<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze en inrichting voor het verwerken van mest.
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwerken van mest, die een dikke substantie bevat, waarbij deze dikke substantie als een dikke fractie van een dunne fractie afgescheiden wordt.
Meer in het bijzonder heeft deze werkwijze betrekking op het verwerken van mengmest en gier.
Vooral ' in varkensbedrijven worden grote hoeveelheden vloeibare mest geproduceerd. Door vrij strenge reglementeringen kan slechts een beperkte hoeveelheid daarvan worden gebruikt voor het bemesten van de velden, zodat er een groot overschot aan mest ontstaat dat moet worden verwerkt.
Vandaar dat deze mest moet worden behandeld.
Er zijn mestverwerkingsinstallaties bekend, waarbij in een eerste fase de mest wordt vergist, dit is anaëroob behandeld.
Hierbij wordt de organische fractie van de mest grotendeels afgebroken, terwijl de nutriënten, stikstof en fosfor niet worden verwijderd. Bij deze gisting wordt biogas gevormd, waarmee na ontzwaveling bijvoorbeeld elektriciteit kan worden opgewekt. Een aanzienlijk deel van het organisch materiaal in de mest wordt dus onder vorm van C02 en CH4 verwijderd.
<Desc/Clms Page number 2>
Pas na het vergisten wordt het vergist product gescheiden in een dunne en een dikke fractie. De dunne fractie, die een belangrijk deel van de nutriënten uit de mest bevat, wordt dan aangezuurd tot een pH van 5 tot 6 om vervluchtiging van ammoniak te vermijden tijdens de indamping. Deze aangezuurde vloeistof wordt dan ingedampt, waarbij condensaat en concentraat wordt gevormd.
Hiervan wordt het condensaat geloosd en wordt het concentraat, dat de ammoniakale stikstof bevat, bij de dikke fractie gevoegd en meestal thermisch gedroogd.
In voornoemde werkwijze met een anaërobe vergisting is de dunne fractie zwaar beladen met stikstof en COD. Er zullen aanzienlijke kosten voor chemicaliën nodig zijn om de pH van de dunne fractie te verlagen, teneinde de verdamping en overgang van NH3 naar het condensaat te vermijden. In de praktijk wordt aangezuurd, bijvoorbeeld tot een pH van 5 a 6 en dit bijvoorbeeld met zwavelzuur.
Teneinde te voldoen aan de lozingsnorm voor stikstof (namelijk maximum 15 mg/l Ntot) in het condensaat, dient vooraleer wordt ingedampt evenwel nog verder te worden aangezuurd. Bij deze lage pH-waarden beginnen echter vluchtige organische vetzuren te vervluchtigen, wat resulteert in verhoogde COD-waarden in het condensaat.
In de praktijk is gebleken dat het condensaat nog bijkomend moet worden gezuiverd om aan de lozingsnormen te voldoen.
<Desc/Clms Page number 3>
Door de afwezigheid van hardheid en de zeer beperkte buffering in het condensaat, verloopt een biologische zuivering van dit condensaat evenwel moeilijk. Zo is er de moeilijke bezinkbaarheid van het biologisch slib door de beperkte hardheid van het water, terwijl tevens biologische remming kan optreden door de sterke pH-schommelingen wanneer nitrificatie (verzurend) dan wel denitrificatie (pH-verhogend) overheerst.
Daarnaast zal er, tenzij voor de indamping wordt aangezuurd tot pH-waarden beneden 5, een aanzienlijke hoeveelheid extra koolstofbron vereist zijn om de denitrificatie vlot te laten doorgaan.
Vandaar dat meestal andere zuiveringen dan biologisch worden gebruikt zoals membraantechnieken (ultrafiltratie en inverse osmose) om het condensaat loosbaar te maken. Teneinde onder meer aan de lozingsnorm voor stikstof te voldoen, zijn veelal meertraps inverse osmose installaties vereist, hetgeen relatief duur is.
Varkensmest bevat een aanzienlijke hoeveelheid zwavel. Het SO4 gehalte in varkensmest varieert tussen 0,17 en 0,67 kg/ton. Na de vergisting is deze zwavel voornamelijk onder de gereduceerde vorm aanwezig (H2S) . Wegens de hoge vluchtigheid van deze component, zal er reeds tijdens scheiding en aanzuren van de vergiste massa een deel ontsnappen met geurhinder tot gevolg. Waterstofsulfide zal tevens vervluchtigen tijdens de indamping en vervolgens gedeeltelijk in het condensaat oplossen en gedeeltelijk ontsnappen. Het "oplossen" in het
<Desc/Clms Page number 4>
condensaat is onder meer afhankelijk van de pH en gaat beter bij hogere pH-waarden.
Na de vergisting moeten op een aantal punten afzuiging worden aangebracht (o. a. bij de scheider en de aanzuring) wat de kostprijs van de gebruikte inrichting doet toenemen.
Bovendien zal bij de indamping niet kunnen vermeden worden dat een deel van de H2S- en NH3-houdende damp vrijkomt en dient behandeld te worden.
Tijdens deze bekende werkwijze wordt organisch materiaal uit de dikke fractie verwijderd en worden de nutriënten niet verwerkt, maar bijvoorbeeld geconcentreerd in de dikke gedroogde fractie.
De uitvinding beoogt een werkwijze om mest te verwerken die de voornoemde nadelen niet bezit, relatief eenvoudig en goedkoop is en waarbij betere eindproducten worden bekomen dan bij de voornoemde bekende werkwijze.
Hiertoe wordt de dunne fractie volgens de uitvinding aëroob biologisch gezuiverd in plaats van vergist waarbij deze zuivering een aërobe nitrificatiestap bevat, waarna de aëroob behandelde dunne fractie wordt ingedampt.
-Het voordeel hiervan is dat een deel van de stikstof uit zowel de dikke als de dunne fractie wordt verwerkt, en dat het organisch materiaal, en dus de volledige organische bodemverbeterende waarde en calorische inhoud van de dikke
<Desc/Clms Page number 5>
fractie, wordt behouden. Ook is de werkwijze volgens de uitvinding interessanter voor wat betreft kostprijs en de geuremissie. Na het indampen kunnen de gecondenseerde dampen geloosd of voor bepaalde toepassingen gebruikt worden.
In deze aërobe biologische zuivering worden de stikstofverbindingen aëroob genitrificeerd. Deze stap kan gevolgd door een denitrificatiestap.
In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm wordt de dikke fractie gedroogd, bij voorkeur door zogenaamde condensatiedroging.
Het bij condensatiedroging gevormde condensaat kan biologisch gezuiverd worden, bij voorkeur samen met de dunne fractie.
In een andere voorkeurdragende uitvoeringsvorm wordt het concentraat dat bij de indamping wordt gevormd, gedroogd.
Indien de dikke fractie wordt gedroogd, kan dit concentraat samen met deze dikke fractie worden gedroogd.
In nog een andere uitvoeringsvorm wordt de dunne fractie na de afscheiding tijdelijk gebufferd vooraleer biologisch gezuiverd te worden.
De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting die bijzonder geschikt is voor het toepassen van de werkwijze volgens een van de voornoemde uitvoeringsvormen.
<Desc/Clms Page number 6>
De uitvinding heeft aldus betrekking op een inrichting voor het verwerken van mest die een scheidingsinrichting bevat om de mest in een dikke en een dunne fractie te scheiden, met als kenmerk dat ze, aansluitend op de uitgang voor de dunne fractie van de scheidingsinrichting, achtereenvolgens een aërobe biologische zuiveringsinrichting en een indamp- inrichting voor de gezuiverde dunne fractie bevat.
Bij voorkeur bevat de inrichting voor het bewerken van mest aansluitend op de uitgang voor de dikke fractie van de scheidingsinrichting, een drooginrichting voor het drogen van de dikke fractie.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, wordt hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een werkwijze en een inrichting voor het verwerken van mest volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekening, waarin de enige figuur een blokschema weergeeft van een inrichting voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding.
Zoals voorgesteld in de figuur, bevat de inrichting voor het verwerken van mest afkomstig van een mestopslag 1, een mechanische scheidingsinrichting 2 waar de mest in een dunne fractie 3 en een dikke fractie 4 met bijvoorbeeld een droge stofgehalte van ongeveer 25 tot 35 %, wordt gescheiden.
