notwithstanding the schematic drawing, in practice, the waste water supply chamber 10 is extended over the extending over a greater length of screen belt 5, so that the washing process can proceed optimally. Furthermore, the waste water supply space 10, the
  • the inner surface of the screen belt 5 at intervals from each other, not shown, movable
  • Sieloch-FreiIERlemente assigned to clear the clogged sieve holes again.
  • These may be mandrels that are moved in and out of the screen holes in unison with the movement of the wire. Such mandrels can protrude, for example, from the deflection rollers 6a and 6b through the wire 5 radially outward.
  • the biowaste for example household waste
  • the waste feed hopper 9 of the device which is thus placed on the filling section of the upper run 7 of the wire belt 5 after comminution.
  • the screen belt 5 transports the waste into the waste water supply space 10.
  • the waste is washed with the effluent from the distribution pipes 13 wastewater.
  • the waste recirculation elements 14 move the waste back and forth, for example, with different directions of rotation, as a result of which all soluble biological components of the waste come into contact with the wastewater and are washed out of the waste.
  • the resulting substrate suspension flows through the openings of the screen belt 5 down in a drip pan 17 and further into a catch basin 19.
  • the washed waste is dropped in the direction of movement of the screen belt 5 behind the waste water supply chamber 10 in the deflection of the screen belt on a conveyor belt 23.
  • the waste portion of the wire belt auxiliary devices of known type, such as a fan, to be arranged.
  • a conveyor belt 23 carries the washed waste into a drying device, not shown, whereupon the material can be supplied for energy recovery.

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  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft das Zusammenführen und Waschen von Bioabfall, wie Hausmüll, mit vorzugsweise kommunalem Abwasser, zwecks Herstellung einer vergärbaren Substratsuspension, die an Biogasanlagen als Ersatz für nachwachsende Rohstoffe dient und die mit Tankwagen ausgeliefert wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung und Verwendung von Bioabfall,
Restmüll und Deponiematerial von Hausmülldeponien für Biogasanlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und Verwendung von Bioabfall, Restmüll und Deponiematerial von Hausmülldeponien für Biogasanlagen und Kläranlagen und eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
Biogasanlagen dienen der Produktion von Biogas durch Vergärung von Energiepflanzen, Gülle und anderen vergärbaren Substanzen.
Hauptanteil der Energiepflanzen ist Mais, der für diese Verwendung auf großen landwirtschaftlichen Flächen angebaut wird. Dies führt zu einem Flächenverlust für den Anbau von Pflanzen für die menschliche Ernährung, wodurch diese Produktion trotz steigender Ernährungs-Nachfrage abnimmt, mit der Folge, dass die Kosten für Agrarprodukte kontinuierlich steigen. Der
Maisanbau selbst ist mit Aussaat, Ernte, Transport und Lagerung kostenintensiv und grundwassergefährdend.
Hausmüll, auch als Restmüll bezeichnet, enthält einen Anteil an vergärbaren Substanzen. Abwasser, insbesondere kommunales Abwasser, enthält gleichfalls vergärbare Substanzen. Diese Substanzen fallen in Form quasi endloser Stoffströme an.
|Bestätigungskopie| Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Stoffströme zusammenzuführen und so aufzubereiten, dass ein leicht transportables und leicht vergärbares Substrat für Biogasanlagen geschaffen wird. Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren gelöst, dessen Merkmalskombination im Patentanspruch 1 dargestellt ist.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein einfacher Weg aufgezeigt, mit dem den vorgenannten Stoffströmen die leicht vergärbaren Substanzen entnommen werden, um eine konzentrierbare Substratsuspension zu erhalten, die dann Biogasanlagen als Substitut für Energiepflanzen zugeführt werden kann.
