DE69322132T2 - Verfahren und Anlage zur anaeroben Zersetzung von organischen Abfällen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaeroben Zersetzung von abbaubarem organischen Abfall und zur Extraktion von Biogas aus letzterem in einem Reaktor, gemäß welchen Verfahrens der Abfall in einen Reaktor gebracht wird, welcher eine aktive, anaerobe, methanogene Biomasse enthält, und der im Reaktor ohne irgendein Mischen einer anaeroben Fermentation ausgesetzt wird.
• Mit abbaubarem organischen Abfall ist insbesondere der organische Anteil von Haus- oder Biomüll gemeint, oder ähnliche organische Anteile wie Schlamm, industrieller organischer Abfall, etc.
• Gemäß den bekannten Verfahren zur Zersetzung von festem Hausmüll, oder ähnlichem festem Abfall, wird dem organischen Anteil des festen Abfalls Wasser zugesetzt, so daß ein Brei erhalten wird, der 10 bis 12% feste Masse enthält, die auf eine anaerobe Weise zersetzt wird. Der Abfall wird regelmäßig einem Reaktor für anaerobe Zersetzung zugeführt, worin die Konzentration von fester Masse sich auf 4 bis 8% beläuft und worin der Abfall 10 bis 30 Tage lang auf einer Temperatur von etwa 35 bis 50 Grad Celsius zersetzt wird. Der Inhalt des Reaktors wird regelmäßig vermischt, so daß der frisch zuführte Abfall mit dem bereits zersetzten Rückstand im Reaktor in Kontakt kommt.
• Bei derartigen Verfahren ist ein gründliches Mischen wichtig, so daß der zugeführte Abfall gleichmäßig im Reaktor verteilt wird und die Methanbakterien in Kontakt mit ihrer Nahrung kommen. Hierdurch kann die Bildung inaktiver Zonen im Reaktor vermieden werden.
• Die Konzentration von Trockenmasse ist jedoch in diesen vollständig vermischten, anaeroben Reaktoren auf maximal etwa 8% begrenzt. Dies ist hauptsächlich auf Krustenbildung zurückzuführen, wodurch das Mischen nicht effizient verläuft und folglich inaktive Zonen gebildet werden oder eine Versäuerung das Reaktors stattfindet. Folglich ist die Gasproduktion auf 1 bis 1,5 m³ Biogas pro m³ Abfall pro Tag begrenzt.
• Misch- und Krustenbildungsprobleme bei der Behandlung des organischen Teils von Hausmüll, gleichartigem festem Abfall oder halbfesten Substraten und der daraus folgende niedrige Belastungsgrad des Reaktors und eine begrenzte Gasproduktion können durch die Verwendung hocheffizienter Trocken- oder Naß-Zweiphasen-Zersetzungsvorrichtungen vermieden werden.
• Anaerobische, hocheffiziente Trocken-Zersetzungsvorrichtungen arbeiten mit einer festen Konzentration, wobei keine Krustenbildung oder Phasentrennung stattfindet und wobei das Mischen durchgeführt wird, indem der Inhalt des Reaktors aus diesem Reaktor entfernt und in einer geeigneten Mischvorrichtung mit zugeführtem Nährsubstrat vermischt und die Mischung anschließend wieder zurück in den Reaktor gepumpt wird. Durch die Verwendung hoher Konzentrationen von Feststoff wird Phasentrennung, und folglich Krustenbildung, vermieden und wird die Produktion von Biogas mit einem hohen Ausstoß von 6 bis 8 m³ Biogas pro m³ Reaktor pro Tag möglich. Eigentlich könnte man sagen, daß diese Vorrichtungen mit der Kruste selbst arbeiten.
• Das anaerobe Trockenkompostierverfahren, wie in EP-A-0 131 319 und EP-A-0 205 721 B1 beschrieben, wobei der organische Anteil des Hausmülls bei einer totalen Feststoffkonzentration von 25 bis 45% zersetzt wird, basiert beispielsweise auf einer intensiven Re-Zirkulation von zwei Dritteln des Materials, das aus dem Reaktor entnommen wurde. Dieses wiederverwendete Material wird dann als Impfstoff mit einer Menge frischen organischen Materials verwendet, die weniger als die Hälfte dieser wiederverwendeten Menge beträgt. Dieses Verfahren ist jedoch vor allem für trockene, feste Substrate geeignet, so daß eine hohe Feststoffkonzentration im Reaktor aufrechterhalten werden kann.
• Hocheffiziente Zweiphasen-Naßzersetzungsvorrichtungen arbeiten, im Gegensatz zu den obenerwähnten Trockenzersetzungsvorrichtungen, mit einer sehr niedrigen Konzentration an Gesamtfeststoff in der methanogenen Phase und verwenden einen Schlammbettreaktor oder andere Typen anaerober Reaktoren mit einem hohen Wassergehalt zur Behandlung von Abwässern mit einem niedrigen Gehalt an in Suspension befindlichem Feststoff.
• In diesen Vorrichtungen wird der organische Anteil des Haus- oder organischen Mülls in einem Shredder und Hydrolysetank vorbehandelt, so daß der biologisch abbaubare Anteil so flüssig wie möglich gemacht wird. Dieser vorbehandelte Anteil wird mittels einer Presse oder anderer Entwässerungsmittel von den restlichen Feststoffen getrennt, und die Flüssigkeit, die weniger als 2 bis 3% Gesamtfeststoff enthält und deren Feststoffe vorzugsweise zu mehr als 80% auflösbar sind, wird anschließend in einem anaeroben Aufwärts-Schlammbett oder ähnlichem Reaktor zersetzt. Dieses Verfahren ist besser geeignet für den leicht hydrolisierbaren und biologisch abbaubaren Anteil von Hausmüll, der gleichzeitig auch der feuchteste Anteil des Hausmülls ist.
• Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur anaeroben Zersetzung, das auf organischen Abfall anwendbar ist, wie etwa den organischen Anteil von Haus- oder Biomüll oder ähnliche organische Anteile, wie etwa Schlamm, industriellen organischen Abfall, etc., und das auch zur Zersetzung anderen Abfalls als trockener Festsubstrate oder des leicht hydrolysierbaren Anteils von Hausmüll geeignet ist, das jedoch trotzdem hocheffizient sein kann.
