NL9401454A - Werkwijze en inrichting voor de anaerobe vergisting van vaste organische afvalstoffen. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze en inrichting voor de anaerobe vergisting van vaste organische afvalstoffen.

In eerste instantie heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor de anaerobe vergisting van vaste organische afvalstoffen.

Vaste afvalstoffen kunnen onder andere groente-, fruit- en tuinafval (GFT), huishoudelijk afval en organisch industrieel afval zijn.

Bij de zuivering van rioolwater en de verwerking van eest wordt al decennia lang gebruik gemaakt van vergistingsprocessen. Vergisting leidt tot de produktie van biogas en tot stabilisatie van afval of slurry. Meer en meer worden vergistingsprocessen echter ook toegepast om afval uit de agro-industrie en huishoudelijk afval (zoals groente-, fruit- en tuinafval ) te verwerken.

In geval van toepassing van een volledig gemengde reactor of een prop-stroomreactor zijn de verblijftijden van het te vergisten afval en van de biomassa (methanogeen slib) aan elkaar gelijk. Echter is de groeisnelheid van methanogene bacteriën relatief laag, wat ertoe leidt dat de verblijftijd van de biomassa en dus van het te vergisten materiaal relatief lang moet zijn (20 a 30 dagen). Dit resulteert in relatief grote dure reactorvaten. Weliswaar zijn er systemen bekend, waarbij een scheiding tussen de verblijftijden van vergistend materiaal en methanogene biomassa tot stand wordt gebracht, doch daarbij worden gewoonlijk meer reactoren toegepast met daartussen ingewikkelde scheidingsystemen. Ook dit leidt tot hoge produktie en operationele kosten.

Met de uitvinding wordt beoogd bovengenoemde nadelen van bekende vergistingsprocessen voor vaste organische afvalstoffen te vermijden.

Volgens de uitvinding is de in de aanhef genoemde werkwijze hiertoe gekenmerkt doordat vast afval wordt gemengd met vloeibaar materiaal, in het bijzonder anaerobe slurry en de temperatuur van het mengsel op een waarde tussen 25 en 70°C, bij voorkeur tussen 30 en 40’C (mesofiel) en tussen 55 en 65eC (thermofiel) wordt gebracht, doordat in een reactor uit genoemd mengsel door opdrijven van licht materiaal en door flotatie een op een methanogene zone drijvende laag van vast materiaal wordt gevormd, welke drijvende laag geleidelijk beweegt in de richting van een afvoereinde van de reactor waarbij in de drijflaag hydrolyse en verzuring van vast organisch materiaal plaats vinden, en doordat de vergiste drijflaag bij het afvoereinde wordt afgevoerd onafhankelijk van de verblijftijd van vloeistof en slurry in de methanogene zone onder de drijflaag.

Wezenlijk voor de uitvindingsgedachte is dat door spontane flotatie van het vergistend materiaal en bezinking van de biomassa een scheiding tussen dat materiaal en die massa tot stand wordt gebracht en dat dientengevolge een kortere verblijftijd van het te vergisten materiaal dan van de methanogene biomassa en de waterfase kan worden gerealiseerd.

Het mengen van vast afval en anaerobe slurry zou buiten de reactor kunnen plaats vinden, de voorkeur verdient echter om deze menging uit te voeren in een mengsectie van de reactor zelf.

Bij het mengen dient bezonken en zwaar materiaal periodiek te worden verwijderd.

Om accumulatie van verzuringsprodukten in de drijflaag te voorkomen zal vloeistof van de methanogene zone worden onttrokken en in en/of over de drijflaag worden gesproeid waarbij door percolatie zure fermentatiepro-dukten uit de drijflaag worden verwijderd en naar de methanogene zone worden gevoerd.

Het in de methanogene zone gevormde biogas stroomt omhoog en borrelt door de drijflaag, waarbij enerzijds de flotatie wordt bevorderd en anderzijds menging en openbreking van de drijflaag plaats vinden. De menging kan geïntensiveerd worden wanneer de uit de methanogene zone afgenomen vloeistof bovendien wordt gebruikt om de invoer van vast materiaal en de op-menging te verbeteren.

De 1 a 2 meter dikke drijflaag zal enigszins worden opengebroken en de reactorinhoud zal beter worden gemengd indien het gevormde biogas tenminste gedeelte wordt gerecirculeerd doordat het bij het verschillende plaatsen in het onderste deel van de reactor wordt geïnjecteerd.

De verblijftijd van het vergistend materiaal in de drijflaag in de reactor bedraagt circa 5 dagen. Daarbij wordt de drijflaag met mechanische middelen naar het afvoereinde van de reactor bewogen.

Ter plaatse van het afvoereinde van de reactor wordt de drijflaag onder een van een waterslot deel uitnakend duikschot geduwd. Het duikschot kan worden ingesteld om de dikte van de drijflaag te regelen.

