Vorstellung verschiedener Gärrestaufbereitungstechnologien

Gärrestaufbereitungstechnologien an Biogasanlagen

Durch eine geeignete Gärrestaufbereitung können wertvolle Nährstoffe in eine transportwürdige und marktfähige Form überführt sowie regionale Nährstoffüberschüsse verringert werden. Hierbei kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Nachfolgend werden die einzelnen Verfahren in einer Übersicht dargestellt:

1. Pressschneckenseparator

In einem Pressschneckenseparator wird der Gärrest in einer Schnecke, die sich in einem Siebkorb befindet nach vorne befördert und drückt gegen einen Kegel. Dabei wird ein Filterkuchen (Pfropfen) erzeugt. Da weiterhin Material durch die Schnecke gefördert wird, entwässert dieses und drückt den Filterkuchen über den Kegel hinaus. Dabei fällt die feste Phase (TS = 25 - 35 %) an. Der Druck am Filterkuchen sorgt ebenfalls dafür, dass die flüssige Phase über die Länge der Schnecke abgeschieden wird. Der Feststoffabscheidegrad kann durch Änderung der Maschenweite des Siebs und Gegendruck des Kegels beeinflusst werden, jedoch verbleiben kleinere Partikel meist im Filtrat.

2. Vakuumseparator

Ein Vakuumseparator ist eine kompakte Separationsanlage zur Aufbereitung von Wirtschaftsdüngern. Das Gärprodukt wird mit einem Vakuum beaufschlagt, welches hinter einem Sieb (50 bis 100 µm) anliegt. Die feste Phase wird mittels einer Schnecke abgeführt. Die Vakuumseparation scheidet den Faseranteil und einen großen Anteil des Phosphors und des organisch gebundenen Stickstoffs aus dem Wirtschaftsdünger in die feste Fraktion ab.

3. Feinfiltration

In der Feinfiltration wird eine ein feines Sieb (15 - 100 µm) verwendet. Dieses ist zylindrisch geformt. Innerhalb dieses Siebs befindet sich ein Rotor, der mit hoher Drehzahl (700 bis 1.200 U/min) beaufschlagt wird. Aufgrund von Über- und Unterdruckzonen durch die Rotation wird der Gärrest gegen das Sieb gedrückt und die flüssige Phase sammelt sich außerhalb dieses Siebs. Die Feinanteile verbleiben zusammen mit den groben Faseranteilen in einer angedickten, pumpfähigen Phase.

4. Mikrofiltration

Membranverfahren sind rein physikalisch arbeitende Trennverfahren, die den zu behandelnden Eingangsstrom in eine aufgereinigte flüssige Phase (Permeat) und eine aufkonzentrierte Phase (Retentat) auftrennt. Als Trennschicht fungiert dabei eine Membran, die Partikel entsprechend ihrer Größe selektiv zurückhält bzw. durchlässt. Mithilfe der Mikrofiltration lassen sich suspendierte Feststoffe bis zu einer Größe von etwa 0,1 µm trennen. Im Biogasbereich wird die Mikrofiltration hierbei zumeist einer Pressschnecke nachgeschaltet, um die Aufkonzentrierung der verbleibenden Feststoffe innerhalb der Mikrofiltration und damit die Verblockung der Membranmodule zu verhindern.

5. Dekanterzentrifuge

Eine Dekanterzentrifuge nutzt die Zentrifugalkraft, um eine Auftrennung in eine feste und eine flüssige Phase zu erzielen. Auch feine Feststoffe können, bei ausreichend hoher Sedimentationsgeschwindigkeit in der Trägerflüssigkeit, abgetrennt werden. Bestehend aus einer schnell drehenden Manteltrommel und einer Förderschnecke, welche sich im Inneren der Trommel befindet, kann die flüssige Phase durch den Spalt zwischen Trommel und Förderschnecke abgeleitet werden. Die feste Phase wird durch die schneller als die Vollmanteltrommel drehende Transportschnecke aus der Flüssigkeitszone heraus in Richtung des Feststoffausgangs gedrückt. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades und Unterstützung des Abtrennprozesses kann außerdem Flockungsmittel zudosiert werden, wobei die Findung der idealen Betriebsbedingungen wie z.B. die Auswahl und Dosierung des Flockungsmittels mit einem höheren Aufwand zu rechnen ist. Hinzu kommt der im Vergleich zur Pressschnecke höhere Verschleiß der Anlagenteile, wodurch die Betriebskosten steigen.

6. Vakuumverdampfung

In der Vakuumverdampfung wird üblicherweise die flüssige Phase eines Gärrests verwendet. Ziel der Aufbereitung mittels Vakuumverdampfung ist die gezielte Abscheidung von Ammoniumstickstoff und Überführung in eine wässrige Lösung. Dabei werden durch Beeinflussung von Druck und Temperatur die gelösten Ammoniumverbindungen in die Gasphase überführt und in einer sauren Wäsche zu Ammoniumsulfat umgewandelt. In der Vakuumverdampfung wird ein Vakuum angelegt, um den Siedepunkt der flüssigen Phase des Gärrests zu senken. Beim Sieden kann ein großer Teil des Ammoniumstickstoffs in Dampf und anschließend durch die Zugabe von Schwefelsäure in Ammoniumsulfatlösung (ASL) überführt werden. Gleichzeitig entsteht eine Volumenreduktion, sodass das Endlager kleiner dimensioniert werden kann.

7. Fraktionierte Eindampfung

Die fraktionierte Eindampfung beruht auf dem gleichen Wirkprinzip wie die klassische Vakuumverdampfung. Im Vergleich dazu werden verschiedene Fraktionen erzeugt, die für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden können. Als Zielprodukt wird hier Ammoniakwasser angestrebt, welches durch Nutzung einer Rektifikationskolonne auf bis zu 25 % aufkonzentriert werden kann. Gleichzeitig wird ein weniger stark belastetes Ammoniakwasser hergestellt, welches dann bei der Düngung eingesetzt oder weiter aufbereitet werden kann. Als dritte Fraktion wird ein gering belastetes Wasser erzeugt, welches vernebelt oder verschlaucht werden kann. Es verbleibt das aufkonzentrierte und N-abgereicherte Gärprodukt in Form eines Dickschlamms zurück.

8. Luftstrippung

Stickstoff liegt in Gärresten und Güllen u.a. in Form von Ammonium (NH₄⁺) vor. Bei diesem Verfahren wird das Dissoziationsgleichgewicht von Ammoniak (NH₃) und Ammonium (NH₄⁺) durch den pH-Wert und die Temperatur im Medium beeinflusst. Das Substrat wird mit Natronlauge (NaOH) versetzt, in einem Wärmetauscher aufgeheizt und anschließend in die Strippkolonne geführt. Dort wird die regenerierte Strippluft im Gegenstrom eingeblasen, um den Ammoniumstickstoff aus dem Substrat zu entfernen. Die beladene Strippluft wird in den Vorwäscher und Wäscher geführt, um den Stickstoff unter Zugabe von Schwefelsäure in Ammoniumsulfat (ASL) zu überführen.

9. Trocknung

Eine trocknungsfähige Feststofffraktion wird in den Trocknungsprozess geleitet. Es gibt verschiedene Methoden zur Trocknung von Gärresten, darunter:

• Trommeltrocknung: Hier wird der Gärrest in eine sich drehende Trommel gegeben, die von außen beheizt wird. Durch die Rotation und die eingetragene thermische Energie verdunstet das im Gärrest enthaltene Wasser und die Feststoffe werden getrocknet.
• Bandtrocknung: Bei diesem Verfahren wird der Gärrest auf ein sich bewegendes Förderband gelegt, das durch einen Trocknungsraum führt. Heißluftströme trocknen den Gärrest während des Transports auf dem Band.
• Wirbelschichttrocknung: Hier wird der Gärrest in eine Wirbelschicht aus heißer Luft gegeben, wodurch das enthaltene Wasser verdampft und die Feststoffe getrocknet werden.

Diese verfahrenstechnischen Operationen bieten unterschiedliche Möglichkeiten, um die Anforderungen von Biogasanlagen hinsichtlich Umweltverträglichkeit, Wirtschaftlichkeit und Effizienz zu erfüllen. Für detailliertere Informationen zu jedem Verfahren oder um zu erfahren, wie sich diese Technologien in Ihrem Projekt einsetzen lassen, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf.