Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von vorzugsweise biogenen Reststoffen unter Zufuhr eines Trocknungsmediums. Die Erfindung betrifft ferner einen Bioreaktor zur Durchführung des Verfahrens.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Biogene Reststoffe bieten mehrere Potenziale, insbesondere Nährstoffe, Energie, Phosphor und Metalle, die durch die aktuellen Prozessketten häufig unzureichend genutzt werden. Oftmals werden biogene Reststoffe nur entsorgt und nicht verwertet.

Die Nährstoffe, die sich in biogenen Reststoffen befinden, liegen häufig in einer chemisch instabilen und wässrigen Form vor und sind für größere Entfernungen nicht transportwürdig. Als Beispiele sind Gülle und Gärreste zu nennen.

Das energetische Potenzial biogener Reststoffe ist die in den komplexen organischen Molekülen chemisch gebundene Energie, die als Biomassebrennstoff für den direkten Ersatz fossiler Brennstoffe eingesetzt werden kann.

Ein weiteres Potenzial ist Phosphor, ein essenzieller Rohstoff, der weder ersetzbar noch erneuerbar ist. Daher werden aktuell verschiedene Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus biogenen Reststoffen mit einem Phosphoranteil entwickelt.

Metalle können in unterschiedlichen Konzentrationen und Kombinationen in den Feststoffen enthalten sein. Einige Metalle sind seltene Elemente, die nur in geringen Konzentrationen in der Erdkruste enthalten sind. Hierzu zählt zum Beispiel Cobalt, was bei der Batterieproduktion für die Elektromobilität benötigt wird, so dass der Rohstoff derzeit stark nachgefragt wird.

Schließlich stellt das in Form von Feuchtigkeit in den Reststoffen gebundene Wasser ein wertvolles Gut als Trink- oder Brauchwasser dar.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem insbesondere biogene Reststoffe aufbereitet werden, um die in den Reststoffen vorhandenen Potenziale, insbesondere Nährstoffe, Energie, Phosphor, Metalle und Wasser als Wertstoffe nutzen zu können. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bioreaktor zu schaffen, mit dem das Verfahren durchgeführt werden kann.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Zur Problemlösung zeichnet sich das Verfahren durch folgende Schritte aus: a) Einfüllen biogener Reststoffe mit einem Flüssigkeitsanteil in einen Bioreaktor, b) T rocknen der Reststoffe zu einer T rockenmasse, c) Mahlen der Trockenmasse, d) Abführen der Trockenmasse.

Während des Mahlens in Schritt c) kann die Trockenmasse weiter getrocknet werden.

Gemäß einer spezifischeren Beschreibung weist das Verfahren folgende Schritte aus: a) Einfüllen der einen Flüssigkeitsanteil aufweisenden Reststoffe in einen mit (vorzugsweise trockenen) Kugeln gefüllten und einen Mischer aufweisenden Bioreaktor und Mischen der Kugeln und der Reststoffe durch zumindest zeitweises Betreiben des Mischers während des Einfüllens und/oder nach dem Einfüllen, sodass sich Filme aus den Reststoffen auf den Oberflächen der Kugeln ausbilden, b) Trocknen der Filme von Reststoffen unter Ausbilden von Krusten aus Trockenmasse mit einem Restwassergehalt auf den Oberflächen der Kugeln durch Zuführen eines Trocknungsmediums in den Bioreaktor, welches die Kugeln umströmt, unter zumindest zeitweisem Betreiben des Mischers, c) Mahlen und weiteres Trocknen der Trockenmasse durch zumindest zeitweises Betreiben des Mischers unter Abrieb pulverförmiger Trockenmasse von den Kugeln, d) Abführen der pulverförmigen Trockenmasse aus dem Bioreaktor.

Das Ergebnis des Verfahrens ist sehr trockene und sehr feinteilige pulverförmige Trockenmasse (nachfolgend auch einfach als Pulver bezeichnet), die abhängig von dem Ausgangsmaterial (dem Reststoff) vielfältig genutzt werden kann.

