WO2016188508A1

WO2016188508A1 - Method for bioseparating organic materials

Info

Publication number: WO2016188508A1
Application number: PCT/DE2016/000215
Authority: WO
Inventors: Kai-Uwe Maier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2017-11-22
Also published as: DE102015006643A1

Abstract

In the technical usage, fermentation has until now been used exclusively to obtain organic molecules. As an extension of this function, only selected fractions of biogenic origin are converted in a mixed fraction. A physically-exploitable separation is achieved as a result of this imbalance, and owing to the resulting size distribution. The use of this selective property permits the use of mixed fractions that contain organic material of biogenic origin as a contaminating or preexisting portion, with the aim of removing this so as to allow a secondary exploitation.

Description

Verfahren zur Bioseparation organischen Materials. Method for bioseparation of organic material.

Die Fermentation als einfaches Verfahren zur Darstellung organischer Moleküle findet in der technischen Produktion eine breite Anwendung. Fermentation as a simple process for the preparation of organic molecules is widely used in technical production.

In der Ausführung als Biogasanlage schließen methanogene Bakterien unter anaeroben Bedingungen Nährstoffe aus organischem Material biogenen Ursprungs auf. Als Nebenprodukt dieses Prozesses entsteht ein methanhaltiges, brennbares Gasgemisch, welches in dieser Eigenschaft zur Strom- und Wärmeproduktion geeignet ist. In the design as a biogas plant include methanogenic bacteria under anaerobic conditions nutrients from organic material of biogenic origin. As a by-product of this process, a methane-containing, combustible gas mixture is formed, which is suitable in this capacity for power and heat production.

Eine Ausrichtung, welche die energetische Verwertung als alleinigen technischen Nutzen des Verfahrens ansieht, bedingt das sich der Wirkungsgrad der Biogasanlage ausschließlich an der zu erwartenden Gasausbeute messen lassen muss. Um dieses Ziel und damit die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage zu steigern wird ein enormer technischer Aufwand betrieben, welcher sich in Folgeproblemen für die Landwirtschaft und die Umwelt niederschlägt. Nicht zuletzt zeigt die staatliche Förderung dass ein wirtschaftlicher Betrieb mit den gegebenen Mitteln nicht möglich ist. An orientation, which regards the energetic utilization as sole technical benefit of the procedure, requires that the efficiency of the biogas plant must be measured only on the expected gas yield. In order to increase this goal and thus the profitability of the biogas plant an enormous technical effort is made, which is reflected in subsequent problems for agriculture and the environment. Last but not least, the state subsidy shows that an economic operation is not possible with the given means.

Indem primär nicht die Nebenprodukte der anaeroben Fermentation genutzt werden, sondern die Selektivität der bakteriengestützten Reaktion wirkt die anaerobe By not primarily the byproducts of anaerobic fermentation are used, but the selectivity of the bacteria-based reaction affects the anaerobic

Fermentation als Filter. In einer Mischfraktion findet ausschließlich die Umsetzung ausgewählter Fraktionen biogenen Ursprungs statt. In dieser Einseitigkeit findet, aufgrund der entstehenden Größenverteilung, eine physikalisch verwertbare Trennung statt. Die Nutzung dieser selektiven Eigenschaft erschließt die Einsatzmöglichkeit von Mischfraktionen welche organisches Material biogenen Ursprungs als störenden oder gegebenen Anteil enthalten, mit dem Ziel diese zu trennen und einer weiterführenden Wertschöpfung anzudienen. Der primäre Ansatz das Verfahren zur energetischen Verwertung von methanhaltigen, brennbaren Gasgemischen heranzuziehen bleibt überdies erhalten. Unter Beibehalt der bisherigen Verfahrensströme ist es mit den etablierten Anlagen möglich, exemplarisch Grüngut aus dem Urbanen Gartenbau oder der Fermentation as a filter. In a mixed fraction, only the implementation of selected fractions of biogenic origin takes place. In this one-sidedness, due to the resulting size distribution, a physically usable separation takes place. The use of this selective property opens up the possibility of using mixed fractions containing organic material of biogenic origin as a disturbing or given fraction, with the aim to separate them and to serve further value creation. The primary approach to use the process for the energetic utilization of methane-containing, combustible gas mixtures is also obtained. While maintaining the current process flows, it is possible with the established plants, exemplarily greens from urban horticulture or the

Landschaftspflege in den Prozessablauf zu integrieren. Als Grüngut wird in diesem Fall eine Mischfraktion aus krautigen und holzigen Bestandteilen in variablem Mengenanteil angesehen. Die Verwertung in Kompostieranlagen wird aufgrund des holzigen Anteils erschwert. Andererseits verhindern die krautigen Beimengen die Verwendung als Brenngut in einem Hackschnitzelkraftwerk. Im Ergebnis führt dies dazu das derartige Abfallstoffe keiner Wertschöpfung unterzogen, oder aufwendig manuell getrennt werden müssen. Dieses nicht notwendige Problem findet seine Lösung in der Selektivität der anaeroben Fermentation durch methanogene Bakterien. Das Grüngut muss Integrate landscape management into the process flow. Green waste in this case is considered to be a mixed fraction of herbaceous and woody constituents in a variable proportion. The utilization in composting plants is made more difficult due to the woody content. On the other hand, the krautigen admixtures prevent the use as fuel in a wood chip power plant. As a result, this leads to such waste materials no added value, or laboriously separated manually. This unnecessary problem finds its solution in the selectivity of anaerobic fermentation by methanogenic bacteria. The greenery must

entsprechend den technischen Bedingungen der Biogasanlage und zur Gewährleistung einer raschen Umsetzung vorzerkleinert werden. Im Reaktionsbehälter bewirken die methanogenen Bakterien eine selektiv einseitige Umsetzung des krautigen Materials. Die holzigen Bestandteile behalten aufgrund der bakteriell nicht verwertbaren be pre-crushed according to the technical conditions of the biogas plant and to ensure rapid implementation. In the reaction vessel, the methanogenic bacteria cause a selective unilateral reaction of the herbaceous material. The woody components retain due to the bacterially unusable

Faserstruktur ihre Gestalt bei. Nach Ablauf der Fermentation ist aus dem ursprünglichen Gemisch eine nach Eigenschaft selektierte Größenverteilung entstanden. Die Fiber structure in its shape. After the end of the fermentation, a size distribution selected by property has been obtained from the original mixture. The

Fraktionen können nun mit Hilfe einfacher Siebanlagen voneinander getrennt und der jeweils sinnvollen Wertschöpfung zugeführt werden. Dem Eingangsbeispiel folgend, werden die holzigen Bestandteile dem Einsatz in einem Hackschnitzelkraftwerk, die krautigen Bestandteile zum weiteren Aufschluss einem Kompostierwerk zugeführt. Fractions can now be separated from each other with the help of simple sieving and each of the meaningful added value can be supplied. Following the initial example, the woody components are fed into a wood chip power plant, the herbaceous components for further digestion a composting.

Weit größeren Nutzen erfährt man wenn die etablierten Anlagen aus den bisherigen Verfahrensströmen herausgenommen werden. So findet sich im Urbanen Hausmüll eine Fraktion organischen Materials biogenen Ursprungs, durchsetzt von Glas, Metall und Kunststoffen, oder landläufig Wertstoffen. In der Selektivität der anaeroben Far greater benefits are experienced when the established systems are removed from the previous process streams. For example, Urban Household Waste contains a fraction of organic material of biogenic origin, interspersed with glass, metal and plastics, or commonly recyclables. In the selectivity of the anaerobic

Fermentation können diese Wertstoffe nicht umgesetzt werden. Mit dem Eintrag in die Biogasanlage wird nun eine saubere Trennung von Speiseresten, Hygienemüll und anderem organischen Material biogenen Ursprungs erzielt. Die enthaltenen Wertstoffe lassen sich aufgrund der nach Eigenschaft selektierten Größenverteilung wiederum absieben und gezielt der Recyclingindustrie zuführen. Die weitere Trennung ist mit gängigen Mitteln wie Magnetabscheidern und Absaugventilatoren möglich. Im Fermentation these recyclables can not be implemented. With the entry into the biogas plant now a clean separation of food waste, hygiene waste and other organic material of biogenic origin is achieved. The valuable substances contained can be sieved off again due to the size distribution selected according to the property and fed specifically to the recycling industry. The further separation is possible with common means such as magnetic separators and exhaust fans. in the

Gegensatz zu, mit reinen Naturprodukten betriebenen Anlagen, dürfen die Gärreste aufgrund von Partikelverunreinigung nicht zur Düngung in die Umwelt gelangen, sondern müssen entsorgt werden. Sinnvollerweise in einem geeigneten Unlike systems operated with pure natural products, the fermentation residues must not be released into the environment for fertilization due to particulate contamination. but must be disposed of. Usefully in a suitable

Müllheizkraftwerk, um deren Beschickung weiterhin sicherzustellen. Als vorteilhaft ist anzusehen das Bakterien nicht auf Frischmaterial angewiesen sind, so ist abgesehen vom Eintrag aus dem Hausmüll auch der Versorgungsweg aus den bestehenden Mülldeponien anzuregen, um dort gespeicherte Wertstoffe der Recyclingindustrie zuführen zu können. Das Potential der Mülldeponien ist auch im Hinblick auf die energetische Verwertung anzustreben. Waste-to-energy plant to continue to ensure its supply. It is to be regarded as advantageous that bacteria are not dependent on fresh material, so apart from the entry from the domestic waste and the supply path from the existing landfills to encourage to be able to perform there stored recyclables of the recycling industry. The potential of landfills is also to be striven for in terms of energy recovery.