• Zu diesem Zweck wird der Abfall als Mischung mit wiederverwendeter verdauter fester Phase als Impfstoff oben am Reaktor zugeführt, wobei besagte Mischung einen Trockenmassegehalt zwischen 15 und 40% hat, wird eine Phasentrennung in eine flüssige und feste Phase im unteren Teil des Reaktors gestattet, wobei zumindest während einer Fermentationsperiode ohne jegliches Mischen im Reaktor eine flüssige Phase unten im Reaktor von einer oberen festen Phase abgeschieden wird, wird diese flüssige Phase entfernt, bevor frisches Substrat zugeführt wird, wobei eine maximale Menge fester Phase, nämlich Substrat und Biomasse, zurückgehalten wird, und wird, nach dem Entfernen der flüssigen Phase, eine bestimmte Menge fester Phase, entsprechend zumindest einem Drittel des Gesamtinhalts des Reaktors, aus diesem Reaktor entfernt und als Impfstoff gründlich mit organischem Abfall vermischt, um besagte Mischung zu bilden, die dem Reaktor zugeführt wird.
• Der Trockenreaktor kann ohne jedes internes Mischen und mit einer hohen Feststoffkonzentration einen hohen Ausstoß liefern, ohne daß es erforderlich ist, aus Extraktions- und Fermentationsgründen die Feststoffkonzentration auf 25 bis 40% zu halten, wie dies bei der bekannten trockenen anaeroben Zersetzung der Fall ist. Im Gegensatz zu dieser trockenen anaeroben Zersetzung wird in diesem Reaktor Phasentrennung oder Krustenbildung zugelassen. Besagte Phasentrennung wird verwendet, um alle überschüssigen Flüssigkeiten aus dem Reaktor zu entfernen, so daß der Reaktor mit einem feuchten und biologisch hochgradig abbaubaren Substrat arbeiten kann, jedoch auch mit einer hohen Feststoffkonzentration. Würden ähnliche Substrate in einem Reaktor mit einem hohen Feststoffgehalt behandelt, müßte Material aus dem Reaktor entfernt und dehydriert werden, um den Wasserüberschuß zu entfernen und die Feststoffkonzentration im Reaktor auf 25 bis 40% zu halten.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet sich von hocheffizienten Zweiphasen-Naßvorrichtungen auch dadurch, daß die Trennung in einem einzigen Tank durchgeführt wird und daß die Phasentrennung durch ein natürliches Phänomen am Boden des Reaktors erhalten wird und nicht durch Sieben oder Entwässern. In diesen hocheffizienten Zweiphasen-Naßvorrichtungen wird die erste Phase zur Hydrolyse des Feststoffs verwendet, wonach der Feststoff entfernt wird und die Flüssigkeit einem anaeroben Schlammbett mit hohem Ausstoß oder irgendeinem anderen Type von Naßreaktor mit hohem Ausstoß ausgesetzt wird. Gemäß der Erfindung finden die Hydrolyse und anaerobe Zersetzung im konzentrierten oberen Teil statt, und die Phasentrennung oder die Entfernung überschüssigen Wassers, die erforderlich ist, um eine konzentrierte Zersetzung aufrechtzuerhalten, findet statt, indem Flüssigkeit nach einer natürlichen Phasentrennung unten im Reaktor entnommen wird.
• Vorzugsweise ist die Menge frischen Substrats praktisch gleich der Menge flüssiger Phase, die aus dem Reaktor entnommen wurde, vermehrt um die Menge, die während der Bildung besagter Phase als Biogas abgeführt wurde.
• Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Phasentrennung im unteren Teil des Reaktors zugelassen, vorzugsweise in den unteren 0 bis 20% dieses Reaktors.
• Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird Abfall zugeführt mit einem solchen Trockenmassegehalt, daß der Trockenmassegehalt des Inhalts des Reaktors, vor der Phasentrennung, zwischen 15 und 35% liegt.
• Der zu zersetzende organische Abfall kann als solcher direkt dem Reaktor zugeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, daß der oben am Reaktor zugeführte Abfall zusammengestellt wird, indem fester oder halbfester Abfall mit Abwasser vermischt wird.
• Gemäß dieser Ausführungsform wird das Abwasser gleichzeitig mit dem halbfesten oder festen organischen Substrat behandelt, so daß sowohl der anaerobe Zerfall des festen oder halbfesten Nährstoffs als auch die anaerobe Reduktion der Verschmutzung im Abwasserstrom stattfinden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die besonders für die Ausführung des Verfahrens gemäß einer der obigen Ausführungsformen geeignet ist.
• Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur anaeroben Zersetzung von organischem Abfall, die einen gasdichten Reaktor umfaßt, eine oben am Reaktor angeschlossene Zufuhrvorrichtung für die Zufuhr zu zersetzenden organischen Materials, eine unten am Reaktor angeschlossene Abfuhrvorrichtung zur Abfuhr des festen Rückstands und eine Mischvorrichtung zum Vermischen des abgeführten Rückstands mit frischem organischem Material, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Reaktor eine Abfuhrvorrichtung zum Abführen einer flüssigen Phase unten am Reaktor umfaßt.
• Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung Filtermittel, die unten im Reaktor montiert sind, um die feste Phase bei der Abfuhr der flüssigen Phase zurückzuhalten.
• Geeigneterweise bestehen diese Filtermittel aus von unten nach oben gerichteten Trennwänden, die mit Durchlässen versehen sind, während die Abfuhrvorrichtung für die flüssige Phase Abfuhrleitungen umfaßt, zu denen besagte Trennwände führen.
