DE3043258A1 - Gas and compost prodn. from sewage sludge - using waste heat from composting unit to heat anaerobic digester - Google Patents
Gas and compost prodn. from sewage sludge - using waste heat from composting unit to heat anaerobic digesterInfo
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Abstract
Description
"Verfahren zur Aufbereitung eines aus einer"Process for preparing one from a
biologischen Kläranlage anfallenden Rohschlamme Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines aus einer biologischen Kläranlage anfallenden lohsch1ams, der etwa 2 % TS aufweist, in einem anaerob arbeitenden Faulturm, dem in aller Regel ein Eindicker vorgeordnet und eine mechanische Schlammentwässerung, die den Schlamm mit etwa 25 % TS abgibt, nachgeordnet ist, und dieser so erhaltene Schlamm mit je einem gleichen Volumenanteil Rückgut aus einer Verrottungsanlage, mit etwa 45 % FS und einem Kohlenstoffträger, mit etwa 60 % FS - z.B. Sägespäne oder Baumrinde - vermischt, das Gemisch anschließend in eine Verrottungsanlage - vorzugsweise in einen Tunnelreaktor - aufgegeben wird und dieses Gemisch nach 10 bis 14 Tagen Gesamtverweilzeit, bei ausreichender, den erforderlichen biologisch-chemischen Prozeß ermöglichenden Sauerstoffzuführung - in der Regel etwa 170 Nm3/m9/d Rottgut - als hygienisierter Fertigkompost die Verrottungsanlage verläßt, sowie zur Nutzung der bei dem Verrottungsprozeß entstehenden W.irltle VOn etwil 100 x 4,19 J/NJIII ruft. raw sludge from biological sewage treatment plant the The invention relates to a method for processing from a biological sewage treatment plant accruing lohsch1ams, which has about 2% DM, in an anaerobic digestion tower, which is usually preceded by a thickener and mechanical sludge dewatering, which releases the sludge with about 25% TS, is downstream, and this is obtained in this way Sludge with the same volume fraction returned from a rotting plant, with about 45% FS and a carbon carrier, with about 60% FS - e.g. sawdust or tree bark - mixed, the mixture then in a rotting plant - preferably in a tunnel reactor - is abandoned and this mixture after 10 up to 14 days total residence time, with sufficient, the necessary biological-chemical Process enabling oxygen supply - usually about 170 Nm3 / m9 / d rotting material - leaves the rotting plant as sanitized ready-made compost, as well as for use the W.irltle of about 100 x 4.19 J / NJIII, which occurs during the rotting process calls.
Die Verteuerung der Primärenergien, wie Ol, Gas und Strom, macht es zwingend notwendig, alle Möglichkeiten zur Nutzung der bei Verfahrensprozessen eventuell entstehenden Sekundärenergiequellen, wie sie beispielsweise durch biologisch-chemische Prozesse gegeben sein können, auszuschöpfen.The rise in the price of primary energies, such as oil, gas and electricity, is what makes it absolutely necessary, all possibilities to use the procedural processes if necessary secondary energy sources arising, such as those caused by biological-chemical Processes can be given.
So ist es z.B. bekannt, den beim biologischen Klärververfahren anfallenden Rohschlamm zur anaeroben Faulung in einen Faulturm zu verbringen und hier die im Schlamm enthaltenen organischen Stoffe durch das Zusammenwirken verschiedener Mikroorganismen zu Kohlendioxid-und Methangas abzubauen.It is known, for example, that that occurs in the biological treatment process To spend raw sludge for anaerobic digestion in a digestion tower and here the im Organic substances contained in the sludge through the interaction different Microorganisms to degrade carbon dioxide and methane gas.