So kann das Pulver insbesondere als Ersatzbrennstoff für fossile Energieträger eingesetzt werden, insbesondere überall dort, wo derzeit ein Verbrennungsprozess unter Einsatz von fossilen Brennstoffen, insbesondere Kohle, erfolgt. Ein Beispiel stellt die Zementindustrie beim Brennen von Klinkern dar. Auf diese Weise kann der fossile CC> ₂ -Ausstoß wirksam reduziert werden kann.

Ferner kann die Trockenmasse insbesondere durch gezielte Mischung von chemisch instabiler Gülle oder Gärresten mit besonders trockenen biogenen Reststoffen, als nährstoffreicher Dünger in der Landwirtschaft in Form von Trockenmehl eingesetzt werden, wodurch die Nährstoffe des Reststoffs genutzt werden.

Des Weiteren ist ein konzentrierter Austrag von Stickstoff über die Gasphase möglich, was die isolierte Rückgewinnung von Stickstoff über einen Säurewäscher ermöglicht.

Zudem erlaubt das Verfahren, in dem Reststoff enthaltenen Phosphor zurückzugewinnen und insbesondere ebenfalls als Dünger zu nutzen.

Ergänzend hierzu können Metalle aus den Reststoffen extrahiert werden, um als Rohstoffe in Produktionsprozessen von Gütern genutzt werden zu können.

Schließlich kann das durch das Verfahren mit dem Trocknungsmedium aus dem Reaktor ausgetragene Wasser einer nachträglichen Nutzung, durch eine Aufbereitung als Nutz- oder Trinkwasser, zugeführt werden. Durch die Trocknung von Meerwasser werden damit simultan zwei Wertstoffe erzeugt: Salz als Trockenmasse und Wasser über die Separation des Wassers aus dem Trocknungsmedium mit anschließender Aufbereitung zu Trink- oder Brauchwasser.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können somit sämtliche der einleitend beschriebenen Potenziale genutzt werden.

Der Begriff Reststoff wird im Rahmen der Erfindung breit verstanden und umfasst insbesondere, aber nicht ausschließlich, biogene Reststoffe. Biogene Reststoffe sind organische Abfälle und Abwässer, land- und forstwirtschaftliche Nebenprodukte und biogene Produktionsreste. Darüber umfasst der Begriff Reststoff für die Beschreibung der Ausgangsstoffe dieses Verfahrens alle heterogenen Stoffgemische mit organischen Anteilen. Dies sind u. a. Klärschlamm (Primärschlamm, Sekundärschlamm, Tertiärschlamm, Faulschlamm) und darüber hinaus auch Gülle, Gärreste, Teich- oder Flussschlamm, Meerwasser und Algen sowie sonstige Reststoffe von Meerespflanzen und -tieren, als auch sonstige organische Stoffgemische, Sekundärrohstoffe und Industrieschlämme.

Während des Mahlens im Schritt c) kann die Trockenmasse weiter getrocknet werden.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren zwei Stufen, wobei die erste Stufe auch als „nasse“ Stufe bezeichnet wird und die zweite Stufe als „trockene“ Stufe bezeichnet wird. Dabei erfolgt während der „nassen“ Stufe im Wesentlichen das Trocknen der Filme von Reststoffen unter dem Ausbilden der Krusten auf den Oberflächen der Kugeln unter zumindest zeitweisem Betreiben des Mischers, wodurch auch die Abtrennung des Pulvers von den Kugeln herbeigeführt wird. Während der „trockenen“ Stufe erfolgt das Mahlen und weitere Trocknen der pulverförmigen, bereits von den Kugeln getrennten Trockenmasse durch Betreiben des Mischers durch die Mahlwirkung von den Kugeln und das Abführen der pulverförmigen Trockenmasse aus dem Bioreaktor. Die „trockene“ Stufe, die die weiteren Trocknung und Mahlung umfasst, kann hierdurch als selbstständiger Prozess durchgeführt werden und ergänzend zu der ersten Stufe erfolgen.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung ist das Trocknungsmedium ein Trocknungsfluid, insbesondere ein gasförmiges Fluid. Als gasförmige Trocknungsfluide kommt im Rahmen der Erfindung vorzugsweise warme, ungesättigte Luft und/oder ungesättigter, überhitzter Wasserdampf zum Einsatz. Die Anwendung des Prinzips des Dampftrocknens unter Verwendung überhitzten Wasserdampfs führt zudem zu einer erheblichen Steigerung der Effizienz der Wärmeübertragung und damit einem Zeitersparnis gegenüber der Verwendung warmer, ungesättigter Luft als Trocknungsmedium. Das Prinzip des Dampftrocknens unter Verwendung überhitzten Wasserdampfs bei Atmosphärendruck ist an sich bekannt.

