WO2007006480A1 - Treatment of sewage sludge by means of low-pressure degassing - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for the treatment of sewage sludge, in which digested sludge and biogas is produced by rotting of raw sludge in a digester.
- Sewage sludge from municipal sewage treatment plants is organically decomposed by the action of bacteria in the digester, producing digester gas whose energy content can be used. In the best case, not only the energy needs of the sewage treatment plant can be covered. If the energy balance is positive, even some of the digester gas could be released and fed into the grid. In order to achieve a positive energy balance, however, additional measures to improve the degree of organic degradation are required and have already been proposed several times. However, while the energy balance is improved, it still remains negative, because the treatment of sewage sludge consumes more electricity than can be generated by the additional gas production. Therefore, such processes are not economically viable.
- the invention solves this problem in that a part of the digested sludge from the digester, preferably out of the sump of the digester, led out, degassed in a degassing under low pressure and returned to the digester.
- degassing under low pressure not only additional digester gas is obtained, but also increases the effectiveness of the digestion process in the digester, so that there additional Faulgasmengen arise.
- Tests have shown that sludge samples subjected to intense degassing before being treated with a high-pressure homogenizer at 50 to 400 bar had a one-third increase in specific gas production with the same energy input.
- the digestion process is hampered by the generation of microbubbles from biogas, which bind to sludge agglomerates.
- the degassing device according to the invention brings these microbubbles together, so that a coherent gas volume is formed, which can be easily separated from the digested sludge.
- the energy yield can be further improved if the sludge discharged from the digester is homogenized by a low-pressure homogenizer before it is returned to the digester.
- a high-pressure homogenizer the digested sludge consisting of a sludge / gas mixture must be compressed to high pressure.
- isothermal compression work is spent on the gas contained in the digested sludge.
- This expended energy for the compression work for example, at a pressure increase of 150 bar about 15% of the total energy input to reach.
- the energy used for the compaction is not available for the homogenization of the digested sludge and is therefore lost.
- the effectiveness of the high-pressure homogenizer is reduced because a two-digit% rate of the flowing sludge / gas mixture consists of gas and therefore for a given volume flow rate per unit time a corresponding two-digit percentage less available for the treatment of digested sludge. In the treatment of the digested sludge by a low-pressure homogenizer, therefore, the energy balance can be improved.
- the degassing device comprises a crusher for the separation of solid contaminants, which has a rotating knife, a perforated plate arranged above and a calming zone in which a contiguous Faulgasvolumen deposited from the digested sludge accumulates, which can be removed via a gas outlet valve ,
- the microbubbles are separated by the rotating knife of solid impurities in sewage sludge and combined to larger gas collections.
- the perforated plate arranged above retains larger sludge particles until they are comminuted and allows only the already appropriately treated sludge to enter the settling zone, where the digester gas separates from the sludge and can be removed upwards through the gas outlet valve.
- the gas outlet valve By the gas outlet valve, a minimum pressure is maintained in the interior of the degassing, so that the dissolved gas remain in solution and can not form new microbubbles.
- the degassing a feed pump preferably as Rotary pump or eccentric screw pump is designed with an upper pump inlet and with a lower pump outlet, and a return line connecting the pump output with the pump inlet comprising a gas outlet valve, wherein the segregating in the return line sewer gas can be removed via the gas outlet valve.
- the digested sludge is not only promoted, but also degassed.
- the rising digester gas escapes upwards and collects in the upwardly leading return line, where it is held under pressure by the gas outlet valve and removed as needed.
- the degree of degassing can be further increased by the measure that the degassing device has a substantially horizontally arranged pipe extension with a gas outlet valve, wherein the segregating in an upper calming zone of the pipe extension digester gas via the gas outlet valve can be removed.
- the flow rate of the digested sludge is reduced so that it lingers relatively long in the area of the pipe extension. Due to the longer residence time it comes here increasingly to the elimination of digester gas, which in turn can be kept under pressure via the gas outlet valve and removed if necessary.
- the inventive method works particularly effective when the digested sludge in the degassing successively a first stage with a crusher and perforated plate, a second stage with a feed pump and return line, and a third stage with
- Fig. 1 a schematic representation of the method according to the invention.
- the resulting digester gas will first dissolve in the liquid of the digested sludge until a solution equilibrium is exceeded. In supersaturation gas bubbles form, which increase over time, which increases their buoyancy. After overcoming local adhesive forces or other obstacles, the gas bubbles migrate to the surface of the sludge and enter a gas space which forms above the sludge surface in the digester 1.
- the digester gas consists of 55% to 70% CH 4 , 29% to 44% CO 2 and 1% trace elements.
- Typical digesters have a volume of 1000 m 3 to 8000 m 3 and a height of 10 m to 20 m.
