DK172861B1 - Fremgangsmåde til separering af organisk affald - Google Patents

Description

i DK 172861 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til separering af organisk affald, fortrinsvis gylle, som omfatter en vandig opløsning indeholdende bestanddele, der kan omdannes til næringssalte, hvor affaldet separeres for ljemelse af større partikler, 5 hvor affaldet udrådnes under dannelse af methangasser, hvor det udrådnede affald afgasses, og hvor den afgassede væskefraktion filtreres ved osmosefiltrering, idet væskefraktionen ledes til et RO-filter, hvor en ren vandfraktion udskilles og kan ledes til recipient.

10 Opfindelsen angår således en metode, hvor der skal opnås en adskillelse af organisk affald for at omdanne væskeandelen til rent vand, der kan genbruges og/eller udledes direkte til recipient. Under denne rensning ønskes der fremstillet nyttige komponenter i form af næringssalte/gødningsprodukter, således at der ikke optræder restprodukter, som skal deponeres.

15

Der kendes flere metoder til at adskille organisk affald. Disse metoder har ofle været dyre at anvende, og samtidig har det også været et fælles træk ved mange af de kendte metoder, at de har været energikrævende og samtidig har skabt restprodukter, som ikke kunne anvendes.

20 Nærværende opfindelse er fremkommet i forbindelse med behandling af husdyrgylle. Opfindelsen vil derfor specielt blive forklaret i forbindelse med organisk affald i form af rå gylle. Imidlertid vil opfindelsen også kunne anvendes i forbindelse med andre typer organisk affald, som for eksempel spildevand fra levnedsmiddelproduktion, fi-25 skeindustri, slagterier og lignende.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at anvise en fremgangsmåde af den indledningsvis kendte type, hvor det bliver muligt at foretage en separation under anvendelse af mindst mulig energi, og hvor der samtidig er skabt mulighed for at frem-30 stille rent vand samt nyttige næringssalte/gødningsprodukter.

2 DK 172861 B1

Dette opnås ifølge den foreliggende opfindelse med en fremgangsmåde, som er særpræget ved, at afgasningen foretages ved en proces, hvor indhold af C02 og ammoniak fjemes/reduceres, idet næringssalte udskilles for nyttiggørelse, at den afgassede vaeskefraktion ledes til RO-filteret via et bufferlager, 5 at en restfraktion fra RO-filtret ledes til en inddampnings- og koncentrationsproces, hvor der foretages en opkoncentrering og udskillelse af næringssaltene samt en fjernelse af en restfraktion af ammoniak, at de ved udrådningen dannede gasser ledes til et kraftvarmeanlæg, som frembringer varme, der benyttes til at energiforsyne inddampnings-/koncentrationstrinnet, og 10 at varmeenergi fra koncentrationstrinnet benyttes til at energiforsyne afgasningstrin-net.

Ved fremgangsmåden bliver det muligt at udnytte to hovedbestanddele i det organiske affald, nemlig næringssaltene i form af fosfor-, kali- og kvælstofprodukter samt kul-15 stofdelen til produktion af energi, som indgår i selve processen, således at det totale energiforbrug ved separationen minimeres.

Det organiske affald separeres først. Separationen kan være delt i flere trin. Der kan således foretages en grovseparation i en skruepresse, hvor affaldet sammenpresses, 20 således at der optræder to fraktioner. Den ene fraktion udgør en fiberandel, der kan have et tørstofindhold på mellem 35 - 40 vægt%. Denne tørstoffraktion, der typisk kan udgøre mellem 5 og 15 vægt% af den totale mængde affald, kan anvendes direkte til jordforbedring. Den anden fraktion er en vandfraktion, som almindeligvis vil udgøre mellem 95 - 85 vægt% af den totale affaldsmængde. Denne væskefraktion vil indehol-25 de så godt som alle næringssalte. Denne væskefraktion filtreres derefter i et efterfølgende filtreringstrin, der kan udgøres af en mikrofiltrering. Herved frasorteres partikler, der er større end ca. 0,5 mm. Den frasorterede partikelfraktion kan ledes tilbage til skruepressen for at blive bearbejdet endnu engang.

30 Den vandfraktion, som passerer gennem mikrofiltret, føres derefter videre til et ud-rådningstrin, hvor der foretages en udrådning under dannelse af methangasser. Dette 3 DK 172861 B1 sker i en biogasreaktor, hvor hovedparten af kulstofdelen reduceres under dannelsen af methangasser.

