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Dokumentenidentifikation DE102006015737A1 11.10.2007
Titel Verfahren zur Desintegration von Faulschlämmen
Anmelder Linde AG, 65189 Wiesbaden, DE
Erfinder Rebhan, Dieter, 82538 Geretsried, DE
DE-Anmeldedatum 04.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006015737
Offenlegungstag 11.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.10.2007
IPC-Hauptklasse C02F 11/00(2006.01)A, F, I, 20060404, B, H, DE
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Desintegration von Biomasse enthaltendem Schlamm. Der Schlamm wird in einen Extruder eingezogen, verdichtet und mit Gas oder Gasgemisch unter/über dem Atmosphärendruck liegenden Druck begast. Das Gas oder Gasgemisch diffundiert in die Biomasse. Der bei einer anschließenden Entspannung entstehende Überdruck in der Biomasse führt zu einem Aufschluss der Biomasse.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse enthaltendem Schlamm, der bei einer biologischen Behandlung von biologisch abbaubaren Substanzen enthaltenden Medien anfällt, wobei die im Schlamm enthaltene Biomasse durch eine Begasung mit Gas oder Gasgemisch unter über dem Atmosphärendruck liegendem Druck (Überdruck) und anschließender Entspannung auf Atmosphärendruck aufgeschlossen wird.

Bei der biologischen Abwasser- oder Abfallbehandlung oder sonstigen Methoden zur biologischen Behandlung von Medien, die biologisch abbaubare Substanzen enthalten, entstehen in der Regel Biomasse enthaltende Schlämme wie Klär- oder Faulschlämme, die zu entsorgen sind. Um das Schlammvolumen zu verringern, sind bereits verschiedene Methoden zur sogenannten Desintegration der Schlämme vorgeschlagen wurden. Dabei werden nach dem Stand der Technik verschiedene physikalische, chemische oder biologische Kräfte angewendet, um den Klär- oder Faulschlamm zu zerkleinern und so einen Schlammaufschluss (bzw. speziell einen Zellaufschluss) und damit eine bessere Entwässerung des Schlamms zu erreichen. Der Zerkleinerungsgrad hängt dabei wesentlich von der eingesetzten Energie und den Schlammeigenschaften ab. Bei geringen Energieeinträgen findet vornehmlich eine Flockenzerstörung statt, während bei hohen Energieeinträgen die Flocken zerstört und die Mikroorganismen aufgeschlossen entfalten.

Die grundlegenden Verfahren der Klärschlammdesintegration sind in den Berichten der Arbeitsgruppe "Klärschlamm Desintegration" der Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall zusammengefasst (erschienen in: Korrespondenz Abwasser 47(2000)4, 570-576; Korrespondenz Abwasser 48(2001)3, 393-400 und Korrespondenz Abwasser 50(2003)6, 796-804).

Am weitesten verbreitet sind mechanische Verfahren zur Desintegration, bei denen die Zellwände der Mikroorganismen durch mechanische Kräfte aufgebrochen und die Zellinhaltsstoffe freigesetzt werden sollen. Die gebräuchlichsten Verfahren sind hier Rührwerkskugelmühlen, Ultraschallhomogenisatoren, Hochdruckhomogenisatoren, Hochleistungspulstechnik, Lysat-Zentrifugentechnik und Prallstrahlverfahren.

Zusätzlich zu den mechanischen Verfahren kommen zur Klärschlammdesintegration noch thermische und chemische Verfahren. Bei thermischen Verfahren wird der Klärschlamm bis auf Temperaturen über 100°C erhitzt, wodurch die Zellwände der Mikroorganismen zerstört werden. Chemische Verfahren, wie Nassoxidation mittels Sauerstoff, Ozon oder Wasserstoffperoxid, haben die chemische Zerstörung der Zellwände mit Hilfe hochreaktiver Radikale zum Ziel.

Ein neues Verfahren zur Desintegration von Schlämmen arbeitet mit einer Überdruckbegasung. Der Schlamm wird in einen Hochdruckbehälter gefüllt und mit Gas befüllt, wobei der Gasdruck deutlich über dem Atmosphärendruck liegt. Dies führt zum Eindiffundieren des Gases in die Biomasse. Bei einer anschließenden plötzlichen Entspannung des Hochdruckbehälters auf Atmosphärendruck herrscht daher ein Überdruck in der Biomasse, der zum Aufschluss der Biomasse führt (eingereichte Patentschrift DE 10 2004 042 773.9). Der Vorteil dieses Verfahren liegt in einem weitgehenden Verzicht auf relativ komplizierte Technik und aufwändige Geräte, wodurch eine wirtschaftliche Desintegration des Schlamms erreicht wird. Allerdings ist durch die Befüllung, Begasung und Entspannung des Hochdruckreaktors in einzelnen Schritte keine kontinuierliche Verfahrensweise möglich, wodurch die flexibel Reaktion auf Schwankung der anfallenden Schlammmenge und Schlammzusammensetzung schwierig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Verfahren zur Desintegration von Schlamm mittels Begasung unter Überdruck zu entwickeln und derart auszugestalten, dass auf veränderte Betriebsbedingungen flexibel reagiert werden kann ohne die Qualität der Schlammdesintegration zu verschlechtern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Überdruckbegasung des Schlamms in einem Extruder oder Extruder ähnlichem Gerät durchgeführt wird.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den anfallenden Schlamm durch einen Extruder oder ein Extruder ähnliches Gerät zu fördern und direkt im Extruder zu begasen, wodurch man unabhängig von der anfallenden Schlammmenge und Schlammzusammensetzung wird. Der Begasungsdruck und die Drehzahl und damit die Fördergeschwindigkeit des Extruders können den jeweils erforderlichen Bedürfnissen angepasst werden. Der dabei verwendete Extruder entspricht vorzugsweise den in der Herstellung von geschäumten Kunststoffen verwendeten Extrudern mit einer Einrichtung zur Förderung und Verdichtung des Schlamms nebst einer Vorrichtung zur Einleitung von verdichteten Gas in flüssiger oder gasförmiger Form (zum Beispiel WO0141995A1).

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Schlamm in einer ersten Stufe unabhängig von seinem Feuchtigkeitsgehalt eingezogen und verdichtet. In einer zweiten Stufe erfolgt die Begasung mit einem Gas oder Gasgemisch bei über dem Atmosphärendruck liegendem Druck. Durch den herrschenden Überdruck diffundiert das Gas oder Gasgemisch in das Innere der Biomasse im Schlamm. In der dritten Stufe wird der Schlamm plötzlich entspannt, wodurch die Biomasse aufgrund des herrschenden Druckgefälles zwischen Biomasseninneren und Atmosphäre aufgeschlossen wird.

Als Gas oder Gasgemisch wird vorzugsweise ein sauerstoffhaltiges Gas oder Gasgemisch, insbesondere technisch reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft eingesetzt. Dabei kommt der im Schlamm noch vorhandene gelöste Sauerstoff (bis zur Sättigungsgrenze bei Normaldruck) einer weiteren aeroben Schlammbehandlung zugute. Es kann aber auch Luft, insbesondere Druckluft als Gasgemisch verwendet werden.

Soll dagegen eine anaerobe Schlammbehandlung erfolgen, so wird vorzugsweise als Gas oder Gasgemisch Stickstoff oder Kohlendioxid eingesetzt. Das Gas oder Gasgemisch kann kontinuierlich oder pulsierend in den Extruder eingeleitet werden. Bei pulsierendem Eintrag wird eine besonders feinblasige und gleichmäßige Gasverteilung erreicht.

Ein einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Zyklen aus Begasung und Entspannung nacheinander ausgeführt, wobei der Begasungsdruck und/oder der Entspannungsdruck von Zyklus zu Zyklus variiert werden und der jeweiligen anfallenden Schlammmenge und Schlammzusammensetzung angepasst werden kann. Vorteilhafterweise kann die Entspannung auf den Enddruck über eine speziell ausgeformte Düse erfolgen und so die Zerkleinerung und Zerstörung der Biomasse noch verbessern. Ebenso kann es zweckmäßig sein dem Aufschluss der Biomasse durch die Begasung im Extruder nach der Entspannung auf dem Enddruck noch ein Verfahren zur mechanischen Schlammdesintegration wie eine Rührwerkskugelmühle oder ein Prallstrahlverfahren nachzuschalten.

Mit der Erfindung gelingt es insbesondere die Schlammdesintegration durch Druckbegasung und Entspannung in einem kontinuierlichen Verfahren durchzuführen und so flexibel auf veränderte Schlammmenge und Schlammzusammensetzungen zu reagieren.


Anspruch[de]
Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse enthaltendem Schlamm, der bei einer biologischen Behandlung von biologisch abbaubaren Substanzen enthaltenden Medien anfällt, wobei die im Schlamm enthaltene Biomasse durch eine Begasung mit Gas oder Gasgemisch unter über dem Atmosphärendruck liegendem Druck (Überdruck) und anschließender Entspannung auf Atmosphärendruck aufgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckbegasung des Schlamms in einem Extruder oder Extruder ähnlichem Gerät durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm in einer ersten Stufe in den Extruder eingezogen, in einer zweiten Stufe dort mit Gas oder Gasgemisch unter Überdruck begast und in einer dritten Stufe entspannt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm mindestens zwei Zyklen aus Begasung und Entspannung nacheinander durchläuft. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck der Begasung und/oder der Entspannungsdruck von Zyklus zu Zyklus variiert werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas oder Gasgemisch ein sauerstoffhaltiges Gas oder Gasgemisch eingesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas technisch reiner Sauerstoff eingesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasgemisch Luft, insbesondere Druckluft eingesetzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Stickstoff oder Kohlendioxid eingesetzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder Gasgemisch kontinuierlich eingeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder Gasgemisch pulsierend eingeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte durchgeführte Entspannung über eine speziell ausgeformte Düse erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der letzten durchgeführten Entspannung ein Verfahren zum mechanischen Aufschluss von Biomasse durchgeführt wird.






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