Der Trocknungsvorgang geht mit der Verdampfung von Flüssigkeit, insbesondere von Wasser (Feuchtigkeit) einher. Die Verdampfung von Flüssigkeiten wird dadurch definiert, dass ein Phasenwechsel von der flüssigen in die gasförmige Phase und somit die Umwandlung der Flüssigkeit in Dampf erfolgt. Dampf ist in thermodynamischer Hinsicht ein reales Gas, das aus dem Reaktorraum ausgetragen werden kann, was im vorliegendem Fall durch das Trocknungsmedium, erfolgt. Der Begriff der Verdampfung ist ein Oberbegriff, der ganz allgemein den Phasenübergang von der Flüssigkeit zur Gasphase beschreibt und damit das Verdunsten unterhalb des Siedepunktes und das Sieden oberhalb des Siedepunktes einer Flüssigkeit umfasst.

Wasserdampf kann Bestandteil einer Gasmischung sein. So ist der Wasserdampf in der Atmosphäre ein Bestandteil der Gasmischung feuchte Luft. Feuchte Luft ist ein Gemisch aus trockener Luft und Wasser. Gegenüber anderen Mischungen idealer Gase hat feuchte Luft die Besonderheit, dass Wasserdampf nicht in beliebigen Mengen mit trockener Luft gemischt werden kann. In der Luft kann nur eine solche Wasserdampfmenge enthalten sein, bis der Teildruck des Wasserdampfes (Partialdruck) den Sättigungsdruck erreicht hat. Ist der Partialdruck des Wasserdampfes kleiner als der Sättigungsdruck, dann ist die Luft ungesättigt. Dampf mit einer höheren Temperatur als der Sättigungstemperatur ist ungesättigter, überhitzter Dampf. So ist zum einen Wasserdampf in der ungesättigten feuchten Luft, unterhalb der Siedetemperatur, überhitzter Dampf. Zum anderen kann ein Dampf vollkommen isoliert auftreten und einen Raum allein ausfüllen, insbesondere wenn der Dampf oberhalb der Siedetemperatur gehalten wird.

Damit eine Flüssigkeit in Dampf übergeht, muss man ihr Verdampfungswärme (thermische Energie) zuführen, weil mit der Verdampfung u. a. eine erhebliche Volumenzunahme verbunden ist. So beträgt die Volumenzunahme bei der Verdampfung von Wasser bei einem Druck von 1 bar mehr als das 1600fache. Betrachtet man eine isobare Verdampfung, so ist die Verdampfungswärme eine Verdampfungsenthalpie. Die benötigte Energiezufuhr für den Übergang von 1 kg Wasser zu Wasserdampf bei Atmosphärendruck (1013,25 hPa) und 100 °C beträgt 2257 kJ.

Der Energieeintrag kann erfolgen durch Konvektion (im vorliegenden erfindungsgemäßen Fall mithilfe des Trocknungsmediums) und/oder Konduktion (über heiße Kontaktflächen, z. B. beheizte Außenwände des erfindungsgemäßen Bioreaktors) und/oder durch Strahlungswärme (z. B. durch transparente Außenwände eines später beschriebenen erfindungsgemäßen Bioreaktors).

Darüber hinaus können vorzugsweise die zugeführten biogenen Reststoffe vor der Zuführung erwärmt werden (maximal bis zur Siedetemperatur).