De uitvinding betreft tevens een reactor voor de anaerobe vergisting van vaste organische afvalstoffen. Deze reactor is in het bijzonder bestemd voor het uitvoeren van bovenstaande werkwijze. De reactor bevat een reactorvat net een toevoereinde voor vast afval en een afvoereinde voor vergist afval, een nabij genoemd toevoereinde geplaatste mengsectie voor het mengen van vast afval met vloeistof en anaerobe slurry, middelen voor het verwarmen van het mengsel in de mengsectie, middelen om de op een metha-nogene zone drijvende laag in de richting van het afvoereinde te verplaatsen, middelen om de vergiste drijflaag ter plaatse van het afvoereinde onafhankelijk van de zich onder de drijflaag bevindende vloeistof en slurry via een waterstop uit de reactor af te voeren. Daarbij kunnen middelen aanwezig zijn om vloeistof uit de reactor te onttrekken en tenminste gedeeltelijk via sproeiers aan de bovenzijde van de reactor terug te voeren, middelen om in de reactor gevormd biogas af te voeren en bij verschillende plaatsen bij de bodem van de reactor in te brengen, mechanische middelen om een in de reactor gevormde drijflaag naar het afvoereinde van de reactor te verplaatsen, en een bij het afvoereinde geplaatste schot dat deel uitmaakt van een waterslot waarbij middelen aanwezig zijn om de in de reactor gevormde drijflaag onder dat schot door te duwen.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuur, die een schematische voorstelling geeft van de reactor volgens de uitvinding, nader worden toegelicht.

In de figuur wordt een aan de bovenzijde gesloten reactorvat 1 getoond bestaande uit een menggedeelte 2 en een vergistingsgedeelte 3·

Een toevoertransporteur 4 voor vast organisch afval, zoals groente-, fruit- en tuinafval, mondt met zijn afvoereinde uit boven een draaiende trommelzeef 5. die het zeer grove materiaal, zoals takken, autobanden, betonblokken, afscheidt van het te vergisten afval dat de zeefdoorval vormt. Het zeer grove afval komt terecht op een opslag 6 en de zeefdoor-val valt via een als waterslot uitgevoerde toevoer 7 in het menggedeelte 2. In dat gedeelte bezinkt steen, glas, keramiek, metaal en grof zand naar de bodem en vindt menging plaats tussen de vers binnengekomen te vergisten bestanddelen en methanogene biomassa in de reactor. Voorts wordt in het menggedeelte het mengsel tot een temperatuur tussen 25 en 70*C, bij voorkeur tussen 30 en 40*C (mesofiel) of tussen 55 en 65eC (thermofiel) verwarmd middels verwarmings/mengeenheden 8. Deze laatste bestaan uit verticale buizen met dubbele wanden, in de holte waarin heet water stroomt. Van tijd tot tijd wordt het op de bodem van het menggedeelte liggende bezonken materiaal middels een grijperkraan 9 verwijderd.

In het gistingsdeel 3 vinden de feitelijke biologische omzettingen plaats, waarbij door opdrijven van vezelig materiaal en flotatie, veroorzaakt door opstijgende biogasbellen, een drijflaag 10 ontstaat met een dikte van 1 è 2 meter. Deze laag wordt middels schuin heen en weer beweegbare voortstuweenheden 11 in de richting van het als waterslot uitgevoerde afvoereinde 12 van de reactor gedrukt. Vóór dit afvoereinde bevindt zich een duikschot 13 en een dompelaar 14 om het vergiste materiaal van de drijflaag 10 onder het duikschot 13 door te drukken naar het waterslot waar het door een transporteur 15 wordt afgevoerd.

Tijdens het circa 5 dagen durende transport van het materiaal in de drijflaag vanaf de inlaat 7 naar de uitlaat 12 vinden hydrolyse en verzuring van organisch materiaal plaats, terwijl in de drijflaag ook methaan wordt gevormd. Bij een pH tussen 6 en 7 worden vaste stoffen, zoals zetmeel en eiwit, biologisch omgezet in opgeloste stoffen als suiker, azijnzuur en aminozuren. De verzuringsprodukten mogen zich niet ophopen omdat in geval van een sterk verzuurde drijflaag het biologische afbraakproces tot stilstand komt. De afvoer van verzuringsprodukten uit de drijflaag naar de methanogene zone eronder gebeurt door percolatie van de drijflaag met buffervloeistof die middels leidingen 16 en zeven 17 uit de methanoge zone wordt afgetapt en via leidingen 18 en sproeikoppen 19 in en/of op de drijflaag wordt teruggevoerd.

In de methanogene biomassa onder de drijflaag 10 worden de opgeloste verzuringsprodukten omgezet in biogas. Dit biogas stroomt naar boven en verlaat de reactor via de leiding 20 nadat het door de drijflaag is geborreld hetgeen leidt tot extra menging en openbreking van drijflaag. Er zullen daardoor geen korstvorming, dode hoeken en dode ruimtes ontstaan.

Het biogas stroomt via de leiding 20 naar een vat 21 waarin schuim wordt afgescheiden. Vandaar stroomt het gas via een afvoerleiding 22 naar bijvoorbeeld een generator. Een aftakleiding 23 van de leiding 22 voert een deel van het biogas, nadat dit een compressor 24 heeft gepasseerd, naar een aantal in het onderste deel van de reactor uitmondende leidingen 27· Dit extra biogas leidt tot een intensivering van de menging in de metha-nogene zone en tot meer openbreking van de drijflaag.

