DE19624268C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung organischer Abfälle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung bzw. eine Anlage zur mengenmäßigen Reduktion und Verwer­ tung biologisch verunreinigter Flüssigkeiten und Stoffe in fließ­ fähiger Form und zur Gewinnung von Flüssigdünger, flüssigem Bo­ denverbesserer und Biogas. Die Anlage besteht aus einem vorzugs­ weise liegend angeordneten Fermenter, welcher unterhalb des Gas­ raumes durch Trennwände in einzelne Kammern unterteilt ist, wo­ bei das Gärgut vom Zulauf bis zum Ablauf von Kammer zu Kammer kontrolliert geführt wird.

Die Reinigung von biologisch verunreinigten Flüssigkeiten und Stoffen in fließfähiger Form mittels Gärprozessen sind seit einigen Jahren gut bekannt und speziell im kommunalen Kläran­ lagenbau bestens eingeführt. Vielerorts werden heute Abfälle getrennt eingesammelt, so daß vermehrt biologisch verunreinigte Abfälle zu behandeln sind. Wirtschaftlichkeit und ökologische Gründe setzen den Akzent vermehrt auf Gärprozesse, welche gegen­ über dem Verfahren der Kompostierung den Vorteil haben, Energie zu erzeugen. Für die Verwertung organischer Feststoffe kennt man Verfahren und Vorrichtungen, welche mit horizontal angeordneten Fermentern arbeiten, z. B. aus dem Patent EP 0 476 217.

Einstufige Gäranlagen für Flüssigkeiten sind z. B. in Kläranlagen für den kommunalen Abfall und in industriellen Anlagen seit Jah­ ren im Einsatz und gehören heute zum Stand dar Technik. Große Vorteile bieten solche einstufigen Fermenter, weil die Prozeßfüh­ rung durch die Überwachung des Schwefelgehaltes (H₂S) im Gas ver­ hältnismäßig einfach ist. Der Schwefelgehalt (H₂S) wird am Aus­ tritt des Biogases gemessen und durch Zudosieren von Luftsauer­ stoff, welcher mit dem Schwefel oxidiert und den Schwefelgehalt im Biogas damit reduziert, gesteuert. Sie weisen jedoch andere, im folgenden erläuterte Nachteile auf:

Die sedimentierten Stoffe, welche sich in Form von Schlamm abset­ zen, mischen sich immer wieder mit dem geklärten und als rein zu bezeichnden Abwasser. Der Praktiker stellt dies fest, indem es für ihn schwierig ist, eine transparente Fraktion des geklärten Abwassers zu erhalten. Je größer die Höhendifferenz und die Di­ stanz zwischen den Abnahmestellen von geklärtem Abwasser und dem sedimentierten Schlammbett ist, desto besser wird die Trennung der beiden Fraktionen sein. Man arbeitet deshalb mit großen Volu­ mina und großen hydraulischen Höhen, um für die Sedimentation günstige und gegen die Rückmischung wirksame, laminare Strömun­ gen mit langsamer Geschwindigkeit zu erhalten.

Die zu klärenden Stoffe werden im Fermenter bekanntlich in flüs­ siger Form bearbeitet. Das heißt, in jeder einstufigen Gäranlage werden sich neu eingespeiste, verunreinigte Stoffe sofort mit bereits gereinigten und für die Entnahme bestimmten Fraktionen vermischen, wie dies in jedem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter geschieht. Eine definierte Aufenthaltszeit für die einzelnen Teilchen zu gewährleisten ist deshalb schwierig. Teile die direkt vom Einlauf in den Ablauf gelangen sind nicht nur unver­ goren, sondern auch hygienisch nicht sauber. Dies erklärt, wes­ halb mit einem einstufigen Verfahren die verlangten Anforderun­ gen an gereinigte Abwässer bezüglich Hygienisierung nur bedingt und mit Mühe und Aufwand erreicht werden können.

Man erreicht das z. B. durch Weglassen einer Rühr- oder Mischvor­ richtung und verzichtet damit auf bessere Gärung und muß dies mit längerer Verweilzeit kompensieren. Deshalb werden solche Fermenter, wie von den Kläranlagen her bekannt, normalerweise sehr große Volumen aufweisen. Die großen Behälter, die erforderlich sind, um die Flüssigkeitsmengen zu behandeln, kosten viel. Aufgrund der Größe der Behälter ist ferner der Platzbedarf für solche Anlagen sehr groß.

Die großen Volumina in einer solchen Anlage haben zur Folge, daß das Verhalten des ganzen verfahrenstechnischen Prozesses sehr schwerfällig wird. Änderungen der Eigenschaften von verunreinig­ ten Stoffen, die zugeführt werden, werden spät erkannt. Notwendi­ ge Maßnahmen werden dadurch zu spät eingeleitet. Durch ihre Größe sind die Anlagen schlecht regel- und kontrollierbar, so daß eine Verminderung der Effizienz der Anlage die logische Fol­ ge ist.

