WO2016074990A1 - Digestion and gasification of sludge occurring in a wastewater-treatment plant - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a process for the recovery of sewage sludge arising on a sewage treatment plant, wherein with the aid of at least one digester of the sewage treatment plant from at least a portion of the sewage sludge produced sewer gas, wherein at least a portion of the resulting digester gas is burned on site, and wherein at the combustion of the fermentation gas resulting heat and / or electrical energy is used at least partially on the sewage treatment plant.
  • digester gas which comprises different and at least partially combustible gas species (for example methane).
  • the digester gas can be incinerated by means of a combustion device, for example a combined heat and power plant (hereafter referred to as a cogeneration unit).
  • a combustion device for example a combined heat and power plant (hereafter referred to as a cogeneration unit).
  • the resulting waste heat can be supplied via a heat exchanger to a heat storage or a tagebe scanden unit of the sewage treatment plant to make good use of the waste heat can.
  • the power generated by the combustion device during combustion by means of a generator for sewage plant-internal processes can be used to also minimize the need for electrical external energy.
  • external energy sources such as oil or natural gas on site (in the context of the invention this means: on the sewage treatment plant) and the resulting To feed heat or the correspondingly generated electric power in the respective circuits of sewage treatment plants.
  • Object of the present invention is now to minimize the amount of necessary for the operation of the treatment plant external fuel.
  • the method is characterized by the following features:
  • the sewage sludge arising on the sewage treatment plant to a gasifier, in which the sewage sludge is partly converted into a combustible gas, which can then be thermally utilized with the aid of a corresponding combustion device. Since the gasification of sewage sludge due to its relatively low ash softening temperature and the high ash content procedurally complex and problematic, is proposed in the invention beyond at least a portion of the resulting sewage sludge on site and before being fed into the gasifier with at least one biogenic fuel (ie a fuel from renewable resources) to mix.
  • biogenic fuel ie a fuel from renewable resources
  • the biogenic fuel may, for example, be wood in the form of wood chips, wood briquettes, wood chips or, more preferably, wood pellets.
  • Other biogenic solid or liquid fuels eg straw or vegetable oil
  • the biogenic fuel should have a higher ash softening temperature than the thus mixed sewage sludge.
  • sewage sludge has an ash softening temperature which is generally lower than the gasification temperature that prevails during the gasification of the sewage sludge.
  • the ash liquefies therefore during the gasification.
  • the liquid ash in the form of a cohesive mass solidifies which causes disturbances in the subsequent gasification process.
  • the sewage sludge is supplied before the transfer to the carburetor, a biogenic fuel having a higher ash softening temperature than the sewage sludge to be recycled.
  • the ash content of the biogenic fuel should be lower than that of sewage sludge, as too high an ash content of the fuel mixture can lead to problems during gasification and in the subsequent gas purification.
  • the fuel mixture resulting from the mixing of the sewage sludge and the additional biogenic fuel is finally fed to a gasifier of the sewage treatment plant and partly converted into a combustible gas.
  • the resulting gas can in turn be burned on site, for example with a gas engine of the sewage treatment plant, wherein the heat generated during the combustion of the gas and / or electrical energy is also used at least partially on the sewage treatment plant.
  • the heat produced during combustion for drying the sewage sludge and / or the waste heat of the condensation line of the drying device for heating the sewage sludge and / or for digester heating.
  • the electrical current produced during the combustion can be used in a variety of ways on the sewage treatment plant, for example for the operation of corresponding control and regulating devices and / or the drying device.
  • the sewage treatment plant can be operated autonomously in the application of the method according to the invention except for the supply of biogenic fuel.
  • a combustible gas gas mixture of several gaseous components resulting from the gasification of the fuel mixture
  • ⁇ - ⁇ ash content of the sewage sludge of the fuel mixture (in% -mas based on the dry matter of the sewage sludge of the fuel mixture), TR-i: dry substance content of the sludge of the fuel mixture (in% -mas), m 2 : mass fraction of the biogenic fuel of the fuel mixture fed to the carburetor (in mass percentage (% -mas)),
  • a 2 ash content of the biogenic fuel of the fuel mixture (in% - mas based on the dry matter of the biogenic fuel of the fuel mixture),
  • TR 2 dry matter content of the biogenic fuel of the fuel mixture (in% -mas), wherein the mixing of sewage sludge and biogenic fuel is such that X an amount of max. 0.50% -mas, preferably an amount of max. 0.35% -mas, particularly preferably an amount of max. 0.30% mas.
  • the ash content should be determined in accordance with DIN EN 14775 "Solid biofuels - determination of the ash content" by a thermal treatment at 550 ⁇ 10 ° C.
  • the sewage sludge is at least as rich before the carburetor is charged a large amount of biogenic fuel is admixed so that the resulting fuel mixture has an ash content of at most 50% -max, preferably of at most 35% -max, more preferably of at most 30% -max that the maintenance of the carburetor is minimal.
  • the sewage sludge is dried before mixing with the biogenic fuel until its moisture content (ie its water content) is at most 30% -max, preferably at most 20% -max. preferably 10% -mas, is. While methods are also known, with the help of which quite moist goods can be converted into a combustible gas, it is procedurally advantageous to dry the sewage sludge until a defined residual moisture is reached. The drying of sewage sludge can, for example, with the help of a sewage treatment plant's own
  • the biogenic fuel should have a moisture content which is not higher than 30 Bornas, preferably not higher than 20% -max, more preferably not higher than 15% -max.
  • the sewage sludge (possibly after predrying) and the biogenic fuel mixed with it can also be dried to the desired moisture content after they have been mixed.
  • the sewage sludge is dewatered before mixing with the biogenic fuel with the aid of an HTC process until its moisture content is at most 40% -max, preferably at most 35% -max, particularly preferably 30% -max (HTC).
  • the dehydrated sewage sludge is usually heated to 180 ° C to 200 ° C and placed in a boiler at 20 bar to 25 bar under pressure, with the heat energy required for the heating of the Alternatively, however, it is also possible to dewater the sewage sludge before subsequent drying by means of screw presses or centrifuges (or otherwise), until it has a moisture content of about 18% -mas to 35% -mas.
  • the sewage sludge mixed with the biogenic fuel at least partly originates from the digester of the sewage treatment plant.
  • the sewage sludge is used in this case particularly comprehensive for energy production, since in addition to the combustible gas produced in the gasifier and the digester gas produced in the digester can be thermally converted and thus used energetically.
  • all of the sewage sludge supplied to the gasifier originates from the digester (s) of the treatment plant.
  • the sewage sludge originating from the digester is first dried before it is mixed with the biogenic fuel and fed to the gasifier in a further step.
  • the dried according to the above description sewage sludge locally using a compacting device to a com pacted bulk material, for example, to pellets, briquettes or granules, processed and then mixed with the biogenic fuel.
  • a compacting device to a com pacted bulk material, for example, to pellets, briquettes or granules, processed and then mixed with the biogenic fuel.
  • the biogenic fuel before mixing with the sewage sludge by means of a compacting device to a bulk material, for example, pellets, briquettes or granules processed.
  • the Kompak- tion of biogenic fuel which is z. B.
  • biogenic fuel eg., Wood pellets or wood briquettes
  • non-compacted, dried sewage sludge with non-compacted biogenic fuel on-site and mix using a wastewater treatment plant's own compacting equipment to process pellets, briquettes or granules and feed the carburetor.
  • the sewage sludge could also be mixed with a biogenic raw material, for example sawdust and / or sawdust, before the drying, and the mixture then dried and compacted.
  • the moisture content of the fuel mixture supplied to the carburetor is monitored and, if necessary, increased by the addition of a liquid.
  • the fuel mixture should have a defined moisture content or a moisture content within certain limits (ie water content in% -mas) in order to ensure the best possible gasification. If the moisture content of the fuel mixture, which can be monitored with the aid of one or more sensors, is too low, it is advantageous to increase the moisture content by adding a liquid.
  • the liquid may be, for example, water or an aqueous solution.
  • a so-called (acidic) scrubber which among other things serves to remove ammonia with the help of sulfuric acid from the exhaust air.
  • the resulting ammonium sulfate solution may eventually be added to the fuel mixture to increase its moisture content.
  • the fuel mixture and / or the individual fuels (dried sewage sludge, biogenic fuel) before or during the above Kom paktierung liquid is supplied if their moisture content is too low for the Konppaktiervorgang.
  • the above-mentioned (phenol-containing) condensate and / or the liquid can be used, which is obtained in the purification of the exhaust air of the drying device.
  • liquids mentioned above can be used individually or in any combination to humidify the air supplied to the gasifier during the gasification of the fuel mixture.
  • the ashes obtained in the gasifier during the gasification of the fuel mixture are cooled by heat removal and the heat dissipated in this case is also used at least partially on the sewage treatment plant.
  • the combustible gas leaving the gasifier during gasification may be cooled by heat removal before it is burned.
  • undesirable substances can be condensed and thus removed from the combustible gas, wherein the heat dissipated in this case can be supplied to other processes of the sewage treatment plant or the said heat storage.
  • the vapor produced during the drying of the sewage sludge or of the fuel mixture is condensed by heat removal and the heat removed during the condensation of the vapor is also used at least partially on the sewage treatment plant, if necessary after an intermediate storage in one or more heat accumulators becomes.
  • the heat produced during the combustion of the fermentation gas or of the combustible gas from the gasification is supplied to different heat accumulators in order subsequently to be able to use the heat energy again on the sewage treatment plant.
  • the heat of the exhaust gases produced during the respective combustion is supplied to a high-temperature heat accumulator (which may comprise, for example, a thermal oil as heat storage medium), while the heat dissipated from the respective cooling circuits of the combustion equipment used is supplied to a low-temperature accumulator (the For example, water used as a heat storage medium).
  • the cached in the individual heat storage heat can eventually serve to heat the sewage sludge in the digester (heat from the low-temperature heat storage) or the drying of sewage sludge (heat from the high-temperature heat storage).
  • Figure 1 is a schematic diagram of a section of a sewage treatment plant.
  • the sewage treatment plant operable in accordance with the present method comprises inter alia one or more digester 2 for the sewage sludge 1 arising on the sewage treatment plant.
  • the sewage sludge 1 is partially converted within the digester 2 and under exclusion of oxygen (anaerobic) in a biogas 3.
  • the digester gas 3 comprises a multiplicity of combustible gas types (eg methane), it can be thermally converted with the aid of a combustion device, for example a wastewater treatment plant CHP, wherein the feed of the digester gas 3 into the combustion device via a digester gas line. tion 16 takes place.
  • a combustion device for example a wastewater treatment plant CHP
  • the feed of the digester gas 3 into the combustion device via a digester gas line. tion 16 takes place.
  • electrical energy which can be fed via a power line 17 units of the wastewater treatment plant, such as a controller, the sewage sludge treatment and / or the drying device, or fed into the public grid.
  • waste heat which is supplied via corresponding heat carrier lines 18 and heat exchangers, not shown, one or more heat accumulators 14 and stored there for later use on the sewage treatment plant.
  • the present invention now also provides the sewage sludge obtained on the sewage treatment plant 1 either directly or after a digestion process in the digester 2 a carburetor 9 to convert the corresponding sewage sludge 1 partially into a combustible gas, which is also used for energy (eg. B. by means of a gas engine 12) can be burned.
  • a carburetor 9 to convert the corresponding sewage sludge 1 partially into a combustible gas, which is also used for energy (eg. B. by means of a gas engine 12) can be burned.
  • the invention proposes that the sewage sludge 1 before its gasification a biogenic fuel 4, preferably wood, admixed and then the resulting fuel mixture 5 is supplied to the carburetor 9.
  • the biogenic fuel 4 should have a lower ash content and a higher ash softening temperature than the sewage sludge 1 in order to obtain a fuel mixture 5 whose ash content is lower and whose ash softening temperature is higher than the corresponding characteristics of the sewage sludge 1.
  • the biogenic fuel 4 can be mixed with the sewage sludge 1 in different ways. While it is conceivable that the clarification Schlmm 1 undried to mix with the biogenic fuel 4 and only to subject the fuel mixture 5 to a drying, it is advantageous to first dry the sewage sludge 1 until its moisture content is at most 20% -max and only then with the dried biogenic fuel to mix.
  • FIG. 1 A procedural possibility is shown in FIG.
  • the sewage sludge 1 originating from the digester is first fed via a sewage sludge line 21 to a drying device (for example one, one or more conveyor belts 7 for the sewage sludge 1, belt drier 23) and dried there.
  • a drying device for example one, one or more conveyor belts 7 for the sewage sludge 1, belt drier 23
  • the dried sewage sludge 1 is fed to a compacting device 6, in which it z. B. to pellets, briquettes or specially shaped granules is processed, wherein the drying device and the compacting device 6, a buffer, such as a silo 24, may be interposed.
  • a buffer such as a silo 24, may be interposed.
  • the sewage sludge 1 is finally mixed with the aid of a fuel mixer 25 with the biogenic fuel 4, wherein the biogenic fuel 4 preferably before (on the sewage treatment plant or outside) was konnpaktiert and z. B. in the form of wood pellets and / or can be cached in a silo 24.
  • the fuel mixture 5 passes through a fuel line 20 in a carburetor 9, wherein previously a moistening of the fuel mixture 5 can be made if the moisture content is too low.
  • the moistening can be carried out, for example, by adding an ammonium sulfate solution which is obtained during the cleaning of the drying device leaving the drying device via an exhaust air line 8 in a so-called scrubber 22, the ammonium sulfate solution being fed via a corresponding moistening line 15. can be performed.
  • the humidification can also be carried out with phenol-containing condensate from the gas purification of the carburetor 9.
  • the gas leaving the carburetor 9 via a gas line 19 can finally in a suitable combustion device, for. B. a (Zündstrahl-) gas engine 12, to be burned to generate electricity and / or generate waste heat, which can be used either directly or under caching in one or more heat accumulators 14 on the sewage treatment plant to z.
  • B. sewage sludge 1 or to dry Since carburettor plants should always be operated at rated load for operational reasons, peak loads in the electricity or heat consumption can be covered by (not shown) natural gas-fired combined heat and power plants (with reciprocating engines or gas turbines).
  • FIG. 1 Prior to the combustion of the combustible gas is preferably still a filtering and / or a single or multi-stage cooling thereof to eliminate tars or other undesirable in the combustion of substances from the combustible gas.
  • a gas conditioning arrangement 1 1 which is placed between the gasifier 9 and the gas engine 12 serving as an example of a combustion device.
  • the heat removed from the combustible gas during gas conditioning 11 can finally be reused on site, it also being possible in this case for the heat initially to be supplied to a heat store 14 via corresponding heat carrier lines 18 and heat exchangers, not shown.
  • Figure 1 shows only a heat storage 14. Of course, several heat storage 14 may be present with different heat storage media, reference being made in this regard to the above description.

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Abstract

The invention relates to a method for making use of sludge (1) occurring in a wastewater-treatment plant, wherein, with the aid of at least one digestion tank (2) of the wastewater-treatment plant, digester gas (3) is generated from at least some of the sludge (1) occurring, wherein at least some of the digester gas (3) occurring is combusted on site, and wherein at least some of the heat and/or electrical energy resulting from the combustion of the digester gas (3) is utilized in the wastewater-treatment plant. The invention is distinguished in that at least some of the sludge (1) occurring is mixed on site with at least one biogenic fuel (4), preferably wood, in that the fuel mixture (5) made up of sludge (1) and biogenic fuel (4) is fed to a gasifier (9) of the wastewater-treatment plant, in that, with the aid of the gasifier (9), some of the fuel mixture (5) is converted into a combustible gas, and in that the gas is combusted on site, wherein it is likewise the case that at least some of the heat and/or electrical energy resulting from the combustion of the gas is utilized in the wastewater-treatment plant.

Description

FAULUNG UND VERGASUNG VON AUF EINER KLÄRANLAGE ANFALLENDEM KLÄRSCHLAMM  DRAINING AND GASIFICATION OF SEWAGE SLUDGE INVOLVED IN A WASTE WATER
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von auf einer Kläranlage anfallendem Klärschlamm, wobei mit Hilfe wenigstens eines Faulbehälters der Kläranlage aus wenigstens einem Teil des anfallenden Klärschlamms Faulgas erzeugt wird, wobei zumindest ein Teil des anfallenden Faulgases vor Ort verbrannt wird, und wobei die bei der Verbrennung des Faulgases entstehende Wärme und/oder elektrische Energie zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird. The present invention relates to a process for the recovery of sewage sludge arising on a sewage treatment plant, wherein with the aid of at least one digester of the sewage treatment plant from at least a portion of the sewage sludge produced sewer gas, wherein at least a portion of the resulting digester gas is burned on site, and wherein at the combustion of the fermentation gas resulting heat and / or electrical energy is used at least partially on the sewage treatment plant.
Auf Kläranlagen fällt regelmäßig eine nicht unbeachtliche Menge an Klärschlamm an, wobei im Rahmen der Erfindung unter dem Begriff Klärschlamm der bei der Abwasserbehandlung in Kläranlagen anfallende Schlamm zu verstehen ist. On sewage treatment plants regularly falls to a not inconsiderable amount of sewage sludge, which is to be understood in the context of the invention under the term sewage sludge resulting from the wastewater treatment in sewage treatment plants sludge.