Die mit dem Verfahren gewonnene Substratsuspension ist in der Herstellung einfach, kostengünstig und senkt die Betriebskosten der Biogasanlage. Der
Energiepflanzenanbau und damit der dafür erforderliche Flächenverbrauch können erheblich reduziert werden. Die gewonnene Substratsuspension kann auf eine beliebige Konzentration eingestellt werden. Wegen des nicht abreißenden Stroms von Haus- und Biomüll einerseits und kommunalem Abwasser andererseits, besteht für die Zulieferung an Biogasanlagen Liefersicherheit und daher eine höhere Planungssicherheit beim Biogasanlagenbetreiber. Das Substrat ist gut vergärbar und bietet eine hohe Biogasausbeutung. Der verbleibende Gärrest ist gut kompostierbar. Der ausgewaschene Müll wird nach einer auch biologisch möglichen Trocknung einer thermischen Verwertung zugeführt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Durchführung des Verfahrens auch Hausmüll verwendet werden kann, der insbesondere in alten Hausmülldeponien gelagert ist. Somit kann ein Rückbau derartiger Deponien unter Gewinnung von Biogas und Wertstoffen durchgeführt werden. Die Verwendung von kommunalem Abwasser ist weiter in Gebieten niedrigen Niederschlags von
Vorteil, weil das Abwasser dort sonst unbehandelt abfließt. Ein weiterer Vorteil dieser erfinderischen Lösung besteht darin, dass die Herstellung der Substratsuspension in einer zentral aufgestellten Waschanlage erfolgen kann, von der dann die Substratsuspension in Tankwagen zu den einzelnen Biogasanlagen transportiert wird. Mit weiterem Vorteil kann die Waschanlage auf dem Betriebsgelände von Abfallentsorgern aufgestellt werden, weil dort zumeist die Stoffströme Abfall und Abwasser dicht beieinander zur Verfügung stehen, wodurch für diese Ausgangsstoffe Transportkosten entfallen. Weiter kann die Anlage auch auf dem Betriebsgelände einer Mülldeponie aufgestellt werden. Das alles senkt die Gestehungskosten ganz erheblich, womit im Ergebnis die erzeugte
Substratsuspension ein kostengünstiges Substitut für Energiepflanzen, insbesondere für Mais, darstellt. Überdies ergeben sich die weiteren Vorteile einer saisonunabhängigen Substratanlieferung, der Reduzierung von Anbauflächen für nachwachsende Rohstoffe und der Erntelogistik und des Wegfalls einer Vorratswirtschaft auf dem Gelände der Biogasanlage.
Der gewaschene Restabfall ist in seinem Heizwert erhöht, erleichtert die Entnahme von Wertstoffen, ist leicht zu trocknen und stellt dann einen spezifischen Ersatzbrennstoff dar, wodurch ein darauf ausgerichtetes Kraftwerk zusätzlich ausgelastet wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Aufkonzentration der vergärbaren Bestandteile in der produzierten Substratsuspension dadurch erreicht, dass die Substratsuspension in die Anlage zurückgeführt wird und dort mit neuen Abfallchargen zusammengeführt wird. Dieser Verfahrensschritt kann mehrmals wiederholt werden, wodurch die Konzentration der vergärbaren Bestandteile kontrolliert, Schritt für Schritt, erhöht wird.
Gemäß anderen Weiterbildungen der Erfindung wird das Abwasser, vorzugsweise das kommunale Abwasser, mit einer Pumpe direkt aus einer
Abwasserleitung herausgehoben und der Waschanlage zugeführt. Nach einer weiteren Ausbildung kann der Abwasserstrom in der Abwasserleitung vor Entnahme des Abwassers kurzzeitig angestaut werden, um die Förderleistung der Pumpe zu gewährleisten. Durch das Anstauen wird der Abwasserfluss nicht gesperrt, sondern es entsteht vor der Staustufe lediglich eine höhere Abwassermasse.