• Zur besseren Erläuterung der Merkmale gemäß der Erfindung sind hiernach einige bevorzugte Ausführungsformen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur anaeroben Zersetzung organischen Abfalls beschrieben, nur als Beispiel und ohne in irgendeiner Weise einschränkend zu sein, unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, worin:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur anaeroben Zersetzung organischen Abfalls gemäß der Erfindung ist;
• Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1 darstellt;
• Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2 darstellt, in einem größeren Maßstab.
• Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt hauptsächlich einen geschlossenen Reaktor 1, eine Zufuhrvorrichtung 2 zur Speisung des Reaktors 1, eine Abfuhrvorrichtung 3 für den festen Rückstand, gebildet durch die feste fermentierte Phase 4, eine Abfuhrvorrichtung 5 für den flüssigen Rückstand der flüssigen Phase 6, und eine Mischvorrichtung 7, die zwischen der Zufuhrvorrichtung 2 und der Abfuhrvorrichtung 3 montiert ist, für das Mischen des fermentierten festen Abfalls 4 mit frischem zu zersetzendem organischen Material.
• Die Zufuhrvorrichtung 2 besteht aus einer Verdrängungspumpe 8 und einer Zufuhrleitung 9, die, über Abzweigungen 10, die mit automatischen Ventilen 11 versehen sind, an unterschiedlichen Stellen in die Oberseite des Reaktors 1 mündet.
• Die Abfuhrvorrichtung 3 für die feste Phase. 4 umfaßt eine Anzahl von Schraubspindeln 12, die gegenüber Nuten 13 im Boden des Reaktors 1 aufgestellt sind und die, über mit Ventilen 15 versehene Kanäle 14, zu einer zentralen Abfuhrschraubspindel 16 führen. Abhängig von der Drehrichtung pumpt besagte Pumpe zu beiden Enden hin, wo normal von Ventilen 17 verschlossene Auslässe 18 angeschlossen sind, oder zur Mitte, wo eine zentrale Abfuhrleitung 19 angeschlossen ist, die die Spindel 16 mit der Mischvorrichtung 7 verbindet und die mittels eines Ventils 42 geschlossen werden kann.
• Die Mischvorrichtung 7 ist mit ihrer Abfuhrleitung 20 mit der Verdrängungspumpe 8 verbunden, während ein Endlosförderband 21 für frisches organisches Material zu besagter Mischvorrichtung 7 führt, und eine Zufuhrvorrichtung 22 für die mögliche Zufuhr von Abwasser zur Mischvorrichtung 7 und eine mittels eines Ventils 23 abschließbare Dampfleitung 24 in besagter Vorrichtung 7 münden.
• Die Abfuhrvorrichtung 5 für die flüssige Phase 6 umfaßt eine mittels eines Ventils 25 abschließbare Abfuhrleitung 26, die mit einer geschlossenen Ringleitung 27 verbunden ist, die den Boden des Reaktors 1 umgibt und die über Filter 28 und 29 zum Boden des Reaktors 1 führt. Die Filter 28 sind aufrecht in der Wand des Reaktors eingebaut, während die Filter 29 mit Öffnungen versehene Platten sind, die zwei zu zwei wie eine Kappe abgeschrägt auf dem Boden des Reaktors stehen und die einen Raum bilden, der mit seinen beiden Enden bis zur Reaktorwand reicht. Besagte zwei Enden und die Filter 29 führen über mittels Ventilen 31 abschließbare Leitungen 43 zur Ringleitung 27, wie detailliert in Fig. 3 dargestellt. Zum Freispulen der Filter bei Verstopfung ist eine Spülleitung 32, die mit einer Pumpe 30 verbunden ist und mittels eines Ventils 44 geschlossen werden kann, mit der Ringleitung 27 verbunden. Die Abfuhrleitung 26 ist über einen Vorratstank 33 mit einem Druckfilter 34 oder einer anderen Wasserbehandlungsvorrichtung verbunden. Verbleibende feste Teile werden in einer Wanne 35 gesammelt. Der Vorratstank 33 kann für die Anwendung einer anaeroben Fermentation oder Nitrifikation während einer bestimmten Zeitspanne vorgesehen sein.
• Unter den Auslässen 18 ist ein Förderband 36 aufgestellt, das zu einem Absetztank 37 führt, von wo aus das Sediment über ein Förderband 38 und die flüssige Phase zu einer Wasserbehandlungsvorrichtung abgeführt werden können.
• Oben am Reaktor 1 ist eine Abfuhrleitung 39 für Biogas angeschlossen.
• Die Verwendung und Funktionsweise der Vorrichtung sind wie folgt:
• Beim Anfahren der Vorrichtung wird der Reaktor 1 über die Zufuhrvorrichtung 2 mit anaerobem Impfstoff gefüllt. Besagter Impfstoff kann aus einem gut funktionierenden anaeroben Reaktor mit einem hohen Feststoffprozentsatz stammen, wie etwa einem in dem Patent EP-A-0 131 319 beschriebenen Reaktor, oder er kann hergestellt werden durch Entwässern des fermentierten Rückstands eines gut funktionierenden, vollständig vermischten anaeroben Reaktors, der vorzugsweise den organischen Anteil von Hausmüll, Kanalisationsschlamm, Mist, Biomasse oder irgendeinem anderen organischen Substrat zersetzt, oder auf Basis des Schlamms eines Aufwärtsstrom-Schlammbettreaktors, der Abwasser unter anaeroben Bedingungen reinigt. Der Impfstoff enthält allgemein verbreitete anaerobe Mikroorganismen, wie Spezies von Methanosarcina, Methanothrix, Methanosoenghenii etc. zur anaeroben Zersetzung. Der Impfstoff enthält mindestens 15% und vorzugsweise 25 bis 35% Gesamtfeststoff.. Die Menge an Start-Impfstoff ist vorzugsweise so groß wie möglich, vorzugsweise ausreichend zum Füllen des gesamten Inhalts des Reaktors 1. Der Impfstoff wird auf mesophile Temperaturen (35 bis 40 Grad Celsius) oder thermophile Temperaturen (50 bis 55 Grad Celsius) erwärmt. Dann wird der Impfstoff mittels der Abfuhrvorrichtung 3 wieder aus dem Reaktor entfernt, in der Mischvorrichtung 7 mit vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent des zu zersetzenden organischen Materials gründlich gemischt, dessen Größe vorzugsweise während einer Vorbehandlung reduziert wurde, das über das Förderband 21 zugeführt wurde und mittels der Pumpe 8 über die Leitung 9 und die Verzweigungen 10 zurück in den Reaktor 1 gebracht wird, wo man das Substrat ruhen läßt.