Diesen Tatsachen versuchen die Hersteller auszuweichen, welche mehrstufige Anlagen anbieten. Man erreicht mit der Mehrstufig­ keit, daß keine Vermischung zwischen frisch zugeführtem Zulauf und gereinigtem Ablauf entsteht. Ein weiterer Vorteil solcher mehrstufiger Anlagen liegt darin, daß man in den einzelnen Stu­ fen relativ kurze Verweilzeiten hat. Sie werden dadurch besser überblickbar und die Anlage kann flexibler und bei wechselndem Gärgut (der Normalfall für Abwasseranlagen dieser Art) effizien­ ter und mit kürzeren Verweilzeiten gefahren werden.

Ein großer Nachteil mehrstufiger Anlagen ist der große anlage­ technische Aufwand. Die in Bezug auf Pumpfähigkeit zum Teil problematischen Zwischenprodukte müssen entweder mit entspre­ chenden mechanischen Mitteln von einem Behälter zum anderen ge­ pumpt werden, oder die Behälter missen derart angeordnet sein, daß man die fließfähigen Stoffe mittels Überlauf in den nächsten Behälter fließen läßt. All dies stellt nicht zu unterschätzende Anforderungen an den planerischen Aufwand, zieht man in Be­ tracht, daß man bei einer anaeroben Gärung unter leichtem Über­ druck mit einem in sich und gegen die Atmosphäre in jeder Stufe geschlossenen Fermentationsraum arbeitet.

Ein weiterer Nachteil dieser Art des Anlagenaufbaus mit mehreren Stufen ist die Trennung der verschiedenen Gasräume. Durch die in den verschiedenen Fermentationsbehältern für die effiziente Gä­ rung erwünschten unterschiedlichen Bedingungen wird das zu gewin­ nende Biogas verschiedene Qualitäten aufweisen. Eine Durchmi­ schung der in einzelnen Gärkammern gewonnenen Biogase kann z. B. in einer zusätzlichen Sammelkammer erfolgen, was einen zusätzli­ chen Anlagenaufwand mit sich bringt. Die gute Durchmischung der verschiedenen Biogasqualitäten ist eine Voraussetzung, um mit­ tels H₂S-Ozidation direkt durch Anlagenführung eine gute Biogas- Qualität zu erhalten. Aus wirtschaftlichen Gründen ist die gün­ stige Art der Anlageführung mittels H₂S-Oxidation für mehrstufi­ ge Anlagen keine vertretbare Möglichkeit.

Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 85 12 410 U1 bekannt. Bei dieser Vorveröffentlichung wird das Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt, die aus einem Vorfermenter, einem Hauptfermenter und einem Nachfermenter besteht. In dem Hauptfermenter ist eine Fermentationskammer­ anordnung vorhanden, die durch Trennwände in einzelne Fermentationskammern unterteilt wird. Das Substrat wird durch eine Transportschnecke gefördert und über Trennwände in die jeweils nächste Fermentationskammer gebracht. Von der die Fermentationskammern durchströmenden Biomasse entweicht Methangas nach oben, das über einen Gasdom abgesaugt wird, von dem es zur Reinigung, Filte­ rung und Wäsche in eine Methanisierungsanlage und zu einem Gasspeicher gelei­ tet wird. Dem Methangas kann Wärme entzogen und dem Prozeßkreislauf rückge­ führt werden. Die Steuerung dieser Anlage erfolgt dadurch, daß der pH-Wert in den einzelnen Fermentern mit einem pH-Meter gemessen wird. Diese pH-Meter steuern dann ihrerseits ein Ventil, so daß den einzelnen Fermentern mehr oder weniger Ammoniaklösung aus einem Behälter zugeführt wird.

Aus der AT 376 696 ist eine Anlage für die anaerobe Gärung faulfähiger Substan­ zen, insbesondere zur Erzeugung von Biomethangas, bekannt. Die Anlage kann mehrere Faulkammern umfassen, die Ein- und Auslässe für die faulfähige Substanz aufweisen und die mit einer Gaskammer für das entstehende Gas verbunden sind.

Aus der US 4 429 043 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine wässrige Suspensi­ on von organischen Abfallstoffen in mehreren anaeroben Zonen bei einer Tempe­ ratur von weniger als 40°C behandelt wird. Durch das Verfahren sollen Methan, Düngemittel und klares Wasser erzeugt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bzw. eine Anlage zur Verwertung von biologisch verunreinigten Flüssigkeiten und Stoffen in fließfähi­ ger Form derart zu verbessern, daß mit einer kompakten Anlage die verschiedenen Stufen des Gärprozesses flexibel geregelt werden können, wobei die ganze Anlage gleichzeitig über die einfache Kontrolle des Schwefelgehaltes im Biogas kontrolliert und geregelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs angege­ benen Art durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Auf­ gabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Alle Kammern sind zu einem gemeinsamen Gasraum hin offen, so daß der Fermenter für das Biogas einen gemeinsamen Gasraum bildet. Aus dem Gasraum wird ein Teilstrom in eine Meßbox gebracht. Die derart ermittelte Meßgröße wird zur Kontrolle des Schwefelgehaltes des Biogases verwendet.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch die Erfindung wird eine Anlage zur mengenmäßigen Reduktion und Verwertung biologisch verunreinigter Flüssigkeiten und Stof­ fe in fließfähiger Form und zur Gewinnung von Flüssigdünger, flüssigem Bodenverbesserer und Biogas geschaffen, die aus einem vorzugsweise liegend angeordneten Fermenter besteht, welcher un­ terhalb des Gasraumes durch Trennwände in einzelne Kammern unter­ teilt ist, wobei das Gärgut vom Zulauf bis zum Ablauf von Kammer zu Kammer kontrolliert geführt wird. Alle Kammern sind zu einem gemeinsamen Gasraum hin offen, wobei der Fermenter dadurch über seine ganze Länge für das zu gewinnende und nach oben strebende Biogas einen gemeinsamen, nicht unterteilten Gasraum bildet.