Die Intensität und Kombination der verschiedenen Verfahren zur Wärmeübertragung richten sich nach den Stoffeigenschaften des zu trocknenden biogenen Reststoffs und dem gewünschten Trocknungsergebnis, was auch die Desinfektion/Hygienisierung umfasst. Vorzugsweise wird die Wärmeübertragung durch Konvektion mit Hilfe des Trocknungsmediums verwendet.

Ergänzend hierzu können bevorzugt weitere Prozessparameter, insbesondere die Temperatur und der Druck (Unterdruck/Vakuum, Überdruck) für eine optimale Prozessführung und Produktqualität ergänzend variiert werden, da diese Parameter die Trocknung direkt mit beeinflussen. So ist die Siedetemperatur eine abhängige Funktion des eingestellten Druckniveaus. Vorzugsweise werden Temperaturen über 0 °C bis zu 250 °C und positive (Überdruck) oder negative (Unterdrück) Druckdifferenzen von 0 - 4 bar mit Bezug auf den Atmosphärendruck eingestellt.

Die Kugeln können aus einem beliebigen Material bestehen, solange es eine ausreichende Wasseraufnahmefähigkeit in Form von Hygroskopie und/oder Kapillarität und Festigkeit aufweist. Die Kugeln bestehen bevorzugt aus Holz und insbesondere aus Buchenholz. Alternativ können die Kugeln aus einem anderen Material bestehen, das ähnliche Eigenschaften wie Holz aufweist, insbesondere hinsichtlich Feuchtigkeitsregulierung und Festigkeit. Beispielsweise kommen Holzwerkstoff-Kunststoff-Komposite in Frage.

Der Durchmesser der Kugeln liegt vorzugsweise zwischen 5 mm und 50 mm insbesondere vorzugsweise zwischen 15 mm und 30 mm.

Um einen zusätzlichen Feuchtigkeitsentzug des sich an den Oberflächen ansiedelnden Reststofffilms (nachfolgend auch als Biofilm bezeichnet) durch Sorption und ergänzende Kapillarkräfte in die Kugeln zu erreichen, können diese vor dem Einfüllen bzw. Zuführen der Reststoffe getrocknet werden. Dies kann insbesondere durch Zuführen des Trocknungsmediums, insbesondere von warmer ungesättigter Luft und/oder ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf, in den Reaktor erfolgen.

Während des Einfüllens der Reststoffe kann ein Mischvorgang durchgeführt werden. Bevorzugt wird mindestens ein Mischvorgang nach dem Einfüllen durchgeführt. Dadurch werden die Reststoffe mit den Kugeln mindestens einmal vollständig durchmischt.

Der Mischvorgang oder die Mischvorgänge dauern so lange an, bis sich gleichmäßige dünne Filme der Reststoffe auf den Oberflächen der Kugeln ausgebildet haben.

Um vergleichsweise trockene Reststoffe an den Oberflächen der Kugeln zu fixieren und die Filme auf den Oberflächen der Kugeln auszubilden, kann beim Einfüllen der Reststoffe zusätzlich Flüssigkeit auf die Oberflächen der Kugeln aufgebracht werden. Auf diese Weise werden die trockenen Reststoffe an- oder aufgeschlämmt und haften stabil an den Kugeloberflächen an. Das Einbringen von Flüssigkeit kann insbesondere durch Einsprühen der Flüssigkeit in Form eines Sprühnebels erfolgen. Die Flüssigkeit kann Wasser oder auch ein weiterer (biogener) Reststoff mit höherem Feuchtigkeitsgehalt sein. Damit können gleichzeitig zugeführte trockenere und feuchtere Reststoffe an den Oberflächen der Kugeln als dünne Biofilme fixiert werden.