- the digested sludge is circulated in the digester 1 to promote the digestion process and for better mixing, which is indicated in the Fig. 1 by the Rezirkulationsweg 4.
- the digested sludge 5 is pumped out of the digester 1 and fed to a further use.
- a part of the digested sludge 6 is taken from the sump of the digester 1, treated and finally fed back to increase the yield of digester gas.
- the bottom of the digester 1 is the
- the degassing device comprises a Crusher 7, on the one hand has an unillustrated rotating knife and a perforated plate 8 arranged above. Above the perforated plate 8 is a calming zone 9. By the movements of the knife in the crusher 7 microbubbles of agglomerates are dissolved in the digested sludge 6 and crushed the agglomerates. This is a commercial crusher for the separation of solid impurities.
- the perforated plate 8 has holes with a diameter of 2 mm to 6 mm, preferably 4 mm.
- the rotating blade and the special perforated plate 8 separate the sludge from adhering gas bubbles, which unite in the calming zone 9 to a continuous gas volume. For this gas volume sewer gas 10 can be removed via a gas outlet valve 11.
- the digested sludge 12 continues to flow to a second stage of the degassing device.
- This consists of a feed pump 13, which is designed as a rotary piston pump or eccentric screw and has an upper pump inlet 14 and a lower pump outlet 15.
- the pump outlet 15 is connected to the pump inlet 14 via a return line 16.
- the return line 16 again forms a calming zone, in which gas bubbles combine to form a coherent gas volume, after the piston or the screw conveyor of the feed pump 13 has contributed to a release of the adhering gas bubbles.
- the return line 16 is connected to a gas outlet valve 17.
- the now more degassed digested sludge 18 passes from the pump outlet 15 of the feed pump 13 to a third stage of the degassing.
- This consists of a pipe extension 19, which from the digested sludge substantially in the horizontal direction is flowed through. Due to the larger cross section of the pipe extension reduces the flow rate and thus the residence time of the sludge in the pipe extension 19. This gives the gas bubbles contained in the sludge opportunity to ascend and collect in a located in the upper part of the pipe extension 19 calming zone 20.
- the tube extension is connected at its top with a gas outlet valve 21, through which the collected digester gas can be removed.
- Pipe extension 19 in the low pressure homogenizer 23 This is a known from the food industry homogenizer, which consists of one or more homogenizer valves through which the mass to be homogenized is pressed. In the homogenizer valves, the mass must flow through a narrow annular gap, whereby larger components are comminuted. This leads to a homogenization of the digested sludge. Due to the homogenization, the inner surface of the contained mud particles increases, on which the digestive bacteria attack. The degassed and homogenized digested sludge 24 is now returned to the digester 1.
- the digested bacteria come into better contact with the sludge particles to be decomposed, whereby the digestion process is much more effective than with untreated sludge.
- the digester gas released in the degassing is taken from the gas outlet valves 11, 17, 21 and added to the digester gas contained in the digester 1. For this are the gas outlet valves 11, 17, 21 automatically controlled.
- the return of the digester gas into the digester 1 takes place during a rinsing phase of the homogenizer 23.
- the digester gas is fed into the return line to the digester 1.
- the inventive method with respect to the electrical energy balance is not only self-sufficient, but produces an electrical energy surplus of 30% based on the electrical used
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Abstract
Description
BEHANDLUNG VON KLÄRSCHLAMM MIT ENTGASUNG UNTER NIEDERDRUCK TREATMENT OF TREATMENT SLUDGE WITH LOW-PRESSURE DEGAS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm, bei dem durch Verfaulen von Rohschlamm in einem Faulbehälter Faulschlamm und Faulgas erzeugt wird.The invention relates to a method for the treatment of sewage sludge, in which digested sludge and biogas is produced by rotting of raw sludge in a digester.
Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen wird durch die Einwirkung von Bakterien im Faulbehälter organisch abgebaut, wobei Faulgas entsteht, dessen Energieinhalt genutzt werden kann. Im günstigsten Fall kann nicht nur der Energiebedarf des Klärwerks gedeckt werden. Bei positiver Energiebilanz könnte sogar ein Teil des Faulgases verströmt und in das Stromnetz eingespeist werden. Um eine positive Energiebilanz zu erzielen, sind jedoch zusätzlich Maßnahmen zur Verbesserung des organischen Abbaugrades erforderlich und bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden. Allerdings wird dabei die Energiebilanz zwar verbessert, bleibt jedoch immer noch negativ, denn zur Aufbereitung des Klärschlammes wird mehr Strom verbraucht als durch die zusätzliche Gasproduktion erzeugt werden kann. Daher sind solche Prozesse nicht wirtschaftlich anwendbar.Sewage sludge from municipal sewage treatment plants is organically decomposed by the action of bacteria in the digester, producing digester gas whose energy content can be used. In the best case, not only the energy needs of the sewage treatment plant can be covered. If the energy balance is positive, even some of the digester gas could be released and fed into the grid. In order to achieve a positive energy balance, however, additional measures to improve the degree of organic degradation are required and have already been proposed several times. However, while the energy balance is improved, it still remains negative, because the treatment of sewage sludge consumes more electricity than can be generated by the additional gas production. Therefore, such processes are not economically viable.
