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Title:
METHOD FOR THE DIGESTION AND HYDROTHERMAL CARBONIZATION OF SEWAGE SLUDGE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/102814
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for hydrothermal carbonization and digestion of sewage sludge, wherein the device for hydrothermal carbonization and the device for digestion are flown through by the sewage sludge in alternating order and/or wherein the sewage sludge is first supplied to a hydrothermal carbonization and subsequently to the digestion.

Inventors:
BUTTMANN, Marc (Schlüterstrasse 75, Düsseldorf, 40235, DE)
Application Number:
EP2016/080938
Publication Date:
June 22, 2017
Filing Date:
December 14, 2016
Export Citation:
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Assignee:
TERRANOVA ENERGY GMBH (Gebäude B10, Königsberger Strasse 100, Düsseldorf, 40231, DE)
International Classes:
C10L5/46; C02F11/04; C02F11/18; C10L9/08
Domestic Patent References:
WO2011060904A12011-05-26
WO2012132799A12012-10-04
Foreign References:
DE102013104965A12014-04-17
EP2746231A12014-06-25
DE102007062808A12008-07-17
DE102007062809A12008-07-17
DE102007062810A12008-07-17
DE102007062811A12008-07-17
DE102007056170A12008-11-06
DE102008058444A12009-05-28
US5217625A1993-06-08
Other References:
B. WIRTH: "Anaerobic treatment of Waste Water Derived from Hydrothermal Carbonization", 20TH BIOMASS CONFERENCE MILAN, June 2012 (2012-06-01)
Attorney, Agent or Firm:
ROESSLER, Matthias (KNH Patentanwälte Kahlhöfer Neumann Rößler Heine PartG mbB, Postfach 103363, Düsseldorf, 40024, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung und Faulung von Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet, dass wechselweise eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Klärschlamm einer Vorrichtung zur Faulung von Klärschlamm vor- und nachgeschaltet wird, sodass die Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung und die Vorrichtung zur Faulung in wechselnder Reihenfolge vom Klärschlamm durchflössen werden.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm bei nachgeschalteter Faulung in einem ersten Verfahrensschritt auf Trockensubstanzgehalte > 3% entwässert wird, dann einer hydrothermalen Karbonisierung und anschließend der Faulung zugeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm bei vorgeschalteter Faulung zunächst eine Faulung durchläuft, anschließend mit oder ohne Entwässerung einer hydrothermalen Karbonisierung zugeführt wird und anschließend entwässert wird, wobei die in der Entwässerung entstehende flüssige Phase der vorgeschalteten Faulung wieder zugeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigen Phase vor der Zuführung in die vorgeschaltete Faulung Calciumsilikathydrat CSH in Korngrößen <10mm in einer Menge von <10 Massenprozent hinzugegeben wird und nach einer Reaktionszeit von mindestens 20 Minuten in einer Vorrichtung zur Fest-Flüssigtrennung das CSH abgetrennt wird und anschließend die flüssige Phase der vorgeschalteten Faulung wieder zugeführt wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Phase vor der Zuführung in die vorgeschaltete Faulung im pH Wert auf >pH6 angehoben wird.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der pH Anhebung ein Teil des in der flüssigen Phase enthaltenen Stickstoff oder Phosphor durch Ausgasen, Kristallisation oder Fällungsreaktion in dem Maße abgetrennt wird, dass damit die Konzentration von Stickstoff oder Phosphor in der flüssigen Phase um > 20% reduziert wird.

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufenthaltsdauer des Klärschlamms in einem druckbeaufschlagten Bereich der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung bei nachgeschalteter Faulung um mindestens 30 min kleiner ist als bei vorgeschalteter Faulung, indem die Durchflussgeschwindigkeit des Klärschlamms um mindestens 30% erhöht oder das druckbeaufschlagte Volumen der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonsierung um mindestens 30%> kleiner als bei vorgeschalteter Faulung ist.