Gemäß einer Ausgestaltung werden als weitere (biogene) Reststoffe mit höheren Feuchtigkeitsgehalten Gülle oder Gärreste verwendet. Durch eine gezielte Mischung von chemisch instabiler Gülle oder Gärresten mit sehr trockenen, vorzugsweise biogenen Reststoffen, kann ein nährstoffreiches Düngergemisch mit dem hier vorgestellten Verfahren als Trockenmehl und damit als Trockenstabilat produziert werden.

Das Einbringen zusätzlicher Flüssigkeit erfolgt vorzugsweise dann, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des eingesetzten Reststoffs eine untere Schwelle unterschreitet. Die zugeführte Flüssigkeit kann mit einem Eisensalz angereichert werden, um freie Phosphate in dem Reststoff als Eisenphosphat zu fällen.

Des Weiteren kann die Flüssigkeit Kalk (Calciumcarbonat CaCCh) enthalten, und beispielsweise in Form von Kalkmilch zugeführt und auf den Kugeloberflächen gleichmäßig verteilt werden.

Alternativ kann eine Zufuhr von Kalk in den Bioreaktor auch als Feststoff, insbesondere in Form eines rieselfähigen Pulvers, erfolgen. Durch die Kalkzufuhr erhöht sich der pH-Wert der sich ausbildenden Biofilme auf den Kugeloberflächen, was eine gezielte Absenkung des Temperaturniveaus ermöglicht, das für den Phasenübergang von Stickstoff, der zumeist in Form von Ammonium in den biogenen Reststoffen verfügbar ist, von der flüssigen in die gasförmige Phase benötigt wird.

Damit kann der gasförmige Austrag von Ammoniak (NH3) mit Hilfe des Trocknungsmediums gezielt beeinflusst werden. Der dadurch gasförmig ausgetragene Stickstoff kann dann einer weiteren Verarbeitung zugeführt und somit als Nährstoff separiert werden. Dies kann vorzugsweise durch einen Säurewäscher unter Einsatz von Schwefelsäure (H2SO4) erfolgen, so dass Ammoniumsulfat-Lösung hergestellt werden kann.

Im Fall der Trocknung unter Einsatz von warmer, ungesättigter Luft als Trocknungsmedium wird die warme, ungesättigte Luft vorzugsweise mit einer Temperatur bis 85 °C in den Bioreaktor eingeleitet. Die Kugeln werden dann von der eingeleiteten Luft umströmt, wobei die an den Kugeloberflächen anhaftenden Filme Feuchtigkeit an die Luft abgeben. Die gesättigte Luft wird wieder aus dem Bioreaktor abgeleitet. Optional kann das in der gesättigten Luft enthaltene Wasser einer weiteren Nutzung zugeführt werden.

Für die Trocknung unter Einsatz von ungesättigtem, überhitzten Wasserdampf als Trocknungsmedium wird der ungesättigte, überhitzte Wasserdampf insbesondere mit einer Temperatur von 110 °C bis 300 °C, vorzugsweise von 110 °C bis 250 °C, in den Bioreaktor eingeleitet. Dabei können die eingestellten Prozessparameter hinsichtlich Druck und Temperatur unter Beachtung der Grenzwerte für die Gasphase, die sich aus der Dampfdruckkurve ableiten, variiert werden. Vorzugsweise wird der Wasserdampf bei Atmosphärendruck in den Bioreaktor eingeleitet. Die Kugeln werden dann von dem überhitztem Wasserdampf umströmt. Die Reststoffe nehmen hierbei die Wärme konvektiv auf. Die an den Kugeloberflächen anhaftenden Filme, die einen Flüssigkeitsanteil aufweisen, verdampfen Feuchtigkeit, die der Heißdampf als reales Gas aufnimmt. Die aus den biogenen Reststoffen ausgetragene Feuchtigkeit wird damit zu Überschussdampf, der wieder aus dem Bioreaktor abgeleitet wird. Optional kann das im ausgetragenen Überschussdampf enthaltene Wasser einer weiteren Nutzung zugeführt werden.

Durch die Trocknung bilden sich Krusten an den Oberflächen der Kugeln aus, die aus Trockenmasse mit einem Restwassergehalt bestehen. Durch die Mischvorgänge werden die Krusten von den Oberflächen der Kugeln fein abgemahlen (abgerieben) und werden sich als Pulver (pulverförmige Trockenmasse) mit einem Restwassergehalt am Boden des Bioreaktors absetzen.