Im Stand der Technik ist es bereits bekannt, derartige Klärschlämme in Faulbehältern (z. B. sogenannten Faultürmen) einem anaeroben Abbauprozess auszusetzen, bei dem ein Faulgas entsteht, das unterschiedliche und zumindest teilweise brennbare Gasarten (beispielsweise Methan) umfasst. Das Faulgas kann schließlich mit Hilfe einer Verbrennungseinrichtung, beispielsweise einem Blockheizkraftwerk (im Folgenden: BHKW) verbrannt werden. Die hierbei entstehende Abwärme kann über einen Wärmetauscher einem Wärmespeicher oder einer wärmebenötigenden Einheit der Kläranlage zugeführt werden, um die Abwärme sinnvoll nutzen zu können. Ebenso kann der von der Verbrennungseinrichtung während der Verbrennung mit Hilfe eines Generators erzeugte Strom für kläranlageninterne Vorgänge genutzt werden, um auch den Bedarf an elektrischer Fremdenergie möglichst gering zu halten. Da der Energiebedarf einer Kläranlage jedoch durch die beschriebenen Maßnahmen nicht vollständig gedeckt werden kann, ist es ebenso üblich, externe Energieträger, wie beispielsweise Öl oder Erdgas, vor Ort (im Rahmen der Erfindung heißt dies: auf der Kläranlage) zu verbrennen und die hierbei entstehende Wärme bzw. den entsprechend erzeugten elektrischen Strom in die jeweiligen Kreisläufe der Kläranlagen einzuspeisen. It is already known in the prior art to suspend such sewage sludge in digesters (eg so-called digestion towers) from an anaerobic degradation process in which a digester gas is produced which comprises different and at least partially combustible gas species (for example methane). Finally, the digester gas can be incinerated by means of a combustion device, for example a combined heat and power plant (hereafter referred to as a cogeneration unit). The resulting waste heat can be supplied via a heat exchanger to a heat storage or a wärmebenötigenden unit of the sewage treatment plant to make good use of the waste heat can. Likewise, the power generated by the combustion device during combustion by means of a generator for sewage plant-internal processes can be used to also minimize the need for electrical external energy. However, since the energy requirements of a sewage treatment plant can not be fully covered by the measures described, it is also common to burn external energy sources, such as oil or natural gas on site (in the context of the invention this means: on the sewage treatment plant) and the resulting To feed heat or the correspondingly generated electric power in the respective circuits of sewage treatment plants.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Menge des für den Betrieb der Kläranlage notwendigen externen Brennstoffs zu minimieren. Object of the present invention is now to minimize the amount of necessary for the operation of the treatment plant external fuel.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 . The object is achieved by a method having the features of claim 1.
Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren nun durch folgende Merkmale aus: According to the invention, the method is characterized by the following features:
Generell ist vorgesehen, den auf der Kläranlage anfallenden Klärschlamm zumindest zum Teil einem Vergaser zuzuführen, in dem der Klärschlamm teilweise in ein brennbares Gas überführt wird, das anschließend mit Hilfe einer entsprechenden Verbrennungseinrichtung thermisch verwertet werden kann. Da die Vergasung von Klärschlämmen aufgrund seiner relativ niedrigen Ascheerweichungstemperatur bzw. dem hohen Aschegehalt verfahrenstechnisch aufwändig und problematisch ist, wird im Rahmen der Erfindung darüber hinaus vorgeschlagen, zumindest einen Teil des anfallenden Klärschlamms vor Ort und vor der Zufuhr in den Vergaser mit zumindest einem biogenen Brennstoff (d. h. einem Brennstoff aus nachwachsenden Rohstoffen) zu vermischen. In general, it is provided to at least partially supply the sewage sludge arising on the sewage treatment plant to a gasifier, in which the sewage sludge is partly converted into a combustible gas, which can then be thermally utilized with the aid of a corresponding combustion device. Since the gasification of sewage sludge due to its relatively low ash softening temperature and the high ash content procedurally complex and problematic, is proposed in the invention beyond at least a portion of the resulting sewage sludge on site and before being fed into the gasifier with at least one biogenic fuel (ie a fuel from renewable resources) to mix.
Bei dem biogenen Brennstoff kann es sich beispielsweise um Holz in Form von Holzspäne, Holzbriketts, Hackschnitzel oder besonders bevorzugt um Holzpellets handeln. Auch andere biogene Fest- oder Flüssigbrennstoff (z. B. Stroh oder Pflanzenöl) können allein oder in Kombination mit Holz zum Ein- satz kommen, wobei der biogene Brennstoff eine höhere Ascheerweichungstemperatur aufweisen sollte als der damit vermischte Klärschlamm. The biogenic fuel may, for example, be wood in the form of wood chips, wood briquettes, wood chips or, more preferably, wood pellets. Other biogenic solid or liquid fuels (eg straw or vegetable oil) may also be used alone or in combination with wood. come, wherein the biogenic fuel should have a higher ash softening temperature than the thus mixed sewage sludge.
Hintergrund ist die Tatsache, dass Klärschlamm eine Ascheerweichungstemperatur besitzt, die in der Regel unter der bei der Vergasung des Klärschlamms vorliegenden Vergasungstemperatur liegt. Die Asche verflüssigt sich daher während der Vergasung. Kühlt sich die Asche schließlich wieder ab, so kommt es zu einem Erstarren der flüssigen Asche in Form einer zusammenhängenden Masse, die Störungen des nachfolgenden Vergasungsprozesses bewirkt. The background to this is the fact that sewage sludge has an ash softening temperature which is generally lower than the gasification temperature that prevails during the gasification of the sewage sludge. The ash liquefies therefore during the gasification. When the ash finally cools down, the liquid ash in the form of a cohesive mass solidifies which causes disturbances in the subsequent gasification process.
Um diesem Nachteil zu begegnen, ist nun in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass dem Klärschlamm vor der Übergabe in den Vergaser ein biogener Brennstoff zugeführt wird, der eine höhere Ascheerweichungstemperatur aufweist als der zu verwertende Klärschlamm. Darüber hinaus sollte auch der Aschegehalt des biogenen Brennstoffs geringer sein als der des Klärschlamms, da auch ein zu hoher Aschegehalt der Brennstoffmischung zu Problemen während der Vergasung und in der nachfolgenden Gasreinigung führen kann. In order to counteract this disadvantage, it is now provided in a development of the invention that the sewage sludge is supplied before the transfer to the carburetor, a biogenic fuel having a higher ash softening temperature than the sewage sludge to be recycled. In addition, the ash content of the biogenic fuel should be lower than that of sewage sludge, as too high an ash content of the fuel mixture can lead to problems during gasification and in the subsequent gas purification.
Die durch das Vermischen des Klärschlamms und des zusätzlichen biogenen Brennstoffs entstehende Brennstoffmischung wird schließlich einem Vergaser der Kläranlage zugeführt und zum Teil in ein brennbares Gas umgewandelt. Das entstehende Gas kann wiederum vor Ort, beispielsweise mit einem Gasmotor der Kläranlage, verbrannt werden, wobei die bei der Verbrennung des Gases entstehende Wärme und/oder elektrische Energie ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird. Beispielsweise wäre es denkbar, die bei der Verbrennung entstehende Wärme zur Trocknung des Klärschlamms und/oder die Abwärme der Kondensationslinie der Trocknungseinrichtung zur Anwärmung des Klärschlamms und/oder zur Faulbehälterbeheizung . Insbesondere wäre es also von Vorteil, zumindest einen Teil der Wärme einzusetzen, um den dem Vergaser zuzuführenden Klär- schlämm zu trocknen. Auch der bei der Verbrennung anfallende elektrische Strom kann auf der Kläranlage vielfältig, beispielsweise zum Betrieb entsprechender Steuer- und Regelvorrichtungen und/oder der Trocknungseinrichtung, verwendet werden. The fuel mixture resulting from the mixing of the sewage sludge and the additional biogenic fuel is finally fed to a gasifier of the sewage treatment plant and partly converted into a combustible gas. The resulting gas can in turn be burned on site, for example with a gas engine of the sewage treatment plant, wherein the heat generated during the combustion of the gas and / or electrical energy is also used at least partially on the sewage treatment plant. For example, it would be conceivable that the heat produced during combustion for drying the sewage sludge and / or the waste heat of the condensation line of the drying device for heating the sewage sludge and / or for digester heating. In particular, it would therefore be advantageous to use at least a portion of the heat in order to supply the clarifier to the gasifier. to dry. Also, the electrical current produced during the combustion can be used in a variety of ways on the sewage treatment plant, for example for the operation of corresponding control and regulating devices and / or the drying device.
Im Ergebnis kann die Kläranlage bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bis auf die Zufuhr des biogenen Brennstoffs autark betrieben werden. As a result, the sewage treatment plant can be operated autonomously in the application of the method according to the invention except for the supply of biogenic fuel.
Zusammenfassend sieht die Erfindung also vor, den auf einer Kläranlage anfallenden Klärschlamm mit wenigstens einem biogenen Brennstoff zu vermischen und die Brennstoffmischung zumindest teilweise in ein brennbares Gas (= Gasmischung aus mehreren gasförmigen Komponenten, die bei der Vergasung der Brennstoffmischung entsteht) zu überführen, welches anschließend direkt vor Ort thermisch verwertet werden kann. In summary, therefore, the invention provides for mixing the sewage sludge arising on a sewage treatment plant with at least one biogenic fuel and at least partially converting the fuel mixture into a combustible gas (= gas mixture of several gaseous components resulting from the gasification of the fuel mixture), which subsequently can be used thermally directly on site.
Vorteile bringt es in diesem Zusammenhang mit sich, wenn die dem Vergaser zugeführte Brennstoffmischung einen Aschegehalt A3 aufweist, der folgender Gleichung genügt: There are advantages in this context if the fuel mixture supplied to the gasifier has an ash content A 3 which satisfies the following equation:
A _ ml * Al * {TRl )+ m2 * A2 * {TR2 ) ^ x A _ m l * A l * {TR l ) + m 2 * A 2 * {TR 2 ) ^ x
3 ml * 7 ?! + m2 * TR2 wobei die einzelnen Größen wie folgt definiert sind: mi : Masseanteil des Klärschlamms der dem Vergaser zugeführten Brenn- stoffmischung (in Massen prozent (%-mas)), 3 m l * 7? ! + m 2 * TR 2 where the individual quantities are defined as follows: mi: mass fraction of the sewage sludge of the fuel mixture fed to the carburetor (in mass percent (% -mas)),
Α-ι : Aschegehalt des Klärschlamms der Brennstoffmischung (in %-mas bezogen auf die Trockensubstanz des Klärschlamms der Brennstoffmischung), TR-i : Trockensubstanzgehalt des Klärschlamms der Brennstoffmischung (in %-mas), m2: Masseanteil des biogenen Brennstoffs der dem Vergaser zugeführten Brennstoffmischung (in Massenprozent (%-mas)), Α-ι: ash content of the sewage sludge of the fuel mixture (in% -mas based on the dry matter of the sewage sludge of the fuel mixture), TR-i: dry substance content of the sludge of the fuel mixture (in% -mas), m 2 : mass fraction of the biogenic fuel of the fuel mixture fed to the carburetor (in mass percentage (% -mas)),
A2: Aschegehalt des biogenen Brennstoffs der Brennstoffmischung (in %- mas bezogen auf die Trockensubstanz des biogenen Brennstoffs der Brennstoffmischung), A 2 : ash content of the biogenic fuel of the fuel mixture (in% - mas based on the dry matter of the biogenic fuel of the fuel mixture),
TR2: Trockensubstanzgehalt des biogenen Brennstoffs der Brennstoffmischung (in %-mas), wobei das Vermischen aus Klärschlamm und biogenem Brennstoff derart erfolgt, dass X einen Betrag von max. 0,50 %-mas, bevorzugt einen Betrag von max. 0,35 %-mas, besonders bevorzugt einen Betrag von max. 0,30 %- mas, aufweist. TR 2 : dry matter content of the biogenic fuel of the fuel mixture (in% -mas), wherein the mixing of sewage sludge and biogenic fuel is such that X an amount of max. 0.50% -mas, preferably an amount of max. 0.35% -mas, particularly preferably an amount of max. 0.30% mas.
Der Aschegehalt sollte im Übrigen gemäß DIN EN 14775„Feste Biobrennstoffe- Bestimmung des Aschegehaltes" durch eine thermische Behandlung bei 550 +/- 10°C ermittelt werden. Mit anderen Worten ist es von Vorteil, wenn dem Klärschlamm vor der Beschickung des Vergasers wenigstens so viel biogener Brennstoff beigemischt wird, dass die resultierende Brennstoffmischung einen Aschegehalt von maximal 50 %-mas, bevorzugt von maximal 35 %-mas, besonders bevorzugt von maximal 30 %-mas, besitzt. Hierdurch kann ein möglichst problemloses Vergasen der Brennstoffmischung sichergestellt werden, so dass der Wartungsaufwand des Vergasers minimal ausfällt. Incidentally, the ash content should be determined in accordance with DIN EN 14775 "Solid biofuels - determination of the ash content" by a thermal treatment at 550 ± 10 ° C. In other words, it is advantageous if the sewage sludge is at least as rich before the carburetor is charged a large amount of biogenic fuel is admixed so that the resulting fuel mixture has an ash content of at most 50% -max, preferably of at most 35% -max, more preferably of at most 30% -max that the maintenance of the carburetor is minimal.
Auch ist es von Vorteil, wenn der Klärschlamm vor der Vermischung mit dem biogenen Brennstoff getrocknet wird, bis sein Feuchtegehalt (d. h. sein Wasseranteil) maximal 30 %-mas, bevorzugt maximal 20 %-mas, besonders be- vorzugt 10 %-mas, beträgt. Während zwar auch Verfahren bekannt sind, mit deren Hilfe sich recht feuchte Güter in ein brennbares Gas umwandeln lassen, ist es verfahrenstechnisch von Vorteil, den Klärschlamm bis zum Erreichen einer definierten Restfeuchte zu trocknen. Die Trocknung des Klärschlamms kann beispielsweise mit Hilfe eines kläranlageneigenen It is also advantageous if the sewage sludge is dried before mixing with the biogenic fuel until its moisture content (ie its water content) is at most 30% -max, preferably at most 20% -max. preferably 10% -mas, is. While methods are also known, with the help of which quite moist goods can be converted into a combustible gas, it is procedurally advantageous to dry the sewage sludge until a defined residual moisture is reached. The drying of sewage sludge can, for example, with the help of a sewage treatment plant's own
Bandtrockners erfolgen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf ein bestimmtes Trocknungsverfahren beschränkt ist. Auch der biogene Brennstoff sollte einen Feuchtegehalt aufweisen, der nicht höher als 30 Bornas, bevorzugt nicht höher als 20 %-mas, besonders bevorzugt nicht höher als 15 %-mas, beträgt. Generell ist es denkbar, auch den biogenen Brennstoff auf der Kläranlage nachzutrocknen, falls dessen Feuchtegehalt zu hoch ist. Auch können der Klärschlamm (eventuell nach einer Vortrocknung) und der mit diesem vermischte biogene Brennstoff nach ihrer Vermischung auf den gewünschten Feuchtegehalt getrocknet werden. Alternativ ist es auch denkbar, den biogenen Brennstoff oder auch die Brennstoffmischung zu befeuchten, bevor sie dem Vergaser zugeführt wird, falls der Feuchtegehalt des biogenen Brennstoffs bzw. der Brennstoffmischung unter einem definierten Grenzwert liegt. Belt driers carried out, wherein the inventive method is not limited to a particular drying process. Also, the biogenic fuel should have a moisture content which is not higher than 30 Bornas, preferably not higher than 20% -max, more preferably not higher than 15% -max. In general, it is also conceivable to post-dry the biogenic fuel on the sewage treatment plant if its moisture content is too high. The sewage sludge (possibly after predrying) and the biogenic fuel mixed with it can also be dried to the desired moisture content after they have been mixed. Alternatively, it is also conceivable to moisten the biogenic fuel or the fuel mixture before it is supplied to the gasifier, if the moisture content of the biogenic fuel or the fuel mixture is below a defined limit.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Klärschlamm vor der Vermischung mit dem biogenen Brennstoff mit Hilfe eines HTC-Verfahrens entwässert wird, bis sein Feuchtegehalt maximal 40 %-mas, bevorzugt maximal 35 %-mas, besonders bevorzugt 30 %-mas, beträgt (HTC steht für„hydrothermale Car- bonisierung"). Der entwässerte Klärschlamm wird dabei in der Regel auf 180 °C bis 200 °C erhitzt und in einem Kessel bei 20 bar bis 25 bar unter Druck gesetzt, wobei die für die Erwärmung notwendige Wärmeenergie von der Verbrennungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, mit deren Hilfe das Faulgas oder das bei der Vergasung entstehende brennbare Gas verbrannt wird. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, den Klärschlamm vor der nachfolgenden Trocknung mittels Schneckenpressen oder Zentrifugen (oder auf eine andere Weise) zu entwässern, bis er einen Feuchtegehalt von ca. 18 %-mas bis 35 %-mas aufweist. Auch ist es äußert vorteilhaft, wenn der mit dem biogenen Brennstoff vermischte Klärschlamm zumindest teilweise aus dem Faulbehälter der Kläranlage stammt. Der Klärschlamm wird in diesem Fall besonders umfassend zur Energieerzeugung genutzt, da neben dem im Vergaser erzeugten brennbaren Gas auch das im Faulbehälter entstehende Faulgas thermisch umgesetzt und damit energetisch genutzt werden kann. Vorzugsweise stammt der gesamte dem Vergaser zugeführte Klärschlamm aus dem oder den Faulbehältern) der Kläranlage. Zudem ist es von Vorteil, wenn der aus dem Faulbehälter stammende Klärschlamm zunächst getrocknet wird, bevor er mit dem biogenen Brennstoff vermischt und in einem weiteren Schritt dem Vergaser zugeführt wird. Likewise, it is advantageous if the sewage sludge is dewatered before mixing with the biogenic fuel with the aid of an HTC process until its moisture content is at most 40% -max, preferably at most 35% -max, particularly preferably 30% -max (HTC The dehydrated sewage sludge is usually heated to 180 ° C to 200 ° C and placed in a boiler at 20 bar to 25 bar under pressure, with the heat energy required for the heating of the Alternatively, however, it is also possible to dewater the sewage sludge before subsequent drying by means of screw presses or centrifuges (or otherwise), until it has a moisture content of about 18% -mas to 35% -mas. It is also extremely advantageous if the sewage sludge mixed with the biogenic fuel at least partly originates from the digester of the sewage treatment plant. The sewage sludge is used in this case particularly comprehensive for energy production, since in addition to the combustible gas produced in the gasifier and the digester gas produced in the digester can be thermally converted and thus used energetically. Preferably, all of the sewage sludge supplied to the gasifier originates from the digester (s) of the treatment plant. In addition, it is advantageous if the sewage sludge originating from the digester is first dried before it is mixed with the biogenic fuel and fed to the gasifier in a further step.