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, die in der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung maximal erreicht wird, bei nachgeschalteter Faulung um mindestens 5°C kleiner als bei vorgeschalteter Faulung ist.

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel der Reihenfolge, in der der Klärschlamm die Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung und die Vorrichtung zur Faulung durchfließt, durch Umschalten von Ventilen oder Schiebern erfolgt, und zwar in dem Moment, zu dem ein vordefinierter Füllstand in der Vorrichtung zur Faulung erreicht wird und/oder eine vordefinierte Klärschlammmenge behandelt wurde und/oder ein vordefiniertes Zeitintervall abgelaufen ist.

Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung und Faulung von Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet, dass Klärschlamm einer hydrothermalen Karbonisierung zugeführt und anschließend einer Faulung zugeführt wird.

10 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der

Klärschlamm vor der hydrothermalen Karbonisierung auf >10 Trockensubstanzgehalt entwässert wird.

Verfahren zur Vorbehandlung und Faulung von Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung bei einem Primärschlamm aus einer Entwässerung auf > 10% besteht und die Vorbehandlung bei einem Überschussschlamm aus einer Entwässerung auf > 10%> und einer anschließenden hydrothermalen Karbonisierung besteht, wobei die Entwässerung wechselweise zwischen Primärschlamm und Überschussschlamm betrieben wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest der Ansprüche 1 bis 12.

Description:
Verfahren zur Faulung und Hydrothermalen Karbonisierung von Klärschlamm

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung und Faulung von Klärschlamm, bei dem die Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung und die Vorrichtung zur Faulung in wechselnder Reihenfolge vom Klärschlamm durchflössen werden.

Bei der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) wird Biomasse unter Luftabschluss bei Temperaturen zwischen 170°C und 200°C [Grad Celsius] innerhalb weniger Stunden in einen Kohleschlamm umgewandelt. Der Stand der Technik wird bspw. durch DE 10 2007 062 808, DE 10 2007 062 809, DE 10 2007 062 810, DE 10 2007 062 811, DE 10 2007 056 170, DE 10 2008 058 444 beschrieben. In diesen Schriften wird die hydrothermale Karbonisierung verschiedener Arten von Biomasse unter unterschiedlichen Reaktionsbedingungen und in verschiedenen Verfahren erläutert.

In den letzten Jahren hat sich die Anwendung der hydrothermalen Karbonisierung auf die Verarbeitung von Klärschlamm konzentriert. Klärschlamm ist ein Abfallstoff aus der Abwasserreinigung, der durch die Kläranlagen kostenpflichtig entsorgt werden muss. Hierbei ist vor allem der hohe Entwässerungsgrad von bis zu 70% Trockensubstanzanteil, der sich beim Klärschlamm im Anschluss an die Behandlung durch HTC erreichen lässt, vorteilhaft, da dadurch die zu entsorgende Restmenge deutlich verringert wird und Entsorgungskosten eingespart werden.

Es ist bekannt, dass das bei der Entwässerung des (durch) HTC behandelten Klärschlamms entstehende Filtrat einen hohen Anteil leicht biologisch abbaubaren Kohlenstoffs enthält, der sich gut zur anaeroben Behandlung in einer Faulung zur Erzeugung von Biogas eignet. Der Stand der Technik ist beispielsweise in "Anaerobic treatment of Waste Water Derived from Hydrothermal Carbonization" (B. Wirth et.al., 20th Biomass Conference Milan, June 2012) beschrieben.