Vorzugsweise erfolgt während des Trocknens die Zufuhr des Trocknungsmediums über mehrere, in unterschiedlichen Höhen des Bioreaktors angeordnete Trocknungsmediumeinlässe, insbesondere einen im unteren Drittel des Bioreaktors angeordneten Trocknungsmediumeinlass, einen im mittleren Füllstandsbereich angeordneten Trocknungsmediumeinlass, einen oberhalb eines maximalen Füllstands angeordneten Trocknungsmediumeinlass und einen im Bodenbereich angeordneten Trocknungsmediumeinlass. Dabei kann bei beginnender Krustenbildung auf den Oberflächen der Kugeln die Trocknungsmediumzufuhr im unteren Bereich des Bioreaktors, insbesondere aus dem im unteren Drittel des Bioreaktors angeordneten Trocknungsmediumeinlass und dem im Bodenbereich angeordneten Trocknungsmediumeinlass, reduziert oder abgestellt werden. Hierdurch wird erreicht, dass die sich im Bodenbereich ansammelnde pulverförmige Trockenmasse nicht länger von dem Trocknungsmedium durchströmt wird. Somit wird ein Aufwirbeln und Austragen des hochentzündlichen Pulvers mit der Abluft bzw. dem Überschussdampf verhindert. Diese Maßnahme dient daher nicht nur dem Rückhalt des Pulvers in dem Reaktor, sondern auch als Explosionsschutz.

Das Pulver am Boden des Bioreaktors wird vorzugsweise indirekt getrocknet, wobei keine direkte Durchströmung mit dem Trocknungsmedium („Durchlüftung“) erfolgt. Die indirekte Trocknung kann über die Oberflächen der Kugeln, insbesondere durch Sorption und ergänzende kapillare Saugkräfte, erfolgen, die sich im Pulvergemisch im Bodenbereich des Bioreaktors befinden und vorzugsweise trockener sind als das sie umgebende Pulver.

Ohne das Pulver im Bodenbereich des Bioreaktors aufzuwirbeln, können während des Mahlens die über dem Pulver befindlichen Kugeln mit dem Trocknungsmedium umströmt und dabei getrocknet werden. Hierzu erfolgt insbesondere die Zufuhr des Trocknungsmediums über den im mittleren Füllstandsbereich angeordneten Trocknungsmediumeinlass und den oberhalb des maximalen Füllstands angeordneten Trocknungsmediumeinlass, während keine Zufuhr des Trocknungsmediums über die anderen Trocknungsmediumeinlässe erfolgt.

Durch den sorptiven Entzug von Wassermolekülen in Kombination mit dem Mahlen des Pulvers werden Agglomerate aufgebrochen und Partikel des Mahlguts sukzessive verkleinert.

Die Größenreduzierung der einzelnen Partikel in Form von Agglomeraten wird unter anderem durch die Wassermoleküle, die als Flüssigkeitsbrücken zwischen den Partikeln haftend wirksam sind, bestimmt und begrenzt. Durch den Entzug der Wassermoleküle kann eine zunehmende Vereinzelung der Partikel bis in den einstelligen pm-Bereich erfolgen.

Durch eine indirekte Trocknung über die Oberflächen/Grenzflächen der Kugeln, ist zudem bevorzugt eine kalte Trocknung von Pulver möglich, indem voll getrocknete Kugeln in ein Pulverbett eingemischt werden, wobei die Temperaturen der Kugeln und des Pulvers keine großen Temperaturdifferenzen aufweisen. Als Trocknungsergebnis kann mit der indirekten Trocknung eine Volltrocknung von Pulver mit einem Trockenrückstandsgehalt von bis zu 98 % erzielt werden.

Die Kugeln und das Pulver werden vorzugsweise intervallweise gemischt. Durch die Mischvorgänge wird das Pulver über die Reibung an den Oberflächen der Kugeln gemahlen.

