CH705920A1 - Filtersystem für Flüssigkeiten und Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln mittels eines solchen Filtersystems. - Google Patents

Abstract

Ein Filtersystem für Flüssigkeiten enthält eine Filterschicht aus Pflanzenkohle. Die Pflanzenkohle kann als Düngemittel oder als Grundstoff für Düngemittel verwendet werden, wenn sie vorbestimmte Qualitätsanforderungen erfüllt. Das Ausgangsmaterial für die Flüssigkeit kann aus verschiedenen Quellen stammen, insbesondere von flüssigen oder feuchten Biomassen, Bioreststoffen wie Viehgülle, Biogasgülle, Haushaltsabwässern, sowie Abwässern aus Klärwerken und sonstigen Schmutzwässern. Auch Industrieabwässer können mit einem solchen Filtersystem gereinigt werden.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Filtersystem für Flüssigkeiten und ein Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln mittels eines solchen Filtersystems.

[0002] Die Erfindung betrifft einerseits ein Filtersystem für nährstoffreiche oder belastete Flüssigkeiten aller Art auf Basis von Pflanzenkohle. Das Filtersystem kann je nach Zusammensetzung der Flüssigkeit zur Herstellung von Düngemitteln oder zur Reinigung von Abwässern eingesetzt werden. Im ersten Fall bindet die Pflanzenkohle Nutzstoffe, im zweiten Fall Schadstoffe.

[0003] Pflanzenkohle (früher auch Biokohle genannt, engl., biochar) wird durch pyrolytische Verkohlung rein pflanzlicher Ausgangsstoffe hergestellt. Es sind spezielle, zertifizierte Pyrokohlen, die durch zusätzliche ökologisch nachhaltige Produktions-, Qualitäts- und Einsatzbedingungen charakterisiert sind. Pflanzenkohle wird in der Landwirtschaft als Bodenverbesserer und Trägerstoff für Düngemittel sowie als Hilfsstoff für die Kompostierung und Nährstofffixierung von Gülle eingesetzt. Pflanzenkohle dient auch als Futtermittelzusatz und Nahrungsergänzungsmittel.

[0004] Das erfindungsgemässe Filtersystem für Flüssigkeiten enthält eine Filterschicht aus Pflanzenkohle, durch das die Flüssigkeit geleitet wird. Die als Filter eingesetzte Pflanzenkohle wird kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Filtersystem entnommen. Wenn das Ausgangsmaterial, von dem die Flüssigkeit stammt, nicht oder nur in unschädlichem Ausmass toxisch, mit Schadstoffen und/oder mit unerwünschten Stoffen belastet ist, kann die entnommene Pflanzenkohle als Düngemittel oder Grundstoff für die Düngemittelherstellung verwendet werden. Bei zu hoher Belastung mit toxischen Stoffen wird die entnommene Pflanzenkohle jedoch anderweitig entsorgt oder rezykliert. Insbesondere bei hochgradigen Verunreinigungen durch Schwermetalle, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Dioxine oder andere Schadstoffe wird die entnommene Pflanzenkohle als Brennstoff in einer Anlage mit entsprechenden Emissionsfiltern verwendet. Etwaige Reststoffe können aus der Asche rezykliert werden.

[0005] Die Erfindung besteht in den in den Ansprüchen 1, 5 und 8 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0006] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. <tb>Fig. 1<sep>illustriert als anschauliche Skizze ein erfindungsgemässes Filtersystem.

[0007] Die Fig. 1 illustriert als anschauliche Skizze ein erfindungsgemässes Filtersystem mit einer einzigen Filterstufe. Die Filterstufe umfasst einen Behälter 1, der mit Pflanzenkohle 2 als Filterschicht gefüllt wird. Der Boden 3 des Behälters 1 ist gegenüber der Horizontalen mit Vorteil geneigt und weist einen Abfluss 4 auf. Die Flüssigkeit wird oben in den Behälter 1 geführt, beispielsweise über eine Düse 5, die die Flüssigkeit über die ganze Breite des Behälters 1 verteilt, sickert durch Gravitation durch die Pflanzenkohleschichten und tritt unten über den Abfluss 4 als Filtrat aus dem Behälter 1 aus.