US 5 217 625 A beschreibt Prozessbedingungen zur Behandlung von Klärschlamm, die denen der HTC ähnlich sind. Hier wird nach der Entwässerung des entstandenen Kohleschlamms ein gut brennbarer Filterkuchen hergestellt, der in einer nachfolgenden thermischen Verwertung energieeffizient entsorgt werden kann. Nachteilig an der HTC nach vorgenannter Anwendung ist, dass lediglich ein Teil des in der HTC behandelten Klärschlamms, nämlich das anschließend abgetrennte Filtrat, zur Erzeugung von Biogas genutzt wird. Damit bleiben etwa 75% des im Klärschlamm enthaltenen Kohlenstoffs zur Biogaserzeugung ungenutzt. Das Verfahren der Thermo-Druck-Hydrolyse (TDH) ist ähnlich der HTC. Dieses wird seit längerer Zeit zur Vorbehandlung von Klärschlamm vor einer Faulung angewendet. Der Stand der Technik ist beispielsweise in "Auswirkungen der thermischen Klärschlammhydrolyse und der prozessintegrierten Nährstoffrückgewinnung auf die Stoffstrom- und Energiebilanzen auf Kläranlagen", DBU Abschlussbericht AZ 24507- 23, beschrieben. Hierbei werden bei Temperaturen unter 170°C und Behandlungszeiten von 20-60 min [Minuten] die langkettigen Kohlehydratgruppen des Klärschlamms aufgespaltet und die Verfügbarkeit für die biogasproduzierenden Bakterien erhöht. Dadurch wird der Biogasertrag der Klärschlammfaulung um 10-30% erhöht.

Nachteilig an der TDH ist, dass sich der Klärschlamm nach TDH und Faulung nicht gut entwässern lässt. Es werden lediglich Trockensubstanzgehalte von 30- 40% erreicht. Beide Verfahren, TDH und HTC, erfordern eine aufwändige Anlagentechnik, so dass die damit verbundenen Investitionen durch die jeweiligen Vorteile nicht immer zu rechtfertigen sind und die Kläranlagen damit den Klärschlamm weiterhin auf konventionelle Weise ohne energetische Nutzung entsorgen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere in einer Anlage sowohl eine HTC als auch eine TDH des Klärschlamms durchzuführen, durch Verwendung der gleichen Anlagentechnik die Investitionskosten zu minimieren, dabei gleichzeitig die Vorteile der HTC und der TDH zu erzielen und damit einen wirtschaftlicheren Betrieb und einer verbesserte Energieeffizienz zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 10 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die (auch) in den (unabhängigen) Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.

Die Anlagentechnik der HTC wird wechselweise in einem "HTC-Modus" und in einem "TDH-Modus" betrieben und entsprechend unterschiedlich mit der Klärschlammfaulung verbunden: Im "HTC-Modus" wird die HTC Anlage nach der Faulung betrieben, so dass der Klärschlamm zunächst der Faulung (dem Faulbehälter) entnommen wird, dann in einer ersten Entwässerung auf einen Trockensubstanzgehalt von 20-30% eingestellt und anschließend in der HTC Anlage behandelt wird, so dass sich in der anschließenden (zweiten) Entwässerung ein hoher Entwässerungsgrad von bis zu 70% Trockensubstanzanteil erzielen lässt. Das bei der (zweiten) Entwässerung abgetrennte Filtrat wird anschließend auf einen pH- Wert > 9 pH erhöht, so dass durch dem Fachmann bekannte Verfahren der Stickstoff-Strippung, Calcium- Fällung, Struvit-Kristallisation oder ähnlicher Verfahren die Konzentration an Phosphor und/oder Stickstoff erniedrigt wird (Abtrennung von Nährstoffen). Das so behandelte Filtrat (gereinigtes Filtrat) wird anschließend in den Faulprozess (Faulbehälter) zurückgeführt um durch die darin (im Filtrat) vorhandene Organik den Faulgasertrag zu erhöhen.

Während des Betriebs im "HTC-Modus" werden die zur HTC üblichen Prozessparameter, insbesondere bezüglich des pH- Werts im Bereich pH 3 bis 6, der Prozesstemperatur im Bereich 170-200°C und der Aufenthaltszeiten im Bereich 2,5 bis 4 Stunden eingehalten.