Bei zersetzungsfähigem Schlamm tritt die Faulung von selbst ein, wenn die Stickstoff- und Phoshporverbindungen in einem günstigen Verhältnis zum Kohlenstoffgehalt stehen und ein völliger Luftabschluß gesichert ist. Die für den Faulvorgang notwendige neutrale bis schwach alkalische Reaktion ist - trotz Bildung organischer Säure aus den Kohlehydraten - in Folge des frei werdenden Ammoniaks aus den Stickstoffverbindungen gewährleistet. In the case of decomposable sludge, digestion occurs by itself, when the nitrogen and phosphorus compounds are in a favorable ratio to the Carbon content and a complete exclusion of air is ensured. The for the The necessary neutral to weakly alkaline reaction is necessary for the putrefaction process - despite formation organic acid from the carbohydrates - as a result of the released ammonia guaranteed from the nitrogen compounds.
Der Abbau der organischen Sielle @ch@ im Faul@@um etwa gleich verlauf eiid mit der Gasentwicklung vor sich wobei neben der Faulzeit die Temperatur des Schlamme im Faulraum ausschlaggebender Faktor für die entste de Gasmenge ist (vgl.Imhoff- Fair ).The degradation of the organic Sielle @ ch @ in the Faul @@ proceeds roughly in the same way eiid with the evolution of gas ahead of you, with the temperature of the Sludge in the digester is the decisive factor for the amount of gas generated (see Imhoff- Fair).
In diesem Zusammenhang ist ein künstliche Wärmezufuh für die Zersetzung äußerst günstig, wobei diese, in aller Regel, durch Vorwärmung des Frischschlammes, z.B. durch Zuführung von Direktdampf in den Faulbehälter,erfolgen kann. Das entstehende Gas, das sich im wesentlichen aus 70 % 1k?than und 30 % Kohlendioxid zusammenseizt, kann eben@al@s zum Bcheizen des Eaulraumes bzw. zur Krafterzengung genutzt werden. In this context there is an artificial addition of heat for the decomposition extremely cheap, whereby this, as a rule, by preheating the fresh sludge, e.g. by feeding direct steam into the digester. The emerging Gas that is essentially composed of 70% carbon dioxide and 30% carbon dioxide, can also be used @ al @ s to cook the Eaulraum or to generate power.
Die während der Verweilzeit aus 1 kg Feststoff gewonnene Gasmenge liegt je nach Schlammtemperatur unc Verweilzeit zwischen 0,45 und 0,8 Nm3. The amount of gas recovered from 1 kg of solid during the residence time is between 0.45 and 0.8 Nm3, depending on the sludge temperature and residence time.
Der Heizwert dieses Gases schwankt etwa zwischen 5.000 und 7.000 x 4,19 J/Nm3. The calorific value of this gas varies between 5,000 and 7,000 x 4.19 J / Nm3.
Durch Reinigung kann das Gas auf einen Methangehalt von 90 bis 95 % angereichert werden, wobei dieses Gas dann letz@lich eine Verbrennungswärme von 7.500 bis 8.000 x 4,19 J liat. The gas can be purified to a methane content of 90 to 95 % are enriched, with this gas then ultimately a heat of combustion of 7,500 to 8,000 x 4.19 years old.
Der aus dem Faulraum mit etwa 5 % TS in seiner organischen Substanz stark reduzierte Schlamm wird nun in aller Regel einer mechanischen Schlammentwässerung zugeführt, in der,durch Entzug von Wasser , die Trockensubstanz auf etwa 25 % angereichert wird. Dieser so weit entwässerte Schlamm wird heute vielfach durch Kompostierung, d.h. Verrettung, zu einem Bodenverbesserungsmittel in einer Verrottungsanlage aufgearbeitet, wobei es sich empfiehlt, wie eingangs erwähnt, den Schlamm vor der Aufgabe in die Anlage mit einem Kohlenstoffträger, z.B. Sägespäne oder Baumrinde und dem Rückgut aus der Anlage zu vermischen und das Gemisch, entsprechend den eingangs gegebenen Aussagen, im weiteren zu behandeln.The one from the digester with about 5% DM in its organic matter greatly reduced sludge is now usually a mechanical sludge dewatering supplied, in which, by removing water, the dry matter is enriched to about 25% will. This so far dewatered sludge is today often composted, i.e. rescue, processed into a soil improver in a rotting plant, It is recommended, as mentioned at the beginning, that the sludge is poured into the System with a carbon carrier, e.g. sawdust or tree bark and the returned material from the plant to mix and the mixture, according to the initially given Statements to be dealt with below.