Methangasseme anvendes efterfølgende som energikilde til anlæggets drift. Methan-5 gasser føres således til et kraftvarmeanlæg, som frembringer varme, der energiforsyner et efterfølgende inddampnings- og koncentrationstrin, som vil blive forklaret herunder. 1 kraftvarmeanlægget produceres der tillige elenergi. Elenergien kan anvendes eksternt eller anvendes til at drive de apparater, der benyttes til udøvelse af fremgangsmåden.

10

Fra biogasreaktoren føres væskefraktionen videre til et afgasnings-/kolonnetrin.

Eventuelt kan væskefraktionen føres gennem en ultrafiltrering inden afgasningstrinnet.

På denne måde vil det være muligt at tilbageholde bakterier i biogasreaktoren og derved sikre en optimal udrådning af affaldet.

15 I afgasnings-ZkoIonnetrinnet reduceres mængden af ammoniak og C02. Selve afgasse-ren/kolonnen er beskrevet i den samtidigt indleverede danske patentansøgning nr.

1288/96. Således som beskrevet i denne patentansøgning kan 99% af kuldioxiden fjernes, ligesom mindst 75% af ammoniakken ljemes. Idet der foretages en opvarmning, 20 vil kuldioxiden udtræde af væsken. Der optræder en basisk reaktion, som medfører at ammonium bliver mere flygtig og ligeledes udtræder af væsken. Under processen vil følgende ligevægte dannes: HCOj'^ OH" + C02 25 NH/ + ΟΗ*·ς=* NH3 + H20

Ved processen reageres kuldioxiden med ammoniakken, og der dannes ammoniumhy-drogencarbonat, NH4 HC03, som kan opbevares i almindelige, lukkede beholdere for efterfølgende at blive anvendt som N-gødningskomponent. Denne del kan udgøre ca.

30 5 vægt% af det oprindelige affald.

DK 172861 B1 4

Efter afgasningen føres væskefraktionen via et bufferlager i form af en mixer til et trin for omvendt osmose i et RO-system. I bufferlageret foretages en opblanding af væskefraktionen med en væske fra et inddampnings- og koncentrationstrin, der vil blive forklaret herunder. Herved bliver det muligt at afstemme temperaturen og tilpasse 5 denne til RO-systemet, som ikke tåler høje temperaturer. Bufferlageret virker således samtidigt som et blandetrin og en kapacitetsregulering. Fra bufferlageret føres væsken til RO-systemet, hvor urenheder i form af salte, fedtsyrer, alkoholer, ammonium m.v. frafiltreres. Der fremkommer herved en ren vandfraktion, som efterfølgende kan genanvendes, ledes til kloak eller åben recipient eller bruges til udvanding på marker.

10 Koncentratet fra RO-systemet udgør ca. 30% af den tilførte væske.

Koncentratet/faststoffraktionen føres til det ovenfor omtalte inddampnings- og koncentrationstrin, hvori der foretages en yderligere opkoncentrering. Herved vil vand udskilles, således at der fremkommer et restprodukt, der fremstår som et fosfor/kali-15 gødningsprodukt. Denne gødningsfraktion udgør typisk mellem 2 og 5 vægt% af det oprindelige affald. Inddampnings- og koncentrationstrinnet vil virke efter et princip, som er beskrevet i europæisk patent nr. 0 544 768.

Koncentrationstrinnet vil få varmeenergi fra kraftvarmeanlægget på basis af den 20 energi, som er fremkommet ved methangasafbrændingen. Den restvarme, som optræder i koncentrationstrinnet, vil derefter anvendes i afgasningstrinnet. Herved reduceres behovet for tilførsel af ekstern energi betragteligt. Den restenergi i form af varme, som optræder efter afgasningstrinnet, fremkommer som varmt vand med en temperatur på ca. 80°C. Dette kan bruges som procesvarme eller kan benyttes til rumopvarmning.

25

Ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse vil der således ske en separering af et organisk affald, således at der produceres følgende output: - N-gødningsprodukter, - P-K-gødningsprodukter, 30 - rent vand, - elenergi, der kan drive fremgangsmåden, og som endvidere kan skabe et eloverskud på ca. 50 - 75%, samt 5 DK 172861 B1 - varmeenergi.

Ved separation af gylle vil der typisk optræde en fiberfraktion/humusfraktion på ca.

5%. Af de resterende 95% væskefraktion vil ca. 85% fremkomme som rent vand. Ca.

5 5% vil optræde som koncentreret gødningsprodukt med et indhold af P-gødningsstof- fer og K-gødningsstoffer. De sidste 5% vil optræde som væskeformige gødningsprodukter i form af uorganiske N-gødningsstoffer.

