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DE20301645U1 - Vorrichtung zur Aufbereitung von Gülle - Google Patents

Vorrichtung zur Aufbereitung von Gülle

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DE20301645U1
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AQUEX ABWASSER und SCHLAMMBEHA
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Description

Viel &Wieske
European Patent Attorneys * Mandataires agrees pres l'Office europeen des brevets
European Trademark Attorneys * Mandataires en marques europeennes
Patentanwaltskanzlei Viel & Wieske · P.O. Box 65 04 03 · D-66143 Saarbrücken
Gesellschaft für umweltkompatible Prozeßtechnik mbH
Im Stadtwald, Geb. 47 66123 Saarbrücken
AQUEX Abwasser- und Schlammbehandlungssysteme GmbH Mühlener Str. 42
51674 Wiehl
Patentanwälte
Georg Viel, Diplom-Ingenieur Christof Viel, Ingenieur diplöme E.H.I.C.S.,
Conseil en propriete industrielle (France) Thilo Wieske, Diplom-Ingenieur
Postfach (P.O. Box) 65 04 03
D-66143 Saarbrücken
Tel.: ++49-(0)681-58 59 59
Fax: ++49-(0)681-58 59 81
Feldmannstr. 110 D-66119 Saarbrücken
kanzlei@saarpatent.de http://www.saarpatent.de
02104/03.02.2003
BESCHREIBUNG Vorrichtung zur Aufbereitung von Gülle
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Gülle.
Die technische Entwicklung im Bereich der Nutztierhaltung hat in den letzten zwei Jahrzehnten allgemein zu einer Erhöhung der Tierbestände und zu einer Umstellung der Tierhaltung von Stallmist-Jauche zu Gülle/Flüssigmist geführt. Da Flüssigmist aufgrund seiner organischen und anorganischen Inhaltsstoffe bei der Lagerung bzw. Ausbringung zu vielfältigen Umweltbelastungen (z.B. Nitratbelastung des Grundwassers, Eutrophierung von Oberflächengewässern infolge des Eintrags von Stickstoff und Phosphor, Freisetzung von Ammoniak, Lachgas und Methan in die Atmosphäre) führen kann, unterliegt dessen landwirtschaftliche Verwertung diversen umweltrechtlichen Bestimmungen.
Ust.-Id.-Nr. DE 81 21 16 997 / Steuer-Nr.: 040/166/28609
BanklSaar eG (BLZ 591 900 00) Nr. 67584007
Deutsche Bank Saar (BLZ 590 700 70) Nr. 0 742 700
Kooperation mit / cooperation with / cooperation avec:
Cabinet
VItL
Conseils en propriete industrielle F-57520 Grosbliederstroff
Patentanwaltskanzlei Dr. rer. &eegr; at. Dipl.-Biol. Ulrike Rudolph
rrosbliederstroff D-69198 Schriesheim / Heidelberg
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European Patent and Trademark Attorneys
Übersteigt die innerbetrieblich anfallende Menge an Flüssigmist diejenige, welche gemäß den geltenden umweltrechtlichen Bestimmungen auf den vorhandenen betriebseigenen Flächen ausgebracht werden darf, so ist die entsprechende Überschuß-Menge als Abfall einzustufen und dementsprechend nach Möglichkeit stofflich oder energetisch zu verwerten.
Die Anforderungen an eine geeignete Technologie zur nachhaltigen (d.h. umweltverträglichen und zugleich wirtschaftlichen) Entsorgung von Gülle aus der Tierhaltung (insbesondere aus der gewerblichen Tierhaltung lassen sich wie folgt zusammenfassen :
• Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit bei möglichst geringen spezifischen Betriebskosten
• minimaler spezifischer Nettoverbrauch an Primärenergie durch maximale Ausschöpfung des Energiegehalts der organischen Gülle-Inhaltsstoffe
• Lagerungsfähigkeit, ökologische und seuchenhygienische Unbedenklichkeit der Aufbereitungsprodukte, um eine Rückführung derselben in den landwirtschaftlichen bzw. betrieblichen Stoffkreislauf ohne negative Auswirkungen auf die Umwelt oder den Tierbestand zu ermöglichen
• minimaler Transportaufwand für die Entsorgung der anfallenden Abfälle
• Minimierung der zu beseitigenden Abfallmengen (d.h. Einsparung von Deponieraum)
• minimale Geruchsemissionen
• Vermeidung/Minimierung des Austrage von Tierarzneimitteln in die Umwelt
• minimaler Platzbedarf durch Einsatz von Kompakt-Anlagen mit hohem Wirkungsgrad bzw. mit hoher Raum-Zeit-Ausbeute
Die bislang verfügbaren bzw. technisch erprobten Technologien zur Teil- bzw. Vollaufbereitung von Gülle entsprechen diesem Anforderungsspektrum entweder nur zum Teil oder sind mit hohen Kosten verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Gülle zu schaffen, die die oben genannten technischen Anforderungen bei gleichzeitig minimalen Kosten erfüllt.
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European Patent and Trademark Attorneys
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel zum Abtrennen, Pelletieren und Trocknen von Feststoffen in der Gülle vorgesehen sind, an die sich Mittel zum Verbrennen der getrockneten Güllepellets anschließen, daß Mittel zum Strippen von Ammoniak aus der von Feststoffen im wesentlichen befreiten flüssigen Gülle vorgesehen sind und daß Mittel zum biologischen Reinigen der danach vorliegenden Flüssigphase vorgesehen sind.
In dieser Vorrichtung werden die folgenden Verfahrensschritte vollzogen :
• Abtrennung, Trocknung und energetische Verwertung der Feststoffe
• Ammoniak-Strippung aus der wässrigen Phase
• Aufbereitung der wässrigen Phase bis auf Brauchwasserqualität.
Der der Vorrichtung zugrundeliegende Gedanke ist es, den hohen Energiegehalt (Heizwert) der organischen Gülle-Inhaltsstoffe maximal nutzbar zu machen, die anorganischen Nährstoffe (N, P) für Düngezwecke weitgehend zurückzugewinnen und die organisch belastete wässrige Phase soweit aufzubereiten, daß sie Brauchwasserqualität aufweist und innerbetrieblich als Prozeßwasser wiederverwendet werden kann (z.B. zur Bodenreinigung in den Stallungen oder zur Bewässerung von Freilandkulturen).
Die in der Rohgülle enthaltenen Feststoffe (50 bis 120 kg/m3) weisen einen oTS-Gehalt von ca. 75 % auf. Sie sollen auf wirtschaftliche Weise von der wässrigen Phase abgetrennt und bis auf eine Restfeuchte von ca. 5 % getrocknet werden. In dieser Form haben sie einen Heizwert von 22.000 bis 25.000 kJ/kg, welcher ungefähr dem von Braunkohle entspricht.
Die feststoff-freie Flüssig-Gülle enthält bekanntlich noch große Mengen an Ammonium/Ammoniak (bis zu 5.000 mg/1). Diese sollen durch Luftstrippung in die Gasphase überfuhrt und nachfolgend in einer schwefelsauren Waschlösung in Form von Ammoniumsulfat gebunden werden. Die so gewonnene Ammoniumsulfat-Lösung kann anschließend als Stickstoff-Flüssigdünger verwendet werden (Rückführung in den landwirtschaftlichen Stoffkreislauf).
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Die so vorbehandelte wässrige Phase wird in einer Belebungsanlage mit getauchten Mikrofiltrationsmembranen (Membranbiologie) biologisch bis auf Direkteinleiterqualität gereinigt und abschließend über eine Nanofiltrationsstufe soweit aufbereitet, daß sie anschließend als Prozeßwasser innerbetrieblich wiederverwertet werden kann.
Es ist somit möglich, Rohgülle soweit aufzubereiten, daß aus dem jeweiligen Zuchtbetrieb außer nährstoffreicher Asche und einer Ammoniumsulfat-Lösung keine weiteren Reststoffe abgeführt werden müssen (Vollaufbereitung).
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Mittel zum Abtrennen von Feststoffen aus der Gülle einen Vorentwässerungszylinder, einen Eindickungszylinder und eine Presse, insbesondere eine Siebbandpresse, sowie einen Schnellabsetzzylinder umfassen.
Eine Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Mittel zum Trocknen von Feststoffen aus der Gülle einen Schachtrieseltrockner umfassen.
Ebenfalls ist es zweckmäßig, daß die Mittel zum Verbrennen der getrockneten Güllepellets einen Pulsationsreaktor sowie Mittel zum Erzeugen elektrischen Stroms, insbesondere eine Dampfturbine, umfassen.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß Mittel zum Rückführen der Abwärme aus der Verbrennung zu den Mitteln zum Trocknen der Feststoffe vorgesehen sind.
Zur Erfindung gehörig ist auch, daß die Mittel zum Strippen von Ammoniak Mittel zum Alkalisieren der Flüssiggülle sowie eine mit Luft im Gegenstrom betreibbare Stripp-Kolonne umfassen, an die sich ein Wäscher mit schwefelsaurer Lösung anschließt.
Ebenso ist es vorteilhaft, daß Mittel zum biologischen Reinigen eine Membranbelebungsanlage umfassen.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich an die Membranbelebungsanlage eine Nanofiltrationsanlage anschließt.
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Schließlich ist es erfindungsgemäß, daß Mittel zum Führen der Abluft aus den Mitteln zum Trocknen in die Mittel zum biologischen Reinigen vorgesehen sind.
Die Vorteile der Erfindung bestehen im wesentlichen darin, daß die Vorrichtung sich grundsätzlich für die Aufbereitung von Schweinegülle wie auch Rindergülle und Geflügelkot eignet und sich das Aufbereitungsverfahren zumindest energieautark gestaltet, da der Heizwert der Gülle-Feststoffe weitgehend ausgeschöpft wird. Die innerbetriebliche Wiederverwertung der aufbereiteten wässrigen Phase als Prozeßwasser ermöglicht den Anwendern eine drastische Reduktion des Frischwasserverbrauchs (jährlich um bis zu 3,5 m3 pro Vieheinheit) und trägt somit wesentlich zur Schonung der natürlichen Ressource Wasser sowie zur Senkung der Betriebskosten bei. Darüber hinaus liegen die spezifischen Aufbereitungskosten bei einem Mindestdurchsatz von 10 m3/h Rohgülle deutlich unter 5 €/m3, so daß sich selbst bei einzelbetrieblicher (d.h. dezentraler) Anwendung des Verfahrens wesentliche Einsparungen im Vergleich zu den derzeit üblichen Entsorgungskosten bzw. zu den Kosten für die bekannten technischen Lösungen ergeben. Aufgrund der vollständigen Erfassung und Behandlung der Abluft (Nutzung von Strippungsstufe als Abluftwäscher) ist gewährleistet, daß die Schadgas-Emissionen (Ammoniak, Methan, Lachgas) auf einem Minimum gehalten werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels anhand eines Schemas der Vorrichtung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Fließbild, das die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch darstellt.
Aufbereitungsschritt 1 (Abtrennung, Trocknung und energetische Verwertung der Feststoffe)
Zur Abtrennung der heizwertreichen Grob-Feststoffe aus der Rohgülle wird letztere mit einem organischen Flockungsmittel versetzt, in einem Vorentwässerungszylinder und einem Eindickungszylinder gravitativ entwässert und schließlich über eine Kompakt-Siebbandpresse
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(Siebbandbreite 1 m) geführt. Mit dieser Teilstraße "Entwässerung" können die Feststoffe insgesamt bis auf einen TS-Gehalt von ca. 25 % aufkonzentriert werden.
Die abgepresste wässrige Phase wird über einen Schnellabsetzbehälter geführt, in welchem der Großteil der verbliebenen organischen Sink- und Schwebstoffe sedimentativ abgetrennt wird. Die so erzeugte Flüssiggülle hat nur noch einen TS-Gehalt von < 10 mg/1. Die über den Schnellabsetzbehälter abgetrennten Sink- und Schwebstoffe werden auf die Siebbandpresse zurückgeführt.
Der Presskuchen von der Siebbandpresse wird in einer Pelletiermaschine zu kurzen runden "Nudeln" (Durchmesser 6-8 mm) geformt.
Die Pellets werden anschließend in einem Schachtrieseltrockner über 2 Std. durch Zufuhr von heißer Luft im Gegenstrom getrocknet. Der kleine Durchmesser, die runde Oberfläche und die gleichmäßige Größe der Pellets bilden ideale Voraussetzungen für deren wirtschaftliche Lufttrocknung. Um ein "Verschmoren" der Eiweiß- bzw. Fett-Komponenten in den Pellets zu verhindern, wird die Trocknungstemperatur durch Zuführung von Rauchgasen (Verhältnis von Außenluftmenge zu Rauchgasmenge ca. 15:1) mittels Thermostat konstant bei 1000C gehalten.
Die geruchsbelastete Trocknungsluft (Brüden) wird über die Membranbiologie (siehe Aufbereitungsschritt 3) geführt, welche damit zugleich als Abluftwäscher fungiert.
Die bis auf eine Restfeuchte von maximal 5 % getrockneten Pellets sind lagerungsfähig, vollständig hygienisiert und nahezu geruchsfrei. Sie sollen abschließend in einem Pulsationsreaktor unter Luftzufuhr bei ca 1.2000C verbrannt werden. Die dabei anfallende Asche ist mit Phosphaten und anderen mineralischen Pflanzennährstoffen angereichert und kann für Düngezwecke genutzt werden (Rückführung in den landwirtschaftlichen Stoffkreislauf).
Da es sich bei den pelletierten Feststoffen um Ausscheidungsprodukte von Sekundärkonsumenten handelt, ist der Verbrennungsvorgang als CO2-neutral zu betrachten.
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Die dabei freigesetzte Verbrennungswärme wird genutzt, um mittels einer Dampfturbine elektrischen Strom zu erzeugen. Mit diesem wird die gesamte Aufbereitungsanlage betrieben. Überschüssiger Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist und die Abfallwärme zur Trocknung der Nass-Pellets (siehe Aufbereitungsschritt 1) verwendet.
Aufbereitungsschritt 2 (Ammoniak-Strippung aus der wässrigen Phase)
Die durch Abtrennung der Feststoffe erzeugte Flüssiggülle wird mit technischer Natronlauge alkalisiert (Anhebung der pH-Werts auf 11), so dass der anorganische Stickstoff größtenteils in Form von flüchtigem Ammoniak vorliegt. Letzterer wird in einer mit Luft im Gegenstrom betriebenen Stripp-Kolonne in die Gasphase ausgetrieben.
Die Stripp-Luft wird über einen Wäscher mit schwefelsaurer Lösung geführt, wo der gestrippte Ammoniak in Form von Ammoniumsulfat gebunden wird.
Die so gewonnene Ammoniumsulfat-Lösung ist lagerungsfähig und kann als Stickstoff-Flüssigdünger verwertet werden (Rückführung in den landwirtschaftlichen Stoffkreislauf).
Aufbereitungsschritt 3 (Aufbereitung der wässrigen Phase bis auf Brauchwasserqualität)
Im Anschluss an die weitgehende Entfernung des Ammomums/Ammoniaks aus der Flüssigphase wird letztere nach Neutralisation mit technischer Säure in einer Membranbelebungsanlage biologisch gereinigt und durch Anlegen eines geringen Unterdrucks (ca. 0,15 bar) über Mikrofiltrationsmembranen abgezogen.
Die Membranbelebungsanlage soll vorzugsweise als Hochlaststufe betrieben werden. Unter diesen Bedingungen wird reichlich Überschussschlamm (bis zu 1,5 TS/kg BSB5) gebildet, welcher erfahrungsgemäß einen oTS-Gehalt zwischen 70 und 85 % aufweist. Um dessen Heizwert auszuschöpfen, soll er in den Aufbereitungsschritt 1 zurückgeführt werden.
Es sollen Membranen mit geringer Porengröße (< 0,2 &mgr;&idiagr;&eegr;) eingesetzt werden, welche erfahrungsgemäß eine sehr wirksame Barriere sowohl für Feststoffe aller Art als auch für
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Keime und Viren darstellen. Daher kann erwartet werden, dass das Ablaufwasser aus der Membranbiologie nicht nur vorfluterfähig (Direkteinleiterqualität) ist, sondern hinsichtlich seiner chemischen wie auch seiner bakteriologischen Parameter die Qualität von Brauchwasser aufweist und somit in vollem Umfang innerbetrieblich (z.B. zur Bodenreinigung in den Stallungen oder zur Bewässung von Freilandkulturen) wiederverwendet werden kann.
Um zu verhindern, dass sich die wässrige Phase bei ständiger Kreislauffuhrung zu stark "aufsalzt" und dadurch der Wirkungsgrad der einzelnen Verfahrensstufen herabgesetzt wird, sollte das Ablaufwasser aus der Membranbiologie zwecks Teilentsalzung abschließend über eine Nanofiltrationsanlage (NF) geführt werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Aufbereitung von Gülle, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abtrennen, Pelletieren und Trocknen von Feststoffen in der Gülle vorgesehen sind, an die sich Mittel zum Verbrennen der getrockneten Güllepellets anschließen, daß Mittel zum Strippen von Ammoniak aus der von Feststoffen im wesentlichen befreiten flüssigen Gülle vorgesehen sind und daß Mittel zum biologischen Reinigen der danach vorliegenden Flüssigphase vorgesehen sind.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abtrennen von Feststoffen aus der Gülle einen Vorentwässerungszylinder, einen Eindickungszylinder und eine Presse, insbesondere eine Siebbandpresse, sowie einen Schnellabsetzzylinder umfassen.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Trocknen von Feststoffen aus der Gülle einen Schachtrieseltrockner umfassen.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verbrennen der getrockneten Güllepellets einen Pulsationsreaktor sowie Mittel zum Erzeugen elektrischen Stroms, insbesondere eine Dampfturbine, umfassen.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Rückführen der Abwärme aus der Verbrennung zu den Mitteln zum Trocknen der Feststoffe vorgesehen sind.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Strippen von Ammoniak Mittel zum Alkalisieren der Flüssiggülle sowie eine mit Luft im Gegenstrom betreibbare Stripp-Kolonne umfassen, an die sich ein Wäscher mit schwefelsaurer Lösung anschließt.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum biologischen Reinigen der Flüssigphase eine Membranbelebungsanlage umfassen.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Membranbelebungsanlage eine Nanofiltrationsanlage anschließt.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Führen der Abluft aus den Mitteln zum Trocknen in die Mittel zum biologischen Reinigen vorgesehen sind.
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