DE19946299A1 - Verfahren und Vorrichtung zur gemeinsamen Vergärung von kohlenhydrat-, fett- und eiweisshaltigen Bioabfällen, cellulosereichen Bioabfällen, Faulschlamm aus Kläranlagen sowie Papierschlamm und Molke - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur gemeinsamen Vergärung von kohlenhydrat-, fett- und eiweisshaltigen Bioabfällen, cellulosereichen Bioabfällen, Faulschlamm aus Kläranlagen sowie Papierschlamm und MolkeInfo
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Abstract
Aus leicht und aus schwer abbaubaren Bioabfällen werden jeweils Suspensionen mit einem TS-Gehalt von ca. 10% hergestellt, die durch Zufuhr von Wärme aus einem Gasmotor auf 70 DEG C aufgeheizt und anschließend durch Wärmeabgabe an Kühlwasser auf 30-33 DEG C abgekühlt werden, um anschließend in eine mesophil arbeitende Hydrolysestufe zu gelangen, in der eine anaerobe Hydrolyse und eine Acidogenese ablaufen und aus der einerseits die sedimentierten, noch nicht vollständig abgebauten Stoffe abgezogen und zur Enzymbildung mit Molke und Papierschlamm unter aeroben Bedingungen versetzt werden, wobei die Enzymlösung in die Suspension aus schwer abbaubaren Stoffen gelangt und dort eine aerobe Hydrolyse einleitet, während andererseits die versäuerte, nahezu feststofffreie Lösung aus der anaeroben Hydrolysestufe gemeinsam mit dem Faulschlamm aus einer Kläranlage im Verhältnis 1 zu 1 in eine Methanstufe zwecks Acetogenese und Methanogenese eingeführt wird und dort Methangas produziert, welches in einem Gasmotor zur Strom- und Wärmeerzeugung verwendet wird, wobei die entstehende Wärme zur Temperierung der Methanstufe und der anaeroben Hydrolysestufe sowie zur Beheizung und Hygienisierung der Suspensionen aus leicht abbaubaren und schwer abbaubaren Bioabfällen herangezogen wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergärung von leicht
abbaubaren Bioabfällen wie Küchen- und Marktabfälle, Fett- und Ölabscheiderinhalte,
Flotaten sowie schwer abbaubaren Abfällen wie cellulosereiche Stoffe und
Industrieschlämme.
Unter schwer abbaubaren Abfällen werden im folgenden cellulose- und ligninhaltige
Abfälle verstanden, während mit leicht abbaubaren Abfällen solche bezeichnet werden,
die Fette, Eiweiße, Kohlenhydrate sowie deren monomere und biologische Abbauprodukte
enthalten. Bei der Vergärung leicht abbaubarer Produkte laufen, vereinfacht dargestellt, die
folgenden vier Teilprozesse ab:
Teilschritt 1, Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße werden in niedermonokulare Bestandteile wie Einfachzucker, Fettsäuren, Glyzerin und Aminosäuren zerlegt (Hydrolyse)
Teilschritt 2, die hydrolytischen Abbauprodukte werden in lösliche Fettsäureverbindungen wie Butyrate, Propionate, Acetate und Formiate sowie in Alkohole, Aldehyde, Wasserstoff und Kohlendioxid überführt (Acidogenese)
Teilschritt 3, die nichtmethanogene Substrate wie Butyrate, Propionate, Aldehyde und Alkohole werden in methanogene Substrate wie Acetate, Formiate, Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt (Acetogenese)
Teilschritt 4, aus den methanogenen Substraten bilden sich Methan und Kohlendioxid (Methanogenese). Dabei kann der Kohlenstoff aus dem Kohlendioxid (autotrophe Umsetzung) oder aus den organischen Verbindungen (heterotrophe Umsetzung) bezogen werden.