Die nach dem Verfahren produzierte Suspension ist auch für den Einsatz in Kläranlagen geeignet. Das führt dort durch Auslastung und Steigerung der Energieeffizienz zur Senkung der Betriebskosten. Einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, für die auch selbstständiger Schutz beansprucht wird, liegt die Aufgabe zugrunde, in einer kontinuierlichen Bearbeitung große Abfallmengen mit Abwasser in Kontakt zu bringen und zu bearbeiten. Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Seitenansicht der Waschvorrichtung und
Fig. 2: einen schematischen Querschnitt längs der Linie II - II durch die Waschvorrichtung gemäß Fig. 1. Zwei in einem Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufende
Fundamentteile 1 weisen oben waagerecht ausgerichtete, einander zugekehrte U-förmige Radführungen 2 auf, in denen beidseitig Räder 3 geführt sind, die jeweils paarweise durch Tragstangen 4 miteinander verbunden sind. Die Tragstangen 4 tragen ein endloses Siebband 5 unter dem sie in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind. Das endlose Siebband 5 ist in bekannter Weise über motorgetriebene Umlenkrollen 6a und 6b geführt. Über dem oberen Trum 7 des Siebbandes 5 ist nahe der Umlenkrolle 6a ein Abfallzuführtrichter 9 angeordnet, der sich über eine bestimmte Länge des Siebbandes und über die ganze Breite des Siebbandes 5 erstreckt. In Laufrichtung des oberen Trums 7 befindet sich hinter dem Abfallzuführtrichter 9 ein Abwasser-Zuführraum 10, der sich über eine große Länge des Siebbandes und über dessen Breite erstreckt. In den
Abwasser-Zuführraum 10 mündet oben ein Abwasserrohr 11 hinein. Unter der Mündung des Abwasserrohrs 11 ist eine Verteilerwanne 12 angeordnet aus der nach unten eine Vielzahl von Abwasser-Verteilerrohren 13 herausragt, die in Längsrichtung des Siebbandes und über die Breite des Siebbandes auseinandergespreizt ausgerichtet sind.
In dem Abwasser-Zuführraum 10 sind dicht über dem oberen Trum 7 des Siebbandes 5 in gleichmäßigen Abständen voneinander Abfall- Umwälzelemente 14 angeordnet, deren Wellen 15 motorisch angetrieben werden. Auf den Wellen 15 sind in Abständen voneinander Schaufelelemente
16 radial vorstehend angeordnet.
Im Abwasser-Zuführraum 10 ist unter dem oberen Trum 7 des Siebbandes 5 eine sich über die Länge und Breite dieses Siebbandabschnittes erstreckende Substratsuspension-Auffangwanne 17 angeordnet, die über dem unteren
Trum 8 des Siebbandes 5 seitlich herausgeführt ist und in ein Abflussrohr 18 mündet. Das Abflussrohr 18 leitet die Substratsuspension in ein Auffangbecken 19, wo sie vor der weiteren Verwendung gesammelt wird. Aus dem Auffangbecken 19 erstreckt sich ein Förderrohr 20 mit darin angeordneter Pumpe 21 aufwärts, das oberhalb des Abwasser-Zuführraums
10 in das Abwasserrohr 11 mündet. Bei Bedarf wird durch das Förderrohr 20 Substratsuspension in den Abwasserzuführraum 10 zurückbefördert, um die Konzentration der Suspension schrittweise zu erhöhen. In dem Abfallzuführtrichter 9 können motorgetriebene Müllzerkleinerungseinrichtungen 22 angeordnet sein, mit denen der Bioabfall bei Bedarf vor dem Aufbringen auf das Siebband 5 zerkleinert werden kann. Eine weitere voraus erfolgende allgemeine Vorbehandlung des Biomülls ist nicht erforderlich. In Abweichung von der schematischen Zeichnung wird in der Praxis der Abwasser-Zuführraum 10 über das sich über eine größere Länge erstreckende Siebband 5 ausgedehnt ausgeführt, damit der Waschvorgang optimal ablaufen kann. Weiterhin werden der Abwasser-Zuführraum 10, das
Siebband 5 und die Substratsuspension-Auffangwanne 17 in einem geschlossenen Raum aufgestellt.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung können der Innenfläche des Siebbandes 5 in Abständen voneinander, nicht eingezeichnete, bewegliche
Siebloch-Freiräumelemente zugeordnet werden, die verstopfte Sieblöcher wieder freiräumen. Dies können Dorne sein, die im Gleichtakt mit der Bewegung des Siebbandes in die Sieblöcher hinein- und herausbewegt werden. Solche Dorne können beispielsweise von den Umlenkrollen 6a und 6b durch das Siebband 5 radial nach außen vorstehen.