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der gemäß obiger Beschreibung getrocknete Klärschlamm vor Ort mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung zu einem kom paktierten Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet und anschließend mit dem biogenen Brennstoff vermischt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Klärschlamm besonders leicht transportierbar und dosierbar ist. In diesem Zusammenhang ist es ebenso von Vorteil, wenn auch der biogene Brennstoff vor dem Vermischen mit dem Klärschlamm mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung zu einem Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet wird. Die Kompak- tierung des biogenen Brennstoffs, bei dem es sich z. B. um Sägemehl oder Sägespäne handeln kann, kann hierbei außerhalb der Kläranlage erfolgen, so dass die Kläranlage in diesem Fall bereits mit entsprechend kompaktier- tem biogenem Brennstoff (z. B. Holzpellets oder Holzbriketts) beliefert wird. Ebenso wäre es jedoch auch denkbar, die Kläranlage mit nicht kompaktier- tem biogenem Brennstoff zu beliefern und diesen vor Ort einer Kompaktiereinrichtung zuzuführen. Furthermore, it is advantageous if the dried according to the above description sewage sludge locally using a compacting device to a com pacted bulk material, for example, to pellets, briquettes or granules, processed and then mixed with the biogenic fuel. This has the advantage that the sewage sludge is particularly easy to transport and dose. In this context, it is also advantageous if the biogenic fuel before mixing with the sewage sludge by means of a compacting device to a bulk material, for example, pellets, briquettes or granules processed. The Kompak- tion of biogenic fuel, which is z. B. can be sawdust or sawdust, this can be done outside the sewage treatment plant, so that the treatment plant is already supplied in this case with appropriately compacted biogenic fuel (eg., Wood pellets or wood briquettes). However, it would also be conceivable to supply the sewage treatment plant with non-compacted biogenic fuel and to supply it locally to a compacting device.
Schließlich wäre es auch möglich, nicht-kompaktierten, getrockneten Klärschlamm mit nicht-kompaktiertem biogenen Brennstoff vor Ort zu mischen und die Mischung mit Hilfe einer kläranlageneigenen Kompaktiereinrichtung zu Pellets, Briketts oder Granulat zu verarbeiten und dem Vergaser zuzuführen. Auch könnte der Klärschlamm bereits vor der Trocknung mit einem bio- genen Rohstoff, beispielsweise Sägemehl und/oder Sägespäne, vermischt und die Mischung anschließend getrocknet und kompaktiert werden. Finally, it would also be possible to mix non-compacted, dried sewage sludge with non-compacted biogenic fuel on-site and mix using a wastewater treatment plant's own compacting equipment to process pellets, briquettes or granules and feed the carburetor. The sewage sludge could also be mixed with a biogenic raw material, for example sawdust and / or sawdust, before the drying, and the mixture then dried and compacted.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Feuchtegehalt der dem Vergaser zugeführten Brennstoffmischung überwacht und bei Bedarf durch Zugabe einer Flüssigkeit erhöht wird. Je nach Zusammensetzung sollte die Brennstoffmischung einen definierten bzw. einen innerhalb bestimmter Grenzen liegenden Feuchtegehalt (d. h. Wasseranteil in %-mas) aufweisen, um eine möglichst optimale Vergasung sicherzustellen. Ist der Feuchtegehalt der Brennstoffmischung, der mit Hilfe eines oder mehrerer Sensoren überwacht werden kann, zu niedrig, so ist es von Vorteil, den Feuchtegehalt durch Zugabe einer Flüssigkeit zu erhöhen. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Wasser oder eine wässrige Lösung handeln. Insbesondere ist es von Vorteil, die Flüssigkeit zum Befeuchten der Brennstoffmischung zu verwenden, die bei der Reinigung der Abluft der Trocknungseinrichtung anfällt, mit deren Hilfe der Klärschlamm vor der Kompaktierung getrocknet wird. In diesem Zusammenhang kann ein sogenannter (saurer) Wäscher zum Einsatz, der unter anderem dazu dient, Ammoniak mit Hilfe von Schwefelsäure aus der Abluft zu entfernen. Die hierbei entstehende Ammoniumsulfat-Lösung kann schließlich der Brennstoffmischung zugegeben werden, um deren Feuchtegehalt zu erhöhen. It is particularly advantageous if the moisture content of the fuel mixture supplied to the carburetor is monitored and, if necessary, increased by the addition of a liquid. Depending on the composition, the fuel mixture should have a defined moisture content or a moisture content within certain limits (ie water content in% -mas) in order to ensure the best possible gasification. If the moisture content of the fuel mixture, which can be monitored with the aid of one or more sensors, is too low, it is advantageous to increase the moisture content by adding a liquid. The liquid may be, for example, water or an aqueous solution. In particular, it is advantageous to use the liquid for wetting the fuel mixture, which is obtained in the purification of the exhaust air of the drying device, with the aid of which the sewage sludge is dried prior to compaction. In this context, a so-called (acidic) scrubber is used, which among other things serves to remove ammonia with the help of sulfuric acid from the exhaust air. The resulting ammonium sulfate solution may eventually be added to the fuel mixture to increase its moisture content.
Ebenso wäre es denkbar, den Feuchtegehalt der dem Vergaser zugeführten Brennstoffmischung durch Zugabe des Kondensats zu erhöhen, das anfällt, wenn das bei der Vergasung der Brennstoffmischung entstehende Gas zu Reinigungszwecken abgekühlt wird. Insbesondere handelt es sich hierbei um phenolhaltiges Kondensat, das üblicherweise separat entsorgt werden muss. It would also be conceivable to increase the moisture content of the fuel mixture supplied to the carburetor by adding the condensate which accumulates when the gas produced during the gasification of the fuel mixture is cooled for cleaning purposes. In particular, this is phenol-containing condensate, which usually has to be disposed of separately.
Ferner kann es von Vorteil sein, wenn der Brennstoffmischung und/oder den einzelnen Brennstoffen (getrockneter Klärschlamm, biogener Brennstoff) vor oder während der oben genannten Kom paktierung Flüssigkeit zugeführt wird, falls deren Feuchtgehalt für den Konnpaktiervorgang zu niedrig ist. Auch in diesem Zusammenhang kann das oben genannte (phenolhaltige) Kondensat und/oder die Flüssigkeit eingesetzt werden, die bei der Reinigung der Abluft der Trocknungseinrichtung anfällt. Furthermore, it may be advantageous if the fuel mixture and / or the individual fuels (dried sewage sludge, biogenic fuel) before or during the above Kom paktierung liquid is supplied if their moisture content is too low for the Konppaktiervorgang. Also in this context, the above-mentioned (phenol-containing) condensate and / or the liquid can be used, which is obtained in the purification of the exhaust air of the drying device.
Schließlich können die bisher genannten Flüssigkeiten einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet werden, um die Luft zu befeuchten, die dem Vergaser während der Vergasung der Brennstoffmischung zugeführt wird. Finally, the liquids mentioned above can be used individually or in any combination to humidify the air supplied to the gasifier during the gasification of the fuel mixture.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn die im Vergaser während der Vergasung der Brennstoffmischung anfallende Asche durch Wärmeabfuhr gekühlt wird und die hierbei abgeführte Wärme ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird. Auch kann das den Vergaser während der Vergasung verlassende brennbare Gas durch Wärmeabfuhr gekühlt werden, bevor es verbrannt wird. Hierdurch können unerwünschte Stoffe kondensiert und somit aus dem brennbaren Gas entfernt werden, wobei auch die hierbei abgeführte Wärme anderen Prozessen der Kläranlage oder dem genannten Wärmespeicher zugeführt werden kann. It is also advantageous if the ashes obtained in the gasifier during the gasification of the fuel mixture are cooled by heat removal and the heat dissipated in this case is also used at least partially on the sewage treatment plant. Also, the combustible gas leaving the gasifier during gasification may be cooled by heat removal before it is burned. As a result, undesirable substances can be condensed and thus removed from the combustible gas, wherein the heat dissipated in this case can be supplied to other processes of the sewage treatment plant or the said heat storage.
