SE500845C2 - Förfarande för utvinning av brännbar gas, jord och en bränslefraktion ur avfall - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 EÜÛ 845 z Slutligen kan också FR-A-l 017 119 anföras där man inriktar sig på en avtagbar klocka och särskilt anger att processen är självförsörjande beträffande värme.

Samtliga ovan kända förfaranden kräver en permanent anläggning och kräver relativt stora investeringar. Det är uppenbart, att beroende på den relativt långa nedbrytningstiden, investerings- kostnaden blir hög. Det föreligger således ett behov av en an- ordning som möjliggör en billig och okomplicerad anordning, vilken kan styras till ett reproducerbart resultat.

Föreliggande uppfinning avser således en anordning vid ut- vinning av brännbar bas ur avfall innehållande organiskt kol genom forcerad anaerob nedbrytning av rivet organiskt avfall. såsom hushållssopor, livsmedelsrester och slam från renings- system. Rivningen innebär att avfallet sönderdelas så att det kan passera en sikt med en öppning på mindre än 100 mm, före- trädesvis mellan 20 och 50 mm. Uppfinningen kännetecknas av att anordningen innefattar ett vätsketätt underlag försett med dräneringsrännor, på vilket ett upplag av rivet organiskt av- fall placerats, att avfallet försetts med ett värmeisolerande och tätande skikt och att gasuppsamlingsspett är nedförda genom skiktet in i det under biologisk nedbrytning varande avfallet och att gasuppsamlingsspetten är med böjliga slangar anslutna till ett centralt på upplaget beläget gasuppsamlings- rör varigenom bildad gas kan utsugas. att anordningen är för- sedd med organ för återförande av dränerat lakvatten till upp- laget med, för den anaeroba nedbrytningen lämplig temperatur och pH-värde. vilka organ innefattar bevattningsspett nedförda genom skiktet och med böjliga slangar förbundna med ett på upplaget centralt beläget bevattningsrör och att det centralt belägna gasuppsamlingsröret med anslutande slangar och spett samt det centralt belägna bevattningsröret med anslutande slangar och spett efter avslutad nedbrytning kan lyftas av upplaget och återanvändas på ett nytt upplag. Det värme- isolerande skiktet utgöres lämpligen av jord, torv eller annat material som utan olägenhet kan blandas med det nedbrutna av- fallet vid slutanvändning eller deponering. Isoleringsskiktets 10 15 20 25 30 35 b = .sno ljocklek bestämmes med hänsyn till materialets isoleringsegen- skaper. omgivningens klimat och tillåtna värmeförluster genom isoleringsskiktet under valda betingelser. över det värmeisolerande skiktet är ett fuktbevarande skikt anordnat. antingen bestående av en luft och vattentät folie av elastiskt material. såsom en plast eller gummifolie eventuellt armerad med fibrer eller duk för större hållfasthet eller ett naturligt material av typen jord med en hög andel finpartiklar eller grövre jord med inblandning av bentonit. träaska eller liknande. Täckskikt av konstgjort material kan återanvändas efter färdig rötning, under det att täckskikt av naturligt material inblandas med den jord som uppstått ur avfallet efter färdig rötning. Vid täckskikt av naturligt material bestäms skiktets tjocklek av materialegenskapen nederbörd och kraven på vatten- och lufttäthet. För justering av lufttätheten mot luftinträngning kan täckskiktets yta bevattnas med lämpliga intervaller. varvid vattenmängden bestäms med hänsyn till den uttagna gasens syreinnehåll. Det fuktbevarande skiktet för- hindrar att brännbar gas fritt läcker ut till omgivningen, även om det ej är i strikt mening gastätt.

