WO2016142465A2 - Verfahren zur herstellung von konzentrierten, flüssigen bzw. pastösen substanzen aus huminstoffhaltigen, mehrkomponentigen rohstoffen unterschiedlicher herkunft - Google Patents

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    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
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    • C05F11/00—Other organic fertilisers
    • C05F11/02—Other organic fertilisers from peat, brown coal, and similar vegetable deposits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F7/00—Fertilisers from waste water, sewage sludge, sea slime, ooze or similar masses
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    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses

Definitions

  • the process is used to produce concentrated, liquid and pasty
  • Huminstoff ambiencen preparations such as water-soluble, surface-activated substances for use as humic fertilizers, as additives for biogas plants, humin growth stimulation, chemically resistant fillers for plastics, dyes, additives, cement additives, Bohrreagenzien, resulting from a synthesis of two or more substances of natural origin the group of Kaustobiolithe
  • sapropelites, humites and liptobiolites e.g., from sapropel, peat, charcoal, lignite, oil shale
  • fabrics e.g. Lignins, which are produced by magnetic, electromagnetic, ultrasonic or cavitation.
  • the process for producing humic-containing suspensions z, B from peat and / or digested sludge having enhanced biological effectiveness is based on the use of magnetic vortices, activation by implosions, including ultrasonic gas jet dispersion of the materials in an ultrasonic cavitation reactor.
  • the plant consists in its main components of a mixing tank with special access for the substances to be processed with the addition of water and a
  • Biogas plant is partially added to the incipient biogas process to fresh Inoculated substrate to be inoculated with the microorganisms, wherein the branched substrate is dehydrated before the new addition.
  • the object of the invention is a process for the preparation of concentrated, liquid or pasty substances from huminstoff Anlagenn, multi-component raw materials of different origin, such as. B. to provide digested sludge from freshwater lakes and to allow their use as fertilizer or as an additive for biogas plants.
  • the process for obtaining a concentrate of humic substance-containing substances includes sequential phases for compounding via processing, at least two or more separate types of raw materials of natural origin from the group of caustobiolites and / or other raw materials, such as freshwater lakes such as sapropel and / or peat, hard coal, lignite, oil shale, lignin, which are referred to in the following as chemical raw materials, to a coherent whole.
  • the processing consists in the fact that the raw materials, which are intended for the processing, are exempted before impurities, then the comminution takes place (on 2 to 200 microns), dry raw materials (peat, coal, lignite, oil shale, lignin) are mixed with water and stored in closed containers.
  • thermo-caustic container with stirrer or a thermo-vacuum container group a thermo-caustic container with stirrer or a thermo-vacuum container group.
  • thermo-vacuum tank or the group of tanks with mixer the formation of water-soluble salts of humic acid occurs due to the effects of one or more combined methods. This leads to the following reactions:
  • thermochemically various alkaline reagents, such as lithium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydrate, sodium pyrophosphate, potassium or ammonia-water solution, with hydrogen peroxide at temperatures of 40 ° to 100 ° C under normal and / or reduced pressure), physical (magnetic, electromagnetic , Cavitation, ultrasound), mechanical water extraction of active ingredients from the processed Materials.
  • the final process consists in neutralizing the basic component of the resulting substrate to a PH of pH 6-8 and filtering the finished product to obtain a water-soluble, humic-containing concentrate, depending on the properties of the raw materials used.
  • the final product is a concentrate of a water-soluble humic-containing preparation containing organic (humic and fatty acids, amino acids), mineral (macro and microelements) and vitamin groups.
  • the starting materials at least two) - natural sapropel, peat, coal, lignite, oil shale and lignin and their type of processing, it may be used as a water-soluble, surfactant, humic-containing fertilizer, humic Growth stimulants and fillers for chemically resistant plastics, dyes, additives for cement and drilling reagents.
  • Lignite and chemically produced raw materials such as lignins are listed below.
  • the lignin content in the mixtures of the individual raw materials is 5% to 90%.
  • humic substance containing preparations After the physiological activity of humic substance containing preparations, which on the The basis of mono-raw materials based on natural protein-cellulose-lignin raw materials are inferior in their effect on other humic-containing fertilizers because of the negligible content of biologically active substances and the absence of useful microflora.
  • Multi-component formulations based on them are recommended.
  • water-soluble surfactants fillers for chemically resistant plastics, dyes,
  • Cement additives, drilling reagents are produced.
  • the raw material peat and its compositions based on the protein-cellulose lignin-g nippe (coal, lignin, lignite), can be used advantageously for reclamation as a soil depot and as a mixture for decontamination.
  • the other group of raw materials of natural origin (sapropel) and to a lesser extent peat is the carbohydrate-lipid-protein group of humic substances characteristic.
  • sapropel raw materials are fundamentally different from the raw materials, such as peat, coal and lignin, which are basically cellulose and lignin.
  • the vegetable organisms of the seas, lakes and other waters do not contain lignin.
  • the yield of biogas, in particular of methane can be increased.
  • these additives can stabilize the biogenic processes in the bioreactor and thus harmful effects of changing substrates and the reaction process disturbing
  • trace elements such as iron, cobalt, nickel and zinc added.
  • trace elements are chemical elements that are necessary or at least conducive to optimal growth of the microorganisms.
  • biogas plants are added ion exchangers, such as zeolites and clay minerals. These reduce the concentration potentially more inhibitory or toxic
  • biogas plants can be added to microorganisms, for example in the form of hydrolytic cultures. This is intended to supplement the existing biocenosis by organisms that optimize the process
  • the invention provides that the bioreactor and thus the substrate to be fermented as additives, such as preferably natural digested sludge and / or Kaustobiolithe be added to increase the yield of biogas.
  • additives such as preferably natural digested sludge and / or Kaustobiolithe be added to increase the yield of biogas.
  • the additives that can be produced on a natural basis are in particular digested sludges from freshwater lakes, which are also called sapropels. Furthermore you can be produced on a natural basis.
  • Suitable additives are caustobiolites such as peat, lignite and hard coal.
  • peat is also used as an additive for
  • Biogas reactors in the context of the invention suitable.
  • the natural additive of organic origin supplied to the bioreactor stabilizes the reaction, to which in particular the important nutrients contained in the additive contribute to the bacterial cultures.
  • the additive also includes a large amount of anaerobic methane-forming organisms, such as thermophilic and heterotrophic bacteria, which activate the fermentation process and have a great influence on the efficiency of the biogas plants.
  • pathogens such as fungi and other negatively affecting the process substances in the substrate to be fermented, such as heavy metals and their salts, alkali and alkaline earth metals, ammonia, nitrates, chemically synthesized pesticides, fungicides, sulfides, organic solvents and antibiotics blocked.
  • the additives cause an increase in processing performance of animal waste and other organic waste. This also leads to a shortened
  • the digestate contains a wide range of nutrients, which higher plants for her
  • the digestate can be used as a feed additive or processed. With the removal of used as an additive in biogas plants digested sludge
  • Freshwater lakes with a nutrient oversupply may be counteracted by further eutrophication and thus sedimentation of the lakes. This can be done by the economic Use of the sludge also contribute to financing the rehabilitation of the lakes.
  • the removal of digested sludge secures the correspondingly endangered biotopes and is therefore ecologically advantageous. Further advantageous embodiments of the invention as additives for biogas plants are disclosed in the subclaims.
  • the additive is added in dried form, in particular as granules.
  • dried form especially sludge is added. Dried digested sludge can be transported cheaply.
  • the moisture of the substrate in the bioreactor can be reduced, which leads to an increase in the gas yield.
  • the specific fermentor volume can be reduced.
  • the use as granules has a high specific surface area, which leads to a rapid mixing with the substrate and thus the dissolution in the substrate and corresponding to a rapid unfolding of the beneficial effects of the additive.
  • the additive in granular form can be easily dosed and distributed in the bioreactor.
  • the additive is used with a concentration of 5-100% based on the organic dry matter.
  • the amount of additive used can be varied depending on the composition of the substrate and / or the availability of the additive or the substrate. For example, an exclusive biogas production from digested sludge or peat is possible.
  • clay minerals are additionally added to the substrate.
  • the clay minerals reduce the effect of inhibiting or toxic substrate constituents, such as heavy metals, antibiotics or fungi.
  • the addition is preferably carried out depending on the existing clay mineral content in the added
  • Additives such as digested sludge or peat.
  • the substrate is additionally added synthetically, biological substances, such as tailor-made microorganisms. These substances are added to the substrate in order to influence the fermentation, the biogas composition and / or the composition of the fermentation residue.
  • the electrical, electromagnetic and / or directed magnetic fields lead to an activation of the biogenic effects of the additive.
  • the action of the magnetic fields on the additive is preferably carried out immediately before the supply of the additive to the substrate.
  • water is added to the additive beforehand.
  • the invention relates to the use of sapropel, such as preferably natural digested sludge and caustobiolites.
  • Bioreactors preferably biogas reactors used in pasty and / or dried form. They are added to the reactors. With the addition, the
  • biogas plants for example, manure, grass or maize silage is fermented anaerobically in a bioreactor, also referred to as a fermentation tank, in order to obtain biogas in this way.
  • the substrate is fed to the bioreactor continuously or discontinuously.
  • the additive according to the invention here
  • the sludge is of natural origin and is preferably obtained from freshwater lakes. The lake is deprived of nutrients that benefit the biogas process.
  • the sludge contains in addition to the nutrients, such as proteins and Carbohydrates also include inorganic compounds and bacterial cultures. The supplied with the additive nutrients are used to provide additional care
  • Methane bacteria which cause fermentation of the biomass to methane.
  • the organic components of the additive are also fermented to methane.
  • the bacterial cultures supplied with the additive intensify and supplement the bacteria cultures present in the reactor and thus stabilize the fermentation process.
  • the digested sludge also contains mineral constituents such as nitrogen, phosphorus, potassium, silicon, magnesium, calcium, sulfur, boron, manganese, copper, zinc, iodine, selenium, cobalt, molybdenum, chromium and beryllium. These mineral constituents in particular have a positive effect on the use of the fermentation residue as fertilizer.