<Desc/Clms Page number 7>
De scheidingsinrichting 2 kan een vijzelpers of een centrifuge zijn, al dan niet met een toevoeging van een dosis polymeren, en de volumeverdeling bedraagt bijvoorbeeld 80 vol. % dunne fractie 3 voor 20 vol.% dikke fractie 4.
Aansluitend op de uitgang 3A voor de dunne fractie 3 van de scheidingsinrichting 2, bevat de verwerkingsinrichting achtereenvolgens een buffer- en bezinkingstank 5, een aërobe biologische zuiveringsinrichting 6 en een indampinrichting 7.
Deze zuiveringsrinrichting 6 kan van een bekend type zijn en bestaan uit een aëroob nitrificatiebekken, waarin, de stikstof, aanwezig in de dunne fractie 3 eerst wordt geammonificeerd en vervolgens genitrificeerd in twee stappen door micro-organismen, bijvoorbeeld achtereenvolgens door Nitrosomonas en door Nitrobacter species in de aanwezigheid van zuurstof, die via een beluchtingssysteem, in het bijzonder fijnbellige platenbeluchters, wordt ingebracht, en een daarop aansluitend denitrificatiebekken waarin, door diverse heterotrofe micro-organismen bij afwezigheid van zuurstof en in aanwezigheid van voldoende koolstofbron, de nitriet- en nitraatstikstof omgezet wordt in onschadelijk stikstofgas, en waarin het biologisch slib in suspensie wordt gehouden door een menger. Als koolstofbron voor de denitrificatie wordt bij voorkeur deze uit de mest zelf gebruikt.
Als alternatief kan een extra koolstofbron zoals bijvoorbeeld methanol of bepaalde koolstofrijke afvalstromen uit onder meer de voedingsindustrie worden bijgedoseerd.
<Desc/Clms Page number 8>
De indampinrichting 7 bevat een verdampingsgedeelte dat zowel van een type met platen, als een type met buizen kan zijn, en zowel elektrisch, als door een warm fluïdum kan verwarmd worden en een condensorgedeelte waar de gevormde dampen worden gecondenseerd en dat bijvoorbeeld een warmtewisselaar bevat waarin de dampen gekoeld worden door de binnenkomende gezuiverde dunne fractie.
Op de uitgang 4A voor de dikke fractie van de scheidingsinrichting 2 sluit een drooginrichting 8 aan.
De drooginrichting 8 is bij voorkeur een zogenaamde condensatiedrooginrichting of koude drooginrichting, dit is een inrichting waarin de dikke fractie 4 gedroogd wordt met behulp van droge lucht die gedroogd werd door hem eerst te koelen en hem, na het afscheiden van het gecondenseerde vocht of condensaat, op te warmen.
Vloeibare varkensmest 9 die een dikke substantie bevat, afkomstig uit de mestopslag 1, wordt in de mechanische scheidingsinrichting 2 gescheiden in de dunne fractie 3 en de dikke fractie 4.
De dunne fractie 3 wordt gedurende een tijd, bijvoorbeeld een week, gestockeerd in de buffer- en bezinktank 5, waarna deze dunne fractie 3 wordt gezuiverd in de biologische zuiveringsinrichting 6 waar ze dus wordt aëroob genitrificeerd en vervolgens gedenitrificeerd wordt.
<Desc/Clms Page number 9>
Vervolgens wordt deze gezuiverde dunne fractie 3 ingedampt in de indampinrichting 7.
De hierbij ontstane damp wordt gecondenseerd tot een condensaat of effluent 10, dat wordt geloosd.
Het verkregen condensaat is van zo een goede kwaliteit dat lozen niet de enige oplossing is maar er andere toepassingen kunnen worden gevonden en dus in varianten het water niet geloosd wordt maar gebruikt wordt bijvoorbeeld voor irrigatie, in textielbedrijven, als reinigingswater voor diverse toepassingen, of in nog andere toepassingen.
Het concentraat 11 van de indampinrichting 7 wordt aan de dikke fractie 4 toegevoegd.
Deze dikke fractie 4 wordt samen met het concentraat 11 in de drooginrichting 8 gedroogd, waarbij een gedroogd eindproduct 12 wordt gevormd.