I det efterfølgende vil opfindelsen blive nærmere forklaret under henvisning til den 10 medfølgende skematiske tegning, hvor fig. 1 viser en principskitse for opbygning af et anlæg til brug ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 2 viser et billede af en alternativ udførelsesform for et anlæg til brug ved 15 udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

I de to figurer er samme eller tilsvarende elementer betegnet med samme henvisningsbetegnelse. Der vil ikke blive givet en specifik forklaring til de enkelte apparatdele i hver af figurerne.

20 1 betegner en tilledning for rå gylle. 2 betegner en skruepresse. 3 betegner et mikrofil-ter. 4 er en biogasreaktor, hvor affaldet udrådnes. 5 er et kraftvarmeanlæg. 6 er en koncentrator/inddamper. 7 er en afgasser/kolonne. 8 er en mixer. 9 er et RO-filter. Det output, som fremkommer, er varme 10, N-gødningsprodukter 11, rent vand 12, P-K-25 gødningsprodukter 13 samt el 14. Fra biogasreaktoren 4 produceres biogas 15, som føres til kraftvarmeanlægget 5.1 kraftvarmeanlægget produceres varme 16, som føres til koncentratoren 6. Restvarme 17 fra koncentratoren føres til afgasseren 7.

Koncentratoren/inddamperen 6 består af en koncentrator 18 samt en inddamper 19.

30 Inddamperen 19 er, således som vist i fig. 1, placeret efter biogasreaktoren 4. Det vil også være muligt at placere inddamperen 19 før biogasreaktoren 4, således som vist i fig. 2. Hvis inddamperdelen 19 er anbragt før biogasreaktoren, vil det være nødven- 6 DK 172861 B1 digt, at den har en kapacitet, der er ca. 3 gange så stor som den kapacitet, der er nødvendig, hvis inddamperen 19 er placeret efter biogasreaktoren 4. I større anlæg foretrækkes den udførelsesform, der er vist i fig. 1.1 mindre anlæg, som for eksempel benyttes i separate gårdanlæg, vil det foretrækkes at placere inddamperen 19 foran bio-5 gasreaktoren 4. Herved vil der ske en væsentlig reduktion af den fraktion, som skal bringes til en separat anbragt biogasreaktor. Afgasseren/kolonnen 7 består af en afgas-ser 20 samt en kolonne 21.

Skruepressen 2 har til opgave at separere fibre og andre større partikler fra den ind-10 kommende affaldsmængde. Der vil typisk ske en frasortering af partikler, der er større end ca. 1,5 mm. For en separator med en kapacitet på 40 tons/dag vil der være et effektbehov på ca. 1,5 kW.

Mikrofiltret 3 har til funktion at sikre de efterfølgende anlægsdele mod, at større par-15 tikler passerer igennem. Mikrofiltret 3 sikrer således, at der ikke videresendes en væskefraktion, som indeholder partikler over ca. 0,5 mm. Filtret 3 har et effektbehov på 2,4 kW og har en kapacitet på 186 t/dag. Som output for filtret optræder ca. 37,2 tons filtreret gylle og ca. 148,8 tons returløb.

20 Biogasreaktoren 4 har til formål at udrådne gyllen, således at indholdet af kulstof reduceres til et minimum samtidig med, at der produceres gas, der benyttes som energikilde for anlæggets drift. En eventuel efterfølgende ultrafiltrering (ikke vist i figurerne) sikrer, at den væske, som forlader biogasreaktoren 4, både er bakterie- og partikelfri. Således vil en bakteriekultur blive tilbageholdt og holdes på et maksimum i 25 biogasreaktoren 4. Biogasreaktoren 4 har en kapacitet på 37,2 tons/dag for at kunne aftage outputtet fra mikrofiltret 3. Som output for biogasreaktoren 4 vil der optræde ca. 37,2 tons kulstof-reduceTet gylle samt 1000 Nm3gas/dag, hvoraf ca. 2/3 er methan, CH4.

30 Kraftvarmeanlægget 5 producerer elektricitet og varmeenergi ved hjælp af den producerede gas. Anlægget har en kapacitet på 85 kW. Ud fra det input, som kommer fra biogasreaktoren 4, fremkommer et output på ca. 160 kW varme og ca. 85 kW el.

i 7 DK 172861 B1

Afgasseren 20 har til opgave at fjerne C02 og reducere indholdet af ammoniak i gyllen. Afgasseren 20 vil have en kapacitet på 37,2 tons/dag og vil have et effektbehov på 160 kW varme. Afgasseren 20 vil have et input på ca. 37,2 tons kulstofreduceret gylle pr. dag og ca. 4,2 tons returløb fra kolonnen 21. Som output fra afgasseren 20 ffem-5 kommer ca. 35,3 tons afgasset gylle, 6,1 tons damp med NH3 samt 160 kW varme ved 100°C.