Im Betrieb wird der Bioabfall, beispielsweise Hausmüll, in den Abfallzuführtrichter 9 der Vorrichtung eingegeben, der damit nach Zerkleinerung auf den Befüllungsabschnitt des oberen Trums 7 des Siebbandes 5 aufgelegt wird. Das Siebband 5 transportiert den Müll in den Abwasser-Zuführraum 10.
Hier wird der Abfall mit dem aus den Verteilerrohren 13 austretenden Abwasser gewaschen. Dabei bewegen die Abfall-Umwälzelemente 14 während des Waschvorganges den Abfall beispielsweise mit unterschiedlichen Drehrichtungen hin und her, wodurch alle löslichen biologischen Bestandteile des Abfalls mit dem Abwasser in Berührung kommen und aus dem Abfall ausgewaschen werden. Die sich dadurch bildende Substratsuspension fließt durch die Öffnungen des Siebbandes 5 abwärts in eine Auffangwanne 17 und weiter in ein Auffangbecken 19. Der ausgewaschene Abfallanteil wird in Bewegungsrichtung des Siebbands 5 hinter dem Abwasser-Zuführraum 10 im Umlenkbereich des Siebbandes auf ein Transportband 23 abgeworfen. Zur Unterstützung des Abwerfens des Abfallanteils vom Siebband könne Hilfsvorrichtungen bekannter Art, wie etwa ein Gebläse, angeordnet werden. Ein Transportband 23 befördert den gewaschenen Abfall in eine nicht dargestellte Trocknungseinrichtung, worauf das Material einer energetischen Verwertung zugeführt werden kann.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.

Claims

Patentansprüche
1, Verfahren zur Behandlung und Verwendung von Bioabfall, Restmüll und Deponiematerial von Hausmülldeponien für Biogasanlagen,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der Abfall in einer Vorrichtung mit Abwasser, insbesondere in Form von kommunalem Abwasser, zusammengeführt wird, zerkleinert wird und gewaschen und ausgelaugt wird,
dass die so gewonnenen, leicht vergärbaren Substanzen mit dem Abwasser eine pumpfähige Substratsuspension bilden, die vorzugsweise mit Tankwagen zu den Biogasanlagen transportiert wird,
und dass die verbleibende, feste Fraktion nach Trocknung einer thermischen Verwertung zugeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratsuspension zur Aufkonzentration in die Anlage zurückgeführt wird und so oft mit neuen Abfallchargen zusammengeführt wird, bis die Zielkonzentration erreicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hergestellte Substratsuspension in einem Tank gesammelt wird und aus diesem Tank zur Auslieferung herausgepumpt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser mit einer Pumpe aus einer nächstliegenden Abwasserleitung, vorzugsweise kommunalen Abwasserleitung, entnommen wird und der Vorrichtung zugeführt wird. Vorrichtung zum Waschen von Bioabfall, vorzugsweise Hausmüll, mit einem flüssigen Medium, wie kommunalem Abwasser, insbesondere nach dem
Verfahren der Ansprüche 1 bis 4,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h,
ein motorgetriebenes endloses Siebband (5),
eine über einem ersten Abschnitt des oberen Trums (7) des Siebbandes (5) angeordnete Abfall-Zuführeinrichtung (9),
eine über einem zweiten Abschnitt des oberen Trums (7) angeordnete Abwasser-Beaufschlagungseinrichtung (12, 13),
über dem zweiten Abschnitt des oberen Trums (7) des Siebbandes (5) nahe der Siebfläche motorgetriebene Abfall-Umwälzelemente (14),
eine sich unter dem oberen Trum (7) erstreckende Substratsuspension- Auffangwanne (17) und eine Restabfaii-Abwurfeinrichtung am Ende des Siebbandes (5).
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfallumwälzelemente (14) Rotationsbewegungen ausführen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfall- Umwälzelemente (14) an motorgetriebenen Wellen (15) angeordnet sind und radial abstehende Schaufelelemente (16) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenfläche des Siebbandes (5) Siebloch-Freiräumelemente zugeordnet sind, die im Gleichtakt mit der Bewegung des Siebbandes (5) in die Sieblöcher hinein- und herausbewegt werden.
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