Die Parameter der Biogasanlage sind dem neuen Einsatzzweck entsprechend anzupassen. Um die organischen Materialien biogenen Ursprungs sicher sieben zu können, müssen diese eine möglichst feinkrümmelige Struktur erhalten. Am effektivsten wird dies erreicht, indem zunächst thermophile Bedingungen angesetzt und im weiteren mesophile Bedingungen gestellt werden. Dieses Temperaturprogramm ermöglicht einerseits das Einwirken unterschiedlicher Bakterienstämme, und passt andererseits den Wärmebedarf an das natürliche Vorbild der Kompostrotte an. Des weiteren ist die Beweglichkeit der Bakterien durch Anpassung des Feuchtegehalts zu gewährleisten. Zwingend erforderlich ist die Separation der Gärreste und Rückführung der flüssigen Bestandteile in den primären Reaktionsbehälter. Bei hohen Trockensubstanzgehalten ist weitere Flüssigkeitszufuhr in Form von Sickersäften aus der Zwischenlagerung oder die Einleitung von oberflächlichem Regenwasser zu empfehlen. Die zur Erweiterung der Anlage notwendigen Maschinen, bestehend aus Schredder und Siebanlage sind in ihrer Wirkungsweise so zu gestalten das der Betrieb der Anlage, bezüglich der Pump- und Rührfähigkeit nicht beeinträchtigt wird, als auch dahingehend das die eingespeiste Korngröße im Anschluss auch abgesiebt werden kann. The parameters of the biogas plant must be adapted to the new purpose. In order to be able to safely sieve the organic materials of biogenic origin, they must obtain a structure as fine as possible. This is most effectively achieved by first preparing thermophilic conditions and then placing them in mesophilic conditions. On the one hand, this temperature program enables the interaction of different strains of bacteria, and on the other hand, it adapts the heat requirement to the natural model of compost rotting. Furthermore, the mobility of the bacteria must be ensured by adjusting the moisture content. It is absolutely necessary to separate the digestate and return the liquid components to the primary reaction vessel. At high dry matter contents further liquid intake in the form of seepage juices from the intermediate storage or the discharge of superficial rainwater is recommended. The machines needed to expand the plant, consisting of shredder and screen are to be designed in their mode of operation so that the operation of the system, in terms of pumping and stirring capacity is not affected, and to the extent that the fed grain size can be screened subsequently.

Unter Einbeziehung der Selektivität der anaeroben Fermentation wird der Wirkungsgrad der etablierten Biogasanlagen um die Funktion eines Filters erweitert. Dieser Filter als Bestandteil des neuen Trennverfahrens bewirkt eine konsequente Trennung in gleichbleibender Qualität. Gerade wegen der erweiterten Funktion ist dieses Verfahren einfach in bestehende Strukturen einzugliedern. In Abhängigkeit der Struktur die ergänzt werden soll lassen sich, unter Erhalt der Gasproduktion, die verschiedensten Ziele realisieren. Sei es die Entlastung der Landwirtschaft, die Abscheidung von Including the selectivity of the anaerobic fermentation, the efficiency of the established biogas plants is extended by the function of a filter. This filter as part of the new separation process results in a consistent separation in consistent quality. Precisely because of the extended function, this procedure is easy to integrate into existing structures. Depending on the structure to be supplemented can, while maintaining the gas production, realize a variety of goals. Be it the relief of agriculture, the separation of

Wertstoffen, oder der Rückbau von Müllbergen in den Deponien. In der monetären Vergütung welche dem Betreiber aus diesen Dienstleistungen entsteht, wird auch die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage verbessert. Das wichtigste Grundziel bleibt in jedem Fall die Schonung der Umwelt. Recyclables or the dismantling of garbage in landfills. In the monetary Remuneration which the operator derives from these services also improves the profitability of the biogas plant. In any case, the most important basic objective is the protection of the environment.

Claims

claims

1. Method for bioseparation of organic material by

1.1 the mixed fraction is comminuted to a uniform particle size,

1.2 by anaerobic fermentation a one-sided decomposition of the organic material of biogenic origin takes place,

1.3 the moisture is removed from the residues of the fermentation,

1.4 in order to be able to separate the non-decomposed fractions in a sieving process.

2. The method according to claim 1, characterized in that

2.1 used for anaerobic fermentation under 1.2 methanogenic bacteria

become,

2.1.1 which initially under thermophilic conditions,

2.1.2 are then conducted under mesophilic conditions.