Teilschritt 1, Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße werden in niedermonokulare Bestandteile wie Einfachzucker, Fettsäuren, Glyzerin und Aminosäuren zerlegt (Hydrolyse)
Teilschritt 2, die hydrolytischen Abbauprodukte werden in lösliche Fettsäureverbindungen wie Butyrate, Propionate, Acetate und Formiate sowie in Alkohole, Aldehyde, Wasserstoff und Kohlendioxid überführt (Acidogenese)
Teilschritt 3, die nichtmethanogene Substrate wie Butyrate, Propionate, Aldehyde und Alkohole werden in methanogene Substrate wie Acetate, Formiate, Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt (Acetogenese)
Teilschritt 4, aus den methanogenen Substraten bilden sich Methan und Kohlendioxid (Methanogenese). Dabei kann der Kohlenstoff aus dem Kohlendioxid (autotrophe Umsetzung) oder aus den organischen Verbindungen (heterotrophe Umsetzung) bezogen werden.
Die Teilschritte 1 und 2 laufen fakultativ aerob ab, d. h. ein Unterbinden des
Sauerstoffkontaktes ist nicht erforderlich. Hingegen basieren die Teilschritte 3 und 4 auf
strikt anaeroben Umsetzungsmechanismen, d. h. die Zufuhr von Sauerstoff muß strikt
unterbunden werden. Bei den beschriebenen Teilschritten 1 bis 4 handelt es sich nicht um
sequenziell ablaufende Vorgänge. Alle 4 Teilschritte können sich auch simultan oder quasi
simultan vollziehen. Beeinflusst werden hiervon die Stabilität des Prozesses und die
Methanausbeute. In jedem Fall sind jedoch die Teilschritte 3 und 4 miteinander gekoppelt,
da der von acetogenen Mikroorganismen erzeugte Wasserstoff abgeführt werden muß.
Dies geschieht durch die von den methanogenen Mikroorganismen bewirkte Umsetzung
des Kohlen- und Wasserstoffs zu Methan. Die methanogenen und acetogenen Bakterien
arbeiten daher in einer obligaten Symbiose.
Nach dem Stand der Technik (Biologische Abfallbehandlung, ISDN 3-924511-72-1; Biogas-
Praxis ISDN 3-922964-59-1) werden ein- und mehrstufige Verfahren zur Vergärung von
Bioabfällen aus Landwirtschaft, Kommunen, Großmärkten, Lebensmittelindustrie,
Agroindustrie sowie zur Vergärung von Überschußschlamm aus Kläranlagen angewandt.
Vor der Vergärung werden verschiedene Aufbereitungstechniken eingesetzt, um einerseits
die Abfälle von Störstoffen zu befreien und andererseits diese in eine für die Vergärung
geeignete Form zu bringen. Bei den trockenen Verfahren beträgt der TS-Gehalt des
Eingangsmaterials in der Regel 20-30% TS, und die Vergärung erfolgt meistens
einstufig. Bei den sogenannten nassen Verfahren wird für die Vergärung eine Suspension
mit einem TS-Gehalt von 8-12% hergestellt. Danach erfolgt die Vergärung entweder
einstufig in einem einzigen Schritt in einem Methanreaktor oder in zwei Stufen bestehend
aus einer Hydrolyse- und einer Methanstufe, wobei in der Hydrolyse die beschriebenen
Teilschritte 1 und 2 ablaufen, während die Methanbildung die Teilschritte 3 und 4
einschließt. Die Zweistufigkeit bewirkt eine stabilere Betriebsweise. Einstufige und
zweistufige Verfahren können ferner mesophil (Umsetzung bei 33-37°C) oder thermophil
(Umsetzung bei 50-65°C) ablaufen. Von entscheidender Bedeutung ist die
seuchenhygienische Sicherstellung der Produkte. Dazu ist nach neuerer Gesetzgebung
eine Mindestverweilzeit von 1 Stunde bei einer Mindesttemperatur von 70°C erforderlich.
Es können auch Stoffe unterschiedlicher Herkunft gemeinsam vergärt werden. In diesem
Falle spricht man von einer Co-Vergärung. Es werden z. B. in Faultürmen von Kläranlagen
bestimmte Bioabfälle, wie Fettabscheiderinhalte gemeinsam mit dem Überschussschlamm
vergärt. Ein weiteres Breispiel wäre die Co-Vergärung von Gülle und Grünschnitt aus
landwirtschaftlichen Abfällen. Das erzeugte Methangas wird häufig in sogenannten
Gasmotoren verstromt. Hierbei beträgt der Wirkungsgrad maximal 36%, d. h. ca. 64% der
Primärenergie steht nach der Verstromung als Wärme zur Verfügung und muß anderweitig
genutzt werden.
