DE4302740A1 - Verfahren und Vorrichtung zur umweltverträglichen Entsorgung von biologischem Abfall, insbesondere Problemabfall - Google Patents

Description

Bekannt ist einerseits die Entsorgung von vergärbarem biologischem Abfall unter Bildung und Verwertung von Biogas.

Biogas fällt vergleichsweise ohne Verunreinigungen an, ist jedoch nur in schwankender Leistungsqualität verfüg­ bar, so daß in Verbrennungsmotoren zur Verstromung etwa 10% der Energie als Zündspitzenleistung aus Dieselkraft­ stoff zugesetzt werden muß.

Außerdem ist aus dem Biogas-Prozeßkreislauf der feuchte Faulschlamm zu entsorgen, dessen Anfall an zentraler Stelle den örtlichen Düngungsbedarf oft überschreitet.

Bekannt ist andererseits die Verbrennung von biologi­ schen Problemabfällen wie Holzresten, insbesondere Säge­ mehl.

Zu diesen Problemabfällen sind zudem vor allem normaler­ weise nicht recyclebare Spanplattenreste (und -sägemehl) sowie durch Farben und andere Stoffe kontaminierte Holz­ reste (z. B. auch gespritzte Borkenreste) zu rechnen, welche durch normale Verbrennungsprozesse nur sehr auf­ wendig unter Einhaltung der vorgeschriebenen TH-Luft- Werte zu bewältigen sind. Dafür am besten geeignet sind Verschwelungsverfahren mit Verbrennung in Schwelgas- Kolbenmotoren (auch Gasturbinen), für die jedoch der vergleichsweise hohe - und motorschädigende - Stauban­ teil in den Schwelgasen gesenkt werden muß. Anderer­ seits ist die Leistungsqualität der Schwelgase deutlich höher.

Die erfindungsgemäße Prozeßkombination besteht in der Verbindung der Biogaserzeugung (aus vergärbaren Bio- Abfällen, auch Fäkalien und Schlachtabfällen) mit der Holz-Schwelgasentsorgung mittels Verbrennungsmotoren zur Herstellung von Elektrizität (Fig. 1).

Dabei wird

• a) der Staubanteil des Schwelgases durch Vermischung mit dem reinen Biogas auf ein motorverträgliches Maß gesenkt und andererseits die Zündhilfe für das Biogas durch 10%igen Zusatz von Dieselöl eingespart.
• b) der Bio-Klärschlamm - ggfs. nach Vortrocknung durch die Ofen- und Motorprozeßwärme - dem Verschwelungsprozeß zugeführt und die Reinheit der Ausgangsstoffe dafür verbessert.
• c) durch einen verbesserten Heizwert des Verbrennungs­ gases die Verstromungsleistung gegenüber dem Einsatz nur reinen Biogases zugunsten einer erhöhten Nutzung des Investitionsaufwandes für einen Verbrennungsmotor mit Stromgenerator gesteigert.

Die Patentanmeldung umfaßt ferner ein um 2/3 der In­ vestitionskosten vermindertes System der Biogas-Herstel­ lung mit kombinierter Auffanghaube über mit deponiefähi­ gen Folien abgedichteten Auffangbecken, wobei die spe­ zielle Konstruktion der Auffanghauben gesonderte Gas- Vorratsbehälter einspart (siehe Abb. 2).

Die Erfindung umfaßt ferner den Einsatz eines Verfahrens zur Aktivierung der Tätigkeit der Faulbakterien bzw. der Vergärungsfauna, durch welche eine um weit mehr als das Doppelte der normalen Vergärungsgeschwindigkeit erreicht wird. Dabei steht aus der Wärme der Motorverbrennung und des Verschwelungsprozesses in hohem Maße ausreichend Wärme für den Gärprozeß zur Verfügung, ohne daß dafür Biogas eingesetzt werden müßte.

Das erfindungsgemäße Kombinationsverfahren erlaubt also einerseits eine problemlose und investitionsarme Her­ stellung von Elektrizität mit optimalem Wirkungsgrad und hinterläßt andererseits lediglich volumenmäßig günstige und nicht verunreinigte Ofenschlacke als Abfall, die als solche auch als Düngemittel oder zur Bodenauflockerung verwendbar ist.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur optimal kostengünstigen Biogasherstellung, bei denen der Faulraum und ein notwendiger Gas-Vorrats­ behälter miteinander kombiniert sind, und zwar mittels einer mit ihrem Rand randseitig des Auffangbeckens teilweise in die Oberfläche des Abwassers eintauchend frei schwimmenden glockenförmigen Haube, mit der nicht nur das Biogas gesammelt, sondern die Oberfläche des Gärbehälters abgedeckt und (mittels des Gaspolsters) gegen Wärmeverlust geschützt wird sowie zudem der Gasdruck des Biogases kontrolliert und auf einfachste Weise etwa konstant gehalten wird.

Die Erfindung umfaßt außerdem den Einsatz die Faulbakte­ rien - bzw. Mikroben vitalisierenden biologisch wirksa­ men Magnetfeldern, sowie von Maßnahmen zur Bildung von maximal arbeitenden Faulbakterien durch deren Modifika­ tion mittels Vermehrung und Aktivierung innerhalb elek­ trostatischer (und elektromagnetischer) Felder. Dabei werden - unter Einbeziehung einer Erwärmung der Faulmas­ se auf optimale Bruttemperatur, vorzugsweise aus der Abgaswärme der Biogasmotoren Erhöhungen der Faulge­ schwindigkeit von mindestens 100% erreicht. Entspre­ chend wirtschaftlicher ist die erfindungsgemäße Verfah­ rens-Vorrichtungs-Kombination bezüglich Arbeitsdurch­ satz, Raumbedarf sowie Betriebe- und Investitionskosten.