Auch ist es äußert vorteilhaft, wenn der beim Trocknen des Klärschlamms bzw. der Brennstoffmischung anfallenden Brüden durch Wärmeabfuhr kondensiert und die beim Kondensieren des Brüdens abgeführte Wärme ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage, bei Bedarf nach einer Zwischen- speicherung in einem oder mehreren Wärmespeichern, genutzt wird. Beispielsweise wäre es denkbar, die genannte Wärme über einen Wärmespeicher und/oder einen oder mehrere Wärmetauscher dem Faulbehälter zuzuführen, um den darin befindlichen Klärschlamm zu erwärmen und den Klärschlamm vor Eintritt in den Faulbehälter auf die notwendige Temperatur zu bringen. Schließlich ist es von Vorteil, wenn die beim Verbrennen des Faulgases bzw. des brennbaren Gases aus der Vergasung entstehende Wärme unterschiedlichen Wärmespeichern zugeführt wird, um die Wärmeenergie anschließend erneut auf der Kläranlage nutzen zu können. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Wärme der bei der jeweiligen Verbrennung entstehenden Abgase einem Hochtemperaturwärmespeicher zugeführt wird (der beispielsweise ein Thermoöl als Wärmespeichermedium umfassen kann), während die aus den jeweiligen Kühlkreisläufen der zum Einsatz kommenden Verbrennungseinrichtungen abgeführte Wärme einem Niedertemperaturspeicher zugeführt wird (der beispielsweise Wasser als Wärmespeichermedium verwendet). Die in den einzelnen Wärmespeichern zwischengespeicherte Wärme kann schließlich der Erwärmung des Klärschlamms in dem Faulbehälter (Wärme aus dem Niedertemperaturwärmespeicher) oder der Trocknung des Klärschlamms (Wärme aus dem Hochtemperaturwärmespeicher) dienen. It is also extremely advantageous if the vapor produced during the drying of the sewage sludge or of the fuel mixture is condensed by heat removal and the heat removed during the condensation of the vapor is also used at least partially on the sewage treatment plant, if necessary after an intermediate storage in one or more heat accumulators becomes. For example, it would be conceivable to supply said heat via a heat storage and / or one or more heat exchangers to the digester in order to heat the sewage sludge therein and to bring the sewage sludge to the necessary temperature before entering the digester. Finally, it is advantageous if the heat produced during the combustion of the fermentation gas or of the combustible gas from the gasification is supplied to different heat accumulators in order subsequently to be able to use the heat energy again on the sewage treatment plant. In particular, it is advantageous if the heat of the exhaust gases produced during the respective combustion is supplied to a high-temperature heat accumulator (which may comprise, for example, a thermal oil as heat storage medium), while the heat dissipated from the respective cooling circuits of the combustion equipment used is supplied to a low-temperature accumulator (the For example, water used as a heat storage medium). The cached in the individual heat storage heat can eventually serve to heat the sewage sludge in the digester (heat from the low-temperature heat storage) or the drying of sewage sludge (heat from the high-temperature heat storage).
Weitere Vorteile der Erfindung sind im Zusammenhang mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt: Further advantages of the invention are described in connection with the following embodiment. It shows:
Figur 1 eine schematische Prinzipskizze eines Ausschnitts einer Kläranlage. Figure 1 is a schematic diagram of a section of a sewage treatment plant.
Die gemäß dem vorliegenden Verfahren betreibbare Kläranlage, die ausschnittsweise und schematisch in Figur 1 gezeigt ist, umfasst unter anderem einen oder mehrere Faulbehälter 2 für den auf der Kläranlage anfallenden Klärschlamm 1 . Der Klärschlamm 1 wird innerhalb des Faulbehälters 2 teilweise und unter Sauerstoffausschluss (anaerob) in ein Faulgas 3 umgewandelt. The sewage treatment plant operable in accordance with the present method, which is shown fragmentarily and schematically in FIG. 1, comprises inter alia one or more digester 2 for the sewage sludge 1 arising on the sewage treatment plant. The sewage sludge 1 is partially converted within the digester 2 and under exclusion of oxygen (anaerobic) in a biogas 3.
Da das Faulgas 3 eine Vielzahl von brennbaren Gasarten (z. B. Methan) umfasst, kann es mit Hilfe einer Verbrennungseinrichtung, beispielsweise einem kläranlageneigenen BHKW 13, thermisch umgesetzt werden, wobei die Zufuhr des Faulgases 3 in die Verbrennungseinrichtung über eine Faulgaslei- tung 16 erfolgt. Durch die Verbrennung des Faulgases 3 entsteht schließlich (unter Zuhilfenahme eines Generators) elektrische Energie, die über eine Stromleitung 17 energiebedürftigen Einheiten der Kläranlage, beispielsweise einer Steuerung, der Klärschlammaufbereitung und/oder der Trocknungseinrichtung, zugeführt oder auch in das öffentliche Netz eingespeist werden kann. Since the digester gas 3 comprises a multiplicity of combustible gas types (eg methane), it can be thermally converted with the aid of a combustion device, for example a wastewater treatment plant CHP, wherein the feed of the digester gas 3 into the combustion device via a digester gas line. tion 16 takes place. By the combustion of the fermentation gas 3 finally arises (with the aid of a generator) electrical energy which can be fed via a power line 17 units of the wastewater treatment plant, such as a controller, the sewage sludge treatment and / or the drying device, or fed into the public grid.
Darüber hinaus entsteht bei der Verbrennung des Faulgases 3 Abwärme, die über entsprechende Wärmeträgerleitungen 18 und nicht gezeigten Wärmetauschern einem oder mehreren Wärmespeichern 14 zugeführt und dort für eine spätere Verwendung auf der Kläranlage zwischengespeichert werden kann. In addition, during the combustion of the fermentation gas 3 waste heat, which is supplied via corresponding heat carrier lines 18 and heat exchangers, not shown, one or more heat accumulators 14 and stored there for later use on the sewage treatment plant.
Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung nun zusätzlich vor, den auf der Kläranlage anfallenden Klärschlamm 1 entweder direkt oder nach einem Faulprozess im Faulbehälter 2 einem Vergaser 9 zuzuführen, um den entsprechenden Klärschlamm 1 teilweise in ein brennbares Gas umzuwandeln, das ebenfalls zur Energiegewinnung (z. B. mit Hilfe eines Gasmotors 12) verbrannt werden kann. In addition, the present invention now also provides the sewage sludge obtained on the sewage treatment plant 1 either directly or after a digestion process in the digester 2 a carburetor 9 to convert the corresponding sewage sludge 1 partially into a combustible gas, which is also used for energy (eg. B. by means of a gas engine 12) can be burned.
Da die Vergasung von Klärschlamm 1 allein jedoch mit diversen Problemen verbunden ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass dem Klärschlamm 1 vor dessen Vergasung ein biogener Brennstoff 4, vorzugsweise Holz, beigemischt und anschließend die resultierende Brennstoffmischung 5 dem Vergaser 9 zugeführt wird. Hierbei sollte der biogene Brennstoff 4 einen niedrigeren Aschegehalt und eine höhere Ascheerweichungstemperatur aufweisen als der Klärschlamm 1 , um eine Brennstoffmischung 5 zu erhalten, deren Aschegehalt niedriger und dessen Ascheerweichungstemperatur höher ist als die entsprechenden Kenngrößen des Klärschlamms 1 . However, since the gasification of sewage sludge 1 alone is associated with various problems, the invention proposes that the sewage sludge 1 before its gasification a biogenic fuel 4, preferably wood, admixed and then the resulting fuel mixture 5 is supplied to the carburetor 9. In this case, the biogenic fuel 4 should have a lower ash content and a higher ash softening temperature than the sewage sludge 1 in order to obtain a fuel mixture 5 whose ash content is lower and whose ash softening temperature is higher than the corresponding characteristics of the sewage sludge 1.
Grundsätzlich kann der biogene Brennstoff 4 mit dem Klärschlamm 1 auf unterschiedliche Weise gemischt werden. Während es denkbar ist, den Klär- schlämm 1 ungetrocknet mit dem biogenen Brennstoff 4 zu vermischen und erst die Brennstoffmischung 5 einer Trocknung zu unterziehen, ist es von Vorteil, den Klärschlamm 1 zunächst zu trocknen, bis sein Feuchtegehalt maximal 20 %-mas beträgt und erst dann mit dem getrockneten biogenen Brennstoff 4 zu vermischen. In principle, the biogenic fuel 4 can be mixed with the sewage sludge 1 in different ways. While it is conceivable that the clarification Schlmm 1 undried to mix with the biogenic fuel 4 and only to subject the fuel mixture 5 to a drying, it is advantageous to first dry the sewage sludge 1 until its moisture content is at most 20% -max and only then with the dried biogenic fuel to mix.