Vorzugsweise sind die die Kammern abtrennenden Trennwände so aus­ gebildet, daß die einzelnen Kammern mit gleichen oder unter­ schiedlichen Vorrichtungen wie Heizungen, Rührwerken, Ventilen und/oder Schiebern ausgerüstet sind.

Dem Fermenter kann ein Zirkulationskreislauf mit schaltbaren Ventilen zu jeder Kammer, einem Mischer und einem Wärmetauscher angeschlossen sein.

Vorzugsweise hat der Fermenter eine zylindrische Form. Er weist ferner vorzugsweise in seiner Längsachse einen zentral angeord­ neten und drehbar gelagerten und angetriebenen Rotor auf, der alle Kammern durchquert.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich­ net, daß der Rotor im Bereich einer dem Zulauf nahe liegenden Kammer mit Schaufeln bestückt ist. Die Schaufeln drehen sich mit dem Rotor. Sie sind vorzugsweise entgegen der Drehrichtung nacht hinten winklig verstellbar angeordnet.

Vorzugsweise ist im Bereich einer dem Zulauf nahe liegenden Kam­ mer eine in einen Sammelbehälter führende Öffnung angeordnet, die sich vorzugsweise zentral unterhalb der Mittelachse des Fer­ menters befindet.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich einer dem Zulauf nahe liegenden Kammer auf der Höhe des Füllstandes eine tangentiale, in einen Sammelbehäl­ ter führende Öffnung angeordnet ist.

Vorzugsweise weist der Sammelbehälter seitlich einen Grobfilter auf.

Der Rotor kann mit Rührarmen ausgestattet sein.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich­ net, daß jede durch eine Trennwand definierte Kammer mit einem Monoblock ausgerüstet ist, welcher mindestens aus einem gasdicht verschließbaren Deckel und einem rohrförmigen, mit Heizmantel versehenen Wärmetauscherelement besteht. Der Fermenter kann bei dieser vorteilhaften Weiterbildung eine beliebige Form aufwei­ sen.

Auf der zentralen Achse des rohrförmigen Wärmetauscherlements befindet sich vorzugsweise eine Fördervorrichtung.

Vorteilhaft ist es, wenn der Inhalt der ersten Kammer durch Zu­ führung von Frischluft als anaerober Hydrolysereaktor gefahren werden kann. Vorzugsweise ist die erste Kammer durch eine Trenn­ wand vom Gasraum der nachfolgenden Kammern gasdicht abgeschlos­ sen. Ferner ist vorzugsweise jede Kammer über einen Zirkulations­ kreislauf mit schaltbaren Ventilen an einen Mischer und/oder an einen Wärmetauscher anschließbar.

Vorteilhaft ist es, wenn jede Kammer mit Nährstoffen versorgt werden kann. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß dem Mi­ scher Nährstoffe beigemischt werden, was vorzugsweise durch eine Dosierpumpe erreicht wird. Die Nährstoffe werden über einen Zir­ kulationskreislauf mit schaltbaren Ventilen den Kammern zuge­ führt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich­ net, daß kontaminierte Abfallstoffe über eine Zuführung in den Mischer geführt werden und über den Zirkulationskreislauf mit einer Pumpe und einen bzw. den Wärmetauscher sterilisiert oder hygienisiert werden, wobei die Zudosierung vorzugsweise geregelt erfolgt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich­ net, daß dem Fermenter eine Hydrolysestufe vorgeschaltet ist.

Vorzugsweise ist eine Materialverschiebeeinrichtung vorhanden, die vorzugsweise einen Pumpbehälter umfaßt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung des runden Fermen­ ters mit einem Rotor und den Kammern von der Sei­ te,

Fig. 1a eine geschnittene Darstellung entsprechend derje­ nigen der Fig. 1, jedoch mit einer vorgeschalte­ ten, aeroben Hydrolysestufe,

Fig. 2 eine geschnittene Darstellung des kubischen Fer­ menters mit einzelnen kubischen Kammern von der Seite gesehen,

Fig. 2a eine geschnittene Darstellung entsprechend derje­ nigen der Fig. 2, jedoch mit einer vorgeschalte­ ten, aeroben Hydrolysestufe,

Fig. 3 einen Querschnitt über die erste Kammer nach dem Zulauf (gemäß Fig. 1 und Fig. 1a) und

Fig. 4 einen Fermenter mit vorgeschalteter Hydrolysestu­ fe und Materialverschiebeeinrichtung.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Fermenter 1 mittels Trennwänden 3 in einzelne Kammern 2 ^I-n unterteilt. Das verunreinigte Gärgut wird dem Fermenter 1 beim Zulauf a eingegeben und das biologisch ge­ reinigte Gärgut 39 wird über Ablauf b dem Fermenter 1 entnommen und unter Umständen einer weiteren Reinigungsstufe zugeführt.