De via de leiding 16 uit de methanogene zone afgetapte vloeistof kan behalve voor de genoemde percolatie van de drijflaag ook voor het verbeteren van de invoer en menging van het vergiste materiaal (zie leiding 25) en voor het spoelen van het materiaal dat met de kraan 9 is opgehaald worden gebruikt (zie leiding 26).

De zuurgraad in de drijflaag zal tussen 6 en 7 en die in de methanogene slurry tussen 7 en 8 bedragen.

Het belangrijkste voordeel van de beschreven reactor en de beschreven methode is dat de verblijftijden van drijflaag en methanogene zone zonder ingewikkelde apparatuur verschillend kunnen zijn. De verblijftijd van het materiaal in de drijflaag bedraagt circa 5 dagen en die in de methanogene zone, afhankelijk van het droge stofgehalte (dat gewoonlijk minder dan 7% bedraagt) bijvoorbeeld 20 dagen.

Het via de transporteur 15 afgevoerde vergiste materiaal kan bijvoorbeeld tot compost worden verwerkt.

De afgevoerde slurry van de methanogene zone kan in een centrifuge worden gedecanteerd waarbij enerzijds water en anderzijds vaste stof en methaan-bacteriën worden verkregen.

Binnen het kader van de uitvinding zijn verschillende wijzigingen en aanvullingen mogelijk.

Claims (13)

1. Werkwijze voor de anaerobe vergisting van vaste organische afvalstoffen, met het kenmerk, dat vast afval wordt gemengd met vloeibaar materiaal, in het bijzonder anaerobe slurry en de temperatuur van het mengsel op een waarde tussen 25 en 70eC, bij voorkeur tussen 30 en 40*C (meso-fiel) en tussen 55 en 65*C (thermofiel) wordt gebracht, dat in een reactor uit genoemd mengsel door opdrijven van licht materiaal en door flota-tie een op een methanogene zone drijvende laag van vast materiaal wordt gevormd, welke drijvende laag geleidelijk beweegt in de richting van een afvoereinde van de reactor waarbij in de drijflaag hydrolyse en verzuring van vast organisch materiaal plaats vinden, en dat de vergiste drijflaag bij het afvoereinde wordt afgevoerd onafhankelijk van de verblijftijd van vloeistof en slurry in de methanogene zone onder de drijflaag.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het mengen van vast afval en anaerobe slurry in een mengsectie van de reactor plaats vindt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat bij het mengen bezonken zwaar materiaal periodiek wordt verwijderd.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat vloeistof van de methanogene zone wordt onttrokken en in en/of over de drijflaag wordt gesproeid waarbij door percolatie zure fermentatiepro-dukten uit de drijflaag worden verwijderd en naar de methanogene zone worden gevoerd.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat vloeistof uit de methanogene zone bovendien wordt gebruikt om de invoer van vast materiaal en de opmenging te verbeteren.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het gevormde biogas tenminste gedeeltelijk wordt gerecirculeerd doordat het bij verschillende plaatsen in het onderste deel van de reactor wordt geïnjecteerd.

7. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de drijflaag met mechanische middelen naar het afvoereinde van de reactor wordt bewogen.

8. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de drijflaag ter plaatse van het afvoereinde van de reactor onder een van een waterslot deel uitmakend duikschot wordt geduwd.

9. Reactor voor de anaerobe vergisting van vaste organische afvalstoffen, in het bijzonder voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, gekenmerkt door een reactorvat met een toevoer-einde voor vast afval en een afvoereinde voor vergist afval, een nabij genoemd toevoereinde geplaatste mengsectie voor het mengen van vast afval met vloeistof en anaerobe slurry, middelen voor het verwarmen van het mengsel in de mengsectie, middelen om de op een methanogene zone drijvende laag in de richting van het afvoereinde te verplaatsen, en middelen om de vergiste drijflaag ter plaatse van het afvoereinde onafhankelijk van de zich onder de drijflaag bevindende vloeistof en slurry via een waterslot uit de reactor af te voeren.

10. Reactor volgens conclusie 9. gekenmerkt door middelen om vloeistof van de reactor te onttrekken en tenminste gedeeltelijk via sproeiers aan de bovenzijde van de reactor terug te voeren.

11. Reactor volgens conclusie 9 of 10, gekenmerkt door middelen om in de reactor gevormd biogas af te voeren en bij verschillende plaatsen bij de bodem van de reactor in te brengen.

12. Reactor volgens één van de conclusies 9-11, gekenmerkt door mechanische middelen om een in de reactor gevormde drijflaag naar het afvoereinde van de reactor te verplaatsen.

13· Reactor volgens één van de conclusies 9"12, gekenmerkt door een bij het afvoereinde geplaatst schot dat deel uitmaakt van een waterslot en middelen om de in de reactor gevormde drijflaag onder dat schot te duwen.