Während des Betriebs der HTC Anlage im "HTC-Modus" wird dem Faulbehälter kein oder nur eine Teilmenge an Klärschlamm, wobei hierzu insbesondere der gut faulbare Primärschlamm einer Kläranlage geeignet ist, zugeführt, so dass in dieser Zeit der nicht der Faulung zugeführte, unbehandelte Klärschlamm in einem separaten Speicher zwischengespeichert werden muss. Nach Abschluss des Betriebs im "HTC-Modus", der beispielsweise durch das Erreichen eines unteren Füllstands im Faulbehälter oder durch die zeitliche Dauer des Betriebs im "HTC-Modus" bestimmt wird, wird sowohl der Eintrag als auch der Austrag der HTC Anlage, beispielsweise durch das Umlegen von Ventilen oder Schiebern in Rohrleitungen, in der Art umgeschaltet, dass die HTC Anlage vor der Faulung betrieben wird. Dabei wird der noch nicht behandelte Klärschlamm (unbehandelter Klärschlamm) beispielsweise aus dem separaten Zwischenspeicher oder aus einer (Vorrichtung zur) Entwässerung der HTC Anlage zugeführt, die den Trockensubstanzgehalt idealerweise auf 10-20% einstellt. In diesem Bereich ist der Klärschlamm für die anschließende TDH Behandlung konzentriert genug, um energieeffizient thermisch behandelt zu werden und nach der TDH Behandlung noch ausgefault werden zu können. Der Betriebsmodus wird nun auf "TDH-Modus" umgeschaltet.

Während des Betriebs (der HTC-Anlage) im "TDH-Modus" werden die zur TDH üblichen Prozessparameter, insbesondere bezüglich des pH-Werts im Bereich pH 5 bis 8, der Prozesstemperatur im Bereich 150 bis 170°C und der Aufenthaltszeiten im Bereich 0,5 bis 2 Stunden eingehalten. Die Änderung der Prozessparameter kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Durchflussgeschwindigkeit des Klärschlamms durch die HTC Anlage erfolgen - bei gleichbleibendem Volumen des Reaktionsraums in der HTC Anlage sinkt somit die Aufenthaltsdauer proportional. Ebenso ist es möglich, das Reaktionsvolumen zu reduzieren - beispielsweise durch das Abschalten paralleler Reaktionsvolumina im druckbeaufschlagten Teil der HTC Anlage. Der im "TDH-Modus" behandelte Klärschlamm wird anschließend dem Faulbehälter zugeführt. Während des Betriebs der HTC Anlage im "TDH-Modus" wird dem Faulbehälter kein Klärschlamm entnommen, so dass in dieser Zeit der Faulbehälter als Zeit- und Menge-Puffer dient. Nach Abschluss des Betriebs im "TDH-Modus", der beispielsweise durch das Erreichen eines oberen Füllstands im Faulbehälter oder durch die zeitliche Dauer des Betriebs im "TDH-Modus" bestimmt wird, wird sowohl der Eintrag als auch der Austrag der HTC Anlage in der Art umgeschaltet, dass die HTC Faulung wieder nach der Faulung betrieben wird. Es schließt sich wieder der oben beschriebene Betrieb im "HTC-Modus" an. In einer besonderen Variante der Erfindung wird die HTC Anlage mit den üblichen Prozessparametern der HTC vor der Faulung betrieben. Die üblichen Prozessparameter sind oben beschrieben. Dadurch wird der Ertrag an Faulgas maximiert, da die HTC Prozessparameter einen stärkeren Aufschluss der Kohlenstoffverbindungen des Klärschlamms bewirken und damit ein größerer Teil der Organik für die Biogasbakterien verfügbar wird als bei den TDH Prozessparametern. Somit kann der Biogasertrag bis zu 40% gesteigert werden gegenüber einer Faulung von nicht in der HTC behandeltem Klärschlamm. Ebenso kann der nicht ausgefaulte Klärschlamm vor der HTC zunächst auf 20% bis 25% Trockensubstanz entwässert werden, wodurch die Klärschlammmenge um bis zu 80% reduziert wird und die HTC Anlage kleiner gestaltet werden kann. Nach der HTC ist der Klärschlamm für die Faulung hochkonzentriert, wodurch auch das Faulbehältervolumen klein gehalten werden kann oder bei gegebenem Volumen des Faulbehälters die Aufenthaltsdauer des Klärschlamms bis zum 5- fachen Wert erhöht wird, womit der Faulgasertrag maximiert wird.