• Aufgrund der sehr aktiven Bakterien im Impfstoff findet die statische Zersetzung ohne jegliches Mischen im Reaktor 1 unmittelbar statt, und das natürliche Phänomen der Phasentrennung in eine feste Phase 4 oben und eine flüssige Phase 6 in der unteren Hälfte, vorzugsweise den unteren 0 bis 20% des Reaktors 1, läuft an. Dieses Phänomen wird nicht behindert, sondern im Gegenteil zugelassen. Nach einer oder mehreren Stunden, abhängig von der Art des Substrats und dem Trockenmassegehalt in der festen Phase 4, ist die Abscheidung von flüssiger Phase 6 ausreichend weit gediehen, so daß besagte Phase abgeführt werden kann.
• Diese Extraktion von flüssiger Phase wird durch Öffnen der Ventile 25 gestartet. Die Extraktion findet an verschiedenen Stellen am Boden des Reaktors 1 statt, durch die Filter 28 und 29, die soviel Feststoffe wie möglich in der flüssigen Phase aufhalten, so daß eine Flüssigkeit mit einer minimalen Menge an suspendierten Feststoffen abgeführt wird. Diese Flüssigkeit wird zum Vorratstank 33 geleitet, der vorgesehen Sein kann, um eine anaerobe Fermentation zu gestatten, um die Flüssigkeit weiter zu reinigen oder eine Nitrifikation, eventuell eine Denitrifikation, darin zu gestatten, um die Menge an Ammoniumstickstoff, beziehungsweise Nitraten zu reduzieren. Die stickstoffarme Flüssigkeit kann dann über die Leitung 22 zurück in den Reaktor 1 gebracht werden.
• Nach der Extraktion der flüssigen Phase wird eine bestimmte Menge frischen organischen Materials, dessen Gewicht ungefähr gleich der entfernten Flüssigkeitsmenge ist, vermehrt um die Materialmenge, die über das Biogas entfernt wurde, über das Förderband 21 der Mischvorrichtung 7 zugeführt und anschließend mit einem Teil, nämlich ab 1/3, der Gesamtmaterialmenge vermischt, d. h. der festen Phase, die im Reaktor 1 verbleibt, bis hin zur gesamten Menge besagten Materials, beispielsweise mit der Hälfte der festen Phase im Reaktor oder mit der gesamten festen Phase im Reaktor. Das Gewichtsverhältnis des Materials aus dem Reaktor 1, das eigentlich der Impfstoff ist, zur Menge frischen organischen Materials kann höher als 3 : 1 sein und kann beispielsweise zwischen 8 : 1 und 10 : 1 liegen. Dieser Teil der festen Phase wird mittels der Schraubspindeln 12 und der zentralen Schraubspindeln 16 über die zentrale Abfuhrleitung 19 in die Mischvor richtung 7 eingebracht.
• Der Trockenmassegehalt der Mischung liegt zwischen 15 und 40% und vorzugsweise zwischen 15 und 35%. Innerhalb dieser Grenzen kann nötigenfalls eine bestimmte Menge Abwasser oder gewöhnliches Wasser über die Zufuhrleitung 22 der Mischvorrichtung 7 zugeführt werden. Vorzugsweise wird Wasser oder Abwasser mit einem niedrigen Gehalt an Stickstoff und Salzen zugesetzt, so daß während der anschließenden Phasentrennung der eventuelle Überschuß an Stickstoff und Salzen aus dem frischen organischen Material in die flüssige Phase gelangt, was die Zersetzung fördert.
• Bei einem hohen Gehalt an Stickstoff in der festen Phase kann die flüssige Phase im Vorratstank 33 teilweise nitrifiziert, eventuell denitrifiziert, werden und über die Leitung 22 und die Pumpe 8 wieder dem Reaktor 1 zugeführt werden. Auf diese Weise wird überschüssiger Stickstoff aus der festen Phase 4 extrahiert. Nach der Nitrifikation/Denitrifikation kann die flüssige Phase auch zentrifugiert oder gepreßt werden, wonach nur der stickstoffarme Kuchen aus der Zentrifuge oder, bei Verwendung einer Presse, der Preßkuchen wieder zum Reaktor 1 zurückgeführt wird.
• Durch Hinzufügen von Dampf über die Dampfleitung 24 wird die Mischung in der Mischvorrichtung 7 auf 35-40 oder 50- 55 Grad Celsius erwärmt.
• Die Mischung wird über die Leitung 9 und die Verzweigungen 10 durch die Pumpe 8 aus der Mischvorrichtung 7 in den Reaktor 1 gepumpt. Die Abfuhrvorrichtung 5 ist geschlossen und das Ventil 25 ist zu. Auch die Abfuhrvorrichtung 3 ist nicht in Betrieb, und die Schraubspindeln 12 liegen still. Man läßt den Inhalt des Reaktors 1 ruhen, beispielsweise eine Nacht lang, wobei wiederum eine Trennung in eine flüssige Phase 6 im unteren Teil, vorzugsweise den unteren 0 bis 20%, und eine feste Phase 4 darüber stattfindet. Danach wird besagte flüssige Phase 6 auf die oben beschriebene Weise aus dem Reaktor 1 abgeführt, und anschließend wird zumindest ein Drittel des Inhalts des Reaktors 1 an fester Phase 4 wird aus dem Reaktor 1, ebenfalls wie vorangehend beschrieben, in die Mischvorrichtung 7 gebracht und dort mit etwa derselben Menge frischen organischen Materials vermischt wie die Menge abgeführter flüssiger Phase und Biogas.