Cellulose- und ligninhaltige Abfälle werden meistens aerob behandelt (Kompostierung).
Solche Abfälle findet man z. B. bei der Getrenntsammlung von häuslichem Abfall. Man
benötigt also zur effektiven biologischen Behandlung zwei recht unterschiedliche
Verfahren: das anaerobe Verfahren der Vergärung und das aerobe Verfahren der
Kompostierung. Um mit der reinen Vergärung auszukommen, kann die Cellulose durch
Säuren oder Laugen aufgeschlossen werden.
Aus den nach dem Stand der Technik realisierten, entwickelten und konzipierten Verfahren
resultieren folgende Nachteile:
- - Es besteht die Gefahr der Ausspülung der acetogenen und methanogenen Mikroorganismen, insbesondere bei Veränderungen im Ausgangsmaterial. Ein stabiler Betrieb ist nur bei mehr oder weniger definierten Ausgangsstoffen gegeben. Schwer abbaubare Bioabfälle wie Cellulose können nur nach Chemikalienzugabe anaerob behandelt werden. Dies bedeutet neben dem Chemikalienaufwand auch eine Aufsalzung des Prozesswassers.
- - eine seuchenhygienische Sicherung der Produkte ist meistens nur durch Zufuhr externer Energie möglich.
- - Die vom Gasmotor zur Verstromung des Methangases freiwerdende thermische Energie wird häufig entweder gar nicht oder nur zu einem geringen Teil im Vergärungsprozess verwertet.
- - Die Methangasausbeute liegt deutlich unterhalb des theoretisch möglichen Wertes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
kontinuierlichen, chemikalienfreien Vergärung von fett-, eiweiß-, kohlenhydrat- und
cellulosehaltigen Bioabfällen im stabilen Betrieb durch hohe Verfügbarkeit der acetogenen
und methanogenen Mikroorganismen und durch Einsatz der bei der Verstromung in einem
Gasmotor freiwerdende thermische Energie zu schaffen, um neben einer hohen
Gasausbeute und Abbaurate ein hohes Maß an Flexibilität und Wirtschaftlichkeit zu
erreichen.
Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 gelöst.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, daß aus leicht abbaubaren Abfällen,
sowie aus schwer abbaubaren Bioabfällen jeweils Suspensionen mit einem TS-Gehalt von
ca. 10% hergestellt werden, die durch Zufuhr von Wärme aus dem Gasmotor auf 70°C
aufgeheizt und anschließend durch Wärmeabgabe an Kühlwasser auf 30-33°C abgekühlt
werden, um anschließend in eine mesophil arbeitende Hydrolysestufe zu gelangen, in der
eine anaerobe Hydrolyse und eine Acidogenese ablaufen und aus der einerseits die
sedimentierten, noch nicht vollständig abgebauten Stoffe abgezogen und zur Enzymbildung
mit Molke und Papierschlamm unter aeroben Bedingungen versetzt werden, wobei die
Enzymlösung in die Suspension aus schwer abbaubaren Stoffen gelangt und dort eine
aerobe Hydrolyse einleitet, während andererseits die versäuerte, nahezu feststofffreie
Lösung aus der anaeroben Hydrolysestufe gemeinsam mit dem Faulschlamm aus einer
Kläranlage im Verhältnis 1 zu 1 in eine Methanstufe zwecks Acetogenese und
Methanogenese eingeführt wird und dort Methangas produziert, welches in einem
Gasmotor zur Strom- und Wärmeerzeugung verwendet wird, wobei die entstehende
Wärme zur Temperierung der Methanstufe und der anaeroben Hydrolysestufe sowie zur
Beheizung und Hygienisierung der Suspensionen aus leicht abbaubaren und schwer
abbaubaren Bioabfällen herangezogen wird.
Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den
Ansprüchen 2 und 3 hervor.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine breite Anwendung biogener Abfälle bei hoher
Gasausbeute, erfüllt die seuchenhygienischen Bedingungen und erreicht einen äußerst
stabilen Betrieb, insbesondere in der empfindlichen Methanstufe, der ständig Faulschlamm
zugeführt wird, der einerseits für eine hohe Verfügbarkeit der acetogenen und
methanogenen Mikroorganismen sorgt und andererseits einen weiteren Abbau erfährt. Dies
ist eine bedeutende Verbesserung. Denn ein weiterer Abbau von Faulschlamm ist mit den
bisher bekannten Verfahren entweder nur in geringem Maße oder bei extrem langen
Verweilzeiten (60-90 Tage und mehr) möglich.
Zur Durchführung des Verfahrens benutzt man eine Vorrichtung nach Anspruch 4.
Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß zur Herstellung der
Suspensionen aus leicht abbaubaren und schwer abbaubaren Bioabfällen Mischbehälter
vorgesehen werden, die über Umwälzkreisläufe, realisiert durch einen Zerkleinerer, eine
Pumpe und einen Wärmetauscher mit einem Heiz- und einem Kühlteil, verfügen. Die
anaerobe Hydrolyse findet in einem Behälter mit einem auslaufendem konischen Teil statt,
aus dem die sedimentierten Feststoffe abgezogen werden und durch freien Fall in einen
weiteren Behälter zwecks Enzymbildung gelangen. Der Behälter zur Durchführung der
Methanisierung ist ebenso mit einem konischem Auslauf ausgestattet, an dem sich eine
Umwälzleitung anschließt, in die eine Pumpe und ein Wärmetauscher zwecks Umwälzung
und Temperierung installiert sind.
Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung resultieren aus dem
Anspruch 5.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 und 2 dargestellt und wird im folgenden
näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens und Funktionsweise der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 Aufbau des zur Erfüllung der seuchenhygienischen Bedingungen und zur
Verwertung der im Gesamtprozess freiwerdenden Wärme vorgesehenen Wärmetauschers.
Der Mischbehälter B1 wird mit einer bestimmten Wassermenge mw1 befüllt. Danach
werden das Rührwerk R1, der Zerkleinerer Z1 sowie die Umwälzpumpe P1 in Betrieb
genommen, so daß sich eine Umwälzung mu1 einstellt. Während der Umwälzung tritt der
weitgehend von Grob- und Störstoffen befreite und leicht abbaubare Bioabfall ml über die
Schnecke S1 ein und wird dort solange mit Wasser versetzt, bis ein TS-Gehalt von ca.
10% erreicht wird. Das Rührwerk und die Umwälzung haben die Aufgabe, ein homogenes
Gemisch durch Rühren und Umwälzen herzustellen. Der Zerkleinerer Z1 sorgt für eine
bestimmte maximale Korngröße von 4 mm, damit eine große Oberfläche erreicht und der
Betrieb der Umwälzpumpe P1 nicht beeinträchtigt wird. Störstoffe wie Metalle, Steine und
andere schweren Gegenstände mb1 werden in bestimmten Zeitintervallen aus dem
konischen Teil von B1 entfernt. Zur Hygienisierung durch Erwärmung und zur
anschließenden Abkühlung ist im Umwälzkreislauf der Rohrbündel-Wärmetauscher W1
vorgesehen. Er besteht gemäß Fig. 2 aus einem oberen Heizteil H und einem unteren
Kühlteil K. Beim Heizen wird die Sekundärseite des Heizteils durch Heizwasser (um die
Rohre) durchströmt, während der umzuwälzende Massenstrom mu1 durch die Rohre fließt.
Während des Kühlens wird die Sekundärseite (um die Rohre) des Kühlteils K von
Kühlwasser durchströmt.
Zur Hygienisierung wird die Umwälzung durch die Pumpe P1 so lange aufrechterhalten, bis
der Inhalt von B1 durch Erwärmung von mu1 auf 70°C aufgeheizt ist. Danach wird die
Beheizung des Heizteils von W1 so eingestellt, daß die Temperatur von 70°C konstant
bleibt. Die Pumpe P1 und das Rührwerk R1 laufen weiter, um die Temperatur und die
Homogenität des Gemisches aufrechtzuerhalten. Nach einer Stunde ist die Hygienisierung
beendet. Die Heizwasserzufuhr zu W1 wird abgestellt und die Kühlung über den Kühlteil
von W1 gestartet, bis sich eine Temperatur von 33°C einstellt. Danach wird der Inhalt von
B1 als Massenstrom von m2 durch die Pumpe P2 in den Hydrolysebehälter B3 gefördert. Im
Hydrolysebehälter B3 laufen die Teilschritte anaerobe Hydrolyse und Acidogenese ab.