[0008] Das Filtersystem ist mit Vorteil konzipiert für die kontinuierliche oder diskontinuierliche Entnahme der durch die Flüssigkeit mit Nähr- und Fremdstoffen aufgeladenen Pflanzenkohle und für die kontinuierliche oder diskontinuierliche Zufuhr einer gleichen Menge unbeladener Pflanzenkohle. Dazu ist der Behälter 1 beispielsweise mit einem im Abstand zum Boden angeordneten Rüttelsieb 6, einer in der Mitte des Rüttelsiebs 6 angeordneten Austragsschnecke 7 und einer oben am Behälter 1 angeordneten Zuführschnecke 8 ausgestattet. Das Rüttelsieb 6, das im Betrieb permanent oder zeitweilig gerüttelt wird, und die Austragsschnecke 7 dienen dazu, mit Nährstoffen aufgeladene Pflanzenkohle aus dem unteren Bereich des Behälters 1 zu entnehmen und abzuführen. Die Zuführschnecke 8 dient dazu, frische Pflanzenkohle oben in den Behälter 1 zuzuführen. Das Rüttelsieb 6 kann auch weggelassen oder anstelle des Rüttelsiebs 6 ein Rüttelboden verwendet werden.

[0009] Der Hohlraum zwischen dem Boden 3 und dem Rüttelsieb 6 kann fakultativ mit Unterdruck beaufschlagt werden, um den Durchfluss der Flüssigkeit durch die Pflanzenkohleschichten zu vergrössern.

[0010] Das Filtersystem kann in verschiedensten Grössen von Mikrofiltern bis zu industriellen Makrofiltern nach dem gleichen Funktionsprinzip dimensioniert werden.

[0011] Das Ausgangsmaterial, aus dem die Flüssigkeit stammt, kann aus einer einzigen oder aus verschiedenen Quellen stammen. Quellen sind einerseits flüssige oder feuchte Biomassen, Bioreststoffe wie Viehgülle, Biogasgülle und Haushaltsabwässer, die alle in der Regel viele Nährstoffe und wenig Schadstoffe enthalten und sich somit für die Herstellung von Düngemitteln eignen, sowie Abwässer aus Klärwerken und sonstige Schmutzwässer, die sich teilweise ebenfalls für die Herstellung von Düngemitteln eignen, und andererseits Industrieabwässer, die in der Regel von Schadstoffen zu reinigen sind und sich nicht für die Herstellung von Düngemitteln eignen.

[0012] Das Grundprinzip eines Filtrierverfahrens wird nachfolgend im Detail erläutert, es umfasst folgende Schritte:

[0013] A) Fakultativ, d.h. wenn nötig, Trennen von Flüssigkeit und Feststoffen des Ausgangsmaterials.

[0014] Das Trennen erfolgt beispielsweise, indem das Ausgangsmaterial durch einen Flüssigkeits-Feststoff-Trenner geführt wird. Die abgetrennte Flüssigkeit ist eine wässrige Nährstofflösung, welche den grössten Teil der wasserlöslichen Nährstoffe wie Nitrat, Ammonium, Phosphat usw. enthält.

[0015] B) Leiten der im Schritt A) ausgeschiedenen Flüssigkeit durch ein Filtersystem auf Basis von Pflanzenkohle.

[0016] Die Pflanzenkohle fungiert als Filter und adsorbiert die organischen, mineralischen und sonstigen Nähr- und Schadstoffe.

[0017] C) Entnehmen von Pflanzenkohle aus dem Filtersystem.

[0018] Die im Schritt A) abgetrennten festen Reststoffe können einer automatischen oder halbautomatischen Kompostierung oder Vergärung unterworfen werden oder anderweitig entsorgt werden.

[0019] Die Pflanzenkohle kann im Schritt B) bei Bedarf kontrolliert belüftet werden, um den Abbau organischer Reststoffe zu verbessern und zu beschleunigen.

[0020] Die Schritte B und C erfolgen wie oben erwähnt bevorzugt kontinuierlich und gleichzeitig.

