NL9100063A - Werkwijze en inrichting voor de biologische behandeling van vast organisch materiaal. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor de biologische behandeling van vast organisch materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de biologische behandeling van in hoofdzaak vast organisch materiaal, waarbij het materiaal achtereenvolgens aan een hydrolysebehandeling en een anaerobe vergisting wordt onderworpen.

Momenteel zijn er verschillende typen verwerkingssystemen voor vast biologisch afval in ontwikkeling. Deze systemen moeten het enerzijds mogelijk maken dat een gestabiliseerd en hygiënisch betrouwbaar eindprodukt wordt verkregen, dat bijvoorbeeld als compost of als grond-verbeteraar kan worden gebruikt, en anderzijds dat een volumeverminde-ring wordt verkregen, waardoor storten goedkoper wordt. De typen af val die met dergelijke verwerkingssystemen kunnen worden behandeld zijn onder meer: gescheiden ingezameld groente-, fruit- en tuinafval (GFT); de organische fractie van huisvuil (RDF of natte fractie) uit een huisvuilverwerkingsinstallatie; doorgedraaid materiaal van veilingen; bermmaaisel, snoeiafval e.d.; afval van restaurants e.d.

De biologische systemen zijn te verdelen in aerobe en anaerobe systemen. Een aëroob systeem betreft het traditioneel composteren en de verbeteringen daarop. Anaerobe systemen zijn te verdelen in anaerobe vergisting (30-40°C); thermofiele vergisting (55“65°C) en tweetrapssystemen. De anaerobe vergisting en de thermofiele vergisting zijn werkwijzen waarbij de gehele afvalstroom wordt behandeld, zonder dat verschil wordt gemaakt tussen de verblijftijd voor vloeistoffen en de verblijftijd voor vaste stoffen in het systeem. Dergelijke systemen zijn meestal eentraps en kunnen zowel als volledig gemengd systeem of in een propstroomreactor worden toegepast. Het nadeel van deze systemen is de betrekkelijk lange behandelingstijd (verblijftijd) en de daardoor noodzakelijke grote en dure installaties.

Bij een tweetraps-werkwijze, zoals in de aanhef omschreven, kan de verblijftijd van de vaste stof langer worden gekozen dan de verblijftijd van de vloeistof en kunnen bovendien verschillende biologische reacties in verschillende onderdelen van een installatie worden uitgevoerd.

Een werkwijze volgens de aanhef is bekend, bijvoorbeeld uit de Europese octrooiaanvragen 37*612 en 142.873· Volgens EP-A-37*6l2 wordt vast organisch materiaal aan een tweetraps anaerobe behandeling onder worpen, waarbij het materiaal in de eerste trap wordt afgebroken tot vooral lagere vetzuren en ander in water oplosbare stoffen, kooldioxide, methaan en een restfractie, en in de tweede trap de in water oplosbare stoffen en de vetzuren worden behandeld onder vorming van methaan en kooldioxide. Volgens EP-A-142.873 wordt het vaste materiaal dat resulteert uit de eerste trap (hydrolyse/verzuring) gedeeltelijk gerecircu-leerd en wordt dë vloeistof in de tweede trap behandeld in een methaan-reactor.

Een voordeel van deze bekende systemen is de betrekkelijke eenvoud van de benodigde installatie en van de procesvoering. Het nadeel is echter dat van vele typen afval geen verregaande afbraak en dus geen belangrijke volumevermindering kan worden bereikt, waardoor de stortkos-ten niet noemenswaardig worden verlaagd.

Uit de Europese octrooiaanvrage 159-054 is een werkwijze voor de bereiding van methaan uit vast plantaardig materiaal bekend, waarbij het plantaardige materiaal in een vloeibaar medium met ciliaten (micro-organismen zoals aanwezig in de pens van herkauwers) en methaanbacteriën wordt behandeld. De daarbij verkregen vloeistof kan in een afzonderlijke anaerobe reactor worden behandeld waarbij meer methaan wordt gevormd. Een dergelijke methode, die derhalve berust op de toepassing van de flora van de pens van herkauwers, is ook wel bekend als het zogenaamde RUDAD-systeem (RUmen Derived Anaerobic Digestion).

Het voordeel van het RUDAD-systeem is dat afval waarin ook moeilijk afbreekbare componenten aanwezig zijn verregaand kan worden afgebroken en derhalve aanzienlijk in volume kan worden verkleind. Het nadeel is echter dat het proces nauwkeurig moet worden gestuurd en gemakkelijk ontregeld wordt bij een verandering van toegevoerd materiaal.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze en een inrichting voor de behandeling van in hoofdzaak vast organisch materiaal dat de voordelen van de bestaande systemen heeft en tegelijkertijd niet de nadelen daarvan.