Vorzugsweise arbeitet man hier bei einem pH-Wert von 4,5-5 und bei einer Temperatur
von 33-35°C im mesophilen Bereich. Die Homogenität des Gemisches im
Hydrolysebehälter B3 wird durch das Rühren mit dem Rührwerk R3 sowie durch den mit
Hilfe der Umwälzpumpe P5 umgewälzten Massenstrom mu3 bewirkt. Dabei ist das Ventil
V1 geöffnet, das Ventil V2 jedoch geschlossen. Der Wärmetauscher W3 sorgt im
Umwälzkreislauf für eine konstante Temperatur im Bereich von 33-35°C und ist zur
Wärmeversorgung wie W1 an einen Heizwasserkreislauf angeschlossen. Es wird bevorzugt
in einem pH-Wert-Bereich 4,5-5 gearbeitet. Nach einer Verweilzeit von 3 Tagen ist der
Hydrolysevorgang im Behälter B3 beendet. Das Ventil V2 wird geöffnet, und die
Beschickung des Methanbehälters B6 mit dem Massenstrom m5 gestartet.
Während der Verweilzeit von 3 Tagen sinken die im Hydrolysebehälter B3 noch nicht
umgesetzte Stoffe nach unten und sammeln sich im unteren Bereich des konischen Teils.
Danach wird das Ventil V3 kurzzeitig geöffnet, wodurch die noch nicht umgesetzten Stoffe
mf zusammen mit einem Teil der Flüssigkeit in den Enzymbehälter B4 gelangen. Dem
Enzymbehälter B4 werden ferner aus dem Behälter B5 über die Pumpe P6 ein Gemisch mn
aus Papierschlamm und Molke zugeführt, welches bezogen auf mf aus 10%
Papierschlamm und 5% Molke besteht. Im Behälter B4 bilden sich die für den späteren
enzymatischen, aeroben Hydrolyseprozeß erforderlichen Enzyme. Die Enzymbildung
erfolgt im Temperaturbereich um 30°C bei pH-Werten um 5,8. Die Verweilzeit in B4 liegt in
der Größenordnung von 2 Tagen.
In den Misch- und Hydrolysebehälter B2 werden über die Schnecke S2 die schwer
abbaubaren, cellulosereichen Bioabfälle eingeführt. Die Herstellung eines Gemisches mit
Wasser mw2 mit ca. 10% TS, die Aufheizung zwecks Hygienisierung sowie die Abkühlung
unter Abzug der Störstoffe mb2 erfolgen auf ähnlicher Weise wie bei den bereits
beschriebenen Vorgängen im Behälter B1, wobei wiederum ein Zerkleinerer Z2, eine
Umwälzpumpe P3 sowie ein Wärmetauscher W2, bestehend aus einem Heiz- und einem
Kühlteil (Fig. 2), verwendet werden. Nach Hygienisierung und Abkühlung auf 33-35°C wird
dem Gemisch die Enzymlösung me über die Pumpe P7 zugegeben, wodurch ein aerober
enzymatischer Hydrolyseprozeß ausgelöst wird. Dabei werden cellulose- und lignienhaltige
Stoffe gespalten, und es bilden sich teilweise die für die anaerobe Hydrolyse und
Acidogenese geeigneten Substrate. Nach Ablauf von 3 Tagen ist dieser Prozeß
abgeschlossen. Dem Behälter B2 wird der Massenstrom m4 entnommen und über die
Pumpe P4 dem Hydrolysebehälter B3 zugeführt. Dort erfolgt die Vermischung mit dem
Massenstrom m2 der leicht abbaubaren Stoffe. Dadurch, dass in B3 die Mikroorganismen
für die Durchführung der anaeroben Hydrolyse bereits vorliegen, wird ein höchst stabiler
Betrieb erreicht.