Es ist nun Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zu nennen, das die Nutzung der bei der Verrottung ntsthcridcn zusätzlichen Prozeßwärme durch Einführung in die Schlanrniufbereitung auf eine besonders wirungsvolle Weise vorsieht.It is now the object of this invention to provide a method that the use of the additional process heat necessary during rotting through introduction in the preparation of slices in a particularly effective way.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe geht zunächst davon aus, daß etwa 100 x 4,19 J/Nm3/m3 Abluft zur Verfügung steht und sieht vor, daß die durch die biologisch-chemische Reaktion des Rottgutes mit der eingebrachten Abluft entstehende tägliche Wärmemenge von etwa 17.000 x 4,19 J durch Absaugung der Abluft entnommen wird, und diese Abluft bei einer mittleren Temperatur von etwa 65 ° C und einer Luftfeuchtigkeit von etwa 95 % durch ein Gebläse durch einen Wärmeaustauscher geführt wird, und daß diese Luft in diesem Wärmeaustauscher ihren Wärmeinhalt an ein flüssiges Trägermedium - das zwischen Wärmeaustauscher, dem Faulturm und dem diesen eventuell zugeordneten Eindicker im geschlossenen Kreislau@ geführt wird - zumindest partiell in diesen Einrichtungen abgibt, hierbei den TS-Anteil im Eaulturm und Eindicker weiter erhöht, die Temperatur des Rohschlammes im Faulturm auf ca. 350 C anbebt urid die aus dieser Temperatur anhebung resultierende, gesteigerte Gasausbeute über einen Generator in zusätzliche elektrische Energie umgesetzt wird.The inventive solution to this problem is initially based on that about 100 x 4.19 J / Nm3 / m3 exhaust air is available and provides that the through the biological-chemical reaction of the rotting material with the introduced exhaust air daily amount of heat of about 17,000 x 4.19 J extracted by exhausting the exhaust air is, and this exhaust air at an average temperature of about 65 ° C and a Air humidity of about 95% passed through a heat exchanger by a fan will, and that this air in this heat exchanger has its heat content to a liquid carrier medium - the one between the heat exchanger, the digestion tower and to the thickener that may be assigned to it in a closed loop @ - at least partially surrenders in these facilities, in this case the dry matter content in the Eaulturm and thickener further increased, the temperature of the raw sludge in the digestion tower to approx. 350 C and the increased temperature resulting from this increase in temperature increases Gas yield is converted into additional electrical energy via a generator.
Ein solches Vorgehen bedeutet z.B. für eine 10.000 EGW-Anlage einen Rohschlammanfall im Faulturm von 20 m3/d, beinhaltend BS85 = 600 kg/d and organische Trockensubstanz @ 560 kg/d Für eine Verweilzeit von 10 Tagen ist also ein nutzbares Faulraumvolumen von 200 m3 vorzusehen.Such a procedure means, for example, one for a 10,000 EGW system Raw sludge accumulation in the digestion tower of 20 m3 / d, including BS85 = 600 kg / d and organic Dry matter @ 560 kg / d For a residence time of 10 days is a useful one A digester volume of 200 m3 is to be provided.
Bei einer Ausgangstemperatur von 100 C, bei Einstellung von einer gewünschten Endtemperatur von 350 C und bei Aus<jleich der Verluste von ca.With an initial temperature of 100 C, with a setting of one desired final temperature of 350 C and with Aus <each loss of approx.