Aus der DE 199 40 994 B4 ist ein Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm bekannt, bei dem durch Behandlung von Faulschlamm mit einem Hochdruckhomogenisator eine Steigerung der Gasausbeute erzielt wird. Allerdings war die Verbesserung für eine positive Energiebilanz noch nicht ausreichend. Erst durch eine vorgeschaltete Eindickung (Wasserentzug) des Faulschlamms konnten die spezifischen Gaserträge bezogen auf den Energieeintrag soweit gesteigert werden, dass eine positive Energiebilanz erzielt wurde. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm der eingangs genannten Art im Hinblick auf eine höhere Faulgasausbeute zu verbessern.From DE 199 40 994 B4 a method for the treatment of sewage sludge is known in which an increase of the gas yield is achieved by treating digested sludge with a high-pressure homogenizer. However, the improvement for a positive energy balance was still insufficient. Only by an upstream thickening (dehydration) of the digested sludge, the specific gas yields were increased relative to the energy input so far that a positive energy balance was achieved. The object of the invention is to improve a process for the treatment of sewage sludge of the type mentioned in terms of a higher Faulgasausbeute.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass ein Teil des Faulschlammes aus dem Faulbehälter, vorzugsweise aus dem Sumpf des Faulbehälters, herausgeleitet, in einer Entgasungsvorrichtung unter Niederdruck entgast und in den Faulbehälter zurückgeleitet wird. Durch die Entgasung unter Niederdruck wird nicht nur zusätzliches Faulgas gewonnen, sondern auch die Effektivität des Faulprozesses im Faulbehälter erhöht, sodass dort zusätzliche Faulgasmengen entstehen. Bei Tests stellte sich heraus, dass Schlammproben, die vor ihrer Behandlung mit einem Hochdruckhomogenisator bei 50 bar bis 400 bar einer intensiven Entgasung unterzogen wurden, bei gleichem Energieeintrag eine um ein Drittel erhöhte spezifische Gasproduktion aufwiesen. Offenbar wird der Verfaulungsprozess durch die Erzeugung von Mikroblasen aus Faulgas, die sich an Schlammagglomeraten binden, behindert. Die erfindungsgemäße Entgasungsvorrichtung führt diese Mikroblasen zusammen, sodass ein zusammenhängendes Gasvolumen entsteht, welches sich leicht von dem Faulschlamm separieren lässt.The invention solves this problem in that a part of the digested sludge from the digester, preferably out of the sump of the digester, led out, degassed in a degassing under low pressure and returned to the digester. By degassing under low pressure not only additional digester gas is obtained, but also increases the effectiveness of the digestion process in the digester, so that there additional Faulgasmengen arise. Tests have shown that sludge samples subjected to intense degassing before being treated with a high-pressure homogenizer at 50 to 400 bar had a one-third increase in specific gas production with the same energy input. Apparently, the digestion process is hampered by the generation of microbubbles from biogas, which bind to sludge agglomerates. The degassing device according to the invention brings these microbubbles together, so that a coherent gas volume is formed, which can be easily separated from the digested sludge.
Die Energieausbeute kann noch verbessert werden, wenn der aus dem Faulbehälter herausgeleitete Faulschlamm durch einen Niederdruckhomogenisator homogenisiert wird, bevor er in den Faulbehälter zurückgeleitet wird. Bei Verwendung eines Hochdruckhomogenisators muss nämlich der aus einem Schlamm- /Gasgemisch bestehende Faulschlamm auf hohen Druck verdichtet werden. Dabei ist isotherme Verdichtungsarbeit an dem im Faulschlamm enthaltenen Gas aufzuwenden. Diese für die Verdichtungsarbeit aufzuwendende Energieeinsatz kann beispielsweise bei einer Druckerhöhung von 150 bar etwa 15 % des gesamten Energieeintrages erreichen. Der für die Verdichtung aufgewandte Energieeinsatz steht nicht für die Homogenisierung des Faulschlammes zur Verfügung und ist deshalb verloren. Darüber hinaus wird die Effektivität des Hochdruckhomogenisators verringert, weil ein zweistelliger %satz des durchfließenden Schlamm-/Gasgemisches aus Gas besteht und deshalb bei gegebenem Volumendurchsatz pro Zeiteinheit ein entsprechender zweistelliger %satz weniger zur Behandlung des Faulschlammes zur Verfügung steht. Bei der Behandlung des Faulschlammes durch einen Niederdruckhomogenisator kann daher die Energiebilanz verbessert werden.The energy yield can be further improved if the sludge discharged from the digester is homogenized by a low-pressure homogenizer before it is returned to the digester. Namely, when using a high-pressure homogenizer, the digested sludge consisting of a sludge / gas mixture must be compressed to high pressure. In this case, isothermal compression work is spent on the gas contained in the digested sludge. This expended energy for the compression work, for example, at a pressure increase of 150 bar about 15% of the total energy input to reach. The energy used for the compaction is not available for the homogenization of the digested sludge and is therefore lost. In addition, the effectiveness of the high-pressure homogenizer is reduced because a two-digit% rate of the flowing sludge / gas mixture consists of gas and therefore for a given volume flow rate per unit time a corresponding two-digit percentage less available for the treatment of digested sludge. In the treatment of the digested sludge by a low-pressure homogenizer, therefore, the energy balance can be improved.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Entgasungsvorrichtung einen Zerkleinerer zur Abscheidung von festen Störstoffen, der ein umlaufendes Messer, eine darüber angeordnete Lochplatte und darüber eine Beruhigungszone aufweist, in der sich ein aus dem Faulschlamm abgeschiedenes zusammenhängendes Faulgasvolumen ansammelt, welches über ein Gasauslassventil entnehmbar ist. Im Zerkleinerer werden die Mikrogasblasen durch das umlaufende Messer von festen Störstoffen im Klärschlamm getrennt und zu größeren Gasansammlungen vereinigt. Die darüber angeordnete Lochplatte hält größere Schlammteilchen zurück, bis diese zerkleinert sind und lässt nur den bereits entsprechend behandelten Faulschlamm in die Beruhigungszone eintreten, wo sich das Faulgas vom Faulschlamm trennt und nach oben durch das Gasauslassventil entnommen werden kann. Durch das Gasauslassventil wird im Innenraum der Entgasungsvorrichtung ein Mindestdruck aufrecht erhalten, sodass die gelösten Gasmengen in Lösung bleiben und nicht neue Mikrogasblasen bilden können.In a preferred embodiment of the invention, the degassing device comprises a crusher for the separation of solid contaminants, which has a rotating knife, a perforated plate arranged above and a calming zone in which a contiguous Faulgasvolumen deposited from the digested sludge accumulates, which can be removed via a gas outlet valve , In the shredder, the microbubbles are separated by the rotating knife of solid impurities in sewage sludge and combined to larger gas collections. The perforated plate arranged above retains larger sludge particles until they are comminuted and allows only the already appropriately treated sludge to enter the settling zone, where the digester gas separates from the sludge and can be removed upwards through the gas outlet valve. By the gas outlet valve, a minimum pressure is maintained in the interior of the degassing, so that the dissolved gas remain in solution and can not form new microbubbles.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entgasungsvorrichtung eine Förderpumpe, die vorzugsweise als Drehkolbenpumpe oder als Exzenterschneckenpumpe mit einem oberen Pumpeneingang und mit einem unteren Pumpenausgang ausgestaltet ist, und eine den Pumpenausgang mit dem Pumpeneingang verbindende Rückführungsleitung mit einem Gasauslassventil umfasst, wobei das sich in der Rückführleitung abscheidende Faulgas über das Gasauslassventil entnehmbar ist. In der Förderpumpe wird der Faulschlamm nicht nur gefördert, sondern auch entgast. Das aufsteigenden Faulgas entweicht nach oben und sammelt sich in der nach oben führenden Rückführleitung an, wo es durch das Gasauslassventil unter Druck gehalten und bei Bedarf entnommen wird.In an embodiment of the invention it is provided that the degassing a feed pump, preferably as Rotary pump or eccentric screw pump is designed with an upper pump inlet and with a lower pump outlet, and a return line connecting the pump output with the pump inlet comprising a gas outlet valve, wherein the segregating in the return line sewer gas can be removed via the gas outlet valve. In the pump, the digested sludge is not only promoted, but also degassed. The rising digester gas escapes upwards and collects in the upwardly leading return line, where it is held under pressure by the gas outlet valve and removed as needed.
