DE19615063C1

DE19615063C1 - Verfahren zur Rückgewinnung von Stickstoff bei der biologischen Aufbereitung von Gülle und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19615063C1
Application number: DE19615063A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Bernstein; Rolf Dipl Chem Wietschke
Original assignee: Biogas Bernstein Biotechn GmbH
Current assignee: Biogas Bernstein Biotechn GmbH
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2016-04-18

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Stickstoff bei der biologischen Aufbereitung von Gülle und anderen organischen Reststoffen in bekannten Aufbereitungs anlagen und eine dazu geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die in großen landwirtschaftlichen Betrieben anfallenden Güllemengen verursachen grundsätzlich eine Reihe von Folgeproblemen, die sich aus den Stickstoffbelastungen der Böden und des Grundwassers, dem Defizit an landwirtschaft licher Nutzfläche im Verhältnis zum Tierbestand und den daraus resultierenden enormen Lagerkapazitäten ergeben.

Aus der Literatur sind eine Vielzahl von Verfahren und Ausrüstungen zur Behandlung von Gülle und belasteten Abwässern bekannt, wovon ein großer Teil bisher umgesetzter Modelle mit zu hohem technischen Aufwand realisiert wurde. So sind Verfahren auf dem Markt oder in Erprobung, die mit enormen Aufwand an Grundmitteln und Energie Lösungen anstreben, die aufgrund der damit verbundenen Investitions- und Betreibungskosten von der Landwirtschaft nicht angenommen werden können.

So werden in der Fachliteratur Verfahren empfohlen, die den rückgewonnenen Stickstoff durch den Einsatz kostenaufwendiger Chemikalien in Form von Ammoniumsalzen, beispielweise Ammoniumsulfat und -phosphat, binden. Es sind aber auch zahlreiche Möglichkeiten ohne Verwendung von Fremdchemikalien bekannt.

Rautenbach, R. u. a. beschreiben in "Korrespondenz Abwasser"; 41 (1994), S. 576-584 ein Verfahren zum Ammoniakrecycling aus dem Prozeßwasser der Schlammentwässerung, bei dem bis zu 30% des abzubauenden Stickstoffs in Form von Ammonium als Prozeßwasser den Kläranlagenzulauf belastet, so daß es in einem separaten Verfahren ausgeschleust wird. Diese Ausschleusung erfolgt durch Austreiben mittels Gas (Strippung), wodurch einerseits die Ammoniakelimination mittels Strippgas und andererseits die Regenerierung des Strippgases und Überführung des NH₃ in einen wiederverwertbaren Stoffstrom erfolgt. Je nach Verfahrensführung sind hierbei Hilfsstoffe, wie Natronlauge, Schwefelsäure sowie Luft und/oder Dampf erforderlich.

In DE 43 41 713 und DE 37 37 747 werden Verfahren zur Aufbereitung von Gülle beschrieben, bei denen Ammoniak aus der unfermentierten Substanz mittels Vakuumdestillation bzw. Kalkeinsatz abgetrieben wird, wobei keine optimale Stickstoffrückgewinnung erreichbar ist.

In DE 42 43 918 und DE 38 23 950 werden Verfahren zur Aufbereitung von Gülle beschrieben, bei denen fermentierter Gülle, vorzugsweise mittels Dampf- und Luftstrippen, Ammoniak entzogen und als ein Gemisch von Ammoniumkarbonaten kondensiert wird, wobei das für die Landwirtschaft hochwertige Ammoniumhydrogenkarbonat nicht gezielt entstehen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch ein neuartiges Strippverfahren (Turboprinzip), die Kosten für die Stickstoffaustreibung zu minimieren und die gezielte Herstellung einer vorwiegend aus Ammoniumhydrogenkarbonat bestehenden Düngemittellösung zu erreichen.

Gleichzeitig soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens entwickelt werden, die nach dem Turboprinzip eine maximale Rückgewinnung von Stickstoff realisiert und sich innerhalb bestehender Aufbereitungsanlagen zuschalten läßt.

Diese Aufgabe wird nach den verfahrenstechnischen Merkmalen des Hauptanspruchs sowie in den konstruktiven Merkmalen des Neben anspruchs gelöst.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 2 gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiel

Die Rückgewinnung von Stickstoff bei der biologischen Aufbereitung von Gülle erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die fermentierte Gülle in einer Füllkörper-Strippkolonne mittels vorgewärmter Strippluft von Ammoniak befreit. Dabei wird die Strippluft in einem inneren Kreislauf nach ihrem Austritt aus der Strippkolonne in diese an deren unteren Ende direkt wieder eingeführt und in einem äußeren Kreislauf nach Austritt aus der Strippkolonne über einen Dephlegmator in einen Gasreaktor geleitet, in dem sie mit Verbrennungsgas aus einem Blockheizkraftwerk unter Bildung von Ammoniumsalzen kontaktiert und dann über einen Kondensator, und nach Abtrennung des Kondensats mit den darin gelösten Ammoniumverbindungen in einer Vorlage wieder in den unteren Teil der Strippkolonne eingeleitet. Dabei wird zwischen innerem Kreislauf und äußerem Kreislauf ein Gasverhältnis von 4 : 1 eingestellt und das mit Ammoniumsalzen beladene Kondensat aus der Vorlage zur Bildung von Ammoniumhydrogencarbonat in einem Reaktionsbehälter mit Verbrennungsgasen aus dem Blockheizkraftwerk umgesetzt.

Die mit Ammoniak beladene Strippluft reagiert im Gasreaktor mit den zugeführten Verbrennungsgasen des Blockheizkraftwerkes zu einem Gemisch von Ammoniumkarbonat, -hydrogenkarbonat und -karbamat nach folgenden Gleichungen:

CO₂ + 2NH₃ + H₂O → (NH₄)₂CO₃ Karbonat
(NH₄)₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NH₄HCO₃ Hydrogenkarbonat
2NH₃ + CO₂ → NH₄CO₂NH₂ Karbamat

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird durch Veränderung des Rücklaufverhältnisses am Dephlegmator und durch unterschiedliche Zuführmengen von Verbrennungsgasen aus dem Blockheizkraftwerk eine maximale Ammoniumhydrogenkarbonat- Konzentration von 15% eingestellt.

Die in der zugehörigen Zeichnung dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus der Strippkolonne 1, als eine mit Glasfasern bestückte Füllkörperkolonne, der eine Auffangwanne 2 für die gestrippte Gülle zugeordnet ist. Im oberen Bereich der Strippkolonne 1 ist ein Dephlegmator 3, diesem ein Gasreaktor 4 und dem ein Kondensator 5 nachgeschaltet. Der Kondensator 5 ist über eine Vorlage 6 mit dem unteren Bereich der Strippkolonne 1 und mit einem Reaktionsbehälter 7 verbunden. Gasreaktor 4 und Reaktionsbehälter 7 weisen jeweils Verbindungsleitungen, einschließlich der zugehörigen Regelungs- und Absperrarmaturen, zu einem Blockheizkraftwerk 8 auf.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß durch die Kreislaufführung der Strippgase nach dem Turboprinzip eine optimale Anreicherung von Ammoniak in der Strippluft und damit ein größerer Strippeffekt und eine Verringerung der Kolonnengröße erreichbar ist und daß durch die erst nachträgliche Reaktion der Strippluft mit CO₂ im Gasreaktor und die nachfolgende Umsetzung im Reaktionsbehalter gezielt eine vorwiegend aus Ammoniumhydrogenkarbonat bestehende hochwertige Düngemittellösung herstellbar ist, wobei die Konzentration der Lösung durch Veränderung des Rücklauf verhältnisses am Dephlegmator und unterschiedliche Zuführmengen von Verbrennungsgasen aus dem Blockheizkraftwerk steuerbar ist. Außerdem werden durch die gewählten Verfahrensschritte mögliche Ablagerungen von Kesselstein (CaCO₃) in der Füllkörperkolonne 1 im Gegensatz zu ähnlichen Verfahren weitgehend vermieden und der CO₂-Anteil der Verbrennungsgase aus dem Blockheizkraftwerk reduziert.

Claims

1. Verfahren zur Rückgewinnung von Stickstoff bei der biologischen Aufbereitung von Gülle, bei dem die fermentierte Gülle in einer Füllkörper-Strippkolonne mittels vorgewärmter Strippluft von Ammoniak befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strippluft teilweise

- in einem inneren Kreislauf nach ihrem Austritt aus der Strippkolonne in diese an deren unteren Ende direkt wieder eingeführt wird und
- in einem äußeren Kreislauf nach Austritt aus der Stripp kolonne über einen Dephlegmator in einen Gasreaktor geleitet wird, in dem sie mit Verbrennungsgas aus einem Blockheizkraftwerk unter Bildung von Ammoniumsalzen kontaktiert wird und dann über einen Kondensator, und nach Abtrennung des Kondensats mit den darin gelösten Ammoniumverbindungen in einer Vorlage wieder in den unteren Teil der Strippkolonne eingeleitet wird,

wobei zwischen innerem und äußerem Kreislauf ein Gasver hältnis von 4 : 1 eingestellt wird und
daß das mit Ammoniumsalzen beladene Kondensat aus der Vorlage zur Bildung von Ammoniumhydrogenkarbonat in einem Reaktionsbehälter mit Verbrennungsgasen aus dem Block heizkraftwerk umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung des Rücklaufverhältnisses am Dephlegmator und durch unterschiedliche Zuführmengen von Verbrennungsgasen aus dem Blockheizkraftwerk eine maximale Ammoniumhydrogenkarbonat-Konzentration von 15% eingestellt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strippkolonne (1) aus einer mit Glasfasern bestückten Füllkörperkolonne besteht, der eine Auffangwanne (2) für die gestrippte Gülle zugeordnet ist,
daß der Strippkolonne (1) in ihrem oberen Bereich ein Dephlegmator (3), diesem ein Gasreaktor (4) und dem ein Kondensator (5) nachgeschaltet ist und der Kondensator (5) über eine Vorlage (6) mit dem unteren Bereich der Stripp kolonne (1) verbunden ist,
daß die Vorlage (6) mit einem Reaktionsbehälter (7) verbunden ist und der Gasreaktor (4) und der Reaktions behälter (7) jeweils Verbindungsleitungen zu einem Block heizkraftwerk (8) haben.