300 x 4,19 J/m@/d (Erlahrungswerl), erfordert die Temperaturerhöhung und die Aufrechterhaltung diese: Temperatur einen täglichen Wärmebedarf von 500.000 x 4,19 J/d 60.000 x 4,19 J/d 560.000 x 4,19 J/d Aus einer organischen Trockensubstanz von 1 kg sind nach Imhoff-Fair, bei etwa 350 C ca. 075/Nm3/d zu entnehmen, d.h. es ist mit einer Gesamtgasausbcute von 560 x 0,75 = 420 Nm3/l zu rechnen.300 x 4.19 J / m @ / d (Erlahrungswerl), requires the temperature increase and maintaining this: temperature a daily heat demand of 500,000 x 4.19 J / d 60,000 x 4.19 J / d 560,000 x 4.19 J / d From an organic According to Imhoff-Fair, dry matter of 1 kg is approx. 075 / Nm3 / d at around 350 C can be extracted, i.e. with a total gas yield of 560 x 0.75 = 420 Nm3 / l calculate.
Die Verbrennungswärme dieses noch ungereinigten Gases ist mit etwa 5.500 x 4,19 J/Nm3 anzusetzen, so daß eine mögliche theoretische Wärmeausbeute von 420 x 5.500 x 4,19 = 2.310.000 x 4,19 J/d ge-(Jtbeii i:;t. Dies entspricht, nach Abzug des Wärme bedarfs der Faulraumheizung, einer noch möglichen Nutzung von 1.760.000 x 4,19 J/d bzw. von 73.000 x 4,19 J/h.The heat of combustion of this still unpurified gas is about 5.500 x 4.19 J / Nm3 to be set, so that a possible theoretical heat yield of 420 x 5,500 x 4.19 = 2,310,000 x 4.19 J / d ge (Jtbeii i:; t. This corresponds to, after Deduction of the heat required for the digester heating, a possible use of 1,760,000 x 4.19 J / d or from 73,000 x 4.19 J / h.
In elektrische Leistung umgerechnet bedeutet dies 85 kW Berücksichtigt man den tatsächlichen Wirkungsgrad einer für den Antrieb eines Generators vorgeseheners Verbrennungsmaschine mit etwa 25 bis 30 %, so kann mit einer nutzbaren Leistung zwischen 25 und 30 kW gerechnet werden.Converted into electrical power, this means 85 kW taken into account the actual efficiency of a device intended to drive a generator Combustion engine with about 25 to 30%, so can with a usable power between 25 and 30 kW can be expected.
l'ine weiterbildung des Verfahrens sieht vor, daß der durch das Kühlsystem der Verbrennungsmaschine aufgenommene Anteil der nicht in elektrische Eneryie umsetzbaren Oberschußwärme durch Führung des Kühlmittels in eine Ringleitung in einem zweiten geschlossenen Kreislauf zwischen Faulturm und Verbrennungsmaschine dem im Faulturm einlagernden Rohschlamm zugeführt wird.A further development of the process provides that the cooling system The part of the internal combustion engine that cannot be converted into electrical energy Excess heat by guiding the coolant into a ring line in a second closed circuit between the digestion tower and the combustion engine that in the digestion tower stored raw sludge is supplied.
Durch die Maßnahmen kann der Wärmebedarf für die Aufheizung des im Faulturm einlagernden Schlammes weiter reduziert werden, so daß sich die Gesamtenergiebilanz für die Gesamtanlage weiter verbessern läßt.The measures can reduce the heat requirement for heating the im Digestion tower storing sludge can be further reduced, so that the total energy balance can be further improved for the entire system.
Anhand des beigefügten Schemas wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert, wobei zunächst der Weg des Schlammes aufgezeigt wird.The method according to the invention is illustrated using the attached scheme explained in more detail, the path of the sludge being shown first.
Der Rohschlamm wird etwa mit 2 90 TS einem Eindicken aufgegeben und wird von diesem mit etwa 4 % TS in den Faulturm 2 geführt. Nach Ausgärung des Schlammes verläßt dieser den Faulturm mit ca.The raw sludge is thickened with about 2 90 TS and thickened is led from this with about 4% DM into the digestion tower 2. After the sludge has fermented if this leaves the digestion tower with approx.
5 % TS und wird im weiteren einer maschinellen Schlammentwässerung 3 zugeführt.5% dry matter and is then used for mechanical sludge dewatering 3 supplied.
