Digestate verstehen
WAS SIND GÄRRESTE?
Gärrest ist das Material, das nach der anaeroben Vergärung eines biologisch abbaubaren Ausgangsmaterials wie Klärschlamm, Lebensmittelabfälle, tierische Abfälle oder andere organische Abfallprodukte übrig bleibt. Bei der anaeroben Vergärung (AD) entstehen zwei Hauptprodukte: der faserige Gärrest, der sowohl in fester als auch in flüssiger Form vorliegt, und das natürlich vorkommende Biogas, das während des AD-Prozesses freigesetzt wird – beide können wiederverwendet werden. Bei der weiteren Zersetzung dieser getrennten Produkte können aus beiden wertvolle Rückstände gewonnen werden, was die anaerobe Vergärung zu einem energieeffizienten und kostengünstigen Weg macht, saubere und erneuerbare Energie zu erzeugen und Abfallstoffe zu recyceln und zu reduzieren.
DESIGNÜBERLEGUNGEN FÜR ANAEROBE VERGÄRUNGSSYSTEME
Das Abfall- und Energiemanagement steht heute ganz oben auf der Agenda für sozial- und umweltverträgliche Verarbeitungspraktiken. Während jedoch AD-Systeme so konzipiert werden können, dass sie den Anforderungen der Produktverarbeitung gerecht werden und hervorragende Energie- und Kosteneinsparungen ermöglichen, gibt es noch andere wichtige Faktoren, die bei der Systementwicklung berücksichtigt werden müssen, wie z.B.:
- Die Kosten, Ressourcen und Energie, die mit dem Abtransport und der Beförderung der Gärreste verbunden sind, insbesondere wenn sich die Anlage an einem abgelegenen Ort befindet oder es keine lokale Verwendung dafür gibt.
- Die Verwendung von Gärresten, die tierische Nebenprodukte enthalten.
- Die Pasteurisierungsanforderungen verschiedener Produkte für unterschiedliche Verwendungszwecke.
- Einhaltung der örtlichen Vorschriften bei der Verwendung von Gärresten als Düngemittel.
HRS entwirft spezielle Umweltsysteme, um alle Einflussfaktoren zu berücksichtigen, die neben den Verarbeitungsbedürfnissen der jeweiligen Anlage zu berücksichtigen sind, und um zu ermitteln, wo der maximale Wert aus den drei Schlüsselkomponenten der Abfallverarbeitungssysteme – Biogas, feste Gärreste und flüssige Gärreste – gewonnen werden kann.
TECHNOLOGIEN FÜR DAS GÄRRESTMANAGEMENT
Digestat-Konzentration und Verdampfung
Nach der Produktion von Gärresten durch anaerobe Vergärung kann das resultierende „nasse“ Gärprodukt in einen festen und einen flüssigen Zustand getrennt und weiter konzentriert werden. Die Konzentration der festen Gärreste ergibt ein kompakteres und nährstoffreicheres Produkt, während die Verdampfung der flüssigen Gärreste deren Volumen um bis zu 80% reduzieren kann. Dabei entsteht sowohl eine wertvolle, nährstoffkonzentrierte Flüssigkeit als auch ein Kondensat, das an anderer Stelle in der Vergärungsanlage wiederverwendet werden kann, z.B. zur Verdünnung des Ausgangsmaterials, das in das vordere Ende des Fermenters gelangt. Das HRS DCS-System wurde als geschlossener Kreislauf und autarkes System konzipiert, das kein zusätzliches Wasser oder Energie benötigt, da alle Elemente verwendet werden und kein Abfall entsteht.
Die hohen Temperaturen, die für die Konzentration von Gärresten erforderlich sind, können zur Freisetzung von Ammoniak führen, das weitgehend für die mit Gärresten verbundenen Gerüche verantwortlich ist. Das DCS überwindet dieses Problem, indem es die Gärreste mit Schwefelsäure ansäuert, wodurch der pH-Wert sinkt und das Ammoniak in Ammoniumsulfat umgewandelt wird, das nicht nur weniger geruchsintensiv ist, sondern auch ein idealer Biodünger.
Während das Volumen der Gärreste reduziert wird, wird der Nährstoffgehalt nach der Konzentration nicht einfach eingeschlossen – er steigt.
Die Gärrestverdampfung ist eine wirtschaftlich sinnvolle Option für AD-Anlagen, da hochwertigere verwertbare Rohstoffe produziert werden, die Kosten für den Transport und die Abfallbeseitigung minimiert werden und ein Gewinn an Energieeffizienz, Umweltverantwortung und Markenreputation erzielt wird.