Zur thermischen Hygienisierung der (biogenen) Reststoffe kann die Aufenthaltszeit der biogenen Reststoffe im Bioreaktor für einen vorbestimmten Zeitraum eingestellt werden, der sich an den jeweiligen rechtsgültigen Vorgaben für die Hygienisierung orientiert.

Ein Bioreaktor, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, weist folgende Merkmale auf: ein Gehäuse, mit zumindest einem Boden und einer vorzugsweise geschlossenen Umfangswandung, einen vorzugsweise am Boden um eine vertikale Achse drehbar gelagerten Mischer, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, mindestens einen bezogen auf eine Höhe des Gehäuses oder auf einen maximalen Füllstand (Hiu _ax ) des Gehäuses im mittleren Bereich oder in der Mitte in der Umfangswandung des Gehäuses angeordneten Trocknungsmediumeinlass, mindestens einen Trocknungsmediumauslass, eine Füllung des Bioreaktors aus einer Vielzahl von Kugeln, mit einem Anfangsfüllstand (Hstart), mindestens eine Zuführleitung für Reststoffe, und mindestens eine Austragseinrichtung zur Abführung der getrockneten Reststoffe.

Ein weiterer Trocknungsmediumeinlass kann im Boden oder in der Umfangswandung angeordnet sein. Auch kann eine kumulative Anordnung im Boden und in der Umfangswandung vorgesehen sein.

In der Umfangswandung und auch im Boden können eine Mehrzahl von Trocknungsmediumeinlässen vorgesehen sein, um eine ausreichende Trocknungsmediumzufuhr zu gewährleisten. Insbesondere kann der Bioreaktor eine Mehrzahl von Trocknungsmediumeinlässen umfassen, insbesondere einen im unteren Drittel des Bioreaktors in der Umfangswandung angeordneten Trocknungsmediumeinlass, den im mittleren Füllstandsbereich in der Umfangswandung angeordneten Trocknungsmediumeinlass, einen oberhalb des maximalen Füllstands in der Umfangswandung oder einem Deckel angeordneten Trocknungsmediumeinlass und/oder einen im Boden angeordneten Trocknungsmediumeinlass.

Die Zuführung und -Verteilung des Trocknungsmediums kann jeweils punktuell und/oder über Verteilerplatten erfolgen, die jeweils eine Vielzahl von Löchern aufweisen und sich über zumindest eines Teils des Reaktorquerschnitts erstrecken. Damit kann über definierte Flächen Trocknungsmedium zugeführt und verteilt werden.

Vorzugsweise kann das Gehäuse von einem Deckel abgedeckt sein. In diesem Fall erfolgt vorzugsweise die Zufuhr der Reststoffe und die Abfuhr von dem Trocknungsmedium durch den Deckel hindurch, in dem entsprechende Öffnungen vorgesehen sind. Alternativ können die Abfuhr von Trocknungsmedium und die Zufuhr der Reststoffe auch durch die seitliche Umfangswandung oberhalb des maximalen Füllstandes erfolgen, indem entsprechende Öffnungen vorgesehen sind.

Unabhängig von der Ausgestaltung des Bioreaktors, mit oder ohne Deckel, kann die Zufuhr der Reststoffe auch alternativ in der seitlichen Umfangswandung unterhalb der Oberfläche des maximalen Füllstandes, vorzugsweise mit einer Schnecke, erfolgen. An sich ist es unerheblich, von wo bzw. an welcher Stelle die biogenen Reststoffe dem Bioreaktor zugeführt werden.

Der Mischer ist vorzugsweise eine Vertikalschnecke. Die Vertikalschnecke kann vorzugsweise konisch oder zylindrisch ausgebildet sein. An den Schneckenwindungen oder Schneckenflügeln (segmentierte Schnecke) können vorzugsweise zusätzlich noch mindestens ein Messer sowie eine Schürfleiste am Schneckenanfang angebracht sein. Der Mischer ist vorzugsweise am Boden des Gehäuses gelagert.