[0021] Das erfindungsgemässe Filtersystem eignet sich einerseits für die Reinigung von Abwässern aller Art, wobei die mit Schadstoffen aufgeladene Pflanzenkohle anschliessend entsorgt wird, beispielsweise durch Verbrennen in einer Anlage mit entsprechenden Emissionsfiltern. Das Filtersystem kann eine einzige oder mehrere in Reihe geschaltete Filterstufen umfassen. Die Gesamtschichthöhe der Pflanzenkohle aller Filterstufen ist mit Vorteil so bemessen, dass das Filtrat am Ausgang des Filtersystems soweit möglich gereinigtes Wasser ist.

[0022] Das erfindungsgemässe Filtersystem eignet sich andererseits, um aus flüssigen oder feuchten Biomassen, insbesondere aus Vieh- und Biogasgülle, Düngemittel herzustellen. Das Filtersystem kann wiederum eine oder mehrere in Reihe geschaltete Filterstufen umfassen. Bevorzugt wird dann das Filtrat der ersten Filterstufe in die zweite, das Filtrat der zweiten Filterstufe in die dritte Filterstufe, usw. gepumpt. Umgekehrt wird mit Vorteil die Pflanzenkohle der dritten Filterstufe in die zweite Filterstufe und die Pflanzenkohle der zweiten Filterstufe in die erste Filterstufe geführt, vorzugsweise wie oben beschrieben kontinuierlich. Die Pflanzenkohle, die aus der ersten Filterstufe entnommen wird, wurde also mehrmals als Filterstoff verwendet. Sie ist dann die am stärksten aufgeladene Pflanzenkohle, die als Düngemittel verwendet oder zu Dünger verarbeitet werden kann. Die Gesamtschichthöhe der Pflanzenkohle aller Filterstufen, die Durchflussrate der Flüssigkeit und die Durchsatzrate der Pflanzenkohle sind mit Vorteil so bemessen und aufeinander abgestimmt, dass der Stickstoffgehalt des Filtrats am Ausgang des Filtersystems unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.

[0023] Falls die Pflanzenkohle als Düngemittel oder Grundstoff für die Düngemittel verwendet werden soll, dann wird das Filtrierverfahren erweitert um den Schritt.

[0024] D) Überprüfen, ob die im Schritt C entnommene Pflanzenkohle vorbestimmte Qualitätsanforderungen erfüllt, und wenn ja: Verwenden der Pflanzenkohle als Düngemittel oder Grundstoff für Düngemittel.

[0025] Die Pflanzenkohle, die als Filterstoff eingesetzt wird, kann vor dem Einsatz im Filtersystem <tb>a)<sep>durch Gesteinsmehle, Tonerden, Kompost, Mikroorganismen oder ähnliche Substrate angereichert werden, und/oder <tb>b)<sep>zur Optimierung der Sorptionseigenschaften durch Dämpfung und/oder Säuerung aktiviert werden, und/oder <tb>c)<sep>zum Abbau organischer Reststoffe zusätzlich mit zersetzenden Mikroorganismen inokuliert werden.

[0026] Die Verweildauer der zu filternden Flüssigkeit im Filtersystem lässt sich regulieren, beispielsweise indem die Ausflussrate des Filtrates mittels eines Ventils gesteuert oder reguliert wird. Der Aufladungsgrad der Pflanzenkohle kann sowohl durch die Ausflussrate des Ventils als auch durch die Förderrate der Austragsschnecke eingestellt werden.

[0027] Eine wichtige Anwendung ist in der Landwirtschaft, um aus flüssiger Gülle, die von Feststoffen getrennt wurde, Düngemittel herzustellen. Um praxisgerechte Durchflussraten für mittlere bis grössere Ställe zu erreichen, muss der Behälter 1 so dimensioniert sein, dass er mindestens 3-5 m<3> Pflanzenkohle bei einer Schichthöhe von 3 m fassen kann. Um der stark korrosiven Flüssigkeit im Dauerbetrieb standzuhalten, wird er aus Qualitätsstahl gefertigt.

[0028] Flüssige oder feuchte ammonium- oder ammoniakreiche Reststoffe wie Viehgülle, Biogasgülle, Klärschlämme usw. setzen auch Gase frei. Wenn die Gase in die Umgebungsluft oder ins Grundwasser gelangen, stellen sie klimaschädigende Schadstoffe dar, wenn sie hingegen in Pflanzenkohle gebunden werden können, sind sie wertvolle Nutzstoffe. Die Erfindung schlägt deshalb vor, die aus der Flüssigkeit austretenden Gase ebenfalls durch eine Schicht aus Pflanzenkohle zu leiten. Dies ist auf verschiedene Arten möglich, drei davon werden hier erläutert.

[0029] Die Flüssigkeit befindet sich üblicherweise in einem geschlossenen Tank. Bei der ersten Variante werden die im Tank vorhandenen Gase in den zwischen dem Boden 3 und dem Rüttelsieb 6 vorhandenen Hohlraum geleitet, von wo sie durch die Pflanzenkohle hindurch aufsteigen und dabei von der Pflanzenkohle gebunden werden. Bei einer zweiten Variante werden die Flüssigkeit und die Gase zwei separaten Filtersystemen zugeführt. Die Gase werden in dessen Bodenbereich in ein Filtersystem geleitet, das ansonsten den gleichen oder einen ähnlichen Aufbau wie das Filtersystem für die Flüssigkeit hat. Bei einer dritten Variante ist das in der Fig. 1gezeigte Filtersystem derart modifiziert, dass kein Abfluss 4 sondern ein Zufluss vorhanden ist, um die Flüssigkeit dem Hohlraum zwischen dem Boden 3 und dem Rüttelsieb zuzuführen und dass die Flüssigkeit durch Zufuhr von warmer Luft, Heissdampf, etc. und/oder direktes Erwärmen zum Verdampfen gebracht wird. Die Gase steigen auf und werden durch die Pflanzenkohle gebunden.

Claims (8)

1. Filtersystem für Flüssigkeiten, umfassend einen mit Pflanzenkohle als Filterschicht füllbaren Behälter, dessen Boden (3) einen Abfluss (4) aufweist, Mittel zum Zuführen der Flüssigkeit, Mittel zum Zuführen von frischer Pflanzenkohle, und Mittel zum Entnehmen von Pflanzenkohle.

2. Filtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zuführen von frischer Pflanzenkohle eine Zuführschnecke (8) umfassen, und die Mittel zum Entnehmen von Pflanzenkohle eine Austragsschnecke (7) umfassen.

3. Filtersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Entnehmen von Pflanzenkohle ein oberhalb des Bodens (3) angebrachtes Rüttelsieb (6) umfassen.

4. Filtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeit enthaltene Gase der genannten Filterschicht oder einer anderen Filterschicht aus Pflanzenkohle zuführbar sind.

5. Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln, umfassend folgende Schritte Bereitstellen einer Filterschicht aus Pflanzenkohle in einem Filtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Leiten einer aus Biomasse gewonnenen Flüssigkeit durch die Pflanzenkohle, Entnehmen von Pflanzenkohle aus der Filterschicht, Verwenden der Pflanzenkohle als Düngemittel oder als Grundstoff für Düngemittel.

6. Verfahren nach Anspruch 5, weiter umfassend den Schritt überprüfen, ob die entnommene Pflanzenkohle vorbestimmte Qualitätsanforderungen erfüllt, und nur wenn ja Verwenden der Pflanzenkohle als Düngemittel oder Grundstoff für Düngemittel.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkohle vor dem Einsatz als Filterschicht a) durch Gesteinsmehle, Tonerden, Kompost, Mikroorganismen oder ähnliche Substrate angereichert, und/oder b) durch Dämpfung und/oder Säuerung aktiviert, und/oder c) mit zersetzenden Mikroorganismen inokuliert wird.

8. Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln, umfassend folgende Schritte Bereitstellen einer Filterschicht aus Pflanzenkohle, Leiten einer aus Biomasse gewonnenen Flüssigkeit durch die Pflanzenkohle, Entnehmen von Pflanzenkohle aus der Filterschicht, Verwenden der Pflanzenkohle als Düngemittel oder als Grundstoff für Düngemittel.