Die Erfindung ermöglicht, dass

• mit einer Anlage sowohl eine TDH als auch eine HTC von Klärschlamm durchgeführt werden kann und damit zwei bislang unabhängige Verfahrensschritte seriell durchlaufen werden können;

• Investitionskosten in die Anlagentechnik und damit die spezifischen Kosten der Verfahren reduziert, Betriebskosten eingespart und die Wirtschaftlichkeit für den Anwender verbessert werden;

• der zu entsorgende Klärschlamm nach der Behandlung im "HTC-Modus" auf bis zu 70%> Trockensubstanzgehalt entwässert und die Menge minimiert ist; wodurch sich Kostenersparnisse bei der kostenpflichtigen Entsorgung ergeben;

• der Faulgasertrag sowohl durch die Rückführung des Filtrats in den Faulbehälter im "HTC-Modus" um 10% als auch durch die Vorbehandlung des nicht ausgefaulten Klärschlamms im "TDH-Modus" um weitere 20 bis 30%) erhöht wird;

• Phosphor und Stickstoff im Betrieb der HTC Anlage nach der Faulung (im "HTC Modus") und der anschließenden Entwässerung zurückgewonnen werden; wobei eine Hemmung der Faulgas produzierenden Bakterien durch zu hohe Konzentrationen an Stickstoffverbindungen beim rückgeführten Filtrat vermieden wird; • wenn die HTC Anlage in der besonderen Variante der Erfindung im "HTC-Modus" der Faulung vorgeschaltet wird, der Faulgasertrag sogar um 30-40% erhöht wird. Es wird ein (erstes) Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung und Faulung von Klärschlamm vorgeschlagen, wobei wechselweise eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC -Anlage) von Klärschlamm einer Vorrichtung zur Faulung (Faulbehälter) von Klärschlamm vor- und nachgeschaltet wird, sodass die Vorrichtung zur Hydrothermalen Karbonisierung und die Vorrichtung zur Faulung in wechselnder Reihenfolge vom Klärschlamm durchflössen werden.

Insbesondere wird der Klärschlamm bei nachgeschalteter Faulung in einem ersten Verfahrensschritt auf Trockensubstanzgehalte > 3%, bevorzugt > 5%, besonders bevorzugt > 10% entwässert, dann einer hydrothermalen Karbonisierung und anschließend der Faulung (dem Faulbehälter) zugeführt.

Insbesondere durchläuft der Klärschlamm bei vorgeschalteter Faulung zunächst eine Faulung, wird anschließend mit oder ohne Entwässerung einer hydrothermalen Karbonisierung zugeführt und wird anschließend entwässert, wobei die in der Entwässerung entstehende flüssige Phase (Filtrat) der vorgeschalteten Faulung (dem Faulbehälter) wieder zugeführt wird.

Insbesondere wird die flüssige Phase (Filtrat) vor der Zuführung in die vorgeschaltete Faulung (Faulbehälter) im pH Wert auf > pH6, insbesondere > pH7, bevorzugt > pH8, besonders bevorzugt > pH9 angehoben.

Dies kann über die Zumischung von Calciumsilikathydrat (CSH) geschehen. So wird dem Filtrat 5 Massenprozent, bevorzugt 7,5 Massenprozent, besonders bevorzugt 10 Massenprozent CSH in einer Korngröße von 0 bis 1 mm [Millimeter] unter Verwendung eines Rührwerks zur Durchmischung zugegeben und eine Reaktionsdauer von mindestens 20 Minuten, bevorzugt mindestens 60 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 90 Minuten abgewartet. Anschließend wird das CSH in einer Fest-Flüssigtrennung, beispielsweise einer Kammerfüterpresse, einer Zentrifuge oder einer Siebvorrichtung, abgetrennt.

Insbesondere wird nach der pH-Anhebung ein Teil des in der flüssigen Phase (in dem Filtrat) enthaltenen Stickstoff oder Phosphor durch Ausgasen, Kristallisation oder Fällungsreaktion in dem Maße abgetrennt, dass damit die Konzentration von Stickstoff oder Phosphor in der flüssigen Phase (im Filtrat) um > 20%, bevorzugt > 30%), besonders bevorzugt > 50%> reduziert wird.

Bevorzugt ist die Aufenthaltsdauer des Klärschlamms im druckbeaufschlagten Bereich der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage) bei nachgeschalteter Faulung (im„TDH-Modus") um mindestens 30 min [Minuten], bevorzugt mindestens 45 min, besonders bevorzugt mindestens 60 min kleiner als bei vorgeschalteter Faulung (im „HTC-Modus"), indem die Durchflussgeschwindigkeit des Klärschlamms um mindestens 30%> erhöht oder das druckbeaufschlagte Volumen der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung um mindestens 30% kleiner als bei vorgeschalteter Faulung ist.

Die Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit erfolgt insbesondere durch die Regelung von frequenzgesteuerten Pumpen in der HTC Anlage sowohl am Einlass als auch am Auslass des druckbeaufschlagten Bereichs.

Insbesondere ist die Temperatur, die in der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage) maximal erreicht wird, bei nachgeschalteter Faulung (im„TDH-Modus") um mindestens 5°C, bevorzugt mindestens 10°C, besonders bevorzugt mindestens 15°C kleiner als bei vorgeschalteter Faulung („HTC-Modus"). Die Einstellung der Temperatur erfolgt insbesondere durch eine Regelung des Wärmeeintrags in den Reaktor und kann beispielsweise durch Abschalten einer Wärmequelle oder durch Regelung der Durchflussmenge eines Wärmeträgermediums, wie beispielsweise Thermalöl, erfolgen, das durch einen Außenmantel des Reaktors geleitet wird.

Insbesondere erfolgt der Wechsel der Reihenfolge, in der der Klärschlamm die Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage) und die Vorrichtung zur Faulung (Faulbehälter) durchfließt, durch Umschalten von Ventilen oder Schiebern, und zwar in dem Moment, zu dem ein vordefinierter Füllstand in der Vorrichtung zur Faulung (Faulbehälter) erreicht wird und/oder eine vordefinierte Klärschlammmenge behandelt wurde und/oder ein vordefiniertes Zeitintervall abgelaufen ist.

Der Transport des Klärschlamms zwischen den wechselseitig verschalteten Anlagenteilen HTC Anlage und Faulbehälter erfolgt bevorzugt durch Pumpen, wie beispielsweise Kreiselpumpen, Exzenterschneckenpumpen, Membranpumpen oder Kolbenpumpen.

Es wird weiter ein (zweites) Verfahren vorgeschlagen, bei dem der Klärschlamm einer hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage) zugeführt und anschließend einer Faulung (einem Faulbehälter) zugeführt wird. Insbesondere wird der Klärschlamm vor der hydrothermalen Karbonisierung auf >10%, bevorzugt >15%, besonders bevorzugt >20% Trockensubstanzgehalt entwässert.

Weiter werden Vorrichtungen zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:

Fig. 1 : eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Klärschlamm;

und

Fig. 2: eine weitere Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von

Klärschlamm. Die folgenden Ausführungen beschreiben beispielhaft Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens:

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Klärschlamm (HTC Anlage 4), die wechselweise vor und nach einer Vorrichtung zur Faulung, i.e. einem Faulbehälter 8, betrieben wird (geeignet zur Durchführung des ersten Verfahrens).