Det vätsketäta underlaget skall företrädesvis vara utformat i det närmaste plant. så att upplaget såväl kan uppläggas som borttagas med enkla skoplastare och liknande redskap. Emeller- tid måste det vara så utformat att bildat lakvatten strömmar till en lakvattenränna från vilken lakvattnet kan bortföras till en lakvattenbrunn. Från lakvattenbrunnen kan sedan lak- vatten återföras efter rekonditionering med avseende på tempe- ratur och pH-värde till upplaget via ett på upplaget lagt centralt bevattningsrör och därifrån utgående slangar med bevattningsspett. Lakvattnet rekonditioneras genom att pH- -värdet uppmätes och justeras så att ett pH-värde på ca 7 erhålles. Under nedbrytningsprocessen inledning kommer van- ligen pH-värdet i lakvattnet att ligga väsentligt under 7 beroende på frigöring av fettsyror. Man måste därför. speci- ellt under nedbrytningsprocessens inledningsskede, tillsätta neutraliserande bas via lakvattensystemet eller genom inbland- 5 10 15 20 25 30 35 500 845 4 ning i avfallet, såsom kalciumhydroxid. kalciumkarbonat eller liknande kända basiska ämnen som ej förorenar slutprodukten med avseende på önskad användning. Ett alltför lågt pH-värde hämmar metangasbildningen. Nedbrytningen vid anaeroba jäs- ningsprocesser sker vanligen vid en optimal temperatur på omkring 35-40°C och därför kan lakvattnet. åtminstone vid lägre omgivningstemperaturer. uppvärmas för recirkulering till upplaget. Denna uppvärmning sker lämpligen genom värmeväxling med den komprimerade gasen samt genom förbränning av bildad brännbar gas med för fackmannen välkänd teknik, såsom en gas- eldad panna eller liknande. Givetvis kan andra värmekällor såsom olja och gas eller eluppvärmning av recirkulerat lak- vatten ske. Uppvärmningen kan också ske genom en sluten värme- slinga i upplagets botten genom vilken upphettat vatten föres eller genom elektrisk uppvärmning.

Bildad brännbar gas uttages med i upplaget nedstuckna gasupp- samlingsspett och sugs via ett centralt beläget gasuppsam- lingsrör till sugsidan av en gaspump/kompressor/fläkt eller liknande. Gaspumpen/kompressorn/fläkten trycker därefter gas vidare under ett övertryck av max. 400 kPa till konsument.

Syrehalten i utsugen gas användes för att kontrollera att för mycket luft ej insuges i upplaget och stör den anaeroba ned- brytningen, men att dock upplaget står under undertryck. Vid hög halt syre i utsugen gas tätas upplagets täckskikt och vid alltför låg syrehalt kan gasuttaget i upplaget ökas genom att trycket i upplaget ökas. Den utsugna och komprimerade gasen kyles därefter i en gaskylare och avvattnas i vattenseparator och i gastork. varvid kondenserat vatten avlägsnas. En del av den tillvaratagna gasen användes för återupphettning av lak- vatten och den nödvändiga mängden är beroende av omgivningens temperatur, värmeförluster i upplaget och eventuella värmeför- luster i bevattningsrör och spett. Vid låg temperatur kan det vara nödvändigt att isolera bevattningsrören genom vilken återuppvärmt lakvatten återförs. En beräknad energiåtgång för ett upplag för forcerad anaerob nedbrytning av hushållsavfall i mellansverige beräknas till omkring 10 % av den uttagna gas- energin ur upplaget. 10 15 20 25 30 35 S 50085 För att erhålla optimal nedbrytning krävs också en relativt hög fukthalt, vanligen omkring 70 till 90 vikt-%. Styrning av fukthalten sker genom cirkulation av lakvattnet. Genom att lakvattnet användes för uppvärmning av upplaget till önskad temperatur för optimal nedbrytning kommer den tíllförda värme- energin genom lakvattnet att vara beroende av hur stor mängd lakvatten som måste återföras för att hålla tillfredsställande fuktighetshalt i upplaget. Vid hög omgivningstemperatur kan således mängden vätska som återföres endast behöva ringa eller ingen upphettning alls. under det att vid lägre temperatur man kan vara nödsakad att tillföra mera vatten än vad som krävs för att hålla fuktighetshalten vid önskad nivå då man ej kan upphetta återfört vatten så att det vid återinträdet stör ned- brytningsprocessen.

För att erhålla en opitimal nedbrytning i hela upplaget krävs också en viss balans mellan kol och kväve. uppskattat till ett molförhållande på 60:l mellan kol och kväve. Styrningen av denna balans sker vid behov genom tillsats av kol och kväve i lakvattenbrunnen, varifrån lakvattnet återföres till upplaget.

Avfallets partikelstorlek har stor betydelse för bakteriernas totala angreppsyta på avfallsbeståndsdelar och därmed också för nedbrytningshastigheten. Volymvikten av avfallet i det färdigställda upplaget är av betydelse för gasgenomsläpplig- heten. lakvattenspridningen och värmeöverföringen i upplaget.

Avfallet förbehandlas genom rivning till partikelstorlekar under 100 mm. företrädesvis 20 till 50 mm. beroende på typ av avfall. Volymvikten av avfallet i ett färdigt upplag bestâmmes med hänsyn till partikelstorlek och typ av avfall till mellan 0.4 och 0.7 ton/m3 och detta kan åstadkommas genom kompakte- ring eller uppläggning i pallar av lämplig höjd.

Det är en stor fördel att kunna använda lakvatten från upplag där nedbrytningsprocessen fortskridit relativt långt. när man skall igångsätta processen i ett nyupplagt upplag. Det är där- för uppenbart att man bör ha ett antal upplag på samma lokal för att erhålla en optimal bearbetning. Det är sålunda möjligt 10 15 20 25 30 35 500 845 6 att anordna en central lakvattenrekonditionering för ett större antal upplag. Vid en avfallsbehandlingsstation kan således nya upplag hela tiden uppläggas och efter färdig rötningsprocess. beräknat till ca ett till två år sedan kunna bortforslas till användning eller slutdeponering. För från- skiljning av bränslefraktionen ur det färdigrötade avfallet grovsorteras rötningsresten i spiralsikt eller liknande. Vid användning som jordförbättringsmedel sållas jordfraktionen på skaksikt eller liknande. varvid exempelvis krossglas. metall- bitar m.m. avskiljes från jorden.

Uppfínningen skall närmare beskrivas med hänvisning till bi- fogade figurer. där fig 1 visar ett upplag i genomskärning och perspektiv samt fig 2 visar en schematisk framställning av en avfallsbehandlingsstation där anordningar enligt uppfinningen ingår. I fig l visas en avjämnad naturlig mark uppbyggd med viss lutning mot en central dräneringskanal 4. Markytan 1 har komprimerats och däröver placeras en botten av i huvudsak vattentätt material 2. vilket kan utgöras av komprimerad jord med en plastfolie på översidan. asfalt. betong. gummi eller plastduk eller liknande. Bottnen ges en svag lutning mot dräneringen eller eventuellt flera dräneringar. På bottnen såsom hushållsavfall, jordbruksavfall, upplägges rivet kompakterat avfall. trädgårdsavfall. skogsavfall. biomassa. organiskt industri- och handels-avfall och liknande med innehåll av organiskt nedbrytbart kol. Partikelstorleken bör som nämnts vara mellan 20 och 100 mm mätt såsom den mängd som kan passera genom en sikt med en maskvidd av 20-100 mm mask- vidd. Volymvikt efter kompaktering bör vara 0.4-0,7 ton/m3.

På figuren har uppritats ett upplag i form av en långsträckt hög. men utformningen av upplagets geometri beror av förhål- landena på platsen för dess uppläggning. I fallet att ett flertal upplag anordnas på en avfallsbehandlingsstation bör dessa ha en likformig storlek och form. Lakvattendränerings- rännan 4 kan bestå av ett eller flera perforerade dränerings- rör i plast, gummi eller liknande material i ett dränerings- dike med en kringfyllnad och filtreringsyta av sand eller grus eller annat filtrerande material. Lakvattendräneringen lägges 10 15 20 25 30 35 7 588 845 lämpligen med en jämn lutning mot upplagets lägre ände där dräneringsdiket täckes och övergår till en icke perforerad ledning vilken i sin tur ledes till en lakvattenbrunn. Av- fallet täckes med ett värmeisolerande skikt S bestående av organiskt material med lågt värmeledningstal, av typen torr- mull, torvströ eller likvärdigt. Materialet skall vara av sådan art att det utan att orsaka störande effekter kan blandas in i den jord som uppstått ur avfallet efter färdig- rötning. Isoleringsskiktets tjocklek bestämmes med hänsyn till materialets isoleringsegenskaper. omgivningens klimat och tillåtna värmeförluster genom isoleringsskiktet under maximala klimatbetingelser. över värmeisoleringsskiktet lägges ett i huvudsak luft- och vattentätt täckskikt bestående av ett konstgjort. elastiskt material av typen plast eller gummiduk eller likvärdigt eller av naturligt material av typ jord med en hög andel finpartiklar eller grövre jord med inblandningar av bentonit. träaska eller liknande. Runt upplaget lägges en vall 7 av komprimerad jord som stöd för upplaget och för att hindra vattenpassage. På upplagets överyta läggs två lämpligen centrala gasuppsamlingsrör 8 och bevattningsrör ll. Rören 8 och ll är lämpligen utförda av ett elastiskt material av typen polyeten. glasfiberarmerad plast eller liknande. Ledningarna drages fram från en gaspumpstation som är visad på fig 2. Från huvudledningen för gas grenas med böjliga slangar 9 förbundna med gasuppsamlingsspetten 10. Slangarna lägges lämpligen ovan- på täckskiktet och isoleras liksom det centrala röret mot värmeförlust. Gasutsugningsspetten 10 är utförda i stål eller plast och i sina nedre 2/3 perforerade. Gasspetten sättes igenom täck- och isoleringsskikten med den perforerade delen i avfallet och anslutes till respektive gasuppsamlingsslang.

Gasspettens antal och längd bestämmes med hänsyn till upp- lagets yta samt önskvärd utsugningseffekt. Gasutsugningsspet- tens längd är beroende på var i upplaget de placeras och här- vid tillses att spettens utsugningshål ligger väl fördelade i upplagets avfallsmängd. På liknande sätt är upplaget försett med en centralt beläget bevattningsrör ll. framställt av polyeten, glasfiberarmerad plast eller liknande och dimensio- nerad med hänsyn till önskad mängd återfört lakvatten. Från 10 15 20 25 30 35 500 S45 a det centrala bevattningsröret leder avgrenade slangar 12 till bevattningsspettet 13. Bevattningsspetten är i likhet med gasuppsamlingsspetten utförda av lämpligt korrosionsbeständigt metall- eller plastmaterial perforerade i nedre änden samt försedda med en reglerventil i övre änden. Spetten är som ovan nämnts nedstuckna i avfallsupplagets övre del och deras antal bestämmes med hänsyn till den erforderliga lakvattenmängd som behöver tillföras upplaget och kravet att i upplaget upprätt- hålla en önskvärd fuktighetshalt och temperatur. Slutligen visas en värmeslinga 14 för cirkulation av uppvärmt vatten och avgivande av värme till upplagets bottenlager. Slingan är framställd av ett elastiskt material av typ polyeten. glas- fiberarmerad plast eller liknande och lägges direkt på upp- lagets botten 2. Slingan anslutes till en cirkulationspump och till en värmeväxlare som uppvärmer vattnet genom värmeväxling med den värmepanna som uppvärmer lakvattnet med olja. gas eller elvärme. Slingans längd i upplaget och dess dimension bestämmes med hänsyn till värmebehovet i upplagets botten, samt av slingans specifika kapacitet att överföra värmeenergi till upplaget. Den kan också utgöras av en isolerad värmekabel som upphettats genom elektrisk uppvärmning.

I fig. 2 visas schmatiskt ett antal upplag 15 samt en plats för ett blivande upplag 16. Från upplagen leder ledningar för dränerat lakvatten 17 till en lakvattenbrunn 18 där lakvattnet rekonditioneras. Från lakvattenbrunnen tryckes vattnet med en pump l9 via en ledning 20 till en gaspumpstation 21 där lak- vattnet uppvärmes först genom kylning i en kompressor med gaskylare 22 och sedan ytterligare i en gas- eller oljepanna 23. Lakvattnet tryckes därefter vidare genom en värmeväxlare 31, vari en del av värmeenergin överföres till en värmeslinga och ut på upplagen, där det injekteras i avfallet genom lak- vattenspett. För ytterligare fördelning av värmeenergi i upp- lagen finns värmeslingor 24 inlagda i upplagens bottnar och illustrerade i upplaget 16. Varmvattnet i värmeslingorna cir- kuleras i slutna. isolerade ledningar 25 med en cirkulations- pump 26 och får sin värmeenergi i värmeväxlaren 31. Gas ut- suges ur upplagen via gasspett och gasslangar via gasledningar 10 CC) 4» 9 500 5 27 till kompressorn (eller gaspump eller fläkt) 22 och tryckes därifrån via en tryckledning 28 och en gastork 29 till konsu- ment. En del av gasen användes i gaspannan för värmning av lakvattnet innan det återföres till upplagen. Gasuttag och lakvattenâterföring regleras upplagsvis med ventiler 30 sam- manförda i reglerbrunnar.

Ovanstående figurer avser ej att avgränsa uppfinningen. En fackman kan med ledning av ovanstående beskrivning och bi- fogade krav lätt inse hur uppfinningen kan varieras genom olika i och för sig kända anordningar och annan geometrisk form.

Claims (12)

(H (D CD CO ¿> U? 10 Patentkrav

1. Förfarande för utvinning av brännbar gas, jord och en bränslefraktion ur avfall innehållande organiskt kol genom forcerad anaerob nedbrytning och sortering k ä n n e - t e c k n a t av att avfallet rives till en partikelstorlek så att det rivna avfallet kan passera en sikt med en siktöpp- ning på 20-100 mm, att det rivna avfallet upplägges på ett vätsketätt underlag försett med dräneringsrännor, att ett av det rivna avfallet bildat upplag täckes med ett värme- isolerande och tätande skikt, att gasuppsamlingsspett ned- föres genom det täckande skiktet, vilka via böjliga slangar på upplagets överyta förbindes med ett gasuppsamlingsrör på upplagets överyta genom vilket gasuppsamlingsrör vid den forcerade nedbrytningen bildad gas utsuges, att vidare be- vattningsspett nedföres genom det täckande skiktet, vilka via böjliga slangar på upplagets överyta anslutes till ett centralt bevattningsrör på upplagets överyta, att upplaget bringas att forcerat nedbryta avfallet i upplaget och att under nedbrytningstiden temperaturen, fukthalten, pH-värdet regleras genom uppvärmning och konditionering av med lak- vatten, som utströmmar via de i underlaget anordnade dräneringsrännorna och som upphettas till för nedbrytningen lämplig temperatur och pH-justeras till för nedbrytningen lämpligt pH-värde samt återföres till upplaget genom de på detta anordnade bevattningsspetten, att nedbrytningen får fortgå till dess gasutvecklingen avstannar, att gasupp- samlingsspett, gasuppsamlingsrör, bevattningsspett och be- vattningsrör samt förbindande slangar avlyftes från upplaget för eventuell återanvändning på nytt upplag samt att upplaget därefter transporteras till en sorterare där resterna av avfallet uppdelas i en jordfraktion och en bränslefraktion.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att som värmeisolerande skikt användes jord, torv eller annat material som kan blandas med det nedbrutna avfallets jord- fraktion vid slutanvändningen. 11 EÜÜ 845

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att som tätande skikt användes en tät folie av eventuellt armerad plast eller gummi eller ett tätt skikt av naturligt jordmaterial med hög andel fina partiklar eller grövre jord med inblandning av bentonit, träaska eller liknande och som utan olägenhet kan blandas med det nedbrutna avfallets jord- fraktion vid slutanvändningen av denna.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det vätsketäta underlaget är så plant att upplaget kan borttagas med skoplastare eller dylikt redskap.

5. Förfarande enligt föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att lakvatten via dräneringsrör föres till en lakvattenbrunn och att lakvattnet medelst en pump återföres till upplaget.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att pH-värdet mäts och att med ledning av de erhållna pH- värdena i lakvattenbrunnen pH-värdet justeras i det till upplaget återförda lakvattnet till omkring 7 samt att vid behov kol och kväve tillföres upplaget,

7. Förfarande enlig krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att det till upplaget återförda lakvattnet upphettas till en temperatur som under fortvarighetstillstånd ger en temperatur i upplaget på 35-40°C.

8. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att syrehalten mäts i den utsugna fasen och att undertrycket i upplaget regleras med ledning av erhållna syrevärdena på ett förutbestämt sätt.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att utsugen gas komprimeras, kyles och torkas för att sänka den komprimerade gasens fukthalt. 500 845 12

10. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den utsugna brännbara gasen användes för att upphetta lakvatten som återföres till upplaget till önskad temperatur.

11. Förfarande enligt krav 5 till 10, k ä n n e t e c k - n a t av att gasuppsamlingsrör, bevattningsrör och därtill anslutna slangar genom vilka ges och uppvärmt lakvatten strömmar förses med isolering mot värmeförluster.

12. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ytterligare värme tillförs upplaget genom att uppvärmt lakvatten bringas att cirkulera i en i upplagets botten anordnad värmeslinga.