Die Erfindung ist nachstehend in Ausführungsbeispielen auch anhand von Zeichnungen näher beschrieben:

Es zeigt

Fig. 1 ein Schema einer mit Biogas und Verbrennung kombinierten erfindungsgemäßen Gesamtanlage

Fig. 2 einen erfindungsgemäß aufgebauten Biogas-Reaktor.

Gemäß Fig. 1 besteht die kombinierte Verbrennungs- und Motoranlage aus einem Verbrennungsofen, insbesondere einem Schwelgasofen 1 bzw. Thermoprozessor, dessen Gase ggf. über eine Gasreinigung 8 und einen Kühler bzw. einem Wärmetauscher 3 der entweder aus einer Dampf bzw. Gasturbine 5 oder einem Kolbenmotor 6 bestehenden Motor­ anlage zugeführt wird, über die mittels eines Elektro- Generators Strom erzeugt wird.

Mittels eines Biogas-Reaktors 7 wird Biogas hergestellt und dieses über eine evtl. Nachbehandlung 9 einem selbsttätig nach den Bedingungen der Motoranlage ge­ steuerten Mischventil 4 zugeführt.

Im Thermoprozessor wird nicht nur brennbarer Abfall (Sägespäne, Holzreste etc.), sondern auch zugleich der aus der Biogasherstellung sich ergebende Klärschlamm entsorgt. Die Asche 10 des Thermoreaktors kann - fein gemahlen - dem ausgefaulten Abwasser zwecks Auslaugung zugeführt und mit diesem zum Ausbringen als Düngemittel auf Ackerboden sinnvoll eingesetzt werden.

Der (vorzugsweise kreisrunde) Biogasreaktor 7 ist mit­ tels einer entsprechend haltbaren Folie 12 (z. B. Depo­ niefolie) in einer Erdgrube 13 angeordnet und besitzt am oberen Rand eine ringförmige, aus vorgefertigten Form­ steinen bestehende Wandung 14 von etwa 1/3 der Gesamt­ tiefe des Reaktors. Durch diese Wandung 14, die auf der Innenseite auch mit der Folie 12 in einstückig durchge­ hender Ausführung abgedichtet sein sollte, kann der Klärwasser-Einlaß 15 und der Auslaß 16 für den abge­ faulten Klärschlamm angeordnet sein.

In das Innere des Becken-Behälters des Biogasreaktors 7 ist ein Rahmen 17 mit flachen Abstützungen 18 einge­ setzt, der entweder durch sein Eigengewicht oder durch Abstützungen an den Wandungen 14 in Position gehalten wird.

Auf diesem Rahmen 17 sind mehrere (elektrisch betrie­ bene) Umwälzpumpen 19 angeordnet, die die zum Absetzen neigenden Feststoffanteile des Abwassers in Bewegung halten, und zwar bevorzugt nach oben, damit sich die Arbeitskräfte der Pumpen 19 nach unten gegen den Rahmen 17 abstützen können.

Durch die Pumpen wird das Abwasser bzw. dessen Faulmikroben auch mittels biologischer Magnetfelder aktiviert, und zwar z. B. in Rohrbereichen 20, wozu auch Schneckenrührwerke einsetzbar sind. Der Behälter wird durch eine nicht gesondert dargestellte Heizung auf optimaler Faulprozeß-Temperatur gehalten.

Außerdem können die Mikroben des Faulprozesses auch mittels eines Brutbereichs innerhalb eines elektrostati­ schen Felds mit hoher Spannung aktiviert bzw. prodifi­ ziert werden, wodurch sich eine zusätzliche Vitalität ergibt.

Auf bzw. teilweise in die Oberfläche der Abwasser-Faka­ lien-Flüssigkeit 21 eingetaucht schwimmt in Form einer nach unten offenen Glocke 25 eine Haube 22, die zwischen ihrem senkrecht angeordneten Seitenrand 24 und der Wandung 14 mit nur geringem Abstand 30 (wenige cm) frei geführt wird. Innerhalb der Haube 22 sammelt sich im Gasdepot 25, das aus einer Abdeckung aus UV-beständiger Folie 26 bestehen kann, das Biogas, welches durch rohr­ förmige Konstruktionsteile 27 (über Löcher 28) abgezogen wird.

Der Rahmen 29 der Haube 22, der auch eine domförmige Innenabstützung der Folie 26 aufweisen kann, sollte aus Kunststoff bestehen und bestimmt mit seinem Gewicht den Druck des Bio-Gases.

Je nach Füllungsgrad des Klärbeckens in Kombination mit dem Gasanteil im Gasdepot 25 bestimmt sich automatisch die Höhenstellung der Haube 22, mit der ein gesonderter Gasbehälter eingespart wird. Die Haube 22 kann zudem an senkrecht angeordneten Führungen umfangsmäßig in Position gehalten werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur umweltverträglichen Entsorgung von biologischem Abfall, gekennzeichnet durch die Kombination der Entsorgung in einem Schwelgas- Thermoprozessor und in einer Biogas-Anlage zur Stromerzeugung mittels eines Verbrennungsmotors und/oder einer Turbine.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Biogas-Reaktor (7) der mittels einer frei auf dem Abwas­ ser schwimmenden, insbesondere mit ihrem Rand in dessen Oberfläche teilweise eintauchenden Haube (22) abgedeckt ist, die ein Gasdepot (25) bildet, sowie ventilgesteuer­ te Abzugöffnungen (27, 28, 31) für das darin aufgefan­ gene Biogas aufweist.