Schließlich kann der Entgasungsgrad weiter erhöht werden durch die Maßnahme, dass die Entgasungsvorrichtung eine im Wesentlichen horizontal angeordnete Rohrerweiterung mit einem Gasauslassventil aufweist, wobei das sich in einer oberen Beruhigungszone der Rohrerweiterung abscheidende Faulgas über das Gasauslassventil entnehmbar ist. In der Rohrerweiterung verringert sich die Fließgeschwindigkeit des Faulschlammes, sodass er im Bereich der Rohrerweiterung relativ lange verweilt. Aufgrund der längeren Verweilzeit kommt es hier verstärkt zur Ausscheidung von Faulgas, welches wiederum über das Gasauslassventil unter Druck gehalten und bei Bedarf entnommen werden kann.Finally, the degree of degassing can be further increased by the measure that the degassing device has a substantially horizontally arranged pipe extension with a gas outlet valve, wherein the segregating in an upper calming zone of the pipe extension digester gas via the gas outlet valve can be removed. In the pipe extension, the flow rate of the digested sludge is reduced so that it lingers relatively long in the area of the pipe extension. Due to the longer residence time it comes here increasingly to the elimination of digester gas, which in turn can be kept under pressure via the gas outlet valve and removed if necessary.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet besonders effektiv, wenn der Faulschlamm in der Entgasungsvorrichtung nacheinander eine erste Stufe mit einem Zerkleinerer und Lochplatte, eine zweite Stufe mit einer Förderpumpe und Rückführleitung, und eine dritte Stufe mitThe inventive method works particularly effective when the digested sludge in the degassing successively a first stage with a crusher and perforated plate, a second stage with a feed pump and return line, and a third stage with
Rohrerweiterung durchläuft, wobei das jeweils abgeschiedene Faulgas über je ein Gasauslassventil mit dem im Faulbehälter entstehenden Faulgas zusammengeführt wird. Beim Durchlaufen der in der genannten Reihenfolge hintereinander angeordneten Stufen der Entgasungsvorrichtung erhält man eine möglichst weitgehende Entgasung mit hohen Faulgasausbeuten.Passes pipe expansion, wherein the each separated digester gas is merged via a respective gas outlet valve with the digester gas produced in the digester. When passing through the successively arranged in the order named stages of Degassing is obtained as far as possible degassing with high Faulgasausbeuten.
Durch die Maßnahme, dass der Faulschlamm nach Durchlaufen der Entgasungsvorrichtung durch den Niederdruck-Homogenisator in den Faulbehälter geleitet wird, erhält man eine wesentliche effektivere Homogenisierung des Faulschlamms und damit eine noch höhere Ausbeute an Faulgas im nachfolgenden Faulprozess im Faulbehälter.By the measure that the digested sludge is passed through the low-pressure homogenizer after passing through the degassing device into the digester, one obtains a substantially more effective homogenization of the digested sludge and thus an even higher yield of digester gas in the subsequent digestion process in the digester.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.
Die einzige Figur zeigt im Einzelnen:The single figure shows in detail:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 1: a schematic representation of the method according to the invention.
In der Figur erkennt man einen Faulbehälter 1 , in welchem sich der Faulprozess abspielt. Rohschlamm 2 aus der Kläranlage wird in den Faulbehälter 1 eingefüllt und mit den darin befindlichen Bakterien vermengt. Durch diese wird der Schlamm einer anaeroben Vergärung unterzogen, die zum gewünschten Abbau organischer Inhaltsstoffe führt und Faulgas 3 erzeugt. Das Faulgas 3 sammelt sich im oberen Bereich des Faulbehälters 1 an und kann hier entnommen werden.In the figure, one recognizes a digester 1, in which the digestion process takes place. Raw sludge 2 from the sewage treatment plant is introduced into the digester 1 and mixed with the bacteria contained therein. Through this, the sludge is subjected to an anaerobic fermentation, which leads to the desired degradation of organic ingredients and produces biogas 3. The biogas 3 accumulates in the upper region of the digester 1 and can be removed here.
Beim Gärprozess wird sich das entstehenden Faulgas zunächst in der Flüssigkeit des Faulschlamms lösen, bis ein Lösungsgleichgewicht überschritten ist. Bei Übersättigung bilden sich Gasblasen, die im Laufe der Zeit anwachsen, wodurch sich ihr Auftrieb erhöht. Nach Überwinden lokaler Haftkräfte oder sonstiger Hindernisse wandern die Gasblasen an die Schlammoberfläche und treten in einen Gasraum ein, der sich über der Schlammoberfläche im Faulbehälter 1 bildet. Das Faulgas besteht aus 55 % bis 70 % CH4, 29 % bis 44 % CO2 und 1 % Spurenelementen. Typische Faulbehälter haben ein Volumen von 1000 m3 bis 8000 m3 und eine Höhe von 10 m bis 20 m. Bei dieser Größe wird zur Förderung des Faulprozesses und zur besseren Durchmengung der Faulschlamm im Faulbehälter 1 umgewälzt, welches in der Fig. 1 durch den Rezirkulationsweg 4 angedeutet ist. Nach der Behandlung im Faulbehälter 1 wird der Faulschlamm 5 aus dem Faulbehälter 1 abgepumpt und einer weiteren Verwendung zugeführt.During the fermentation process, the resulting digester gas will first dissolve in the liquid of the digested sludge until a solution equilibrium is exceeded. In supersaturation gas bubbles form, which increase over time, which increases their buoyancy. After overcoming local adhesive forces or other obstacles, the gas bubbles migrate to the surface of the sludge and enter a gas space which forms above the sludge surface in the digester 1. The digester gas consists of 55% to 70% CH 4 , 29% to 44% CO 2 and 1% trace elements. Typical digesters have a volume of 1000 m 3 to 8000 m 3 and a height of 10 m to 20 m. In this size, the digested sludge is circulated in the digester 1 to promote the digestion process and for better mixing, which is indicated in the Fig. 1 by the Rezirkulationsweg 4. After treatment in the digester 1, the digested sludge 5 is pumped out of the digester 1 and fed to a further use.
Ein Teil des Faulschlamms 6 wird aus dem Sumpf des Faulbehälters 1 entnommen, behandelt und schließlich wieder zugeführt, um die Ausbeute an Faulgas zu erhöhen. Im Sumpf des Faulbehälters 1 steht derA part of the digested sludge 6 is taken from the sump of the digester 1, treated and finally fed back to increase the yield of digester gas. In the bottom of the digester 1 is the
Faulschlamm aufgrund der statischen Höhe unter einem Überdruck von 1 bis 2 bar. Aufgrund des Lösungsgleichgewichtes sind etwa 1700 g CO2 und 25 g CH4 pro m3 Schlamm gelöst. Die Gasbildungsrate beträgt normalerweise 400 bis 500 Liter lN/kg zugeführter organischer Trockenmasse. Dabei befinden sich üblicherweise 21 bis 40 kg organische Trockenmasse in einem Kubikmeter Schlamm. Dann beträgt die spezifische Faulgasbildung maximal 20 m3 N pro m3 Schlamm und Tag. Mit im Mittel 65 % Methan und 34 % Kohlendioxid entspricht dies 13 m3 N Methan (9,3 kg) und 7m3 N Kohlendioxid (13,7 kg). Damit entstehen pro Stunde und Kubikmeter Schlamm 0,54 m3 N Methan (0,39 kg) und 0,29 m3 N Kohlendioxid (0,57 kg). Nach dem Lösungsgleichgewicht ist der Schlamm nach drei Stunden mit Kohlendioxid und Methan gesättigt. Bei einer mittleren Verweilzeit von 15 bis 20 Tagen im Faulbehälter kann man somit den Schlamm als gesättigt betrachten. Das zusätzlich produzierte Gas liegt jetzt als freies, dispers verteiltes Faulgas in Form von Mikroblasen im Schlammvolumen vor. Es ist bekannt, dass sich diese Mikroblasen bevorzugt an und in Schlammagglomeraten binden.Digested sludge due to the static height under an overpressure of 1 to 2 bar. Due to the solution equilibrium, about 1700 g of CO 2 and 25 g of CH 4 per m 3 of sludge are dissolved. The gasification rate is normally 400 to 500 liters 1 N / kg of organic dry matter fed. Usually there are 21 to 40 kg of organic dry matter in one cubic meter of sludge. Then the specific biogas production is a maximum of 20 m 3 N per m 3 of mud and day. With an average of 65% methane and 34% carbon dioxide, this corresponds to 13 m 3 N methane (9.3 kg) and 7m 3 N carbon dioxide (13.7 kg). This produces 0.54 m 3 N methane (0.39 kg) and 0.29 m 3 N carbon dioxide (0.57 kg) per hour and cubic meter of sludge. After the solution equilibrium, the sludge is saturated with carbon dioxide and methane after three hours. With a mean residence time of 15 to 20 days in the digester can thus consider the sludge as saturated. The additionally produced gas is now present as a free, dispersed digestion gas in the form of microbubbles in the sludge volume. It is known that these microbubbles bind preferentially to and in sludge agglomerates.
Dieses Faulgas 6 wird jetzt einer Entgasungsvorrichtung zugeführt. In einer ersten Stufe umfasst die Entgasungsvorrichtung einen Zerkleinerer 7, der einerseits ein nicht dargestelltes umlaufendes Messer und eine darüber angeordnete Lochplatte 8 aufweist. Oberhalb der Lochplatte 8 befindet sich eine Beruhigungszone 9. Durch die Bewegungen des Messer im Zerkleinerer 7 werden Mikroblasen von Agglomeraten im Faulschlamm 6 gelöst und die Agglomerate zerkleinert. Es handelt sich hier um einen handelsüblichen Zerkleinerer zur Abscheidung von festen Störstoffen. Die Lochplatte 8 weist Bohrungen mit einem Durchmesser von 2 mm bis 6 mm, vorzugsweise 4 mm auf. Das umlaufende Messer und die spezielle Lochplatte 8 trennen den Schlamm von anhaftenden Gasblasen, die sich in der Beruhigungszone 9 zu einem zusammenhängenden Gasvolumen vereinigen. Aus diesem Gasvolumen kann Faulgas 10 über ein Gasauslassventil 11 entnommen werden.This biogas 6 is now fed to a degassing device. In a first stage, the degassing device comprises a Crusher 7, on the one hand has an unillustrated rotating knife and a perforated plate 8 arranged above. Above the perforated plate 8 is a calming zone 9. By the movements of the knife in the crusher 7 microbubbles of agglomerates are dissolved in the digested sludge 6 and crushed the agglomerates. This is a commercial crusher for the separation of solid impurities. The perforated plate 8 has holes with a diameter of 2 mm to 6 mm, preferably 4 mm. The rotating blade and the special perforated plate 8 separate the sludge from adhering gas bubbles, which unite in the calming zone 9 to a continuous gas volume. For this gas volume sewer gas 10 can be removed via a gas outlet valve 11.
Aus der oberen Beruhigungszone 9 strömt der Faulschlamm 12 weiter zu einer zweiten Stufe der Entgasungsvorrichtung. Diese besteht aus einer Förderpumpe 13, die als Drehkolbenpumpe oder als Exzenterschnecke ausgestaltet ist und einen oberen Pumpeneingang 14 sowie einen unteren Pumpenausgang 15 aufweist. Der Pumpenausgang 15 ist über eine Rückführleitung 16 mit dem Pumpeneingang 14 verbunden. Die Rückführleitung 16 bildet wieder eine Beruhigungszone, in der sich Gasblasen zu einem zusammenhängenden Gasvolumen vereinen, nachdem der Kolben oder die Förderschnecke der Förderpumpe 13 zu einer Freisetzung der anhaftenden Gasblasen beigetragen hat. Im oberen Bereich ist die Rückführleitung 16 mit einem Gasauslassventil 17 verbunden.From the upper calming zone 9, the digested sludge 12 continues to flow to a second stage of the degassing device. This consists of a feed pump 13, which is designed as a rotary piston pump or eccentric screw and has an upper pump inlet 14 and a lower pump outlet 15. The pump outlet 15 is connected to the pump inlet 14 via a return line 16. The return line 16 again forms a calming zone, in which gas bubbles combine to form a coherent gas volume, after the piston or the screw conveyor of the feed pump 13 has contributed to a release of the adhering gas bubbles. In the upper area, the return line 16 is connected to a gas outlet valve 17.
Der nunmehr stärker entgaste Faulschlamm 18 gelangt vom Pumpenausgang 15 der Förderpumpe 13 zu einer dritten Stufe der Entgasungsvorrichtung. Diese besteht aus einer Rohrerweiterung 19, welche vom Faulschlamm im Wesentlichen in horizontaler Richtung durchströmt wird. Aufgrund des größeren Querschnittes der Rohrerweiterung verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Verweilzeit des Schlammes in der Rohrerweiterung 19. Dies gibt den im Faulschlamm noch enthaltenen Gasbläschen Gelegenheit aufzusteigen und sich in einer im oberen Teil der Rohrerweiterung 19 befindlichen Beruhigungszone 20 zu sammeln. Auch die Rohrerweiterung ist an ihrer Oberseite mit einem Gasauslassventil 21 verbunden, durch welches das gesammelte Faulgas entnommen werden kann.The now more degassed digested sludge 18 passes from the pump outlet 15 of the feed pump 13 to a third stage of the degassing. This consists of a pipe extension 19, which from the digested sludge substantially in the horizontal direction is flowed through. Due to the larger cross section of the pipe extension reduces the flow rate and thus the residence time of the sludge in the pipe extension 19. This gives the gas bubbles contained in the sludge opportunity to ascend and collect in a located in the upper part of the pipe extension 19 calming zone 20. Also, the tube extension is connected at its top with a gas outlet valve 21, through which the collected digester gas can be removed.
Der nun weitgehend entgaste Faulschlamm 22 gelangt aus derThe now largely degassed digested sludge 22 comes out of the
Rohrerweiterung 19 in den Niederdruckhomogenisator 23. Hierbei handelt es sich um einen aus der Lebensmitteltechnik bekannten Homogenisator, welcher aus einem oder mehreren Homogenisatorventilen besteht, durch die die zu homogenisierende Masse gepresst wird. In den Homogenisatorventilen muss die Masse einen schmalen Ringspalt durchströmen, wobei größere Bestandteile zerkleinert werden. Dies führt zu einer Homogenisierung des Faulschlammes. Aufgrund der Homogenisierung erhöht sich die innere Oberfläche der enthaltenen Schlammteilchen, an der die Faulbakterien angreifen. Der entgaste und homogenisierte Faulschlamm 24 wird nun in den Faulbehälter 1 zurückgeführt.Pipe extension 19 in the low pressure homogenizer 23. This is a known from the food industry homogenizer, which consists of one or more homogenizer valves through which the mass to be homogenized is pressed. In the homogenizer valves, the mass must flow through a narrow annular gap, whereby larger components are comminuted. This leads to a homogenization of the digested sludge. Due to the homogenization, the inner surface of the contained mud particles increases, on which the digestive bacteria attack. The degassed and homogenized digested sludge 24 is now returned to the digester 1.
Aufgrund der Entgasung einerseits und der Homogenisierung andererseits kommen die Faulbakterien besser mit den zu zersetzenden Schlammteilchen in Berührung, wodurch der Faulprozess sehr viel effektiver abläuft als mit unbehandeltem Faulschlamm. Dadurch entsteht wesentlich mehr Faulgas bezogen auf die Faulschlammmenge als ohne die erfindungsgemäße Entgasung. Zu dem wird das bei der Entgasung frei werdende Faulgas aus den Gasauslassventilen 11 , 17, 21 entnommen und dem im Faulbehälter 1 enthaltenen Faulgas hinzugefügt. Hierfür sind die Gasauslassventile 11 , 17, 21 automatisch ansteuerbar. Die Rückführung des Faulgases in den Faulbehälter 1 erfolgt während einer Spülphase des Homogenisators 23. Dabei wird das Faulgas in die Rückführleitung zum Faulbehälter 1 eingespeist. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist lediglich ein spezifischer Energieeintrag von 5,5 kWh/m3 Schlamm notwendig, wobei eine Steigerung des organischen Abbaugrades um 25 % erzielt wird. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich der elektrischen Energiebilanz nicht nur autark, sondern produziert einen elektrischen Energieüberschuss von 30 % bezogen auf die eingesetzte elektrischeDue to the degassing on the one hand and the homogenization on the other hand, the digested bacteria come into better contact with the sludge particles to be decomposed, whereby the digestion process is much more effective than with untreated sludge. This results in significantly more digester gas based on the amount of sludge than without degassing the invention. In addition, the digester gas released in the degassing is taken from the gas outlet valves 11, 17, 21 and added to the digester gas contained in the digester 1. For this are the gas outlet valves 11, 17, 21 automatically controlled. The return of the digester gas into the digester 1 takes place during a rinsing phase of the homogenizer 23. The digester gas is fed into the return line to the digester 1. To carry out the process according to the invention, only a specific energy input of 5.5 kWh / m 3 of sludge is necessary, whereby an increase of the organic degree of degradation by 25% is achieved. Thus, the inventive method with respect to the electrical energy balance is not only self-sufficient, but produces an electrical energy surplus of 30% based on the electrical used
Energie. Aufgrund der hohen Energieausbeute ist man nicht auf den durch einen Zellzerstörung zu erzielenden Energiegewinn angewiesen. Eine Zellzerstörung kann aber erst mit Drücken von mehr als 400 bar erreicht werden. Mit Vorteil arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren bei sehr viel geringerem Druck. Dies hat auch den Vorteil, dass ein sehr viel kostengünstiger Niederdruck-Homogenisator eingesetzt werden kann. Energy. Due to the high energy yield, one does not rely on the energy gain to be achieved by a cell destruction. However, cell destruction can only be achieved with pressures of more than 400 bar. Advantageously, the process of the invention operates at a much lower pressure. This also has the advantage that a very inexpensive low-pressure homogenizer can be used.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Faulbehälter1 digester
2 Rohschlamm2 raw sludge
3 Faulgas3 digester gas
4 Rezirkulationsweg4 recirculation path
5 Faulschlamm5 sludge
6 Faulschlamm6 sludge
7 Zerkleinerer7 crushers
8 Lochplatte8 perforated plate
9 Beruhigungszone9 calming zone
10 Faulgas10 digester gas
11 Gasauslassventil11 gas outlet valve
12 Faulschlamm12 sludge
13 Förderpumpe13 feed pump
14 Pumpeneingang14 pump input
15 Pumpenausgang15 pump outlet
16 Rückführleitung16 return line
17 Gasauslassventil17 gas outlet valve
18 Faulschlamm18 sludge
19 Rohrerweiterung19 pipe extension
20 Beruhigungszone20 calming zone
21 Gasauslassventil21 gas outlet valve
22 Faulschlamm22 sludge
23 Homogenisator23 homogenizer
24 Homogenisierter Faulschlamm 24 Homogenized sludge
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