• Die obenerwähnten Schritte werden dann aufeinanderfolgend wiederholt, wobei von Zeit zu Zeit, beispielsweise einmal pro Woche, direkt nach einer Extraktion der festen Phase 4, eine Spülung der Schraubspindeln 12 und 16 durchgeführt wird, so daß keine feste Phase mehr darin vorhanden ist, so daß, während der darauffolgenden Phasentrennung, diese Pumpen mit flüssiger Phase 6 gefüllt werden. Hierbei werden auch schwere Partikel wie Glas, Metall etc., die sich im Reaktor 1 befinden, absinken und auf den Boden des Reaktors und in besagte Schraubspindeln 12 und 16 gelangen. Indem anschließend die zentrale Schraubspindel 16 so angetrieben wird, daß sie zu den Auslässen 18 pumpt, können diese schweren Partikel über besagte Auslässe 18, deren Ventil 17 zeitweilig geöffnet war, abgeführt werden. Diese Partikel werden auf dem Förderband 36 gesammelt und zum Absinktank 37 transportiert, zu welchem nötigenfalls Flüssigkeit aus dem Vorratstank 33 zugesetzt werden kannn, um eine gute Sedimentation und Trennung zu erhalten.
• Das Sediment aus dem Tank 37 wird über das Förderband 38 abgeführt. Die abgeführte flüssige Phase 6, die noch einen Trockenmassegehalt von 2 bis 5% umfaßt, wird über die Abfuhrleitung 26 zum Vorratstank 33 geleitet und von da über den Preßfilter 34 oder über andere geeignete Apparaturen zu einer Wasserbehandlungsvorrichtung. Der Preßkuchen wird in der Wanne 35 gesammelt und möglicherweise auf aerobe Weise weiter nachkompostiert.
• Die Filter 28 und 29 in der Wand und auf dem Boden des Reaktors sind selbstreinigend, da der Flüssigkeitsstrom, wie durch den Pfeil 40 in Fig. 3 angedeutet, während der Extraktion horizontal verläuft, wohingegen der Strom während des Entfernens der festen Phase 4 aus dem Reaktor vertikal verläuft, wie in Fig. 3 durch die Pfeile 41 angedeutet. Dies impliziert, daß die Partikel einer Schicht aus festem Material, die durch die vertikal oder geneigt errichteten Filter 28 und 29 zurückgehalten werden, während der Flüssigkeitsextraktion durch die nach unten gerichtete Bewegung der festen Phase während der Extraktion besagter fester Phase entfernt werden.
• An der zentralen Schraubspindel 16 kann ein doppelwandiger Käfig mit Filtermitteln 45 montiert werden, wie in Fig. 1 angedeutet, so daß auch die flüssige Phase 6 über diesen Käfig 45 extrahiert werden kann. Die zentrale Schraubspindel 16 kann so gebaut werden, daß ein Druck darin erzeugt wird, so daß während der Extraktion der festen Phase 4 zusätzliche Flüssigkeit durch den Käfig mit Filtermitteln 45 gepreßt wird. Auch kann über diesen Käfig während der Phasentrennung eine Abscheidung der flüssigen Phase 6 stattfinden, wenn die Schraubspindel 16 ausreichend von fester Phase 4 befreit ist und hauptsächlich flüssige Phase 6 enthält.
• Zusätzliche Filtermittel wie etwa Käfige 45 können um die Schraubspindeln 12 zur Extraktion der flüssigen Phase 6 montiert werden. Derartige Käfige sind nur in Fig. 3 dargestellt.
• Auch die Filtermittel 45 sind selbstreinigend, dank der zwei unterschiedlichen Richtungen der flüssigen Phase 6, beziehungsweise der festen Phase 4. Wenn solche Filtermittel 45 vorgesehen sind, ist es möglich, die Extraktionsfilter 29 wegzulassen, in welchem Fall der Boden des Reaktors 1 flach ist und ein Gleitrahmen, wie in EP-A-0 205 721 beschrieben, hin- und her verschiebbar montiert sein kann, um die feste Phase 4 in die Nuten 13 zu drücken.
• Sollten die Filter 28 und 29 verstopft sein, können sie durch Pumpen von Flüssigkeit im Gegenstrom durch die Filter gereinigt werden, mittels der Pumpe 30 über die Spülleitung 32 mit zeitweilig geöffnetem Ventil 31, wobei die zu reinigenden Filter durch Schließen der Leitungen 43, mit denen sie über die Ringleitung 27 verbunden sind, von den anderen isoliert werden können.
• Wenn aufgrund sehr starker Zersetzung oder durch Verluste über die flüssige Phase 6 die Menge an fester Phase 4 zu stark abnimmt, kann diese durch Hinzufügen von Torf, Stroh, Zeitungspapier oder anderen organischen Materials, worin Bakterien zurückgehalten werden können, aufgefüllt werden, so daß stets ausreichend Biomasse im Reaktor vorhanden ist.
• Wenn aufgrund starker Zersetzung oder eines hohen Stickstoffgehalts im frischen Substrat der Stickstoffgehalt in der festen Phase 4 zu hoch wird, können Torf, Papier, organischer Abfall oder Preßkuchen in der Wanne 35 gesammelt und aerob kompostiert durch Nitrifikation und Denitrifikation, in den Reaktor 1 zugegeben werden, um den Stickstoffgehalt in der festen Phase 4 zu verringern und auch den Trockenmassegehalt zu erhöhen. Der Stickstoffgehalt wird auf weniger als 2 bis 4 Gramm Ammoniumstickstoff pro Kilo fester Phase 4 reduziert, während die Nährstoffmenge in der festen Phase optimal gehalten wird, so daß eine rasche anaerobe Zersetzung erhalten wird.
• Das oben beschriebene Verfahren gestattet maximale Biomasse-Rückhaltezeiten im Reaktor, indem die Biomasse in der festen Phase gehalten wird, und ermöglicht es, mit einer hohen Feststoffkonzentration von 15 bis 30% zu arbeiten, unter Nutzung der natürlichen Trennung zwischen flüssiger und fester Phase in einem halbfesten Reaktor. Eine hohe Biogasproduktion von 4 bis 8 m³ pro m³ Reaktor pro Tag, die über die Abfuhrleitung 39 abgeführt wird, wird erhalten. Wenn den Nährstoffen des Reaktors 1 Abwasser zugesetzt wird, wird dieses Abwasser gleichzeitig zersetzt und wird eine zusätzliche Menge an Biogas erhalten und muß eine zusätzliche Menge flüssiger Phase bei jeder Flüssigkeitsextraktion aus dem Reaktor entfernt werden. Dies ermöglicht die gleichzeitige Behandlung von Abwasser und organischem Abfall.