Erfahren Sie mehr über HRS DCS (Digestate Concentration System).
Digestat Pasteurisierung
Um Gärreste als Bodendünger verwenden zu können, müssen sie frei von gefährlichen Chemikalien und Schadstoffen wie Krankheitserregern sein. Die Pasteurisierung der Gärreste ist erforderlich, wobei die Anforderungen an die Prozessdauer und die Temperatur durch die Vorschriften des jeweiligen Landes für die Verwendung des Produkts definiert und vorgegeben werden. Die Pasteurisierung ist ein thermischer Prozess. Abwärme wird genutzt, um den Gärrest zu erhitzen, und isolierte Behälter werden verwendet, um den Gärrest so lange wie nötig auf der Pasteurisierungstemperatur zu halten.
Das HRS DPS (Digestate Pasteurisation System) arbeitet mit Energierückgewinnung und ist in der Regel zwei- bis dreimal so effizient wie herkömmliche Systeme. Das HRS DPS überträgt Energie vom heißeren (pasteurisierten) Schlamm auf den kälteren (unpasteurisierten) Schlamm, wodurch der Energieverbrauch um bis zu 70 Prozent gesenkt und die Wärme maximiert wird, die sonst verschwendet worden wäre. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit, eine zusätzliche Wärmequelle wie einen Biomassekessel zu installieren, was ein Projekt um Hunderttausende von Pfund verteuern könnte. Darüber hinaus kann der DPS zusammen mit Mazeratoren eingesetzt werden, um die maximale Größe der im Gärrest enthaltenen festen Partikel zu verringern und zu kontrollieren.
Das HRS DPS wurde mit gewellten statt mit glatten Rohren konstruiert, da die Wellung die Wärmeübertragung durch die Erzeugung zusätzlicher Turbulenzen steigert. Dadurch wird nicht nur die Verschmutzung reduziert, da die Gärreste weniger wahrscheinlich an den Rohrwänden haften bleiben, sondern auch die Ausfallzeiten und der Wartungsaufwand werden erheblich reduziert und die Gesamtlebensdauer des Systems verlängert.
Sehen Sie sich unser kurzes Video über den Prozess der Schlammpasteurisierung an, um weitere Informationen zu erhalten.
ENERGIE-EFFIZIENZ
Der AD-Prozess ist darauf angewiesen, den Fermenter mit konstanter Wärme zu versorgen. Die dafür benötigte Energie ist jedoch oft geringer als die gesamte von den KWK-Einheiten (Kraft-Wärme-Kopplung) der Anlage abgegebene Energie. Indem die überschüssige Energie aufgefangen wird, kann sie zum Antrieb anderer thermischer Prozesse in der AD-Anlage, wie z.B. der Gärrestverdampfung und Pasteurisierung, verwendet werden. KWK-Wärme steht in zwei Formen zur Verfügung: Motorkühlwasser (typischerweise 90-70 ºC heißes Wasser) und Abgas (das zwischen 450-500 ºC austritt).
Sollte die Gesamtmenge der KWK nicht ausreichen, um alle Prozesse zu versorgen, werden andere thermische Energiequellen benötigt, wie Dampf- oder Wasserkessel, die mit Biomasse, Erdgas oder anderen Energieträgern betrieben werden können. Die Entscheidung, wie und welche Energiequelle für welchen Prozess innerhalb eines AD-Systems verwendet werden soll, hängt von mehreren Faktoren ab.
HRS entwirft optimale Wärmeübertragungsprozesse für die AD-Systeme unter Verwendung der folgenden Wärmeübertragungstechnologien:
HRS DTI SERIE WÄRMETAUSCHER
Die Wärmetauscher der HRS DTI-Serie sind für alle Gärreste- und Schlammanwendungen konzipiert. Der Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher hat ein gewelltes Innenrohr, das im Vergleich zu Glattrohr-Wärmetauschern aufgrund der zusätzlich erzeugten Turbulenzen eine viel höhere Wärmeübertragungsrate liefert. Die hohe Turbulenzrate reduziert die Auswirkungen von Verschmutzungen auf der Wärmeübertragungsfläche erheblich und verlängert so die Betriebszeit des Systems. Der große Durchmesser des Innenrohrs erleichtert die Verarbeitung von Gärresten, die Fasern oder große Partikel enthalten, und das DTI-Produkt wurde so konzipiert, dass Reinigung und Wartung viel einfacher sind als bei herkömmlichen Spiralwärmetauschern.
Lesen Sie mehr über die HRS DTI-Serie.
HRS DTIR SERIE WÄRMETAUSCHER
Die HRS DTIR-Serie ist eine Anpassung der HRS DTI-Serie von Wärmetauschern. Sowohl DTI als auch DTIR sind als Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher konstruiert, die ein Innenrohr mit großem Durchmesser und einem Wellenprofil aufweisen. Die DTIR-Serie wurde jedoch speziell für die direkte Produkt-zu-Produkt-Wärmerückgewinnung entwickelt, bei der die von heißen Gärresten abgegebene Wärme auf kalte Gärreste innerhalb des Wärmetauschers übertragen werden kann. Außerdem wird die Inspektion und Reinigung des Mantelseitenkanals durch das herausnehmbare Innenrohr des DTIR-Wärmetauschers erleichtert.
Lesen Sie mehr über die HRS DTIR-Serie.
HRS G SERIE WÄRMETAUSCHER
Der Wärmetauscher der HRS G-Serie ist ein kompletter Mehrröhrenwärmetauscher aus Edelstahl, der speziell für die Abgaskühlung und Wärmerückgewinnung entwickelt wurde. Die Kühlung und Rückgewinnung der Wärme aus Abgasen kann die Effizienz von KWK-Anlagen erhöhen und in anderen Anlagenprozessen wie der Erwärmung von Rohstoffen und Fermentern, der Pasteurisierung und der Gärrestkonzentration eingesetzt werden. Die G-Serie ist ein kompaktes System, das die Wellentechnologie nutzt, um die Wärmeübertragungsraten zu verbessern und Energie zurückzugewinnen.
Lesen Sie mehr über die HRS G-Serie.
HRS WÄRMETAUSCHER MIT GESCHABTER OBERFLÄCHE
Die Wärmetauscher der HRS-Serie mit geschabter Oberfläche wurden entwickelt, um die schwierigsten Herausforderungen bei Wärmeübertragungsanwendungen zu meistern, nämlich die Verschmutzung von Wärmetauschern und die Verarbeitung hochviskoser Flüssigkeiten. Bei der Verarbeitung von Gärresten sind beide Probleme alltäglich. Sie ergeben sich aus dem verschmutzungsreichen Inhalt der Gärreste selbst und den Verdampfungs-/Konzentrationsprozessen, die bei ihrer Herstellung verwendet werden. Die mechanische Bewegung von Wärmetauschern mit abgeschabter Oberfläche, wie die patentierte HRS Unicus Serie, die sich hin- und herbewegt, und die HRS R Serie, die sich dreht, hält die Wärmeübertragung hoch und die Wärmetauscheroberflächen sauber.
Lesen Sie mehr über die Scraped Surface Wärmetauscher der HRS R Serie und der Unicus Serie.
DIE VORTEILE EINES OPTIMIERTEN ANZEIGENSYSTEMS
Energieeffizienz, Verringerung des Platzbedarfs und Skalierbarkeit sind die Grundvoraussetzungen für alle AD-Systeme von HRS. Mit dem richtigen System können sie die folgenden Vorteile bieten:
- Gärreste, die reich an Stickstoff, Phosphor und Kalium sind, können einen natürlichen, nährstoffreichen und geruchsneutralen Dünger erzeugen, der den Gehalt an organischen Stoffen im Boden erhöht und das Wasserhaltevermögen verbessert. Die AD-Systeme von HRS sind so konzipiert, dass sie Gärreste von höchster Qualität produzieren, die kostengünstiger und umweltfreundlicher sind als chemisch hergestellte Düngemittel.
- Die vorschriftsmäßige Pasteurisierung sorgt dafür, dass schädliche Stoffe und Krankheitserreger aus den Gärresten entfernt werden, so dass sie für die Ausbringung geeignet sind.
- Die Konzentration reduziert das Volumen der Gärreste erheblich. Unabhängig davon, ob aus Ihren Gärresten eine Ware entsteht, die verwendet oder verkauft werden kann, bedeutet die Verringerung des Volumens eine Senkung der Kosten für Lagerung, Transport, Anwendung und Entsorgung.
- Geeignete thermische Energiequellen und Wärmeübertragungsvorgänge können die Wärmerückgewinnung optimieren und bis zu 70% der thermischen Energie einsparen, die für Prozesse wie Verdampfung und Pasteurisierung benötigt wird.
- Nebenprodukte können in eine zusätzliche Einnahmequelle umgewandelt werden.
Lesen Sie die Fallstudie, um zu erfahren, wie eine mit Gärrestaufbereitung ausgestattete Produktionsanlage im Vergleich zu einer Anlage ohne Gärrestaufbereitung abschneidet und wie sich die Investition amortisiert.