Im Rahmen des Betriebs der HTC Anlage 4 im„TDH-Modus" (vor der Faulung) wird nicht behandelter Klärschlamm 1, dies kann beispielsweise Primärschlamm aus der Vorreinigung der Kläranlage, Überschussschlamm aus der biologischen Stufe einer Kläranlage oder ein Gemisch aus beiden sein, über ein (erstes) 2/3 Wegeventil 2 einer (ersten) Entwässerungsmaschine 3, dies kann beispielsweise eine Zentrifuge, Kammerfilterpresse oder Schnecke sein, zugeführt, in der der Klärschlamm 1 auf 15% Trockensubstanzanteil entwässert wird. Das abgetrennte Wasser 15 wird dem Einlauf der Kläranlage zurückgeführt. Der entwässerte Klärschlamm wird in der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Klärschlamm (HTC Anlage 4) im„TDH-Modus" behandelt und das Produkt 7 anschließend durch ein (zweites) 2/3 Wegeventil 5 zurückgeführt zur Faulung (in den Faulbehälter 8). Die Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage 4) wird dabei (im„TDH-Modus") mit einer maximalen Temperatur von 160°C, einem pH- Wert von 6 und einer Aufenthaltsdauer von 60min betrieben.

(Durch diese Rückführung und) durch die kontinuierliche Zuführung von nicht behandeltem Klärschlamm (insbesondere vorteilhaft ist hier Primärschlamm) (16) steigt der Füllstand des Faulbehälters 8, bis ein maximaler Füllstand erreicht ist, der durch ein Füllstandsmessgerät oder eine Gewichtsmessung 14 (Messung 14) bestimmt wird. Anschließend wird (zum Wechsel der HTC Anlage in den„HTC- Modus", und nach der Faulung) durch Umschalten der Ventile 2 und 5 der Klärschlamm (Faulbehälterklärschlamm 9) der Vorrichtung zur Faulung (dem Faulbehälter 8) entnommen, in der (ersten) Entwässerungsmaschine 3 auf 20% Trockensubstanzanteil entwässert, (das abgetrennte Wasser 15 dem Einlauf der Kläranlage zurückgeführt,) anschließend in der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage 4) (im„HTC-Modus") behandelt und dann der (zweiten) Entwässerungsmaschine 6 zugeführt. Dies kann eine Zentrifuge oder besonders bevorzugt eine Kammerfüterpresse sein, in der der behandelte und ausgefaulte Klärschlamm auf 70% Trockensubstanzgehalt entwässert wird und anschließend entsorgt werden kann (behandelter und ausgefaulter Klärschlamm 13). Das in der (zweiten) Entwässerungsmaschine 6 abgetrennte Filtrat 10 wird einer Vorrichtung zur Abtrennung von Phosphor und Nitrat (Abtrennvorrichtung 11) zugeführt. In dieser wird zunächst dem Filtrat (10) Magnesium beigemischt, der pH- Wert des Filtrats (10) durch die Zugabe von Säure auf pH 10 angehoben und das sich bildende Struvit, eine kristalline Verbindung des Phosphors mit Magnesium und Stickstoff, abgetrennt (Nährstoff 12). Ebenso wird über eine Strippung überschüssiger Stickstoff ausgegast (Nährstoff 12). Das von Stickstoff und Phosphor abgereinigte Filtrat (gereinigtes Filtrat 17) wird der Vorrichtung zur Faulung zugeführt (Faulbehälter 8).