Eine verfahrenstechnische Möglichkeit ist in Figur 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der aus dem Faulturm stammende Klärschlamm 1 zunächst über eine Klärschlammleitung 21 einer Trocknungseinrichtung (beispielsweise einem, ein oder mehrere Förderbänder 7 für den Klärschlamm 1 aufweisenden, Bandtrockner 23) zugeführt und dort getrocknet wird. A procedural possibility is shown in FIG. In this exemplary embodiment, it is provided that the sewage sludge 1 originating from the digester is first fed via a sewage sludge line 21 to a drying device (for example one, one or more conveyor belts 7 for the sewage sludge 1, belt drier 23) and dried there.
Im Anschluss an den Trocknungsschritt wird der getrocknete Klärschlamm 1 einer Kompaktiereinrichtung 6 zugeführt, in der er z. B. zu Pellets, Briketts oder speziell geformten Granulaten verarbeitet wird, wobei der Trocknungseinrichtung und der Kompaktiereinrichtung 6 ein Zwischenspeicher, beispielsweise ein Silo 24, zwischengeschaltet sein kann. Following the drying step, the dried sewage sludge 1 is fed to a compacting device 6, in which it z. B. to pellets, briquettes or specially shaped granules is processed, wherein the drying device and the compacting device 6, a buffer, such as a silo 24, may be interposed.
Nach der Kompaktierung wird der Klärschlamm 1 schließlich mit Hilfe eines Brennstoffmischers 25 mit dem biogenen Brennstoff 4 vermischt, wobei auch der biogene Brennstoff 4 vorzugsweise zuvor (auf der Kläranlage oder außerhalb) konnpaktiert wurde und z. B. in Form von Holzpellets vorliegen und/oder in einem Silo 24 zwischengespeichert sein kann. After compaction, the sewage sludge 1 is finally mixed with the aid of a fuel mixer 25 with the biogenic fuel 4, wherein the biogenic fuel 4 preferably before (on the sewage treatment plant or outside) was konnpaktiert and z. B. in the form of wood pellets and / or can be cached in a silo 24.
Die Brennstoffmischung 5 gelangt über eine Brennstoffleitung 20 in einen Vergaser 9, wobei zuvor eine Befeuchtung der Brennstoffmischung 5 erfolgen kann, falls deren Feuchtegehalt zu gering ist. Die Befeuchtung kann beispielsweise durch Zugabe einer Ammoniumsulfat-Lösung erfolgen, die bei der Reinigung der die Trocknungseinrichtung über eine Abluftleitung 8 verlassenden Abluft in einem sogenannten Wäscher 22 anfällt, wobei die Ammoniumsulfat-Lösung über eine entsprechende Befeuchtungsleitung 15 zu- geführt werden kann. Wahlweise kann die Befeuchtung auch mit phenolhalti- gem Kondensat aus der Gasreinigung des Vergasers 9 erfolgen. The fuel mixture 5 passes through a fuel line 20 in a carburetor 9, wherein previously a moistening of the fuel mixture 5 can be made if the moisture content is too low. The moistening can be carried out, for example, by adding an ammonium sulfate solution which is obtained during the cleaning of the drying device leaving the drying device via an exhaust air line 8 in a so-called scrubber 22, the ammonium sulfate solution being fed via a corresponding moistening line 15. can be performed. Optionally, the humidification can also be carried out with phenol-containing condensate from the gas purification of the carburetor 9.
Im Vergaser 9 erfolgt ein teilweises Umwandeln der in der Brennstoffmischung 5 vorhandenen organischen Bestandteile in ein brennbares Gas, wobei die Biomassevergasung an sich bekannt ist und daher an dieser Stelle nicht näher erläutert wird. Das den Vergaser 9 über eine Gasleitung 19 verlassende Gas kann schließlich in einer geeigneten Verbrennungseinrichtung, z. B. einem (Zündstrahl-)Gasmotor 12, verbrannt werden, um hierbei Strom zu erzeugen und/oder Abwärme zu generieren, die entweder direkt oder unter Zwischenspeicherung in einem oder mehreren Wärmespeichern 14 auf der Kläranlage genutzt werden kann, um z. B. Klärschlamm 1 zu erwärmen oder zu trocknen. Da Vergaseranlagen aus betriebstechnischen Gründen immer bei Nennlast betrieben werden sollten, können Spitzenlasten im Strom- oder Wärmeverbrauch durch (nicht abgebildete) erdgasbefeuerte Blockheizkraftwerke (mit Hubkolbenmotoren oder Gasturbinen) abgedeckt werden. In the carburetor 9, a partial conversion of the present in the fuel mixture 5 organic constituents in a combustible gas, wherein the biomass gasification is known per se and therefore will not be explained in detail here. The gas leaving the carburetor 9 via a gas line 19 can finally in a suitable combustion device, for. B. a (Zündstrahl-) gas engine 12, to be burned to generate electricity and / or generate waste heat, which can be used either directly or under caching in one or more heat accumulators 14 on the sewage treatment plant to z. B. sewage sludge 1 or to dry. Since carburettor plants should always be operated at rated load for operational reasons, peak loads in the electricity or heat consumption can be covered by (not shown) natural gas-fired combined heat and power plants (with reciprocating engines or gas turbines).
Vor der Verbrennung des brennbaren Gases erfolgt vorzugsweise noch eine Filterung und/oder eine ein- oder mehrstufige Abkühlung desselben, um Teere oder andere bei der Verbrennung unerwünschte Stoffe aus dem brennbaren Gas auszuscheiden. Schematisch ist dies in Figur 1 durch eine Gaskon- ditionieranordnung 1 1 dargestellt, die zwischen dem Vergaser 9 und dem als Beispiel einer Verbrennungseinrichtung dienenden Gasmotor 12 platziert ist. Auch die dem brennbaren Gas während der Gaskonditionierung 1 1 entzogene Wärme kann schließlich vor Ort wiederverwendet werden, wobei auch in diesem Fall vorgesehen sein kann, die Wärme über entsprechende Wärmeträgerleitungen 18 und nicht gezeigte Wärmetauscher zunächst einem Wärmespeicher 14 zuzuführen. Gleiches gilt im Übrigen für die Wärme, die der beim Vergasen anfallenden Asche in einem eventuell vorhandenen Aschekühler entzogen 10 wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass Figur 1 lediglich einen Wärmespeicher 14 zeigt. Selbstverständlich können auch mehrere Wärmespeicher 14 mit unterschiedlichen Wärmespeichermedien vorhanden sein, wobei diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Prior to the combustion of the combustible gas is preferably still a filtering and / or a single or multi-stage cooling thereof to eliminate tars or other undesirable in the combustion of substances from the combustible gas. Schematically, this is illustrated in FIG. 1 by a gas conditioning arrangement 1 1 which is placed between the gasifier 9 and the gas engine 12 serving as an example of a combustion device. The heat removed from the combustible gas during gas conditioning 11 can finally be reused on site, it also being possible in this case for the heat initially to be supplied to a heat store 14 via corresponding heat carrier lines 18 and heat exchangers, not shown. Incidentally, the same applies to the heat that is extracted from the ashes obtained during gasification in a possibly existing ash cooler. In this context, it should be noted that Figure 1 shows only a heat storage 14. Of course, several heat storage 14 may be present with different heat storage media, reference being made in this regard to the above description.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine beliebige Kombination der beschriebenen Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Teilen der Beschreibung bzw. den Ansprüchen dargestellt und beschrieben sind. The present invention is not limited to the illustrated and described embodiments. Variations within the scope of the claims are also possible as any combination of the features described, even if they are shown and described in different parts of the description or the claims.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
1 . Klärschlamm 1 . sewage sludge
2. Faulbehälter  2. Digester
3. Faulgas  3. Digester gas
4. biogener Brennstoff  4. biogenic fuel
5. Brennstoffmischung  5. Fuel mixture
6. Kompaktiereinrichtung  6. compacting device
7. Förderband  7. Conveyor belt
8. Abluftleitung  8. exhaust duct
9. Vergaser  9. Carburetor
10. Aschekühler  10. Ash cooler
1 1 . Gaskonditionieranordnung  1 1. Gaskonditionieranordnung
12. Gasmotor  12. Gas engine
13. BHKW  13. CHP
14. Wärmespeicher  14. heat storage
15. Befeuchtungsleitung  15. Humidification line
16. Faulgasleitung  16. Digester gas line
17. Stromleitung  17. Power line
18. Wärmeträgerleitung  18. heat carrier line
19. Gasleitung  19. Gas line
20. Brennstoffleitung  20. Fuel line
21 . Klärschlammleitung  21. sewage sludge line
22. Wäscher  22. Scrubber
23. Bandtrockner  23. Belt dryer
24. Silo  24. silo
25. Brennstoffmischer  25. Fuel mixer

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1 . Verfahren zur Verwertung von auf einer Kläranlage anfallendem 1 . Process for the recovery of wastewater from a sewage treatment plant
Klärschlamm (1 ),  Sewage sludge (1),
- wobei mit Hilfe wenigstens eines Faulbehälters (2) der Kläranlage aus wenigstens einem Teil des anfallenden Klärschlamms (1 ) Faulgas (3) erzeugt wird,  - wherein with the aid of at least one digester (2) of the sewage treatment plant from at least a portion of the resulting sewage sludge (1) digester gas (3) is generated,
- wobei zumindest ein Teil des anfallenden Faulgases (3) vor Ort verbrannt wird, und  - Wherein at least a portion of the resulting digester gas (3) is burned on site, and
- wobei die bei der Verbrennung des Faulgases (3) entstehende Wärme und/oder elektrische Energie zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird,  wherein the heat and / or electrical energy produced during the combustion of the fermentation gas (3) is used at least partly on the sewage treatment plant,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
- dass zumindest ein Teil des anfallenden Klärschlamms (1 ) vor Ort mit zumindest einem biogenen Brennstoff (4), vorzugsweise Holz, vermischt wird,  - That at least a portion of the resulting sewage sludge (1) is mixed on site with at least one biogenic fuel (4), preferably wood,
- dass die Brennstoffmischung (5) aus Klärschlamm (1 ) und bioge- nem Brennstoff (4) einem Vergaser (9) der Kläranlage zugeführt wird,  that the fuel mixture (5) from sewage sludge (1) and biogenic fuel (4) is supplied to a gasifier (9) of the sewage treatment plant,
- dass mit Hilfe des Vergasers (9) ein Teil der Brennstoffmischung (5) in ein brennbares Gas umgewandelt wird, und  - That with the aid of the carburetor (9) a part of the fuel mixture (5) is converted into a combustible gas, and
- dass das Gas vor Ort verbrannt wird,  - that the gas is burned on site,
- wobei die bei der Verbrennung des Gases entstehende Wärme und/oder elektrische Energie ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird.  - Wherein the generated during the combustion of the gas heat and / or electrical energy is also used at least partially on the sewage treatment plant.