Dit doel wordt bereikt met een werkwijze volgens de aanhef, die wordt gekenmerkt doordat ten minste een gedeelte van de stof die uit de hydrolysebehandeling voortkomt wordt behandeld met ten minste een micro-organisme behorend tot de flora van de pens van herkauwers.

Micro-organismen behorend tot de flora van de pens van herkauwers zijn voornamelijk ciliaten. In het onderstaande worden dergelijke micro-organismen kortheidshalve als ciliaten of als pens-micro-organismen aangeduid. Geschikte micro-organismen zijn beschreven in de Europese octrooiaanvrage 159·054. Bruikbare ciliaten zijn de soorten Eudiplo-dintum maggi, Dtplodinium dentation, Epidinium ecaudatum, Entodinium simplex, Entodinium longimideatum, Entodinium caudatum, Oasytvichia ruminantium en Isotvicha prostorna.

Het gedeelte van het materiaal dat aan de behandeling met ciliaten wordt onderworpen omvat ten minste een deel van de vaste stof en bij voorkeur alle grove vaste stof die uit de voorafgaande hydrolysebehande-ling voortkomt.

Van het vaste materiaal dat uit de hydrolysebehandeling voortkomt wordt bij voorkeur een gedeelte teruggevoerd naar de hydrolysebehandeling, zodat de verblijftijd van de vaste stof tijdens de hydrolysebehandeling groter is dan die van de vloeistof, en aldus een efficiënte afbraak plaatsvindt. Evenzo wordt de vaste stof die uit de behandeling met de ciliaten voortkomt bij voorkeur voor een deel teruggevoerd naar de behandeling met ciliaten, zodat ook hier de verblijftijd van de vaste stoffen groter is dan die van de vloeistof.

Bij voorkeur wordt het te behandelen afval voorafgaande aan de hydrolysebehandeling voorbehandeld in een destructor, waarbij het mechanisch wordt verkleind en gemengd en eventueel wordt gezeefd. Tevens kan het afval hierbij worden verdund, bij voorkeur met de effluent van de anaerobe vergisting. Ook de vaste stof die aan de behandeling met ciliaten wordt onderworpen kan worden verdund met een gedeelte van de effluent van de anaerobe reactor.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor de behandeling van in hoofdzaak vast organisch materiaal, in het bijzonder organisch afval, die schematisch is weergegeven in de bijgaande figuur. De inrichting bestaat ten minste uit een hydrolysetank 2 met middelen voor de toevoer van gedeeltelijk vast materiaal en voor de toevoer van verdunningsvloeistof, een met de hydrolysetank 2 verbonden scheider 3 voor het scheiden en terugvoeren van vast· materiaal, een met de scheider 3 verbonden anaerobe reactor 4 voor de anaerobe behandeling van vloeibaar materiaal, een met de scheider 3 verbonden anaerobe reactor 5 voor de anaerobe behandeling van gedeeltelijk vast materiaal, en een met de anaerobe reactor 5 verbonden scheider 6 voor het scheiden en terugvoeren van vast materiaal.

Bij voorkeur omvat de inrichting een voor de hydrolysetank 2 geschakelde destructor 1, waarin het afval mechanisch kan worden verkleind, gehomogeniseerd en eventueel gezeefd. De inrichting omvat verder bij voorkeur leidingen voor het terugvoeren van vloeistof uit de anaerobe reactor 4 naar de hydrolysetank 2, de anaerobe reactor 5 en eventueel de destructor 1. De anaerobe reactor 4 kan van elk gangbaar type zijn. Voorkeur heeft een reactor volgens het Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)-systeem. Het UASB-systeem is beschreven door Lettinga et al., Anaerobic Digestion (D.A. Stafford, B.J. Wheatly en D.E. Hughes, uitg.) Univ. Coll., Cardiff, Wales, 167-186, 1980). Eveneens voorkeur heeft een anaerobe reactor volgens het gaslift-systeem, welke is voorzien van een stijgbuis en een scheider voor het scheiden van vast en vloeibaar materiaal. Een dergelijke reactor is beschreven in de Europese octrooiaanvrage I7O.332. Ook kan de anaerobe reactor worden gevormd door een combinatie van twee of meer van dergelijke gasliftreactoren. De combinatie van hydrolysetank en anaerobe reactor 4 kan een tweetrapssysteem zijn zoals beschreven in de Europese octrooiaanvragen 37*612 of 142.873* De anaerobe reactor 5 voor de behandeling van gedeeltelijk vast materiaal met pens-micro-organismen kan een reactor zijn zoals beschreven in de Europese 159*054.

