DE10229363A1

DE10229363A1 - Preparation of sludge for break-down to biogas comprises exposure to ultraviolet light as it passes over inclined flat bed

Info

Publication number: DE10229363A1
Application number: DE2002129363
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Pröter; Klaus Pflugbeil; Martin Dr. Trageser; Holger Dr. Fersterra
Original assignee: INST ENERGETIK und UMWELT GEME; Institut fur Energetik und Umwelt Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: DBFZ DEUTSCHES BIOMASSEFORSCHUNGSZENTRUM GEMEI, DE
Priority date: 2002-06-29
Filing date: 2002-06-29
Publication date: 2004-01-15

Abstract

Bei einem Verfahren zur Aufbereitung von organischer Masse wie Biomasse oder Klärschlamm, welches insbesondere zur Intensivierung der Biogaserzeugung dient, wird die organische Masse einer UV-Bestrahlung ausgesetzt, wodurch eine Desintegration der Partikelstrukturen der organischen Masse sowie ein Abbau der in ihr enthaltener Problemstoffe wie Hormone, Antibiotika, AOX usw. eintritt.In a process for the treatment of organic mass such as biomass or sewage sludge, which is used in particular to intensify the generation of biogas, the organic mass is exposed to UV radiation, as a result of which the particle structures of the organic mass are disintegrated and the problematic substances contained therein, such as hormones, are broken down. Antibiotics, AOX, etc. occurs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Aufbereitung von organischer Masse wie zum Beispiel Biomasse oder dem bei der Abwasserreinigung anfallenden Klärschlamm, um insbesondere die Biogaserzeugung aus diesen Stoffen zu intensivieren.The invention relates to a method for processing of organic mass such as biomass or that of the Sewage sludge, in particular to intensify the generation of biogas from these substances.

Das zunehmende Umwelt- und Energiebewusstsein hat in den letzten Jahrzehnten zu Bemühungen geführt, die als organische Biomasse wie zum Beispiel Klärschlamm anfallenden Abprodukte besser zu nutzen, und z. B. den bei der Abwasserreinigung anfallenden Klärschlamm weiter abzubauen und in zunehmendem Maße auch einer energetischen Verwendung zuzuführen. Eine Möglichkeit zum Abbau der im Klärschlamm enthaltenen organischen Stoffe und zu deren energetischer Nutzung ist die Biogaserzeugung.The increasing environmental and energy awareness has led to efforts in recent decades that are called organic biomass such as sewage sludge to use waste products better, and z. B. continue to break down the sewage sludge from wastewater treatment and increasingly also lead to an energetic use. One way to Degradation in sewage sludge contained organic substances and for their energetic use is biogas production.

Es ist bekannt, dass der biologische Abbau der im Klärschlamm enthaltenen organischen Bestandteile durch Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen um so schneller erfolgt, je besser die organischen Bestandteile zuvor aufgeschlossen wurden, das heißt je größer die Angriffsfläche der organischen Bestandteile für die Mikroorganismen ist. Zur Schaffung einer möglichst großen Angriffsfläche für die Mikroorganismen sind verschiedene Desintegrationsverfahren zur Aufbereitung für derartige organische Massen bekannt (zum Beispiel durch Rührwerkskugelmühlen, Lysatzentrifugen, Ultraschallverfahren, Hochfrequenzimpulsverfahren sowie auch durch chemisch-biologische Verfahren, wie saure oder enzymatische Aufschlüsse). Ein Desintegrationsverfahren unter Anwendung von Ultraschall ist z. B. in der deutschen Offenlegungsschrift DE 19 843 862 A1 beschrieben, während die Anwendung von niederfrequenten elektromagnetischen Feldern mit einer Frequenz von 2 bis 1000 Hz aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 19 955 219 A1 hervorgeht.It is known that the biodegradation of the organic constituents contained in the sewage sludge by microorganisms takes place under anaerobic conditions the faster the better the organic constituents have been previously digested, that is, the larger the attack surface of the organic constituents for the microorganisms. Various disintegration processes for the preparation of such organic masses are known for creating the largest possible attack surface for the microorganisms (for example by stirred ball mills, lysate centrifuges, ultrasound processes, high-frequency pulse processes and also by chemical-biological processes, such as acidic or enzymatic digestions). A disintegration process using ultrasound is e.g. B. in the German patent application DE 19 843 862 A1 described, while the application of low-frequency electromagnetic fields with a frequency of 2 to 1000 Hz from the German Offenlegungsschrift DE 19 955 219 A1 evident.