  • Clay minerals present in the digested sludge reduce the effect of inhibiting or toxic substrate constituents. If necessary, an addition of other clay minerals in
  • peat and / or other caustobiolites or sapropels or sapropelites may also be used in their combination as additives for the bioreactor.
  • the additives are preferably added in comminuted form to quickly develop their effect. By prior drying, the transport costs for the digested sludge can be reduced.
  • the additive To biologically activate the additive, it can be exposed to electrical, electromagnetic and / or directional magnetic fields.
  • the action of the magnetic fields can be provided by the arrangement of the corresponding devices also on the entire bioreactor.

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von konzentrierten, flüssigen bzw. pastösen Substanzen aus huminstoffhaltigen, mehrkomponentigen Rohstoffen unterschiedlicher Herkunft, wie z. B. aus Faulschlamm aus Süßwasser-Seen zu schaffen und deren Einsatz als Düngemittel bzw. als Zusatzmittel für Biogasanlagen zu ermöglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von flüssigen oder pastösen, huminstoffhaltigen Präparaten für verschiedene Anwendungen, wie wasserlösliche Tenside, Humus-Stimulanzien für das Pflanzenwachstum, Dünger, Füllstoffe für chemisch beständige Kunststoffe, Farbstoffe, Zementadditive, Bohr-Reagenzien, Zusatzstoff für Bioreaktoren durch thermo-chemische (alkalische Extraktion) und/oder physikalische (magnetische, elektromagnetische, Kavitation, Ultraschall) Behandlung oder ein kombiniertes Verfahren durch mechanische Einflussnahme verwenden huminstoffhaltige Ausgangsmaterialien mit mindest ein, zwei oder mehrere Arten von Rohstoffen natürlichen Ursprungs der Gruppe der Kaustobiolithe,Torf, Steinkohle, Braunkohle, Ölschiefer,Schlammablagerungen aus Süsswasserseen (Sapropel) und/oder Lignin.

Description

Verfahren zur Herstellung von konzentrierten, flüssigen bzw. pastösen Substanzen aus huminstoffhaltigen, mehrkomponentigen Rohstoffen unterschiedlicher Herkunft
Das Verfahren dient zur Herstellung von konzentrierten, flüssigen und pastösen
huminstoffhaltigen Präparaten, wie wasserlöslichen, oberflächenaktivierten Substanzen für den Einsatz als Huminstoffdüngemitteln, als Zusatzmittel für Biogasanlagen, Humin- Wachstumsstimulierung, chemisch beständigen Füllstoffen für Kunststoffe, Farbstoffe, Additive, Zementzusätze, Bohrreagenzien, entstanden aus einer Synthese aus zwei oder mehreren Stoffen sowohl natürlicher Herkunft aus der Gruppe der Kaustobiolithe
(Sapropelithe, Humite und Liptobiolithe, z.B. aus Sapropel, Torf, Kohle, Lignite, Ölschiefer), als auch von Stoffen, wie z.B. Lignine, welche mittels magnetischen, elektromagnetischen, Ultraschall- oder Kavitationsverfahren hergestellt werden.
Am nächsten zu dem neuen vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung von konzentrierten, flüssigen und pastösen huminstoffhaltigen Präparaten ist das Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Konzentrats aus zweikomponentigen Materialien natürlichen Ursprungs,
Faulschlamm und Torf, ohne Chemikalien, nach Patent DE 10 2012 100 315 A1. Das Verfahren zur Herstellung von huminstoffhaltigen Suspensionen z, B, aus Torf und/oder Faulschlamm mit einer erhöhten biologischen Wirksamkeit basiert auf einer Nutzung magnetischer Wirbel, Aktivierung durch Implosionen, einschließlich einer Ultraschall-Gas- Strahldispergierung der Stoffe in einem Ultraschall-Kavitations-Reaktor .
Die Anlage besteht in ihren Hauptbestandteilen aus einem Mischbehälter mit speziellen Zugängen für die zu bearbeitenden Stoffe unter Zugabe von Wasser und einem
anschließenden Kreislauf aus einem Behälter, einem akustischen Reaktor, einer verstellbaren Lavaldüse, einer Magnetrohranordnung und einem Einlaufrohr zurück zum Behälter .
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Herstellung des Konzentrats einen hohen Energieaufwand erfordert und die Herstellung des Endproduktes damit relativ hohe Kosten verursacht.
Aus der Schrift DE 2921918 AI ist bekannt, dass der ausgefaulte Schlamm aus der
Biogasanlage teilweise dem beginnenden Biogasprozess wieder zugesetzt wird, um das frisch zugeführte Substrat entsprechend mit den Mikroorganismen zu impfen, wobei das abgezweigte Substrat vor dem neuen Zufügen entwässert wird..
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von konzentrierten, flüssigen bzw. pastösen Substanzen aus huminstoffhaltigen, mehrkomponentigen Rohstoffen unterschiedlicher Herkunft, wie z. B. aus Faulschlamm aus Süßwasser-Seen zu schaffen und deren Einsatz als Düngemittel bzw. als Zusatzmittel für Biogasanlagen zu ermöglichen.