Der dem Behälter B3 entnommene Massenstrom m5 enthält die Substrate für die
Acetogenese bzw. Methanogenese und wird gemeinsam mit dem Faulschlamm ms1 aus
dem Faulturm oder aus dem Eindicker einer Kläranlage dem Methanbehälter B6 im
Verhältnis 1 : 1 zugeführt. Zur Aufrechterhaltung einer homogenen Abbaureaktion sind hier
das Rührwerk R3, die Umwälzpumpe P5 und der Wärmetauscher W4 vorgesehen. Durch
die Pumpe P8 wird die Menge mu4 ständig umgewälzt und im Wärmetauscher W4 durch
Zufuhr von Wärme über Heizwasser temperiert, wobei Temperaturen um 35-37°C
eingehalten werden. Vorzugsweise arbeitet man hier bei einem pH-Wert um 6,8-7,2. Die
Verweilzeit im B6 beträgt 15 Tage. Der Gärrest mr wird über das Ventil V4 abgezogen und
kann nach Entwässerung verwertet werden.
Das in B6 erzeugte methanreiche Gas (70 Vol-% CH4; 30 Vol-% CO2) gelangt gemeinsam
mit dem in B3 erzeugten Gas (geringe Menge) über die Leitung L3 in den Gasmotor GM.
Dort erfolgt die Verbrennung des methanreichen Gases unter Erzeugung elektrischer
Energie, welche ins Netz abgegeben wird. Zur Motorkühlung dient ein Wasserkreislauf mit
dem Vorlauf mh1 und dem Rücklauf mh2. Diesem Kreislauf wird das Heizwasser für die
Wärmetauscher W1, W2, W3 und W4 über die Leitungen L1 und L2 entnommen. Die
Kühlung der Kühlteile der Wärmetauscher W1 und W2 vollzieht sich über einen
Kühlwasserkreislauf mit dem Vorlauf mk1 und dem Rücklauf mk2 sowie einem mit
Abwasser gekühlten Wärmetauscher W0, der Pumpe P0, sowie den verbindenden
Leitungen.
Mit dem beschriebenen Verfahren können folgende Vorteile erreicht werden:
- - Ein weitgehender Abbau des organischen Anteils des bereits ausgefaulten Schlamms aus einer Kläranlage (ca. 30%).
- - Abbau von Cellulose und lignienhaltigen Bioabfällen.
- - Eine hohe Gasausbeute in der Größenordnung von 0,64 m3 n/Mg Bioabfall
- - Ein chemikalienfreier Betrieb.
- - Abbau unter Verwertung biologischer Abfälle in einem weiten Anwendungsbereich der Bioabfälle wie Küchenabfälle, Marktabfälle, Fett- und Ölabscheiderinhalte, Flotate, Schlachthofabfälle, bestimmte Industrieschlämme, Abfälle aus der Getrenntsammlung mit hohem Celluloseanteil und Grünabfälle
Claims (5)
1. Verfahren zur gemeinsamen Vergärung von kohlenhydrat-, fett- und eiweißhaltigen
Bioabfällen, cellulosereichen Bioabfällen, Faulschlamm aus Kläranlagen sowie
Papierschlamm und Molke, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) aus leicht abbaubaren Bioabfällen (kohlenhydrat-, fett- und eiweißhaltig) und schwer abbaubaren Bioabfällen (cellulosereich) werden in zwei separaten Behältern durch Wasserzugabe, durch Rühren sowie durch Zerkleinerung und Umwälzung zwei Suspensionen mit einem TS-Gehalt von ca. 10% hergestellt, die zwecks Hygienisierung durch Zufuhr von Wärme über die in die Umwälzung eingebauten Wärmetauscher auf 70°C aufgeheizt und durch diese nach einer Stunde auf 30-33°C abgekühlt werden, wobei die Suspension aus schwer abbaubaren Bioabfällen mit einer Enzymlösung zwecks einer aeroben Hydrolyse bei einer Temperatur von 33-35°C und einem pH-Wert um 6 versetzt wird und nach einer Verweilzeit von 3 Tagen gemeinsam mit der Suspension aus leicht abbaubaren Bioabfällen in einer anaeroben Stufe einer anaerobe Hydrolyse und eine Acidogenese bei Temperaturen von 33-35°C (mesophil) und pH-Werten von 4,5-5 unterzogen wird;