Bei dem Durchlauf der verunreinigten Flüssigkeit wird deren An­ teil an biologischer Verunreinigung von Kammer 2 ^I zur Kammer 2 ⁿ kontinuierlich kleiner. Während z. B. in der dem Zulauf a am nächsten liegenden Kammer 2 ^I noch am meisten Schlamm- und Schmutzstoffe dem Gärgut 39 entnommen werden müssen, ist dasselbe in der letzten, dem Ablauf am nächsten liegenden Kammer 2 ⁿ gereinigt, und meist von sämtlichen Feststoffen befreit beinahe transparent. Es liegt deshalb auf der Hand, daß die einzelnen Kammern 2 ^I-n mit unterschiedlichen Vorrichtungen wie Heizungen, Rührwerken, Ventilen, Pumpen etc. ausgerüstet werden müssen, um die Prozesse in den einzelnen Kammern 2 ^I-n auf den für die ent­ sprechende Stufe optimalen Bedingungen fahren zu können.

Ebenfalls in Fig. 1 ist zu sehen, daß der gemeinsame Gasraum 4 über allen Kammern 2 ^I-n verbunden und offen ist. Dies hat zur Folge, daß man in diesem großen, vollständig offenen Gasraum 4 eine langsame Strömung des Gases erreichen kann, welche für die definierbare Gasqualität am Gasdom 36 zuverlässig als durch­ schnittliche Meßgröße und Basis zur Kontrolle und Regelung des Fermenters gelten kann.

Um von diesem, als absolut repräsentativ zu bezeichnenden, Meßre­ sultat des Gases die Anlage steuern zu können, kann ein Teil­ strom über das Gebläse 24 in die Meßbox 25 gebracht und dort nochmals nach Menge und Eigenschaft beurteilt werden. Je nach Bedarf kann dem Gasgemisch mittels Gebläse 26 Luft oder Sauer­ stoff beigefügt werden. Das Gemisch Luft und Biogas wird dann in die vom Gasdom 36 am entferntesten liegende Kammer 2 ^I einge­ pumpt.

Der zugeführte Sauerstoff reagiert mit dem im Biogas enthaltenen Schwefel. Durch Oxidation wird der Schwefel dem Biogas entnommen und als elementarer Schwefel mit dem Gärgut 39 ausgebracht. Die Reaktion erfolgt dabei nach folgender Formel:

H₂S + 1/2O₂ → S + H₂O

Luft oder Sauerstoff kann dem Prozeß über in den Zeichnungen nicht gezeigte Einlaßdüsen direkt in das Gärgut eingegeben werden. Um den anaeroben Prozeß nicht zu stören und trotzdem die angestrebte Wirkung zu haben, muß dies sehr gezielt und kontrol­ liert erfolgen.

Wie bereits erwähnt, werden in den Kammern 2 ^I-n je nach Art und dem verbleibenden Grad der biologischen Verunreinigung andere Bedingungen für Temperatur, Durchmischung, Impfung, etc. erfor­ derlich. Durch gezielte und dem Grad der biologischen Verunrei­ nigung des Gärgutes 39 angepaßte Führung der Reaktionsbedingun­ gen, kann der Gärprozeß in der entsprechenden Kammer 2 effizient ablaufen.

Um z. B. die Temperatur und/oder die Impfung des Gärgutes 39 zu beeinflussen, ist jede Kammer 2 verbunden mit einem Heizkreis­ lauf d, der entweder mit gereinigtem Abwasser oder mit frischem Wasser betrieben wird. In diesem Kreislauf d sorgt eine Pumpe 23 dafür, daß das vorhandene Wasser durch einen Wärmetauscher 27 geführt wird. Über die Ventile 11 kann das im Heizkreislauf d verwendete Medium entweder den Kammern zugeführt werden oder der Gärkammer Flüssigkeit entzogen werden. Mit diesem Kreislauf kann die Temperatur und die Biozönose in den einzelnen Kammern beein­ flußt und gesteuert werden. Aus den dem Ablauf näher liegenden Kammern, z. B. der Kammer 2 ⁿ, kann auch Gärgut 39 entnommen und zur Impfung den dem Einlauf am nächsten liegenden Kammern, z. B. der Kammer 2 ^I, zugeführt werden. Nährstoffe, pH-regelnde Substan­ zen und andere Impfstoffe können über Mischer 35 dem Kreislauf d zugegeben und in eine der Kammern 2 geführt werden.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist eine aero­ be Hydrolysestufe vorgeschaltet. Bei dieser Ausführungsform kön­ nen Nährstoffe wie z. B. Eisen, Nickel, Kobalt oder Molybdän etc., pH-regelnde Substanzen und andere Impfstoffe in eine der Kammern 2 geführt werden. Dies geschieht über einen Vorratsbehäl­ ter 51, in den diese Stoffe eingegeben werden können. Aus dem Vorratsbehälter 51 werden die Stoffe dann als Lösung mittels der Pumpe 52 über die Leitung h und über den Mischer 35 dem Kreis­ lauf d zugegeben und in eine der Kammern 2 geführt. Werden dem Prozeß über die Zuleitung i kontaminierte Abfälle (z. B. Speise­ reste aus Großküchen oder Schlachthofabfälle) beigegeben, müssen diese aus seuchenhygienischen Gründen thermisch vorbehandelt wer­ den. Dies geschieht je nach Abfallart und Anforderung des Gesetz­ gebers im Durchlauf- oder Batch-Betrieb über den Mischer 35, die Förderpumpe 23, den Kreislauf d und den Wärmetauscher bzw. Erhit­ zer 27.

In Fig. 1 ist ein zylindrischer Fermenter 1 dargestellt, in des­ sen Zentrum ein Rotor 5, der durch alle Kammern 2 hindurch geht, dargestellt. An diesem Rotor sind in jeder Kammer einige Rühr­ arme 10 befestigt, um das Abwasser stetig in Bewegung zu halten und eine minimale Durchmischung in den einzelnen Kammern zu ge­ währleisten.

In der in Fig. 1e dargestellten abgewandelten Ausführungsform ist gezeigt, daß sich in der dem Zulauf a am nächsten gelegenen Kammer durch Luftsauerstoffeintrag eine gesteuerte Versäuerung (Hydrolyse) einstellt. Der Luftsauerstoff wird mit dem Gebläse 49 angesaugt und über die Leitung f den am Behälterboden verteil­ ten Lufteintragsdüsen 50 bis 50 ⁿ zugeführt und in die Kammer 2 ^I eingepreßt. Durch die Lufteinpressung wird eine exotherme, biolo­ gische Reaktion eingeleitet, welche, ähnlich der aus der Klär­ werkstechnik bekannten aerob-thermophilen Schlammstabilisierung, den Fermenterinhalt auf die gewünschte Prozeßtemperatur erhöht. Die geruchsbeladene Abluft wird über den Stutzen g einer Abluft­ behandlung (z. B. Biofilter) zugeführt. Durch die Versäuerung und Temperaturerhöhung werden größere organische Teile aufgelöst sowie die mit Organik behaftenen Oberflächen von Störstoffen wie Plastik etc. abgereinigt. Ein langsam laufendes Rührwerk 5 unter­ stützt mit den durch die Paddel 10 eingeleiteten Scherkräften die gleichmäßige Luftverteilung in der Kammer 2 ^I. Die aerob be­ triebene Kammer 2 ^I wird von den nachfolgenden Kammern 2 ^II bis 2 ⁿ durch eine gasdichte Trennwand 48 abgetrennt.

In Fig. 3 ist gezeigt, daß in der dem Zulauf a am nächsten lie­ genden Kammer 2 ^I nebst Rührarm 10 auch noch eine Schaufel 6 am Rotor befestigt ist. Diese Schaufel kann nach hinten winklig verstellt werden. Fig. 3 zeigt ebenfalls, wie mit dieser winklig nach hinten verstellbaren Schaufel zum einen die sich unten be­ findenden Sinkstoffe 40 über eine zentral unterhalb der Mittel­ achse des Fermenters 1 liegende Öffnung 7 in einen Sammelbehäl­ ter 8 gebracht werden können. Auf diese Art können Sinkstoffe 40 wie z. B. Sand und Steine leicht entsorgt werden. Um das mit den Sinkstoffen 40 mitgebrachte Wasser von denselben zu trennen, be­ findet sich seitlich an diesem Sammelbehälter 8 ein Grobfilter 9.

Ist dieser Sammelbehälter 8 mit Sinkstoffen 40 gefüllt, wird der Schieber 12 geschlossen. Nun wird der Sammelbehälter 8 via Grob­ filter 9 in den Kreislauf d entwässert und die Sinkstoffe 40 mit Schieber 13 in Behälter 14 ^I abgelassen. Auf diese Art wird die Hauptmenge der Sinkstoffe 40 die schwerer sind als Wasser vom verunreinigten Gärgut 39 getrennt und aus dem Fermenter 1 ent­ fernt. Der Schieber 13 wird sodann wieder geschlossen und Schie­ ber 12 geöffnet, um die durch Schaufel 6 angeförderten Sinkstof­ fe 40 von neuem aus der Kammer 2 ^I zu entfernen.

Ebenfalls in dieser dem Zulauf a am nächsten liegenden Kammer 2 ^I bilden sich je nach Art der Verunreinigung des Abwassers mehr oder weniger Schwimmstoffe 41. Dieselbe Schaufel 6, die sich an einem Rührarm 10 befindet und winklig nach hinten angeordnet ist bringt diese Schwimmstoffe 41 über Öffnung 15 in den Sammelbehäl­ ter 16.