Das Verfahren zur Gewinnung eines Konzentrats von huminstoffhaltigen Substanzen beinhaltet sequenzielle Phasen zur Verbindung über die Verarbeitung, von mindestens zwei oder mehreren separaten Arten von Rohstoffen natürlichen Ursprungs aus der Gruppe von Kaustobiolithen und/oder anderen Rohstoffen , beispielsweise Faulschlamm aus Süßwasser- Seen, wie Sapropel und/oder Torf, Steinkohle, Braunkohle, Ölschiefer, Lignin, die in der weiteren Schrift als chemische Rohstoffe bezeichnet werden, zu einem kohärenten Ganzen.
Die Verarbeitung besteht darin, dass die Rohstoffe, welche zur Verarbeitung bestimmt sind, zuvor von Verunreinigungen befreit werden, danach erfolgt die Zerkleinerung (auf 2 bis 200 Mikrometer), trockene Rohstoffe (Torf, Kohle, Braunkohle, Ölschiefer, Lignine) werden mit Wasser vermischt und in geschlossenen Behältern gelagert.
Als nächstes wird jede Fraktion allein oder in Kombination mit anderen Fraktionen, welche vorbehandelt und homogenisiert wurden, mittels einer Pumpe oder mittels Unterdruck einem Thermovakuumbehälter mit Rührer oder einer Thermovakuumbehältergruppe zugeführt. In dem Thermovakuumbehälter bzw. -tank oder der Gruppe von Tanks mit Mischgerät erfolgt aufgrund der Auswirkungen einer / oder mehrerer kombinierter Methoden die Bildung von wasserlöslichen Salzen der Huminsäure. Dabei kommt es zu folgenden Reaktionen:
thermochemisch (verschiedene alkalischen Reagenzien, wie zum Beispiel Lithiumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumhydrat, Natriumpyrophosphat, Kalium oder Ammoniak- Wasser- Lösung, mit Wasserstoffperoxid bei Temperaturen von 40 ° bis 100 ° C unter normalem und/oder reduziertem Druck), physikalisch (magnetisch, elektromagnetisch, Kavitation, Ultraschall), mechanische Wasser-Extraktion von Wirkstoffen aus den verarbeiteten Materialien.
Der endgültige Prozess besteht in der Neutralisierung der basischen Komponente des erhaltenen Substrates auf einen PH- Wert von PH 6 bis 8 und einer Filtrierung des fertigen Produktes mit dem Erhalt eines wasserlöslichen, huminstoffhaltigen Konzentrates, abhängig von den Eigenschaften der verwendeten Rohstoffe.
Das Endprodukt ist ein Konzentrat eines wasserlöslichen huminstoffhaltigen Präparates, welches organische (Humin- und Fulvorsäuren, Aminosäuren), mineralische (Makro- und Mikroelemente) und Vitamin-Gruppen enthält.
Abhängig von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Ausgangsstoffe (mindestens zwei) - natürliches Sapropel, Torf, Kohle, Braunkohle, Ölschiefer und chemische Grundstoffe (Lignin) und deren Art der Verarbeitung, kann es als eine wasserlösliche, oberflächenaktive Substanz, huminstoffhaltiges Düngemittel, Humin- Wachstums-Stimulanzien und Füllstoffe für chemisch beständige Kunststoffe, Farbstoffe, Additive für Zement und Bohr-Reagenzien, angewendet werden.
Möglichkeiten und prozentuale Mischungsverhältnisse der Rohstoffe natürlichen Ursprungs, wie Schlick- Sedimente von Süßwasser-Seen (Sapropel), Torf, Kohle, Lignite, Schieferöl,
Braunkohle und chemisch erzeugter Rohstoffe, wie Lignine werden anschließend aufgeführt.
1. Inhalt der Zweistoff- Konzentrate, gewonnen aus Rohstoffen in den Proportionen der einzelnen Stoffe von 5 % bis 90 %:
1.1. Torf und Sapropel
1.2. Torf und Lignin
1.3. Torf und Steinkohle
1.4. Torf und Braunkohle
1.5. Torf und Ölschiefer
1.6. S aprop el und Lignin
1.7. S aprop el und Braunkohle
1.8. S aprop el und Steinkohle Sowie alle anderen zweiteiligen-Kombinationen von Sapropel, Torf, Kohle, Braunkohle, Ölschiefer, Steinkohle und Ligninen
2. Inhalt der Dreistoff- Konzentrate gewonnenen aus Rohstoffen in den Proportionen der einzelnen Rohstoff von 5 % bis 90 %:
2.1. Sapropel , Torf, Lignine
2.2 Sapropel. Torf, Steinkohle
2.3. Sapropel, Torf, Braunkohle
2.4. Sapropel, Torf, Ölschiefer
Sowie alle anderen dreikomponentigen Kombinationen aus Sapropel, Torf, Lignite, Braunkohle, Ölschiefer, Steinkohle, Ligninen.
3. Polysto ff- Konzentrate in verschiedenen Kombinationen von Rohstoffen natürlichen Ursprungs, wie Schlick- Sedimente von Süßwasser-Seen (Sapropel), Torf, Kohle, Lignin, Ölschiefer und chemische Rohstoffe. Der Lignin- Anteil beträgt in den Mischungen der einzelnen Rohstoffe 5 % bis 90 %.
Der Nachteil der Verwendung von nur einer Art von Rohmaterial zur Erlangung von huminstoffhaltigen Präparaten für die verschiedenen möglichen Richtungen ihrer Nutzung, ist die qualitative und quantitative Inhomogenität und Wirkrichtung dieser Präparate abhängig von der Art der enthaltenen Humin-Stoffe.
Ein Mangel bei der Nutzung nur einer Art des Rohstoffs für das Erhalten huminstoffhaltiger Präparate für verschiedene mögliche Richtungen ihrer Nutzung ist die qualitative und quantitative Ungleichartigkeit und Unverträglichkeit der Wirkung solcher Präparate je nach dem Ursprung der Grundstoffe.
Zum Beispiel ist bei Stein- und Braunkohle, Lignite, Ölschiefer und Torf als Rohstoff beim Erhalt von huminstoffhaltigen Präparaten zusätzlich Eiweiss-Zellulose-Lignin als Grundstoff einsetzbar, der die huminstoffhaltigen Endpräparate aufwertet.
Nach der physiologischen Aktivität von huminstoffhaltigen Präparaten, welche auf der Grundlage von Monorohstoffen auf Basis von Eiweiss-Zellulose-Lignin- Grundstoffen aus der Natur hergestellt werden, fallen in der Wirkung gegenüber anderen huminstoffhaltigen Düngern wegen des unbedeutenden Inhalts biologisch aktiver Stoffe und der Abwesenheit der nützlichen Mikroflora schlechter auf.
Ein gemeinsamer Mangel, welcher den verschiedenen Arten des Rohstoffs der Eiweiss- Zellulose-Lignin-Gruppe eigen ist, ist dass aus ihnen hergestellte huminstoffhaltige Stoffe chemischen Einwirkungen unterzogen wurden. Das führt zur Modifikation und Hydrolyse ihrer polymeren Moleküle, welches entscheidend die Qualität der Präparate verringert.
Außerdem ist bei Herstellung dieser Einkomponenten-Stoffe die Menge des daraus erzeugten Produktes relativ gering und die Wirkung begrenzt, da in seinen Inhalt tatsächlich nur Humus (Humin- und Fulvosäure ) vorhanden sind.
In Produkten aus den Rohstoffen der Eiweiss-Zellulose-Lignin-Gruppe der Natur fehlen die Aminosäuren, Aminozucker , Kohlenhydrate, Carotine, Eiweiße und Fettstoffe vollständig.
Eine positive Wirkung wird bei der Verwendung von Mehrkomponenten-Rezepturen beobachtet, dies gilt sowohl für die nativen Stoffe als auch für die Verwendung in Verbindung mit mineralischem. Dünger. Ihre Verwendung ist auch geeignet für das Verfahren, zur
Verbesserung der qualitativen Zusammensetzung der organische Bodensubstanz.
Die Verwendung von Mehrkomponenten-Rezepturen hat einen, positiven. Effekt auf die Produktion von organischem Dünger (Kompost), womit die Qualität der organischen.
Substanz, die wiederum einen positiven Effekt auf organischer Substanz in Böden ausübt, entscheidend verbessert wird.
Angesichts der Verfügbarkeit von massenhaften Rohmaterialien, wie Steinkohle, Braunkohle, Ölschiefer und Lignine, ist ihre Verwendung als Rohstoff für Mono- und
Mehrkomponenten-Rezepturen auf ihnen basierend empfehlenswert. So können daraus wasserlösliche Tenside, Füllstoffe für chemisch beständige Kunststoffe, Farbstoffe,
Zementadditive, Bohr-Reagenzien hergestellt werden. Der Rohstoff Torf und dessen Zusammensetzungen auf Basis der Eiweiß-Zellulose-Lignin- G nippe (Kohle, Lignin, Lignit), kann vorteilhafterweise zur Rekultivierung als Bodendepot und als Mischung für die Dekontamination verwendet werden. Der anderen Gruppe von Rohstoffen natürlichen Ursprungs (Sapropel) und zu einem geringeren Grad Torf ist die Kohlenhydrat-Lipid-Protein-Gruppe von Huminstoffen charakteristisch.
Faulschlamm als Grundmaterial der Kohlenhydrat-Lipid-Protein-Gruppe, enthält
Aminosäuren, Proteine, Kohlenhydrate, Lipide, organische Säuren, Alkohole, Harze, Carotin. Es enthält auch Verbindungen von Calcium, Silizium, Phosphor, Eisen, Schwefel, essentielle Spurenelemente, wie Kupfer, Zink, Barium, Titan.
Diese Sapropel-Rohstoffe unterscheiden sich grundlegend von den Bodenrohstoffen, wie Torf, Kohle und Lignin, deren Ursprung im Grunde Zellulose und Lignin sind. Die pflanzlichen Organismen der Meere, Seen und andere Gewässer enthalten kein Lignin.
Aus diesem Grund ist auch die Verwendung von Präparaten aus Faulschlamm abgeleitet, weiterhin als huminstoffhaltiges Düngemittel, Pflanzenwachstumsregulatoren, flüssige Nahrungsergänzungsmittel, Aktivatoren von nützlichen Bodenbakterien zu dienen. Ihre biologische Wirkung ist zwei- bis dreimal höher als bei ähnlichen Produkten aus Torf, Kohle, Schieferöl, Lignin usw.
Durch den Zusatz von vorzugsweise Faulschlamm (Sapropel) oder Kaustobiolithen, wie vorzugsweise Sapropelith, also sedimetiertes, silikatisches Gestein, aber chemisch verwittert, kann die Ausbeute von Biogas, insbesondere von Methan, erhöht werden. Zugleich können diese Zusatzmittel die biogenen Vorgänge im Bioreaktor stabilisieren und so schädliche Auswirkungen wechselnder Substrate und den Reaktionsverlauf störende
Substratkomponenten oder Substratbeimengungen kompensieren. Durch diese Zusatzmittel kann die Bioreaktion schneller und mit größerer Ausbeute ablaufen. Zusatzmittel für Bioreaktoren, insbesondere für Biogasanlagen, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Um die Ausbeute von Biogasanlagen zu erhöhen, werden diesen Anlagen den Verlauf der Bioreaktion verbessernde Gärhilfsstoffe zugesetzt.
Als Gärhilfsstoffe werden in Biogasanlagen zum einen Spurenelemente, wie beispielsweise Eisen, Kobalt, Nickel und Zink zugesetzt. Diese Spurenelemente sind chemische Elemente, die für ein optimales Wachstum der Mikroorganismen notwendig oder zumindest förderlich sind.
Weiterhin werden Biogasanlagen Ionentauscher, wie Zeolithe und Tonminerale zugesetzt. Diese vermindern die Konzentration potenziell hemmender bzw. toxischer
Fermenterinhaltsstoffe. Ebenso können Biogasanlagen Mikroorganismen, beispielsweise in Form von hydrolytischen Kulturen, zugesetzt werden. Damit soll eine Ergänzung der vorhandenen Biozönose um Organismen, die eine Optimierung des Prozesses
(Geschwindigkeit, Stabilität) bewirken bzw. eine schnellere Anpassung an neue
Substratzusammensetzungen oder veränderte Randbedingungen ermöglichen.
Weiterhin ist bekannt, dass dem Substrat Enzyme, wie zum Beispiel Cellulase, Amylase, Protease, Xylanase zugesetzt werden. Die Enzyme spalten Polymere und verbessern dadurch die Suspensionseigenschaften, erhöhen die Abbaugeschwindigkeit und unterstützen die mikrobielle Aktivität. Die Erfindung sieht vor, dass dem Bioreaktor und somit dem zu vergärenden Substrat als Zusatzmittel, wie vorzugsweise natürlicher Faulschlamm und/oder Kaustobiolithe zugesetzt werden, um die Ausbeute von Biogas zu erhöhen. Gleichzeitig soll der biochemische Prozess damit stabilisiert und beschleunigt werden, Die auf natürlicher Basis herstellbaren Zusatzmittel sind insbesondere Faulschlämme aus Süßwasserseen, die auch als Sapropel bezeichnet werden. Des Weiteren können
Faulschlämme auch als sedimentierte und versteinerte Faulschlämme, sogenannte
Sapropelithe, zum Einsatz kommen. Weitere geeignete Zusatzstoffe sind Kaustobiolithe wie Torf, Braunkohle und Steinkohle. Insbesondere ist Torf ebenso als Zusatzmittel für
Biogasreaktoren im Sinne der Erfindung geeignet. Durch die dem Bioreaktor zugeführten natürlichen Zusatzmittel organischen Ursprungs kommt es zu einer Stabilisierung der Reaktion, zu der insbesondere die im Zusatzstoff enthaltenen wichtigen Nährstoffe für die Bakterienkulturen beitragen. Das Zusatzmittel umfasst dabei auch eine große Menge von anaeroben methanbildenden Organismen, wie thermophilen und heterotrophen Bakterien, welche den Prozess der Gärung aktivieren und großen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Biogasanlagen haben. Zudem werden durch das Zusatzmittel Krankheitserreger, wie beispielsweise Pilze und andere den Prozess negativ beeinflussende Stoffe im zu vergärenden Substrat, wie Schwermetalle und ihre Salze, Alkali- und Erdalkalimetalle, Ammoniak, Nitrate, chemisch-synthetisierte Pestizide, Fungizide, Sulfide, organische Lösungsmittel und Antibiotika blockiert.
Damit bewirken die Zusatzmittel eine Steigerung der Verarbeitungsleistung bei tierischen Abfällen und anderen organischen Abfällen. Das führt zugleich zu einer verkürzten
Verweilzeit des Substrates im Biogasreaktor. Zudem erhöht sich die Ausbeute von Biogas und dessen qualitative und quantitative Zusammensetzung.
Durch die erhöhte Ausbeute können teure Nährsubstrate pflanzlicher Herkunft (vor allem Getreide, Silage) effizienter genutzt werden. Die bewirkte Stabilisierung der Reaktion durch die Zusatzmittel führt auch bei der
Verarbeitung von verschiedenen Arten von organischen Substraten zu einer
vergleichmäßigten Biogasproduktion.