Indien de droging, zoals weergegeven, geschiedt in een zogenaamde koude drooginrichting of condensatiedrooginrichting, wordt het condensaat 13 teruggevoerd naar de zuiveringsinrichting 6.
Tijdens deze werkwijze kan meer dan 90% en dus het grootste gedeelte van de stikstof uit de dunne fractie 3 worden verwerkt, terwijl tevens een belangrijk deel van de ammoniakale stikstof uit de dikke fractie 4 wordt verwerkt.
<Desc/Clms Page number 10>
Het organisch materiaal in de dikke fractie 4 wordt volledig behouden. Bijgevolg wordt de volledige organische bodemverbeterende waarde en calorische inhoud van deze dikke fractie 4 behouden.
Bij werkwijzen met een anaërobe vergisting wordt deze calorische waarde verkregen als biogas, maar daartegenover staat een relatief dure installatie met een vergistingstank en andere infrastructuur.
Bovendien wordt bij toepassing van condensatiedroging van de dikke fractie 4 zoals hiervoor beschreven, de ammoniakale stikstof uit de dikke fractie 4 via het condensaat 13 afgevoerd en vervolgens volledig omgezet naar N2 in de biologische zuiveringsinrichting 6.
Bij thermisch drogen of composteren van de dikke fractie 4 zal daarentegen een belangrijk deel van de ammoniakale stikstof vervluchtigen en zal een nageschakelde techniek vereist zijn om de emissie van NH3 en de geur te reduceren.
In de biologische zuivering wordt de stikstof eerst verregaand gezuiverd, vooraleer wordt ingedampt. In de praktijk wordt bekomen dat het ammoniumgehalte in het effluent 10 beduidend lager is dan 50 ppm. De meeste reststikstof in het effluent 10 is aanwezig als organische stikstof en nitraatstikstof, dit zijn niet vluchtige componenten.
<Desc/Clms Page number 11>
Ook de COD, en dan voornamelijk de biologisch afbreekbare fractie zoals organische vetzuren, zal verregaand ( > 90%) worden verwijderd. Hieruit volgt dat voor de indamping niet dient aangezuurd te worden en dat de lozingsnorm van 15 ppm Ntot en andere geldende normen in het condensaat 10 kunnen worden gehaald.
Als extra beveiliging voor NH3-vervluchtiging tijdens het indampen, kan tevens in de biologische zuivering geremd worden op de denitrificatie, waardoor de pH van de in te dampen vloeistof verlaagt. Het is bovendien waarschijnlijk dat de kwaliteitseisen voor de indampinrichting 7, onder meer wat de materiaalkeuze betreft, beduidend lager zijn dan bij de bekende werkwijzen met vergisting.
Een bijkomend voordeel van het remmen van de denitrificatie kan een nitraatrijk concentraat na de indampinrichting 7 zijn, waardoor het restproduct een hoger Ntot concentratie kan hebben.
In tegenstelling tot werkwijzen met vergisting, is er nagenoeg geen dosering van koolstofbron vereist teneinde een goede denitrificatie te bekomen, aangezien de COD uit de mest zelf kan worden aangewend.
Na de biologische zuivering volgens de uitvinding, bevindt de zwavel zich onder de geoxideerde en niet vluchtige vorm (SO4), zodat deze bij de indamping in het concentraat achterblijft en geen verdere problemen veroorzaakt.
<Desc/Clms Page number 12>
Bij de indamping van de biologisch gezuiverde dunne fractie 3 komen geen H2S- of NH3-houdende gassen vrij. Enkel de bufferen bezinkingstank 5 dient overdekt te worden en eventueel beperkt afgezogen en behandeld te worden over een nageschakelde techniek.
Ook tijdens het drogen van de dikke fractie zal bij de condensatiedroging een minimale geuremissie optreden, dit in tegenstelling tot de gangbare droogsystemen bij verhoogde temperatuur.
Doordat geen vergistingstank of biogasontzwaveling nodig is, de indampinrichting 7 relatief goedkoop kan zijn, weinig chemicaliën nodig zijn en weinig of geen behandelingen nodig zijn om geurhinder te voorkomen, is de inrichting volgens de uitvinding relatief goedkoop.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch dergelijke werkwijze voor het verwerken van mest en de daarbij gebruikte inrichting, kunnen in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.