Wie im Sammelbehälter 8 des schweren Schlammes 40 wird auch hier der Sammelbehälter 16 mit Schwimmstoffen 41 gefüllt, und während dieser Füllung wird über den Grobfilter 17 das Wasser von den Schwimmstoffen 41 abgetrennt. Ist der Sammelbehälter 16 voll, schließt man Schieber 18, läßt die im Sammelbehälter 16 befind­ lichen Schwimmstoffe 41 abtropfen, öffnet den Schieber 19 und läßt es in den vorhandenen Behälter 14 ^II gleiten. Darauf wird Schieber 19 wieder geschlossen, Schieber 18 geöffnet und neuer­ lich entstandene Schwimmstoffe 41 können in den Sammelbehälter 16 gefüllt werden.

Mit dem Heizkreislauf d wird die in den Sammelbehältern 8 und 16 vorhandene und über die Grobfilter 9 und 17 abgesonderte Flüssig­ keit abgezogen. Mittels Anpassung der Druckverhältnisse im Heiz­ kreislauf d werden die Grobfilter 9 und 17 während des Prozesses rückgespült und gereinigt.

Um das kontaminierte Abwasser nun vom Einlauf a bis zum Auslauf b von einer Kammer zur nächsten zu befördern, sind verschiedene Mittel eingesetzt. Fig. 1 zeigt, daß das Fördermittel, welches das Abwasser von der ersten Kammer 2 ^I in die zweite Kammer 2 ^II befördert ein Zerkleinerer 28 sein kann. Das Abwasser kann aber auch von einer Kammer zur nächsten mit einem Überlauf, einem Deckel 29 oder einer Verbindung 30 in die nächste Kammer beför­ dert werden.

Der Fluß vom Einlauf a zum Auslauf b ist immer gewährleistet, weil der Füllstand beim Zulauf a höher ist, als beim Ablauf b. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Kammern 2 bilden Schieber 42, mittels welchen Öffnungen in den Trennwänden geöffnet und verschlossen werden können. Solche Schieber ermöglichen es, den Durchfluß zwischen den einzelnen Kammern 2 ^I-n kontrolliert zu regeln, respektive an ganz bestimmten Stellen den Durchfluß zu beeinflussen. Weitere Möglichkeiten der Verbindungen zwischen den Kammern sind syphonartige Labyrinthe 33 und prallwandähnli­ che Durchgänge 34 wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt sind.

Eine spezielle Art der Verbindung ist zwischen den Kammern 2 ^I und 2 ^II angeordnet. In der Kammer 2 ^I befinden sich normalerweise noch immer grobe Feststoffe im Gärgut 39. Um den Prozeß in Kammer 2 ^II verfeinern zu können wird zwischen den beiden Kammern ein als Transportmittel wirkender Zerkleinerer 28 eingesetzt.

Wie Fig. 2 zeigt, kann ein erfindungsgemäßer Fermenter 1 auch eine beliebige Form aufweisen. Aus fertigungstechnischen Gründen wird er möglichst zylindrisch oder kubisch sein. In einem sol­ chen Gerät wird in jeder Kammer 2 ^I-n vorzugsweise ein rohrförmi­ ger, mit Heizmantel 22 versehener Wärmetauscher 21 eingebaut sein. Durch den in der Mitte des Wärmetauschers 21 erzeugten Auf­ trieb wird in einer Kammer 2 eine gewisse Umschichtung des Gär­ gutes 39 erreicht. Diese Bewegung zur Umschichtung des Gärgutes 39 in einer Kammer 2 kann durch verschiedene Mittel erzeugt werden.

Es ist z. B. denkbar, daß man wie in Fig. 2 in der Kammer 2 ^I gezeigt der Kammer Gärgut 39 entnimmt, über eine Pumpe 23 führt und im Zentrum des Wärmetauschers 21 der Kammer 2 ^I mit Druck wieder zugibt. Auf diese Art wird die Geschwindigkeit des Flüs­ sigkeitsstromes im Wärmetauscher 21 erhöht, der Wärmeübergang im Wärmetauscher 21 intensiviert und gleichzeitig die Umschichtung des Abwassers in dieser Kammer verbessert. Ob die Pumpe dabei außerhalb des Fermenters 1 liegt, wie in dar dem Zulauf a am nächsten liegenden Kammer 2 ^I der Fig. 2 gezeigt ist, oder ob sie wie in der Fig. 2 gezeigt in der zweiten Kammer 2 ^II innerhalb des Gärgutes 39 montiert ist, ist dabei für deren Wirkung uner­ heblich. Eine weitere Möglichkeit die Umschichtung in einer Kam­ mer zu verbessern, ist das Einbauen einer Propellerpupmpe 31 im Zentrum des Wärmetauschers 21. Die Wirkung, wie sie die Fig. 2 in Kammer 2 ^III zeigt, ist ähnlich der oben beschriebenen, mit Pumpen 23.