Kolonnen 21 har til opgave at opkoncentrere ammoniakken. Kolonnen 21 har en kapacitet på 6,1 tons damp/dag med NHj og har et effektbehov på 160 kW varme. Ved 10 dette input vil der optræde et output på ca. 1,9 tons ammoniakvand og 4,2 tons renset kondenseret damp samt 150 kW varme 10 ved 70°C.

Mixeren 8 har til opgave at blande de tilstrømmende væsker fra afgasseren 20 og inddamperen 19 og vil samtidig fungere som buffer til RO-anlægget. Mixeren 8 har en 15 kapacitet på 46,1 tons/dag og har et effektbehov på 1 kW. Mixeren vil have et input på 35,3 tons afgasset gylle og 10,8 tons destillat. Som output fra mixeren ffemkommer 46.1 tons mixet gylle pr. dag.

RO-filtret 9 har til opgave at rense den indkommende væske for ioner, således at væ-20 skefraktionen 12 fremkommer som helt rent vand. RO-filtret 9 har en kapacitet på 46.1 tons pr. dag og ved det input af mixet gylle, som kommer fra mixeren 8, vil der fremkomme et output på 34,1 tonsrent vand og 12 tons RO-koncentrat.

Inddamperen 19 har til funktion at opkoncentrere P-K-bestanddelene og fjerne den 25 restammoniak, som befinder sig i den indkommende væske. Inddamperen 19 har en kapacitet på 12 tons pr. dag og et effektbehov på 20 kW. Inddamperen 19 vil have et input på 12 tons RO-koncentrat pr. dag samt 6,1 tons returløb for koncentratoren 18.

Det output, som optræder herefter, vil være 10,8 tons destillat og 7,3 tons “mellem”-koncentrat.

30

Koncentratoren 18 har til funktion at opkoncentrere P-K-bestanddelene. Den har en kapacitet på 7,3 tons pr. dag og et effektbehov på 160 kW. Der vil fremkomme et in- DK 172861 B1 8 put på de 7,3 tons “mellem”-koncentrat fra inddamperen 19. Outputtet fra koncentrato-ren 18 vil være 6,1 tons kondensat og 1,2 tons slutkoncentrat med indhold af P-K-gød-ningsprodukter.

5 Ovenstående er givet som et eksempel og andre dimensioneringer for et anlæg vil være mulige.

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til separering af organisk affald, fortrinsvis gylle, som omfatter en vandig opløsning indeholdende bestanddele, der kan omdannes til næringssalte, 5 hvor affaldet separeres for fjernelse af større partikler, hvor affaldet udrådnes under dannelse af methangasser, hvor det udrådnede affald afgasses, og hvor den afgassede væskefraktion filtreres ved osmosefiltrering, idet væskefraktionen ledes til et RO-filter, hvor en ren vandfraktion udskilles og kan ledes til recipient, 10 kendetegnet ved, at afgasningen foretages ved en proces, hvor indhold af C02 og ammoniak fjemes/reduceres, idet næringssalte udskilles for nyttiggørelse, at den afgassede væskefraktion ledes til RO-filteret via et bufferlager, at en restfraktion fra RO-filtret ledes til en inddampnings- og koncentrationsproces, hvor der foretages en opkoncentrering og udskillelse af næringssaltene samt en fjer-15 nelse af en restfraktion af ammoniak, at de ved udrådningen dannede gasser ledes til et kraftvarmeanlæg, som frembringer varme, der benyttes til at energiforsyne inddampnings-/koncentrationstrinnct, og at varmeenergi If a koncentrationstrinnet benyttes til at energi forsyne afgasningstrin-net. 20

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at partikelfjemelsen sker i to eller flere trin.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det første trin er en grov-25 separation i en skruepresse, hvor der fremkommer en fiberfraktion med et tørstofindhold på mellem 35 og 40 vægt% og en vandfraktion, der udgør ca. 95- 85%, og som føres til efterfølgende mikrofiltrering for fjernelse af partikler, der er større end ca. 0,5 mm. DK 172861 B1 ίο

4. Fremgangsmåde ifølge krav l, 2 eller 3, kendetegnet ved, at der i forbindelse med udrådningen foretages en ultrafiltrering af vandfraktionen for at tilbageholde bakterierne og sikre optimal udrådning.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendeteg- n e t ved, at afgasningen udføres i kombination med en fordampning i en kolonne hvorfra mere flygtige gaskomponenter i form af ammoniak og C02 udtages.

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendeteg-10 net ved, at bufferlageret benyttes til opblanding af den afgassede vaeskefraktion, der opblandes med en vaeskefraktion fra inddampnings-/koncentrationstrinnet, således at temperatumiveauet tilpasses til RO-trinnet.