• Die Geschwindigkeit der Phasentrennung wird abhängig sein vom Trockenmassegehalt des Inhalts des Reaktors 1. Bei einem Trockenmassegehalt von 18% statt beispielsweise 22% wird die Phasentrennung rascher stattfinden. Besagter Trockenmassegehalt kann verändert werden durch Zusetzen von Abwasser oder trockenem organischem Material, wie etwa Torf, Stroh, etc. Die Geschwindigkeit kann auch durch Veränderung der Matrix, die die aktive Biomasse umfaßt, beeinflußt werden. Besagte Matrix kann aus einem Trägermaterial wie etwa Schwämmen oder Torf bestehen, oder auch aus wiederverwendetem kompostiertem Preßkuchen. Das Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele verdeutlicht:
Beispiel 1.
• 400 Tonnen/Woche eines organischen Abfallstroms mit einem Trockenmassegehalt von 23%, beispielsweise aus einer selektiven Hausmüllsammlung, wovon 92% der festen Stoffe verflüchtigbar und leicht biologisch abbaubar sind, wurde schrittweise auf die oben beschriebene Weise in den oben beschriebenen Reaktor mit einer Kapazität von 2500 m³ gebracht. Nach jeder Extraktion einer bestimmten Menge flüssiger Phase und gleichzeitig einer bestimmten Menge Biogas wurde etwa dieselbe Menge dieses Abfallstroms in der Mischvorrichtung mit fester Phase, die gemäß einem Verhältnis von 1 : 9 aus dem Reaktor entnommen wurde, vermischt. Dieser Mischung wurde nur Dampf (30 Tonnen/Woche) zugesetzt, um sie zu erhitzen. Die erhitzte Mischung wurde anschließend durch die Zufuhrvorrichtung dem Reaktor zugeführt.
• 95% der biologisch abbaubaren verflüchtigbaren Feststoffe wurden in einem Zeitraum von 20 Tagen in Biogas umgesetzt, mit einer Produktion von 90 Tonnen/Woche. Der Gesamtgehalt an Feststoffen in der festen Phase belief sich auf 18%. Die Menge abgeführter flüssiger Phase war 340 Tonnen/Woche. Diese Phase enthielt noch einen Gewichtsprozentsatz von 3,7% festen Partikeln.
Beispiel 2.
• Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurden 400 Tonnen/Woche Abwasser mit einem Feststoffgehalt von 2%, wovon 90% verflüchtigt werden können und 90% davon biologisch abbaubar sind, der Mischvorrichtung zugesetzt.
• Die Biogasproduktion belief sich auf 98 Tonnen/Woche. Die Menge an abgeführter flüssiger Phase war 732 Tonnen/Woche mit einem Feststoffgehalt von 2,1%.
• Das oben beschriebene Verfahren ist sehr einfach. Ausstoß und Biogasproduktion sind höher als bei einem ganz durchmischten Reaktor, während doch organischer Abfall mit einem Trockenmassegehalt, der für Trockenzersetzung zu niedrig ist, behandelt werden kann. In manchen Fällen kann gleichzeitig eine bestimmte Menge Abwasser behandelt werden, ohne daß der Reaktor vergrößert werden muß.
• Feste oder halbfeste Substrate mit einem hohen Stickstoffgehalt können im Reaktor auch optimal behandelt werden, da, aufgrund der Phasentrennung, der Überschuß an Ammoniumstickstoff in die flüssige Phase gelangt und abgeführt wird. Zur Erleichterung der Abfuhr von Stickstoff kann dem Substrat Flüssigkeit, wie etwa Wasser oder Abwasser mit einem niedrigen Stickstoffgehalt, zugesetzt werden. Sollte der Stickstoffgehalt in der festen Phase zu hoch sein, können der festen Phase sowohl Torf als auch organisches Material mit einem niedrigen Stickstoffgehalt, wie etwa insbesondere aerob kompostierte Preßkuchen oder zentrifugierter Schlamm nach der Nitrifikation der festen Phase, zugesetzt werden.
• Substrate mit einem hohen Gehalt an Salzen können auf ähnliche Weise behandelt werden, da die meisten Salze aufgrund der Phasentrennung in die flüssige Phase gelangen und abgeführt werden. Zur weiteren Förderung der Entfernung von Salzen kann dem Substrat Flüssigkeit, wie etwa Wasser oder Abwasser mit einem niedrigen Salzgehalt, zugesetzt werden. Sollte der Salzgehalt hoch sein, kann die flüssige Phase, nach Entsalzen mittels geeigneter Apparaturen, dem Reaktor zugeführt werden. Das Zusetzen von Wasser, Abwasser mit einem niedrigen Salzgehalt oder wiederverwendeter flüssiger Phase zur festen Phase findet in solchem Umfang statt, daß die elektrische Leitfähigkeit der festen Phase bei einer Verdünnung mit Wasser von 1 : 5 geringer ist als 1,5 MilliSiemens pro Zentimeter.
• Die Erfindung ist keineswegs auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können innerhalb des Rahmens der Ansprüche viele Veränderungen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, unter anderem die Form des Reaktors und die Funktionsbedingungen betreffend.
• Insbesondere müssen die Filter am Boden des Reaktors nicht notwendigerweise die beschriebene Form aufweisen. Die Filter oder einer der Filter kann beispielsweise aus einer konischen perforierten Wand bestehen, die im unteren Ende des Reaktors errichtet ist. Der Raum zwischen besagter Wand und der Wand des Reaktors kann dann die Ringleitung bilden. Jedoch kann auch jeder der Filter direkt mit einer separaten abschließbaren Abfuhr verbunden sein. Anstelle einer Rückflußvorrichtung zur Reinigung der Filter oder als zusätzliches Zubehör können Schaber oder andere Mechanismen auf diesen Filtern montiert sein, um feste Partikel von den Filtern zu entfernen.