Bei den verschiedenen Verfahren der Klärschlammdesintegration kommt es zu einer Zerkleinerung von größeren Partikelstrukturen wie Flocken oder Zellhaufen. Der mit den verschiedenen Verfahren erreichbare Aufschlussgrad hängt vom angewendeten Verfahren, von der in den Verfahrensablauf eingebrachten Energie und von den spezifischen Eigenschaften der organischen Masse, wie zum Beispiel beim Klärschlamm von seinen Anteilen an Wasser, an organischen Inhaltsstoffen usw. ab.In the different procedures of sludge disintegration larger particle structures such as Flakes or piles of cells. The one that can be achieved with the various processes Degree of digestion depends of the process used, of the process introduced Energy and the specific properties of organic matter, such as sewage sludge of its proportions of water, organic ingredients, etc. from.

Mit den bekannten Aufbereitungsverfahren konnte die angestrebte Desintegration der organischen Bestandteile zwar erreicht und die für die Biogaserzeugung gewünschte biologische Verfügbarkeit verbessert werden, so dass sich die Vergärungszeiten verkürzen ließen und die Auslastung der Faulbehälterkapazitäten für die Biogaserzeugung erhöht wurde, jedoch konnte eine merkliche Verminderung der im Klärschlamm enthaltenen Problemstoffe wie Hormone, Antibiotika und andere Arzneimittel sowie auch AOX durch die bekannten Aufbereitungsverfahren nicht erzielt werden.With the known reprocessing methods the desired disintegration of the organic components reached and the for desired biogas production bioavailability improved be, so the fermentation times shorten could and the utilization of the digester capacities for the biogas production was increased however, there could be a noticeable reduction in that in sewage sludge contained problem substances such as hormones, antibiotics and other medicines and also AOX due to the well-known processing methods be achieved.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Aufbereitung von organischer Masse wie Biomasse oder Klärschlamm zu entwickeln, mit welchem ein hoher Energieeintrag zur Desintegration der in der organischen Masse vorhandenen organischen Bestandteile und gleichzeitig eine Verminderung der in der organischen Masse enthaltenen Problemstoffe wie Hormone, Antibiotika, AOX usw. ermöglicht werden.It is therefore an object of the invention a process for the treatment of organic matter such as biomass or sewage sludge to develop with which a high energy input for disintegration of the organic components present in the organic mass and at the same time a reduction in those contained in the organic mass Problem substances such as hormones, antibiotics, AOX etc. are made possible.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bilden die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 9.The above object is achieved according to the invention solved the characterizing feature of claim 1. advantageous embodiments the invention form the features of subclaims 2 to 9.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention is intended to be explained below of a preferred embodiment are explained in more detail.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Möglichkeit des Energieeintrages in organische Massen durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht.The method according to the invention makes use of the possibility of the energy input into organic masses by irradiation with ultraviolet light.

Zur Verarbeitung größerer Mengen von organischen Massen, die z. B. als Klärschlämme anfallen, ist ein kontinuierliches Verfahren besonders geeignet, bei welchem zum Beispiel der Klärschlamm in fließfähiger Konsistenz über ein Flachbett geleitet und während der Fließdauer über das Flachbett einer W-Bestrahlung ausgesetzt wird. Je nach Viskosität des Klärschlammes kann die Verweilzeit des Schlammes auf dem Flachbett durch Veränderung der Neigung des Flachbettes beschleunigt oder verzögert werden. Neben der in dieser Weise einstellbaren Fließgeschwindigkeit des Klärschlammes über das Flachbett, sind für die pro Mengeneinheit eintragbare Energie noch folgende Faktoren besonders maßgebend: Die sich auf dem Flachbett durch den fließenden Schlamm ausbildende Schichtdicke, wobei diese ganz entscheidend ebenfalls von der Viskosität des Schlammes und der Neigung des Flachbettes aber ebenso von der Art und Weise der Zuleitung bzw. der Aufbringung des Schlammes auf das Flachbett abhängig ist. Zur Erzeugung einer möglichst gleichmäßigen Schichtdicke sollte der Schlamm vor der Zuleitung auf das Flachbett eine mechanische Aufbereitung durchlaufen, in welcher grobere Bestandteile des Schlammes abgesondert und dem Schlamm eine möglichst gleichmäßige Konsistenz verliehen wird Für eine wirkungsvolle Bestrahlung des über das Flachbett fließenden Klärschlammes sind Schichtdicken zwischen 0,1 und 20 cm geeignet.For processing larger quantities of organic masses, e.g. B. as Sewage sludge is a continuous process particularly suitable, in which Example of sewage sludge in flowable consistency over one Flatbed headed and during the flow duration over the Flatbed is exposed to UV radiation. Depending on the viscosity of the sewage sludge can change the residence time of the sludge on the flat bed by changing the Inclination of the flatbed can be accelerated or decelerated. In addition to that in this Way adjustable flow rate of the sewage sludge over the Flatbed, are for The energy that can be entered per unit of quantity also includes the following factors particularly decisive: The one that forms on the flatbed through the flowing mud Layer thickness, which also depends very much on the viscosity of the sludge and the inclination of the flat bed but also on the way the feed line or the application of the sludge to the flat bed dependent is. To create a layer thickness that is as uniform as possible the sludge should be mechanically processed before being fed to the flatbed go through in which coarse components of the sludge are secreted and the mud as much as possible given uniform consistency is for are an effective irradiation of the sewage sludge flowing over the flat bed Layer thicknesses between 0.1 and 20 cm suitable.

Um den Energieeintrag bei größeren Schichtdicken zu erhöhen, ist es zweckmäßig, das Flachbett mit Fließ-Umlenkeinrichtungen, wie z. B. von der Grundfläche des Flachbettes vorstehenden Rippen zu versehen, mit denen die über das Flachbett fließenden Schlammmassen in sich bewegt werden, so dass Massen aus dem unteren Bereichen der Schicht zur Oberfläche gelangen und dort bestrahlt werden können.The energy input for thicker layers to increase it is appropriate to use the flatbed with flow deflection devices, such as B. from the footprint of To provide flatbed protruding ribs with which the over Flat bed flowing Masses of sludge are moved in so that masses from the bottom Areas of the layer to the surface get there and can be irradiated.

Der Energieeintrag erfolgt mittels handelsüblicher W-Strahler, wie sie in der Industrie für vielerlei Zwecke eingesetzt werden. Der Energieeintrag durch die UV-Bestrahlung beträgt mindestens 0,1 kWh/m³.The energy input takes place by means of commercial practice The UV radiator used in industry for a variety of purposes. The energy input from the UV radiation is at least 0.1 kWh / m ³ .

Entsprechend der projektierten Leistung der für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Anlage und je nach Erfordernis der Intensität der Aufbereitung beträgt die Durchsatzmenge der mit dem Verfahren behandelten Biomasse, z. B. von Klärschlamm zwischen 0,01 und 20000 m³/h.According to the projected performance of the plant required to carry out the process and depending on the intensity of the treatment, the throughput of the biomass treated with the process is, for. B. of sewage sludge between 0.01 and 20,000 m ³ / h.

Die Dauer oder auch die Intensität des Aufschlusses kann beschleunigt bzw. verstärkt werden, wenn dem erfindungsgemäßen Aufschlussverfahren durch UV-Bestrahlung weitere bekannte Desintegrationsverfahren vor-, parallel- oder nachgeschaltet werden. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren, bei welchem die aufzubereitende organische Masse vor und/oder während und/oder nach der UV-Bestrahlung einer Ultraschallbehandlung ausgesetzt wird.The duration or the intensity of the digestion can accelerate or intensify are when the digestion process according to the invention by UV radiation other known disintegration methods pre-, parallel- or downstream. This is particularly advantageous Connected a process in which the organic to be processed Mass before and / or during and / or is subjected to ultrasound treatment after UV radiation.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass der Eintrag von UV-Strahlen in die aufzubereitende organische Masse nicht nur eine Desintegration im Sinne einer Verkleinerung der Partikelstrukturen sondern auch einen Abbau der in der organischen Masse enthaltenen Hormone, Antibiotika, AOX usw. bewirkt.The method according to the invention has the advantage that the entry of UV rays into the organic to be processed Mass not just disintegration in the sense of downsizing of the particle structures but also a breakdown in the organic Mass contained hormones, antibiotics, AOX etc. causes.

Die Erfindung ist zur Aufbereitung aller Arten von organischen Massen, welche insbesondere für die Biogaserzeugung vorbereitet werden sollen, z. B. auch von Rückständen aus der Bier- oder Weinerzeugung, aus Fettabscheidern, Gülle usw., besonders aber für die Aufbereitung von Klärschlamm geeignet.The invention is for processing all kinds of organic masses, especially for biogas production should be prepared, e.g. Belly from residues beer or wine production, from fat separators, liquid manure etc., but especially for the treatment of sewage sludge suitable.

Claims

Process for the preparation of organic mass such as biomass or sewage sludge, in particular for the production of biogas, characterized in that the organic mass is exposed to UV radiation.

A method according to claim 1, characterized in that the organic mass for UV radiation in flowable consistency over a Flatbed is headed.

A method according to claim 2, characterized in that the flow rate and the layer thickness of the organic mass by adjusting the Inclination of the flat bed is controlled.

Process according to the claims 2 and / or 3, characterized in that the layer thickness of the over Flatbed guided organic mass preferably between 0.1 and Is 20 cm.

Process according to the claims 2 to 4, characterized in that the guided over the flat bed organic mass of an additional mixing exposed by means of flow deflection devices arranged on the flat bed becomes.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy input by the UV radiation is at least 0.1 kWh / m ³ .

Method according to at least one of claims 2 to 6, characterized in that the throughput of the organic mass is between 0.01 and 20,000 m ³ / h.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the organic mass before UV radiation a mechanical disintegration process is pretreated.

Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that that the organic mass before and / or during and / or after the UV radiation is subjected to an ultrasound treatment.