- b) nach einer Verweilzeit von 3 Tagen in der anaeroben Hydrolyse werden die in dieser Stufe sedimentierten Stoffe in einen Enzymbehälter gegeben und zwecks Enzymbildung in aerober Umgebung mit 10% Papierschlamm und 5% Molke versetzt, um nach einer Verweilzeit von 2 Tagen eine Enzymlösung bei einem pH-Wert um 5, 8 zu erhalten, welche dann zur aeroben Hydrolyse der Suspension aus schwer abbaubaren Bioabfällen zugeführt wird;
- c) der die anaerobe Hydrolyse verlassende feststofffreie Massenstrom wird gemeinsam mit dem Faulschlamm aus einer Kläranlage im Verhältnis 1 : 1 in einer temperierten Methanstufe (35-37°C) einer Acetogenese und Methanogenese bei pH-Werten von 6,8-7,2 unterworfen, wobei die Verweilzeit ca. 15 Tage beträgt und das dabei erzeugte methanreiche Gas in einem Gasmotor zur Strom- und Wärmeerzeugung in einem Gasmotor verwendet wird.
- d) Die Wärme des Gasmotors wird an Heizwasser abgegeben, welches sowohl die Beheizung der Suspensionen während der Hygienisierung als auch die Temperierung während der anaeroben Hydrolyse und der Methanbildung übernimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierung der
anaeroben Hydrolyse und der Methanbildung durch in die Umwälzung eingebaute,
mit aus dem Gasmotor kommenden Heizwasser erfolgt, wobei die Umwälzung der
Substratlösungen durch in den Umwälzkreislauf eingebaute Pumpen sowie durch in
die Behälter eingebauten Rührwerke erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der
Suspension Wärmetauscher vorgesehen sind, die über einen Kreislauf und eine dort
eingebaute Pumpe mit einem Wärmetauscher in Verbindung stehen, der durch
gereinigtes Abwasser aus einer Kläranlage gekühlt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die
Behälter B1 und B2 zur Herstellung von Suspensionen aus leicht und schwer
abbaubaren Bioabfällen jeweils eine Umwälzleitung besitzen, in die ein Zerkleinerer,
eine Umwälzpumpe sowie ein Rohrbündel-Wärmetauscher, bestehend aus einem
Kühl- und einem Heizteil, eingebaut sind, wobei der Heizteil über eine Vor- und eine
Rücklaufleitung mit dem Kühlgehäuse eines Gasmotors verbunden ist, während der
Kühlteil über Leitungen mit einer Kühlwasserpumpe und einem mit Abwasser
gekühlten Wärmetauscher in Verbindung steht, und daß die Behälter B1 und B2
über Leitungen, in die Förderpumpen installiert sind, mit dem für die anaerobe
Hydrolyse vorgesehenen Behälter B3 verbunden sind, wobei dieser ebenso eine
Umwälzung mit einer Umwälzpumpe und einem eingebauten Wärmetauscher
besitzt, welcher mit dem Kühlgehäuse des Gasmotors in Verbindung steht und über
eine Fallleitung mit einem Enzymbehälter verbunden ist, welcher seinerseits an den
Behälter B2 durch eine Leitung mit einer eingebauten Pumpe angeschlossen ist,
und daß der Behälter B3 über eine Leitung und eine Pumpe mit einem Behälter B4
in Verbindung steht, in dem die Methanbildung stattfindet und welcher seinerseits
über eine Leitung und eine Pumpe zur Förderung des Faulschlamms mit dem
Ausgang eines Faulturms verbunden ist und gasseitig mit einem Gasmotor in
Verbindung steht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher W1
und W2 zur Heizung und Kühlung der Suspensionen aus einem Rohrbündel-
Heizteil H und einem Rohrbündel-Kühlteil K bestehen, welche unmittelbar
miteinander verbunden sind.
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