Claims (23)

1. - Verfahren zur anaeroben Zersetzung von abbaubaren organischen Abfällen und zur Extraktion von Biogas aus letzteren in einem Reaktor (1), gemäß welchen Verfahrens der Abfall in einen Reaktor (1) gebracht wird, der eine aktive, anaerobe, methanogene Biomasse enthält, und der ohne jedes Vermischen im Reaktor (1) einer anaeroben Fermentation ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall als eine Mischung mit wiederverwendeter verdauter fester Phase (4) als Impfstoff oben am Reaktor zugeführt wird, wobei besagte Mischung einen Trockenmassegehalt zwischen 15 und 40% hat, dadurch, daß eine Phasentrennung in eine flüssige Phase (6) und eine feste Phase (4) im unteren Teil des Reaktors gestattet wird, wobei zumindest während einer Fermentationsperiode ohne jegliches Mischen im Reaktor (1) eine flüssige Phase (6) unten im Reaktor (1) von einer oberen festen Phase (4) abgeschieden wird, dadurch, daß diese flüssige Phase (6) entfernt wird, bevor frisches Substrat zugeführt wird, wobei eine maximale Menge fester Phase (4), nämlich Substrat und Biomasse, zurückgehalten wird, und dadurch, daß, nach dem Entfernen der flüssigen Phase (6), eine bestimmte Menge fester Phase (4), entsprechend zumindest einem Drittel des Gesamtinhalts des Reaktors (1), aus diesem Reaktor (1) entfernt und als Impfstoff gründlich mit organischem Abfall vermischt wird, um besagte Mischung zu bilden, die dem Reaktor (1) zugeführt wird.

2. - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge frischen organischen Abfalls praktisch gleich der Menge flüssiger Phase ist, die aus dem Reaktor (1) entnommen wurde, vermehrt um die Menge, die während der Bildung besagter Phase als Biogas entnommen wurde.

3. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasentrennung im unteren Teil des Reaktors (1) zugelassen wird.

4. - Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasentrennung in den unteren 0 bis 20% besagten Reaktors (1) zugelassen wird.

5. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zugeführte Abfall einen solchen Trockenmassegehalt hat, daß der Trockenmassegehalt des Inhalts des Reaktors (1) vor der Phasentrennung zwischen 15% und 35% liegt.

6. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oben am Reaktor (1) zugeführte Abfall durch Vermischen von festem oder halbfestem Abfall mit Abwasser zusammengesetzt wird.

7. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Torf, Papier, organischer Abfall oder aerob kompostierter Preßkuchen mit dem zu zersetzenden Material und dem Teil der festen Phase (4), die aus dem Reaktor (1) entnommen wird und die als Impfstoff dient, vermischt wird, so daß der Stickstoffgehalt in der festen Phase (4) im Reaktor (1) niedriger als 2 bis 4 Gramm Ammoniumstickstoff pro Kilo fester Phase gehalten wird und ausreichende Nährstoffe für eine rasche anaerobe Zersetzung geliefert werden.

8. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser oder stickstoffarmes Abwasser oder nitrifizierte flüssige Phase mit dem zu zersetzenden Material und dem Teil der festen Phase (4), der aus dem Reaktor (1) entnommen wurde und der als Impfstoff dient, kombiniert wird, so daß jeglicher Stickstoffüberschuß aus der festen Phase (4) entfernt wird.

9. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Menge Wasser oder Abwasser mit einem niedrigen Salzgehalt oder wiederverwendete flüssige Phase, aus der die Salze entfernt wurden, mit der festen Phase (4) kombiniert wird, so daß die feste Phase einen niedrigen Salzgehalt hat, so daß die spezifische elektrische Leitfähigkeit bei einer Verdünnung mit Wasser auf 1 : 5 weniger als 1, 5 MilliSiemens pro Zentimeter beträgt. -

10. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von Zeit zu Zeit, während der Phasentrennung, die Sedimentation schwerer Partikel zugelassen wird und die abgesetzten festen Partikel vor dem Entfernen der flüssigen Phase (6) abgeführt werden.

11. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Teil der festen Phase (4), der zurück in den Reaktor (1) gebracht wird, und dem frischen Substrat 3 : 1 ist.

12. - Verfahren gemäß dem obigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das obenerwähnte Verhältnis zwischen 8 : 1 und 10 : 1 liegt.

13. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der festen Phase (4), der nach dem Mischen mit frischem Substrat zurück in den Reaktor gebracht wird, sich auf nahezu die Hälfte der festen Phase (4) beläuft, die nach dem Entfernen der flüssigen Phase (6) im Reaktor (1) verblieben ist.

14. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der festen Phase (4), der nach dem Mischen mit frischem Substrat zurück in den Reaktor gebracht wird, die gesamte feste Phase (4) ist, die nach dem Entfernen der flüssigen Phase (6) im Reaktor (1) verblieben ist.

15. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die entfernte flüssige Phase (6) mittels eines Druckfilters (34) gereinigt wird und daß der Preßkuchen dieses Druckfilters und der eventuelle Überschuß an entfernter fester Phase (4) auf aerobe Weise kompostiert wird, und daß dieser kompostierte Preßkuchen, zusammen mit eventuell anderen festen Substraten, wie etwa Torf und Papier, mit dem frischen organischen Abfall und der festen Phase (4), die aus dem Reaktor entnommen wurde, vermischt werden.

16. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die entfernte flüssige Phase (6) einer Nitrifikation/Denitrifikation und/oder Entsalzung unterzogen wird und daß diese flüssige Phase zumindest teilweise mit der Mischung von frischem organischem Abfall und fester Phase (4), die dem Reaktor (1) entnommen wurde, vermischt wird.

17. - Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die entfernte flüssige Phase (6) einer anaeroben Naßfermentation unterzogen wird und daß diese flüssige Phase zumindest teilweise mit der Mischung aus frischem organischem Abfall und der festen Phase (4), die dem Reaktor (1) entnommen wurde, vermischt wird.

18. - Vorrichtung zur anaeroben Zersetzung organischer Abfälle, umfassend einen Vakuumreaktor (1), eine oben am Reaktor (1) angeschlossene Zufuhrvorrichtung (2) zur Zufuhr von zu zersetzendem organischen Material, eine mit dem Boden des Reaktors (1) verbundene Abfuhrvorrichtung (3) für die Abfuhr des festen Rückstands, und eine Mischvorrichtung (7) zum Mischen des abgeführten Rückstands mit frischem organischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) eine Abfuhrvorrichtung (5) zur Abfuhr einer flüssigen Phase (6) am Boden des Reaktors (1) umfaßt.

19. - Vorrichtung gemäß dem obigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß sie Filtermittel (28, 29) umfaßt, die am Boden des Reaktors (1) montiert sind, um die feste Phase (4) zurückzuhalten, wenn die flüssige Phase (6) abgeführt wird.

20. - Vorrichtung gemäß dem obigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß diese Filtermittel (28 und 29) aus von unten nach oben gerichteten Trennwänden bestehen, die mit Durchgängen versehen sind, während die Abfuhrvorrichtung (5) für die flüssige Phase (6) Abfuhrleitungen (26, 27) umfaßt, zu denen besagte Trennwände führen.

21. - Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfuhrvorrichtung (3) für die feste Phase (4) Schraubspindeln (12) umfaßt, die gegenüber Nuten (13) im Boden des Reaktors (1) errichtet sind und die, über Kanäle (14), zu einer zentralen Schraubspindel (16) führen, die über eine Abfuhrleitung (19) mit der Mischvorrichtung (7) verbunden ist.

22. - Vorrichtung gemäß dem obigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß sie Filtermittel (45) in Form mindestens eines Käfigs um die zentrale Schraubspindel (16) umfaßt.

23. - Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie Filtermittel (45) in Form von Käfigen (45) umfaßt, die um die Schraubspindeln (12) herum montiert sind, während der Boden des Reaktors (1) flach ist und die Vorrichtung Schieberahmen umfaßt; die über besagten Boden hin- und herbewegt werden können, um feste Phase (4) in Nuten (13) in diesem Boden zu drücken.