Zudem wird eine Verbesserung der Qualität des Gärrestes erreicht, die eine Verwendung als hochwertiges Düngemittel mit hoher und andauernder biologischer Aktivität ermöglicht. Der Gärrest beinhaltet eine breite Palette von Nährstoffen, welche höhere Pflanzen für ihr
Wachstum benötigen. Ebenfalls kann der Gärrest als Futtermittelzusatz verwendet bzw. dazu verarbeitet werden. Mit der Entnahme von als Zusatzmittel in Biogasanlagen verwendetem Faulschlamm aus
Süßwasserseen mit einem Nährstoffüberangebot kann einer weiteren Eutrophierung und somit einer Verlandung der Seen entgegengewirkt werden. Damit kann durch die wirtschaftliche Nutzung des Faulschlamms auch ein Beitrag zur Finanzierung der Sanierung der Seen erbracht werden. Die Entnahme von Faulschlamm sichert die entsprechend gefährdeten Biotope und ist somit ökologisch vorteilhaft. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung als Zusatzmittel für Biogasanlagen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechend wird das Zusatzmittel in getrockneter Form, insbesondere als Granulat, zugesetzt. In getrockneter Form wird insbesondere Faulschlamm zugesetzt. Getrockneter Faulschlamm kann kostengünstig transportiert werden. Zudem kann bei Verwendung von getrocknetem Faulschlamm die Feuchtigkeit des Substrats im Bioreaktor reduziert werden, was zu einer Erhöhung der Gasausbeute führt. Zugleich kann das spezifische Gärbehältervolumen verringert werden. Der Einsatz als Granulat weist eine hohe spezifische Oberfläche auf, die zu einer schnellen Vermischung mit dem Substrat und somit der Auflösung im Substrat und entsprechend einer schnellen Entfaltung der vorteilhaften Wirkungen des Zusatzmittels führt. Ebenso lässt sich das Zusatzmittel in Granulatform einfach dosieren und im Bioreaktor verteilen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Zusatzmittel mit einer Konzentration von 5-100% bezogen auf die organische Trockensubstanz verwendet.
Die Menge des verwendeten Zusatzmittels kann in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Substrates und/oder der Verfügbarkeit des Zusatzmittels bzw. des Substrates variiert werden. So ist beispielsweise auch eine ausschließliche Biogasgewinnung aus Faulschlamm oder Torf möglich.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entsprechend werden dem Substrat zusätzlich Tonminerale zugesetzt. Die Tonminerale mindern die Wirkung hemmender bzw. toxischer Substratinhaltsstoffe, wie Schwermetalle, Antibiotika oder Pilze. Der Zusatz erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit vom vorhandenen Tonmineralanteil im zugesetzten
Zusatzmittel, wie beispielsweise Faulschlamm oder Torf. Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung werden dem Substrat zusätzlich synthetisch, biologische Stoffe zugesetzt, wie beispielsweise maßgeschneiderte Mikroorganismen. Diese Stoffe werden dem Substrat zugesetzt, um die Vergärung, die Biogaszusammensetzung und/oder die Zusammensetzung des Gärrückstands zu beeinflussen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Einwirkung mit elektrischen,
elektromagnetischen und/oder gerichteten magnetischen Feldern auf die Zusatzmittel vorgesehen. Die elektrischen, elektromagnetischen und/oder gerichteten magnetischen Felder führen zu einer Aktivierung der biogenen Wirkungen des Zusatzmittels. Die Einwirkung der magnetischen Felder auf das Zusatzmittel erfolgt vorzugsweise unmittelbar vor der Zuführung des Zusatzmittels zum Substrat. Gegebenenfalls wird dem Zusatzmittel dazu vorher Wasser zugesetzt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung von Sapropel, wie vorzugsweise natürlichem Faulschlamm und Kaustobiolithe.
Diese Materialien werden als Zusatzstoffe einzeln oder miteinander kombiniert in
Bioreaktoren, vorzugsweise Biogasreaktoren in pastöser und/oder getrockneter Form verwendet. Dazu werden sie den Reaktoren zugesetzt. Mit dem Zusatz werden die
biochemischen Reaktionen befördert und die Ausbeute, insbesondere von Biogas, quantitativ und qualitativ erhöht.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit dem Einsatz von Zusatzmitteln zur Verbesserung von biochemischen Reaktionen in Biogasanlagen werden nachfolgend näher erläutert.
In Biogasanlagen wird als Substrat beispielsweise Gülle, Gras- oder Maissilage anaerob in einem Bioreaktor, auch als Gärbehälter bezeichnet, vergoren, um auf diese Weise Biogas zu gewinnen. Dem Bioreaktor wird das Substrat kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt. Erfindungsgemäß wird dem Bioreaktor das erfindungsgemäße Zusatzmittel, hier
Faulschlamm zugesetzt. Der Faulschlamm ist natürlichen Ursprungs und wird bevorzugt aus Süßwasserseen gewonnen. Dem See wird dadurch Nährstoff entzogen der dem Biogasprozess zugute kommt. Der Faulschlamm enthält neben den Nährstoffen, wie Eiweißen und Kohlenhydraten auch anorganische Verbindungen und Bakterienkulturen. Die mit dem Zusatzmittel zugeführten Nährstoffe dienen zur zusätzlichen Versorgung der
Methanbakterien, die eine Vergärung der Biomasse zu Methan bewirken. Dabei werden die organischen Bestandteile des Zusatzmittels gleichfalls zu Methan vergoren.
Die mit dem Zusatzmittel zugeführten Bakterienkulturen verstärken und ergänzen die im Reaktor vorhanden Bakterienkulturen und stabilisieren somit den Gärprozess.
Der Faulschlamm enthält darüber hinaus mineralische Bestandteile wie Stickstoff, Phosphor, Kalium, Silizium, Magnesium, Calcium, Schwefel, Bor, Mangan, Kupfer, Zink, Jod, Selen, Kobalt, Molybdän, Chrom und Beryllium. Diese mineralischen Bestandteile wirken sich insbesondere positiv auf die Verwendung des Gärrückstands als Düngemittel aus.
Im Faulschlamm vorhandene Tonminerale mindern die Wirkung hemmender bzw. toxischer Substratinhaltsstoffe. Gegebenenfalls erfolgt ein Zusatz weiterer Tonminerale in
Abhängigkeit vom vorhandenen Anteil der Tonminerale im zugesetzten Faulschlamm. Anstelle der Faulschlämme können als Zusatzmittel für den Bioreaktor auch Torf und/oder andere Kaustobiolithe bzw. Sapropele oder Sapropelithe auch in deren Kombination zum Einsatz kommen.
Die Zusatzstoffe werden bevorzugt in zerkleinerter Form zugegeben, um schnell ihre Wirkung zu entfalten . Durch eine vorherige Trocknung können die Transportkosten für den Faulschlamm reduziert werden.
Um das Zusatzmittel biologisch zu aktivieren, kann dieser elektrischen, elektromagnetischen und/oder gerichteten magnetischen Feldern ausgesetzt werden. Die Einwirkung der magnetischen Felder kann durch die Anordnung der entsprechenden Vorrichtungen auch auf den gesamten Bioreaktor vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von flüssigen oder pastösen, huminstoffhaltigen Präparaten für verschiedene Anwendungen, wie wasserlösliche Tenside, Humus- Stimulanzien für das Pflanzenwachstum, Dünger, Füllstoffe für chemisch beständige Kunststoffe, Farbstoffe, Zementadditive, Bohr-Reagenzien, Zusatzstoff für Bioreaktoren durch thermo-chemische (alkalische Extraktion) und/oder physikalische (magnetische, elektromagnetische, Kavitation, Ultraschall) Behandlung oder ein kombiniertes Verfahren durch mechanische Einflussnahme, dadurch gekennzeichnet,
dass die verwendeten huminstoffhaltigen Ausgangsmaterialien zumindest eins, zwei oder mehrere Arten von Rohstoffen natürlichen Ursprungs der Gruppe der Kaustobiolithe, Torf, Steinkohle, Braunkohle, Ölschiefer, Schlammablagerungen aus Süsswasserseen (Sapropel) und/oder Lignin enthalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Rohstoff für die Herstellung eines huminstoffhaltigen Endprodukts nicht einzelne Rohstoffarten sondern eine Mischung von mindestens zwei oder mehreren Gruppen von Kaustobiolithen, Sapropel, Torf. Steinkohle, Braunkohle, Ölschiefer und/oder Lignin in verschiedener prozentualer Zusammensetzung der Rohmaterialien verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Konzentrats eines
huminstoffhaltigen Zweikomponentenmaterials natürlichen Ursprungs aus Faulschlamm und Torf ohne Nutzung von chemischen Reagenzien nach Patent DE 102012100315 AI, ein kombiniertes Verfahren auf Basis der Methode der alkalischen Extraktion nutzt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die verwendeten huminstoffhalten Ausgangsmaterialien gereinigt und anschließend mechanisch auf eine Größe von 2 bis 200 Mikrometer zerkleinert werden, trockene Stoffe mit Wasser gemischt und in geschlossenen Behältern homogenisiert gelagert werden und anschließend jede Fraktion allein oder in Kombination mit anderen Fraktionen mittels Pumpe oder Unterdruck einem Thermovakuumbehälter mit Rührer zugeführt wird und es kommt durch bereits bekannte alkalische Extraktion zur Bildung von wasserlöslichen Salzen der Huminsäure, wobei die thermochemische, physikalische und/oder mechanische Wasser- Extraktion eingesetzt wird.
5. Zusatzmittel zum Einsatz in einem Bioreaktor, insbesondere einer Biogasanlage, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zusatzmittel Sapropel, wie vorzugsweise natürlicher Faulschlamm und/oder Kaustobiolithe einzeln oder in Kombination enthalten.
6. Zusatzmittel nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zusatzmittel in getrockneter Form, insbesondere als Granulat, ausgebildet ist.
7. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zusatzmittel eine Konzentration von 5 - 100% besitzt.
8. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Substrat zusätzlich Tonminerale zugesetzt sind.
9. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Substrat zusätzlich Lignine zugesetzt sind.
10. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf die Zusatzmittel elektrische, elektromagnetische und/oder gerichtete magnetische Felder eingewirkt haben.
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