Die Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage 4) wird in diesem Betriebszustand (im„HTC-Modus") mit einer maximalen Temperatur von 180°C, einem pH- Wert von 4 und einer Aufenthaltsdauer von 180 min betrieben. In diesem Betriebszustand kann der Vorrichtung zur Faulung (Faulbehälter 8) auch ein Teil des Klärschlamms direkt zugeführt werden (Klärschlamm 16), um die (zu behandelnde Menge und damit die) Behandlungsdauer im vorherigen Betriebszustand (im "TDH Modus") zu verkürzen. Dazu wird der Primärschlamm der Kläranlage verwendet, da dieser auch ohne eine Behandlung in der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage 4) einen hohen Faulgasertrag ergibt. Dieser Betriebszustand („HTC-Modus") wird beibehalten, bis ein minimaler Füllstand erreicht ist, der durch das Füllstandsgerät oder die Gewichtsmessung (Messung 14) erfasst wird. Daraufhin werden die Ventile 2 und 5 umgeschaltet und der Klärschlamm durchfließt das System wieder in der oben beschriebenen Reihenfolge. Es schließt sich wieder der oben beschriebene Betrieb an (Betrieb der HTC Anlage im„TDH-Modus"). Fig. 2 zeigt eine besondere Ausführung der Erfindung (Vorrichtung, geeignet zur Durchführung des zweiten Verfahrens). Im Rahmen eines Betriebs der Vorrichtung im„HTC-Modus" vor der Faulung wird unbehandelter Klärschlamm 1 in einer (ersten) Entwässerungsmaschine (3) auf 20% Trockensubstanzanteil entwässert und einer Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage 4) zugeführt. In dieser wird der Klärschlamm bei einer maximalen Temperatur von 180°C, einem pH- Wert von 4 und einer Aufenthaltsdauer von 180 min (im„HTC- Modus") behandelt. Das Produkt (7) wird einer Vorrichtung zur Faulung (Faulbehälter 8) zugeführt, in der der Klärschlamm über 20 Tage durch anaerobe Bakterien organisch abgebaut wird und das entstandene Faulgas zur Energieerzeugung abgeleitet wird (Faulgas 18). Nach der Faulung wird der ausgefaulte Klärschlamm (Faulbehälterklärschlamm 9) in einer (zweiten) Entwässerungsmaschine (6), in diesem Fall einer Kammerfüterpresse, entwässert und entsorgt (behandelter und ausgefaulter Klärschlamm 13). In den Zeiten, in denen die (erste) Entwässerungsmaschine (3) den Primärschlamm der Kläranlage entwässert, wird dieser (unbehandelte Klärschlamm 1) direkt der Vorrichtung zur Faulung (dem Faubehälter 8) zugeführt, ohne in der Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC Anlage 4) behandelt zu werden. Das Filtrat (10) wird anschließend der in Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung zur Abtrennung von Stickstoff und Phosphor (Abtrennvorrichtung 11) zugeführt und anschließend an den Einlauf der Kläranlage gegeben.

Die erste Entwässerungsmaschine 3 wird also wechselweise von Primärschlamm oder Überschussschlamm durchlaufen, wobei bei der Entwässerung von Überschussschlamm die Weiterleitung zunächst an die Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung und danach an den Faulbehälter 8 erfolgt.

Primärschlamm ist hierbei der Schlamm, der in einem ersten gravimetrischen Absetzbecken aus dem Abwasser abgezogen wird. Überschussschlamm ist der Schlamm, der während der biologischen Reinigung des Abwassers entsteht und durch ein zweites gravimetrisches Absetzbecken aus dem gereinigten Abwasser abgezogen wird. Dem Fachmann sind noch weitere gängige Verfahren zur Trennung von Schlamm aus Abwasser oder gereinigtem Abwasser bekannt, z.B. Membranverfahren. Klärschlamm bezeichnet ein Gemisch von Primärschlamm und Überschussschlamm. Bezugszeichenliste

1 unbehandelter Klärschlamm

2 erstes Ventil

3 erste Entwässerungsmaschine

4 HTC-Vorrichtung

5 zweites Ventil

6 zweite Entwässerungsmaschine

7 Produkt

8 Faulbehälter

9 Klärschlamm nach Faulung

10 Filtrat

11 Abtrennvorrichtung

12 Nährstoff

13 behandelter und ausgefaulter Klärschlamm

14 Messung

15 abgetrenntes Wasser

16 Klärschlamm

17 gereinigtes Filtrat

18 Faulgas