In jeder Kammer, vor allem aber in der letzten Kammer 2 ⁿ, die dem Ablauf b am nächsten liegt, bietet sich die Möglichkeit, das Biogas am Gasdom 36 abzunehmen, und über ein Gebläse 38 direkt ins Zentrum des Wärmetauschers 21 einzublasen. Durch den Ven­ turi-Effekt entsteht in der Mitte des Wärmetauschers 21 eine Strömung, die eine Durchmischung der ganzen Kammer zur Folge hat. Unter Umständen kann dem Biogas an dieser Stelle auch Luft­ sauerstoff zugemischt werden. Der beigemischte Luftsauerstoff bewirkt die oben beschriebene Oxidation, um den Schwefelgehalt des Gases zu reduzieren.

Die gasdichten Deckel 20 im Gasraum oben bildet eine Einheit mit dem Wärmetauscher 21, welcher an diesem Deckel 20 befestigt ist. Der Heizmantel 22 wird über diesen Deckel 20 mit einem Heizkreis­ lauf e mit Heizmedium versorgt. Jede Einheit, am Deckel 20 befe­ stigt, kann in jeder Kammer 2 ^I-n eingesetzt werden und ist aus­ tauschbar. Die Vorrichtungen wie Pumpen 43, 44, Propellerpumpe 31 oder Gaszuführung 37 bilden zusammen mit dem Wärmetauscher 21 und dem Deckel 20 einen austauschbaren Monoblock.

Die Fig. 4 zeigt ein Anlagesystem, das insbesondere zur Verarbei­ tung von organischen Feststoffen geeignet ist, welche einen Trockensubstanz-Gehalt (TS-Gehalt) von 20 bis 40% aufweisen. Im gesamten Prozeß werden diese Stoffe allerdings nach der im Vorzerkleinerer 61 durchgeführten Vorzerkleinerung durch Rückver­ dünnung mit Kreislaufwasser 1 auf einen TS-Gehalt von weniger als 25% eingestellt. Da solche Anlagen größere Dimensionen aufweisen, wird die Hydrolysestufe 1 (im Gegensatz zur Ausfüh­ rungsform der Fig. 1a und 2a) vom Reaktor 1 ^I getrennt.

Die Hydrolysestufe 1 besitzt einen Hydrolysereaktor mit Rührwerk und Antrieb sowie mit Belüftungseinheit und Entlüftung. Der sepa­ rate Vergärungsreaktor (Mehrkammerreaktor) 1 ^I entspricht in al­ len Teilen demjenigen, der in Fig. 1 gezeigt ist. Wegen der anzu­ nehmenden Größe kann dieser Reaktor (im Unterschied zur Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1) mit einem zweiteiligen Rührwerk 5 ^I, 5 ^II (jeweils mit Motorantrieb) versehen werden, dessen Antriebsein­ heiten zentral in einem mittigen, begehbaren Antriebsschacht 3 ^I angeordnet sind, welcher zugleich als Umlenkkammer dient.

Der Reaktor 1 ^I weist mindestens vier Umlenkkammern auf, die durch Trennwände 3 voneinander abgetrennt sind. Jede Kammer ist über einen Einstiegsschacht 54 begehbar.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ferner eine Materialver­ schiebeeinrichtung vorgesehen. Sie weist einen Pumpbehälter 57 auf, welcher mit einer Gaspumpe 56 versehen ist. Die Gaspumpe 56 kann mittels (in der Zeichnung nicht dargestellten) Schiebern sowohl als Ansaugpumpe (Unterdruck) als auch als Druckpumpe wir­ ken. Als Hilfsfördermedium dient das in einem Gasspeicher 60 be­ findliche Biogas, welches über eine Gaspendelleitung c^I beför­ dert wird.

Wird über den Behälter 57 Material angesaugt, wird zuerst über die Pumpe 56 Unterdruck erzeugt (Vakuum) und dann der entspre­ chende Schieber geöffnet. Zum Fördern wird zuerst mit der Druck­ pumpe 56 auf den Behälter 57 Druck gegeben und anschließend das entsprechende Förderventil 11 geöffnet, so daß das Substrat über die Materialpendelleitung d in den Fermenter gedrückt wird. Über den Behälter 57 werden auch die Sinkstoffe aus dem Fermenter 1 ^I über die entsprechenden Ventile und die Leitung d in den Behäl­ ter 57 gefördert. Die Schwerstoffe werden anschließend mit Über­ druck über die Leitung d^I in die Auffangwanne 63 gefördert.

Am Ausgang b des Fermenters 1 ^I wird das Faulgut durch mindestens eine Entwässerungsanlage 59 in Rohkompost b^I und Abwasser b^II getrennt. Das Abwasser wird in dem von einem Mischer 35 gebilde­ ten Auffangbecken mittels der Pumpe 23 über die Leitungen l bis l^IV den verschiedenen Mischstellen zugeführt. Die Nährstoffe wer­ den vom Nährstofftank 51 über die Pumpe 52 und über die Leitung h dem Mischer 35 zugeführt. Nötigenfalls kann Frischwasser oder Betriebswasser zur Verdünnung über die Leitung m und über die Leitungen 1 bis 1 ^IV dem Substrat zugeführt werden. Sämtliches Verdünnungswasser wird zur Temperaturanhebung zunächst über den Wärmetauscher 27 geführt.

Claims (24)

1. Verfahren zur Verwertung von organischen Abfällen, insbesondere von biolo­ gisch verunreinigten Flüssigkeiten und/oder von Stoffen in fließfähiger Form, bei dem das Gärgut in einem Fermenter, welcher unterhalb des Gasraumes durch Trennwände in einzelne Kammern unterteilt ist, vom Zulauf bis zum Ablauf von Kammer zu Kammer kontrolliert geführt wird, wobei alle Kammern (2) zu einem gemeinsamen Gasraum (4) hin offen sind, so daß der Fermenter (1) für das Biogas einen gemeinsamen Gasraum (4) bildet, dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Gasraum (4) ein Teilstrom in eine Meßbox (25) gebracht wird
und daß die derart ermittelte Meßgröße zur Kontrolle des Schwefelgehaltes im Biogas verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fermenter (1) liegend angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammern (2) abtrennenden Trennwände (3) so ausgebildet sind, daß die einzelnen Kammern (2) mit Vorrichtungen wie Heizungen, Rührwerken, Ventilen und/oder Schiebern ausgerü­ stet sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste Kammer Frischluft (f) zugeführt werden kann, so daß die erste Kammer als anaerober Hydrolysereak­ tor gefahren werden kann.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer, mehreren oder allen Kammern Nähr­ stoffe (51) zuführbar sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kontaminierte Abfallstoffe über eine Zuführung in einen Mischer geführt werden.

7. Vorrichtung zur Verwertung von organischen Abfällen, insbesondere von bio­ logisch verunreinigten Flüssigkeiten und/oder Stoffen in fließfähiger Form, be­ stehend aus einem Fermenter, welcher unterhalb des Gasraumes durch Trennwände in einzelne Kammern unterteilt ist, wobei das Gärgut vom Zulauf bis zum Ablauf von Kammer zu Kammer kontrolliert führbar ist, und wobei alle Kammern (2) zu einem gemeinsamen Gasraum (4) hin offen sind, so daß der Fermenter (1) für das Biogas einen gemeinsamen Gasraum (4) bildet, gekennzeichnet durch eine Meßbox (25), der ein Teilstrom aus dem gemeinsamen Gasraum (4) zu­ führbar ist und dessen Meßgröße zur Kontrolle des Schwefelgehaltes im Bio­ gas verwendbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fermenter (1) liegend angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammern (2) abtrennenden Trennwände (3) so ausge­ bildet sind, daß die einzelnen Kammern (2) mit gleichen oder unterschiedlichen Vorrichtungen wie Heizungen, Rühr­ werken, Ventilen und/oder Schieben ausgerüstet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fermenter (1) ein Zirkulationskreislauf (d) mit schaltbaren Ventilen zu jeder Kammer (2), einem Mischer (35) und einem Wärmetauscher (27) angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fermenter (1) eine zylindrische Form hat und in seiner Längsachse einen zentral angeordneten und drehbar gelagerten und angetriebenen Rotor (5) aufweist, der alle Kammern (2) durchquert.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rotor (5) im Bereich einer dem Zulauf nahe liegenden Kammer (2) mit Schaufeln (6) bestückt ist, die mit dem Rotor (5) drehen und zum Radius entgegen der Drehrichtung nach hinten winklig verstellbar angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüch 7 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich im Bereich einer dem Zulauf (a) nahe liegenden Kammer (2 ⁿ) zentral unterhalb der Mittelachse des Fermenters (1) eine in einen Sammelbehälter führende Öff­ nung (7) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich im Bereich einer dem Zulauf (a) nahe liegenden Kammer (2 ⁿ) auf der Höhe des Füllstandes eine tan­ gentiale, in einen Sammelbehälter führende Öffnung (7) ange­ ordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sammelbehälter seitlich einen Grobfil­ ter aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rotor (5) mit Rührarmen ausgestattet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüch 7 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede durch eine Trennwand (3) definierte Kammer (2) mit einem Monoblock ausgerüstet ist, welcher min­ destens aus einem gasdicht verschließbaren Deckel (20) und einem rohrförmigen, mit Heizmantel (22) versehenen Wärmetauscherelement (21) besteht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der zentralen Achse des rohrförmigen Wärmetauscher­ elementes (21) eine Fördervorrichtung (31, 38, 43, 44) be­ findet.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in die erste Kammer (2 ^I) Frischluft (f) zuführbar ist, so daß der Inhalt der ersten Kammer als an­ aerober Hydrolysereaktor gefahren werden kann.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (2 ^I) durch eine Trennwand (48) vom Gasraum der nachfolgenden Kammern (2) gasdicht abgeschlossen ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 20, gekennzeich­ net durch einen Mischer (35), dem Nährstoffe (51) beimisch­ bar sind und durch den jede Kammer (2) mit Nährstoffen ver­ sorgt werden kann.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß kontaminierte Abfallstoffe über eine Zuführung (i) in den Mischer (35) geführt werden können.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 22, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Fermenter eine Hydrolysestufe (1) Vor­ geschaltet ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 23, gekennzeich­ net durch eine Materialverschiebeeinrichtung.