De werkwijze en de inrichting volgens de uitvinding worden nader beschreven aan de hand van de bijgaande figuur.

1) Mechanische destructie: In de destructor 1 wordt het via stroom I aangevoerde afval verkleind, verfijnd en gehomogeniseerd. Tevens kunnen ongewenste materialen, die de biologische processen of apparaten kunnen verstoren, worden verwijderd. Het toegevoerde organische materiaal kan eventueel worden verdund met een vloeistofstroom, bij voorkeur met een gedeelte van de effluent II van de anaerobe reactor.

2) Hydrolyse: Het bij de mechanische destructie verkregen materiaal wordt, eventueel na zeven, toegevoerd aan de hydrolysetank 2, waarin de organische stoffen worden onderworpen aan micro-organismen die hydrolyse en verzuring bewerkstelligen. De enzymen van deze micro-orga-nismen zorgen ervoor dat organische stoffen gedeeltelijk worden omgezet in kleinere, in water oplosbare stoffen, zoals suikers, aminozuren, vetzuren en alcoholen. De optimale pH voor deze micro-organismen ligt bij 5,5 tot 6,5* In de hydrolysetank 2 is het af val aanwezig in een concentratie van bij voorkeur 50"70 kg/m^. Dit betekent dat het van de destructor 1 afkomstige afval veelal zal moeten worden verdund, bijvoorbeeld met gereinigd water afkomstig uit de anaerobe reactor 4.

3) Scheiding: In de scheider 3 wordt de van de hydrolysetank 2 afkomstige stroom gescheiden in een vaste fase en een vloeibare fase. De vaste stof (III), die bestaat uit nog niet of onvolledig gehydrolyseerd materiaal, wordt gedeeltelijk teruggevoerd naar de mechanische destructie (1) en/of naar de hydrolysetank (2) en gedeeltelijk verder geleid naar de anorganische reactor 5* De afscheiding van vaste stof kan even- tueel in twee trappen gebeuren: afscheiding van de grove vaste fractie met bijvoorbeeld een trommelzeef, welke grove fractie wordt teruggevoerd, en afscheiding van de fijnere vaste deeltjes met bijvoorbeeld een zeefband.

4) Anaerobe reactor: In de anaerobe reactor wordt de van de schelder 3 afkomstige vloeistofstroom IV met de daarin opgeloste organische stoffen onderworpen aan methaan-vormende bacteriën waarbij grotendeels biogas (hoofdzakelijk methaan en in mindere mate kooldioxide) wordt gevormd. De methaan-vormende micro-organismen in deze reactor zijn betrekkelijk langzaam groeiende micro-organismen die optimaal werken bij een pH van 7~8. De bacteriën kunnen bijvoorbeeld aanwezig zijn op dra-gerkorrels. In de anaerobe reactor gevormd biogas is geschikt als brandstof; de vloeistofstroom II die ontstaat uit de anaerobe reactor is doorgaans voldoende gereinigd om zonder bezwaar te kunnen worden geloosd (7). Een deel van de vloeistofstroom II kan worden gebruikt voor het verdunnen of voor het bijstellen van de pH in de destructor 1, de hydrolysetank 2 en/of de reactor 5· Indien gewenst kan de vloeistofstroom II verder worden gezuiverd in een aëroob proces (7)· 5) Behandeling met ciliaten: In de reactor 5 worden de omstandigheden van de pens van herkauwers gesimuleerd. Daartoe bevat de reactor een of meer soorten ciliaten zoals hierboven omschreven. Deze ciliaten kunnen vaste organische stoffen omzetten in oplosbare organische stoffen. De reactor 5 wordt gevoed met ten minste een gedeelte van de vaste stof III die afkomstig is van de scheider 3· De temperatuur in de reactor 5 ligt bij voorkeur tussen 35 en k5°C en de pH ligt bij voorkeur tussen 5»5 en 7· Zo nodig kunnen de concentratie vaste stof, de temperatuur en/of de pH worden geregeld door toevoeging van uit de anaerobe reactor 4 afkomstige waterfase. Evenals in de hydrolysetank 2 worden in de reactor 5 verschillende verblijftijden voor vaste stof en vloeistof toegepast, zodat een optimale afbraak van het vaste af val plaats vindt. Hiertoe wordt de uit de reactor 5 tredende stroom gescheiden, en wordt de vaste fractie gedeeltelijk teruggevoerd. De verblijftijd voor de vaste stof is bij voorkeur 1-3 dagen. De concentratie vast stof in de reactor 5 bedraagt gemiddeld 40-80 kg/m3.

6) Scheiding: In de scheider 6 wordt het van de reactor 5 afkomstige materiaal gescheiden in een vaste fase en een vloeistoffase. De vloeistoffase, die de in de reactor 5 gevormde opgeloste organische stoffen bevat, wordt geleid naar de anaerobe reactor 4, waarin de organische stoffen verder worden afgebroken tot onder meer methaangas. De vaste stoffen worden gedeeltelijk teruggeleid naar de reactor 5 en gedeeltelijk uit het systeem afgevoerd voor verder verwerking, storting, verbranding of hergebruik (8).

Door regeling van de verschillende stromen in het hierboven beschreven systeem, mede afhankelijk van het type af val dat wordt toegevoerd, wordt een verregaande afbraak van diverse typen vast of half-vast afval tot voor hergebruik en/of lozing geschikte stoffen bereikt, waarbij een perfecte procesbeheersing mogelijk is. Bijzonder geschikt zijn de werkwijze en de inrichting voor de verwerking van groente-, fruit- en tuinafval (GFT).

Claims (12)

1. Werkwijze voor de biologische behandeling van in hoofdzaak vast organisch materiaal, waarbij het materiaal achtereenvolgens aan een hydrolysebehandeling en een anaerobe vergisting wordt onderworpen, met het kenmerk, dat ten minste een gedeelte van de stof die uit de hydrolysebehandeling voortkomt wordt behandeld met ten minste een microorga-nisme behorende tot de flora van de pens van herkauwers.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vaste stof die uit de hydrolysebehandeling voortkomt met de pens-micro-orga-nismen wordt behandeld.

3· Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het materiaal, voorafgaande aan de hydrolysebehandeling, wordt verdund, bijvoorbeeld met vloeistof die uit de anaerobe vergisting voortkomt. k. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het materiaal, voorafgaande aan de hydrolysebehandeling, mechanisch wordt verkleind en eventueel gezeefd, tot een deeltjesgrootte van maximaal 15 mm, en een gemiddelde deeltjesgrootte van 1-5 mm.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een deel van de vaste stof die uit de hydrolysebehandeling voortkomt wordt teruggevoerd naar de mechanische verkleining en/of de hydrolysebehandeling.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5. met het kenmerk, dat een deel van de vaste stof die uit de behandeling met de pens-micro-organismen voortkomt wordt teruggevoerd naar de behandeling met de pens-micro-organismen.

7· Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat een deel van de vloeistof die uit de anaerobe vergisting voortkomt wordt teruggevoerd naar de behandeling met de pens-micro-organismen.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat het materiaal een organisch af val is, zoals groente-, fruit- en tuinafval.

9. Inrichting voor de behandeling van in hoofdzaak vast organisch materiaal, ten minste bestaande uit een hydrolysetank 2 met middelen voor de toevoer van gedeeltelijk vast materiaal en voor de toevoer van verdunningsvloeistof, een met de hydrolysetank 2 verbonden scheider 3 voor het scheiden en terugvoeren van vast materiaal, een met de scheider 3 verbonden anaerobe reactor 4 voor de anaerobe behandeling van vloeibaar materiaal, een met de scheider 3 verbonden anaerobe reactor 5 voor de anaerobe behandeling van gedeeltelijk vast materiaal, en een met de anaerobe reactor 5 verbonden scheider 6 voor het scheiden en terugvoeren van vast materiaal.

10. Inrichting volgens conclusie 9» met het kenmerk, dat deze tevens een met de hydrolysetank 2 verbonden destructor 1 omvat, welke van middelen voor het mechanisch verkleinen, homogeniseren, en eventueel zeven van vast materiaal is voorzien.

11. Inrichting volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat deze tevens middelen omvat voor het terugvoeren van vloeistof uit de anaerobe reactor 4 naar de hydrolysetank 2, de anaerobe reactor 5 en eventueel de destructor 1.

12. Inrichting volgens een der conclusies 9~H* met het kenmerk, dat de anaerobe reactor 4 een of meer reactoren volgens het Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)-systeem is.

13- Inrichting volgens een der conclusies 9“H» met het kenmerk, dat de anaerobe reactor 4 is voorzien van een stijgbuis en scheider voor het scheiden van vast en vloeibaar materiaal.