2. Verfahren gemäß dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, 2. Method according to the preceding claim, characterized in that
- dass der Klärschlamm (1 ) der dem Vergaser (9) zugeführten Brennstoffmischung (5) einen auf die Brennstoffmischung (5) bezogenen Masseanteil nrii, einen Aschegehalt Α-ι und einen Trockensub- stanzgehalt TRi aufweist, in that the sewage sludge (1) of the fuel mixture (5) supplied to the carburetor (9) has a mass fraction nrii, an ash content Α-1 and a dry matter content related to the fuel mixture (5). stamped content TRi,
- dass der biogene Brennstoff (4) der dem Vergaser (9) zugeführten Brennstoffmischung (5) einen auf die Brennstoffmischung (5) bezogenen Masseanteil m2, einen Aschegehalt A2 und einen Trockensubstanzgehalt TR2 aufweist, und - That the biogenic fuel (4) of the carburetor (9) supplied fuel mixture (5) has a relation to the fuel mixture (5) mass fraction m 2 , an ash content A 2 and a dry matter content TR 2 , and
- dass das Vermischen von Klärschlamm (1 ) und biogenem Brennstoff (4) derart erfolgt, dass die dem Vergaser (9) zugeführte Brenn- stoffmischung (5) einen Aschegehalt A3 aufweist, der folgender Gleichung genügt: ml * AL * {TRX ) + m2 * A2 * (TR2 ) in that the mixing of sewage sludge (1) and biogenic fuel (4) takes place in such a way that the fuel mixture (5) fed to the gasifier (9) has an ash content A 3 which satisfies the following equation: m l * A L * { TR X ) + m 2 * A 2 * (TR 2 )
< X  <X
ml * TRL + m2 * TR2 wobei X einen Betrag von max. 0,50 %-mas, bevorzugt einen Betrag von max. 0,35 %-mas, besonders bevorzugt einen Betrag von max. 0,30 %-mas, aufweist. m l * TR L + m 2 * TR 2 where X is an amount of max. 0.50% -mas, preferably an amount of max. 0.35% -mas, particularly preferably an amount of max. 0.30% sm.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm (1 ) vor der Vermischung mit dem biogenen Brennstoff (4) getrocknet wird, bis sein Feuchtegehalt maximal 30 %-mas, bevorzugt maximal 20 %-mas, besonders bevorzugt 10 %-mas, beträgt. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the sewage sludge (1) is dried before mixing with the biogenic fuel (4) until its moisture content is at most 30% -max, preferably at most 20% -max, particularly preferably 10% - mas, is.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm (1 ) vor der Vermischung mit dem biogenen Brennstoff (4) mit Hilfe eines HTC-Verfahrens entwässert wird, bis sein Feuchtegehalt maximal 40 %-mas, bevorzugt maximal 35 %-mas, besonders bevorzugt 30 %-mas, beträgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sewage sludge (1) is dehydrated before mixing with the biogenic fuel (4) by means of an HTC process until its moisture content is at most 40% -max, preferably at most 35% -mas , more preferably 30% -mas.
5. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem biogenen Brennstoff (4) vermisch- te Klärschlamm (1 ) zumindest teilweise aus dem Faulbehälter (2) der Kläranlage stammt. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mixed with the biogenic fuel (4) te sewage sludge (1) at least partially from the digester (2) of the sewage treatment plant comes.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß Anspruch 2 getrocknete Klärschlamm (1 ) vor Ort mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung (6) zu einem Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet und anschließend mit dem biogenen Brennstoff (4) vermischt wird, wobei vorzugsweise auch der biogene Brennstoff (4) vor dem Vermischen mit dem Klärschlamm (1 ), insbesondere vor Ort, mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung (6) zu einem kompaktierten Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet wird. 6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the dried according to claim 2 sewage sludge (1) on site by means of a compacting device (6) to a bulk material, for example, to pellets, briquettes or granules, processed and then with the biogenic fuel (4) is mixed, preferably also the biogenic fuel (4) prior to mixing with the sewage sludge (1), in particular on site, by means of a compacting device (6) to a compacted bulk material, for example to pellets, briquettes or granules , is processed.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der, vorzugsweise gemäß Anspruch 2 getrocknete, Klärschlamm (1 ) und der biogene Brennstoff (4) vermischt und die Brennstoffmischung (5), eventuell nach einem zwischengeschalteten Trocknungsschritt, vor Ort mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung (6) zu einem kompaktierten Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that, preferably dried according to claim 2, sewage sludge (1) and the biogenic fuel (4) mixed and the fuel mixture (5), possibly after an intermediate drying step, on site is processed by means of a compacting device (6) into a compacted bulk material, for example into pellets, briquettes or granules.
8. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtegehalt der dem Vergaser (9) zugeführten Brennstoffmischung (5) überwacht und bei Bedarf durch Zugabe einer Flüssigkeit erhöht wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the moisture content of the carburetor (9) supplied fuel mixture (5) is monitored and increased if necessary by adding a liquid.
9. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Vergaser (9) während der Vergasung der Brennstoffmischung (5) anfallende Asche durch Wärmeabfuhr gekühlt wird und/oder dass das den Vergaser (9) während der Vergasung verlassende brennbare Gas durch Wärmeabfuhr gekühlt wird, bevor es verbrannt wird, um unerwünschte Stoffe auszuschei- den, und dass die beim Abkühlen der Asche und/oder die beim Abkühlen des brennbaren Gases abgeführte Wärme ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the gasifier (9) during the gasification of the fuel mixture (5) resulting ash is cooled by heat dissipation and / or that the carburetor (9) during the gasification leaving combustible gas Heat removal is cooled before it is burned to eliminate unwanted substances. the, and that the heat dissipated during cooling of the ash and / or the heat dissipated during cooling of the combustible gas is also at least partially used on the sewage treatment plant.
10. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Trocknen des Klärschlamms (1 ) bzw. der Brennstoffmischung (5) anfallenden Brüden durch Wärmeabfuhr kondensiert und die beim Kondensieren des Brüdens abgeführte Wärme ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the drying of the sewage sludge (1) or the fuel mixture (5) resulting vapor condenses by heat dissipation and the heat dissipated in condensing the vapor heat is also used at least partially on the sewage treatment plant.
1 1 . Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das brennbare Gas mit Hilfe zumindest eines Blockheizkraftwerks verbrannt wird, wobei das Blockheizkraftwerk immer im Nennlastbereich betrieben wird, und wobei Spitzenlasten durch wenigstens ein erdgasbefeuertes Blockheizkraftwerk abgedeckt werden. 1 1. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the combustible gas is burned by means of at least one combined heat and power plant, wherein the cogeneration plant is always operated in the nominal load range, and wherein peak loads are covered by at least one natural gas-fired cogeneration plant.
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