In der maschinellen Schlammentwässerung wird die Trockensubstanz auf 25 % angereichert und diese zu gleichen Teilen mit einem Kohlenstoffträger und dem Rückgut aus dem als Verrottungsanlage eingesetzten Tunnelreaktor vermischt. Dieses Gut wird dann portionsweise, vorzugsweise in Tagesportionen, dem Tunnelreaktor 4 aufgegeben und verläßt diesen nach 1 0 Tagen als hygienisierter Fertigkompost, der anschließend als offenes Haufwerk 5 gelagert wird.In the mechanical sludge dewatering the dry matter is increased 25% enriched and this in equal parts with a carbon carrier and the Return material from the tunnel reactor used as a rotting plant mixed. This The tunnel reactor 4 then becomes good in portions, preferably in daily portions abandoned and leaves this after 1 0 days as sanitized ready-made compost, the is then stored as an open pile 5.
Nach einer Nachrottzeit von etwa 4 bis 6 Wochen wird dieser Fertiqkompost als wertvoller Bodenver besserer verwendet.After a rotting period of about 4 to 6 weeks, this becomes ready-made compost used as a valuable soil improver.
I)em im Tunnelreaktor 4 eingelagerten Gemisch wird Luft zugeführt, die durch den biologisch-chemischen Prozeß in eine auf etwa 650 C erwärmte und etwa 95 % Luftfeuchtigkeit aufweisende Abluft gewandelt wird.I) the mixture stored in the tunnel reactor 4 is supplied with air, which is heated to about 650 C by the biological-chemical process and about Exhaust air having 95% humidity is converted.
Die Abluft wird durch das Gebläse 6 aus dem Tunnelreaktor 4 abgesaugt und im weiteren durch den Wärmeaustauscher 7 geführt.The exhaust air is sucked out of the tunnel reactor 4 by the fan 6 and then passed through the heat exchanger 7.
Die Abluft gibt ihre Wärme im Wärmeaustauscher 7 an einen Kreislauf durch eine Ringleilung @ durch Pumpe 9 gefördertes Wärmeträgermedium ab, wobei dieses über den Faulraum 2 und Eindicker 1 in Reihe verbundene Wärmeaustauscher 10 und 11 geführt wird.The exhaust air gives its heat in the heat exchanger 7 to a circuit by a ring line @ conveyed by pump 9 heat transfer medium, this Heat exchangers 10 and 10 connected in series via the digester 2 and thickener 1 11 is performed.
Das aus dem Wärmeaustauscher 7 aus der Abluft ausgeschiedenc Kondenswasser wird wieder in den Zulauf vom Eindicker 1 geführt. Der Ringleitung 8 ist ein Abzweig 12 zur Beheizung des Wärterhauses angeschlossen.The condensation water separated from the exhaust air by the heat exchanger 7 is fed back into the inlet of the thickener 1. The ring line 8 is a branch 12 connected for heating the keeper's house.
Das im Faulturm 2 sich entwickelnde Faulgas wird in aller Regel über Leitung 13, Gasfilter 14 und Entschwadung 15 zu einem Gasspeicherbehälter 1 6 geleitet und von dort über Leitung 17 der Verbrennungskraftmaschine 18 für den Antrieb eines Generators 19 zur Erzeugung elektrischer Energie zugeführt.The digester gas developing in the digester 2 is usually over Line 13, gas filter 14 and vent 15 to a gas storage container 1 6 passed and from there via line 17 of the internal combustion engine 18 for driving a Generator 19 supplied to generate electrical energy.
Die Überschußwärme aus dem Kühlmittel wird durch Führung des Kühlmittels durch die Ringleitung 20 und dem im Faulturm 2 zusätzlich angeordneten Wärmeaustauscher 21 ebenfalls an den Faulturminhalt abgegeben.The excess heat from the coolant is removed by guiding the coolant through the ring line 20 and the heat exchanger additionally arranged in the digestion tower 2 21 also delivered to the digestion content.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |