NL8502919A - Werkwijze voor het verwerken van drijfmest en elektroforese-inrichting. - Google Patents

Description

-1- 24912/Vk/mvl verwerken

Korte aanduiding: Werkwijze voor het van drijfmest en elektro- forese-inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwerken van drijfmest tot bruikbare en/of loosbare frakties door de drijfmest na 5 een voorbehandeling langs elektroden te leiden.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit de Europese octrooiaanvrage gepubliceerd onder nummer 0.109-349, waarbij drijfmest langs elektroden wordt gevoerd waartussen een gelijkspanning is aangelegd, waardoor in de drijfsmest koperionen komen die een volumevergroting van de 10 drijfmest, door gasontwikkeling,belemmeren. Het verhinderen van de volumevergroting in vloeistofstromen met afvalprodukten door het hierin brengen van metaalionen zoals van koper of zilver met behulp van elektroden was ook reeds bekend uit het Britse octrooischrift 622.691 (ingediend in 1946).

15 In de loop van de laatste jaren heeft in Nederland, met name in

Nood-Brabant, Gelderland, Twente en Limburg een expansie van de bio-industrie plaatsgevonden, waarbij vooral de varkensteelt en de pluimveehouderijen sterk zijn uitgebreid. Daardoor is de mestproduktie evenredig toegenomen. Tot voor enkele jaren was de hoeveelheid geproduceerde mest 20 van een zodanige hoeveelheid, dat deze op het land kon worden verstrooid en daar dienst deed als meststof. Thans zijn echter de hoeveelheden drijfmest zo groot geworden, dat deze niet meer op het land kunnen worden verwerkt. Daarom blijft er een groot overschot aan drijfmest die moet worden opgeslagen. Het vervoer van een dergelijke drijfmest naar gebieden 25 waar veel akkerland is en geen bio-industrie, is erg duur en bovendien is de samenstelling van de drijfmest zodanig, dat het steeds ongewenster is geworden deze drijfmest op het land te verspreiden. Dit is met name te wijten aan het relatief hoge gehalte zware metalen, terwijl verder uit de drijfmest ammoniak ontstaat en veel nitraten en sulfaten. De problema-30 tiek is thans zelfs zo ver opgelopen, dat de overheid een controleapparaat wil ontwikkelen dat toezicht moet houden op de op het land te verspreiden drijfmest. Omdat de resterende hoeveelheid niet kan worden geloosd in het bestaande rioleringssysteem of op een afvalwaterzuivering, heeft men naar verwerkingsmogelijkheden van de drijfmest gezocht om deze 35 op min of meer industriële schaal te verwerken.

In dit kader is thans een oplossing gevonden voor het verwerken van drijfmest zoals in de aanhef vermeld en deze werkwijze wordt hierdoor UC2919 -2- 24912/Vk/mvl è t r' m gekenmerkt dat de drijfmest wordt gefiltreerd, waarbij de vaste stoffen worden verwijderd, het filtraat wordt vergist en het na vergisting verkregen vloeibare mengsel wordt onderworpen aan een elektroforese waardoor een scheiding wordt verkregen in een (zware) metalen houdend slib, an-5 organische zouten, eiwitten en andere organische stoffen en een loosbaar waterig mengsel.

Door het volgen van deze werkwijze wordt de drijfmest verdeeld in een aantal componenten die op zich weer bruikbaar zijn, waarbij biogas en elektriciteit ontstaat en een loosbare hoeveelheid waterig mengsel.

10 De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgende beschrijving waarbij is verwezen naar de bijgevoegde tekening, waarbij: fig. 1 een verwerkingsschema weergeeft en fig. 2 een elektroforese-inrichting weergeeft die wordt toegepast in het verwerkingsschema zoals aangegeven in fig. 1.

15 De bestanddelen die aanwezig zijn in drijfmest kunnen worden onder verdeeld in organische componenten en anorganische componenten, waarbij de organische componenten bestaan uit: 1) vaste bestanddelen die kunnen worden afgefiltreerd, bestaande uit celstoffen die door het dier niet zijn verteerd en stalresten, 20 2) koolhydraten.en afbraakstoffen uit. het metabolisme van kool hydraten, 3) vetten en afbraakstoffen uit het vetmetabolisme, en 4) eiwitten en afbraakstoffen uit het eiwitmetabolisme.

De anorganische bestanddelen kunnen worden onderverdeeld in: 25 5) anorganische zouten afwijkend van de zouten van de zware metalen, 6) zouten van zware metalen zoals van koper, zink, mangaan en in mindere mate cadmium en 7) water.

30 Volgens het schema dat is weergegeven in fig. 1 wordt drijfmest aangevoerd via leiding 11 en over filter 1 gefiltreerd. Door de filtratie wordt het vaste bestanddeel afgefiltreerd en dit bestaat uit celstoffen en deze vaste stof wordt via leiding 12 afgevoerd en verwerkt tot compost. De vloeibare fraktie wordt via leiding 13 naar een ver-35 gistingsinstallatie 2 gevoerd. In deze vergistingsinstallatie 2 worden de koolhydraten en daarmee samenhangende afbraakstoffen en de vetten en de daarmee samenhangende afbraakstoffen omgezet in methaan en kooldioxide Q 3 Λ 0' ö 1 Ö y j v i» d i & -· ~ * -3- en dit gas (biogas) wordt via leiding 15 afgevoerd naar gasturbine 4, waaruit elektriciteit kan worden verkregen, af te voeren via leiding 16 en warmte die via leiding 17 wordt afgevoerd naar drooginstallatie 7.

Uit de vergistingsinstallatie 2 wordt naast het gas een vloeistofstroom 5 verkregen die via leiding 14 wordt afgevoerd naar een elektroforese- inrichting, waarvan een voorkeursuitvoeringsvorm is weergegeven in fig. 2. Een voorbeeld van een elektroforese en de daarbij te gebruiken ionen-uitwisselmembranen is vermeld in de Europese octrooiaanvrage 0.011.504, waarin een werkwijze is vermeld voor het via elektroforese scheiden van ^ eiwitten in een waterig mengsel, welke eiwitten worden neergeslagen op de ionen-uitwisselmembranen. Bij de onderhavige elektroforesecel worden half doorlaatbare membranen toegepast waarop geen neerslag ontstaat en die alleen dienen voor het creëren van verschillende kamers. Het neerslag van slib wordt gevormd op de negatieve elektrode. Zodoende is het bij de elektroforese die wordt toegepast in de elektroforese-apparatuur 3, mogelijk de vloeistofstroom, verkregen na de vergisting 2, te splitsen in diverse vloeistofstromen een slibstroom, welke slibstroom die (zware) metalen bevat via leiding 18 wordt verder geleid naar slibseparator 6. De vloeistofstroom die eiwitten bevat wordt via leiding 19 naar een proteïneseparator 5 20 geleid van waaruit ruwe eiwitten worden afgevoerd via leiding 21 of via leiding 20 wordt een vloeistofstroom teruggevoerd naar de elektroforese indien een verdere scheiding noodzakelijk is.

Uit slibseparator 6 wordt elektrodeslib afgevoerd via leiding 22 en eventueel restmateriaal wordt via leiding 25 naar een turfmenger 8 25 gevoerd waaruit via leiding 25 compost wordt verkregen. Uit slibseparator 6 wordt het resterende waterige mengsel via leiding 23 gevoerd naar drooginstallatie 7 waaraan warmte wordt toegevoerd uit de gasturbine 4 en uit de drooginstallatie kan via leiding 28 een NPK-kunstmest worden verkregen en loosbaar water via leiding 27· Ook kan uit de drooginstalla-30 tie 7 restwarmte worden afgevoerd via leiding 26. Het water dat via leiding 27 wordt af gevoerd is zodanig gezuiverd, dat dit geen verdere problemen geeft in het bestaande rioolsysteem.

In de elektroforese-inrichting 3 wordt een elektroforese uitgevoerd waardoor een fraktionering wordt verkregen van de daaraan toege-35 voerde vloeistofstroom. Deze elektroforese is een van de meest van belang zijnde bewerkingen bij de onderhavige werkwijze en daarmee is het mogelijk de toegevoerde vloeistofstroom te scheiden in drie of meer frakties zoalss 8502519 -4- wr w ·» a) een fraktie met een hoge mobiliteit die zouten bevat zoals de kalium- en/of natriumzouten van chloriden, sulfaten, fosfaten, acetaten, lactaten, b) een fraktie met een middelbare mobiliteit zoals de eiwitten en 5 c) een fraktie met een lage mobiliteit tot een mobiliteit gelijk aan 0, zoals koolhydraten en vetresten.

Naast deze drie voorbeelden van vloeistofstromen zal op de negatieve pool een elektrodeneerslag worden gevormd bestaande uit de eventueel aanwezig zware metaalionen. Dit elektrodeneerslag wordt via leiding 18 10 afgevoerd naar de slibseparator. Door het gebruik van deze elektroforese-inrichting is het mogelijk de schadelijke componenten uit het drijfmest-residu te verwijderen en de nog bruikbare componenten te winnen. Een voorbeeld van een toe te passen elektroforese-inrichting is weergegeven in fig. 2, waarbij de inrichting zelf is weergegeven met 3 en deze be-15 staat uit een elektroforeseruimte voorzien van een toevoer 14, een positieve pool en een negatieve pool, respectievelijk aangegeven met 32 en 31, die ook kunnen worden verwisseld, membranen 33 en diverse afvoeren 18, 19 en 30.

Door een elektrisch veld loodrecht aan te leggen op de stroom-20 richting van de vloeistofstroom, worden de geladen deeltjes in de vloeistof stroom door de elektroden aangetrokken of afgestoten met een kracht die evenredig is met de lading en omgekeerd evenredig met de massa van de deeltjes, waardoor de deeltjes een paraboolvormige baan beschrijven, waarbij geldt dat hoe hoger de verhouding e/m is, hoe sterker de 25 deeltjes worden afgebogen. Door in de elektroforese-inrichting half-doorlaatbare wanden 33 te plaatsen, wordt bereikt dat frakties met een bepaalde verhouding lading/massa worden gefraktioneerd of binnen een bepaald kamer blijven en dan via een bepaalde afvoer 18, 19 of 30 kunnen worden afgevoerd. Via leiding 18 kan de fraktie met een lage mobiliteit 30 zoals de koolhydraten en Vetresten worden afgevoerd, en met tussenpozen het slib dat ontstaat op de negatieve elektrode. Via leiding 19 kunnen de eiwitten worden afgevoerd en via leiding 30 de fraktie met de hoogste mobiliteit die de zouten bevat. Deze fraktie die wordt afgevoerd via leiding 30 kan worden verbonden met leiding 23, zoals weergegeven in fig. 1.

35 Het zal duidelijk zijn dat het mogelijk is met meerdere kamers te werken in de elektroforese-inrichting, zodat men een verdere scheiding krijgt van de eiwitten of andere gewenste frakties. De aan de elektrode-oppervlakken ontwikkelde waterstof en zuurstof kunnen worden gewonnen, doch ook gespuid waarbij de waterstof moet worden verdund tot beneden de veilige explosiegrens.

i * · -5- 24912/Vk/mvl

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van het volgende voorbeeld.

Voorbeeld

Aan een inrichting zoals schematisch weergegeven in fig. 1, wordt 5 via leiding 11 varkensdrijfmest toegevoerd aan de filtratie-apparatuur 1 3 in een hoeveelheid van 11,4 m /h. Door de filtratie wordt 400 kg vast materiaal afgevoerd met een vochtgehalte van 50%. Dit komt neer op de afvoer aan vaste stof (zonder water) van 1,8% ten opzichte van het uitgangsmateriaal. Het filtraat wordt in een hoeveelheid van 11 m'Vh via 10 leiding 13 naar de vergistingsinstallatie 2 gevoerd. Het filtraat bevat nog 5,7% droge stof waarvan 3,4% organisch materiaal. Het filtraat verblijft 20 dagen in de vergistingsinstallatie bij een temperatuur van o 3 3 33 °C, waardoor een hoeveelheid gas wordt geproduceerd van 2,8 in /in 3 substraat, hetgeen in de praktijk neerkomt op 31 m /h gas, dat 76-78% 15 CH^, 2% H20-22% C02 en 0,01-0,03% bevat. Dit biogas wordt via leiding 15 toegevoerd aan gasturbine 4, waaruit elektriciteit (leiding 16) wordt verkregen en warmte (leiding 17).

De elektroforese die wordt uitgevoerd in elektroforese-apparatuur 3 wordt nader toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvorm waarbij aan 20 de elektroforese-inrichting 50 1 substraat wordt toegevoerd, verkregen uit de methaanvergisting. Het substraat dat wordt toegevoerd aan de elektroforese heeft de volgende samenstelling: gehalte aan droge stof 5,7%, waarvan de organische droge stof 3,4% bedraagt; verder 0,15% ammonium, 0,36% kalium, 0,25% calcium, 25 0,08% magnesium, 0,03% natrium, 0,05% chloor, 0,2% sulfaat, 0,03% nitraat, 0,43% fosfaat, 29 mg/1 koper, 31 mg/1 mangaan en 29 mg/1 zink. De elektro-foresecel is zodanig uitgevoerd dat deze een halfdoorlaatbare wand heeft uit polyamide, dat de veldsterkte 720 V/m bedraagt en de stroomsterkte 5 A. De verblijftijd van het substraat in de elektroforesecel is 15 minu-30 ten en de toe te voeren vloeistofstroom bedraagt 50 1 vergiste varkens-drijfmest met een pH van 7,2. In de elektroforesecel wordt de pH gehandhaafd op 8 tot 8,5 door het toevoegen van een kleine hoeveelheid loog.

Door deze elektroforesebewerking worden twee vloeistofstromen verkregen, te weten een eerste vloeistofstroom met een droge stofgehalte van 2,3% 35 die organisch materiaal bevat in een hoeveelheid kleiner dan 0,1%, nagenoeg geen eiwit en de zware metalen in hoeveelheden kleiner dan 10 mg/1.

De tweede vloeistofstroom bevat 750 g eiwit in uitgevlokte vorm en wordt Λ

V Λ « 1 V

* - * -6- 24912/Vk/mvl

? 'W

1 -'f via leiding 19 afgevoerd naar de eiwitseparator 5. Het slib dat de zware metalen bevat wordt neergeslagen op de negatieve elektrode en kan met tussenpozen worden afgevoerd uit de elektroforesecel via leidingen 18 en 22.

Zodoende wordt een eerste vloeistofstroom verkregen die via 5 leiding 23 verder kan worden gevoerd na eventueel drogen in drooginstallatie 7 of door andere bewerkingen indien dit nodig is om een waterig mengsel te verkrijgen dat kan worden afgevoerd via leiding 27 op een op zich bekende waterzuivering of rioleringssysteem.

Met het hierboven beschreven voorbeeld is het mogelijk de drijf-10 mest te splitsen in een zestal componenten, te weten 1) compost, verkregen uit de vaste stof na de filtratie, 2) biogas, 3) eiwitten, 4) elektrodeslib met de zware metalen, 15 5) loosbaar water en 6) residu dat anorganische zouten bevat dieeventueel kunnen worden opgewerkt tot kunstmeststoffen.

Door het volgen van deze werkwijze is het mogelijk het probleem van de drijfmest voor een groot deel op te lossen tegen economisch 20 verantwoorde kosten.

De elektroforese-inrichting zoals weergegeven in fig. 2, kan niet alleen worden toegepast voor een werkwijze zoals beschreven in fig. 1, doch ook in zijn algemeenheid voor het verwerken van diverse vloeistofstromen zoals rioolslib, afvalstromen uit de voedingsmiddelen-25 industrie en vergelijkbare vloeistofstromen. Het essentiële verschil van deze elektroforese-inrichting met de bekende elektroforese-inrichting is dat nu andere membranen worden toegepast, te weten half doorlaatbare membranen waarop geen of nagenoeg geen neerslag wordt gevormd, terwijl op de bekende elektroforese-inrichtingen neerslagen worden gevormd op de 30 ion-uitwisselende membranen.

8502 9 1 9

Claims (7)

1. Werkwijze voor het verwerken van drijfmest tot bruikbare en/of loosbare frakties door de drijfmest na een voorbehandeling langs 5 elektroden te leiden, met het kenmerk, dat de drijfmest wordt gefiltreerd, waarbij de vaste stoffen worden verwijderd, het filtraat wordt vergist en het na vergisting verkregen vloeibare mengsel wordt onderworpen aan een elektroforese waardoor een scheiding wordt verkregen in een (zware) metalen houdend slib, anorganische zouten, eiwitten en andere organische 10 stoffen en een loosbaar waterig mengsel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektroforese wordt uitgevoerd bij een pH van 8 tot 8,5.

3. Werkwijze volgens ocnclusies 1-2, met het kenmerk, dat de elektroforesecel wordt gesplitst in twee of meer ruimten met behulp van 15 halfdoorlaatbare membranen, waardoor een scheiding van componenten raoge- lijk is met behulp van de elektroforesecel.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de in de elektroforesecel toegepaste membranen zijn vervaardigd uit polyamide.

5· Elektroforese-inrichting toe te passen bij een werkwijze zoals 20 beschreven in conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektroforesecel meerdere membranen bevat zodat de cel is verdeeld in diverse kamers.

6. Elektroforese-inrichting bestaande uit twee elektroden en membranen, met het kenmerk, dat de membranen semipermeabele membranen zijn.

7- Elektroforese-inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, 25 dat de membranen zijn vervaardigd uit polyamide of polycarbonaat. Eindhoven, oktober 1985 z* ** i'·* cj $ 0 J 1 -