Das Gehäuse ist vorzugsweise zylindrisch oder konisch ausgebildet.

Vorzugsweise ist das Gehäuse thermisch isoliert, um die Temperatur im Bioreaktor während des Trocknungsprozesses konstant halten zu können.

Die Abfuhr der Abluft bzw. des Überschussdampfes aus einem geschlossenen Bioreaktor kann durch Innendruck oder durch Anlegen eines Unterdrucks erfolgen. Durch die Variation der anliegenden Drücke können die angewandten Temperaturen variiert werden. Bei einem Unterdrück kann die Temperatur gesenkt und bei einem Überdruck die Temperatur erhöht werden. Die Bauweise des Bioreaktors ist den gewählten Druckverhältnissen entsprechend mit Deckel zu gestalten.

Nachfolgend werden die einzelnen Verfahrensstufen genauer erläutert.

(a) Einfüllen von Reststoffen mit einem Flüssigkeitsanteil

Ziel des ersten Verfahrensschrittes ist die gleichmäßige Verteilung der zugeführten (biogenen) Reststoffe auf den Oberflächen der Kugeln in Form dünner Filme mit einer Schichtdicke von vorzugsweise wenigen Millimetern.

Hierzu werden die Reststoffe dem Bioreaktor vorzugsweise oberhalb des Kugelbetts zugeführt.

Die Kugeln bestehen bevorzugt aus Holz, insbesondere aus Buchenholz. Alternativ können auch andere feuchtigkeitsregulierende Stoffe, die eine hinreichende Festigkeit an den Oberflächen aufweisen, verwendet werden. Der Durchmesser der Kugeln kann vorzugsweise zwischen 5 und 50 mm betragen. Pro Kubikmeter genutztes Volumen des Bioreaktors werden beispielsweise rund 73.000 Kugeln mit einem mittleren Durchmesser von 25 mm verwendet. Die Summe der Kugeloberflächen je Kubikmeter ergibt sich damit zu 144 m ² (Quadratmetern).

Aus geometrischer Sicht für die Durchführung des Verfahrens vorzugsweise kugelförmige Körper verwendet. Alternativ können auch vorzugsweise rund oder oval geformte Körper Einsatz finden. Die Zuführung der Reststoffe erfolgt vorzugsweise während der Mischer zumindest zeitweise betrieben wird, um einen Mischvorgang der Kugeln und Reststoffe zu bewirken. Der Mischvorgang sollte vorzugsweise mehrere Minuten andauern, damit sich ein gleichmäßiger Film auf allen Kugeln ausbilden kann. Der Mischvorgang erfolgt im Bioreaktor vorzugsweise durch eine Vertikalschnecke.

Die zugeführten Reststoffe können unterschiedliche Stoffeigenschaften und Partikelgrößen aufweisen. So kann eine zugeführte Mischung gleichzeitig aus flüssigen, nassen, feuchten, klebrigen, festen, krümeligen und pulverigen Fraktionen bestehen. Die Größe der zugeführten Feststoff-Partikel können ebenfalls in einem Bereich von 1 pm in einer Suspension bis hin zu mehreren Zentimetern als Feststoff- Klumpen schwanken.

Wenn Reststoffe mit trockenen Fraktionen, die einen Wassergehalt < 70 % aufweisen, zugeführt werden, wird vorzugsweise Wasser in den Bioreaktor eingefüllt, um die trockenen Fraktionen an- oder aufzuschlämmen. Dies kann vorzugsweise durch einen Sprühnebel oberhalb der Kugeln und während des Mischvorganges erfolgen.

Eine weitere Besonderheit der zugeführten insbesondere biogenen Reststoffe kann in enthaltenem Phosphor bestehen. Für den Fall, dass Phosphor separiert werden soll, um einen Brennstoff, der um Phosphor abgereichert wurde, zu erhalten, ist die Verfügbarkeit in Form von Eisenphosphat oder einem anderen paramagnetischen Metallphosphat in den Reststoffen wünschenswert, die eine magnetische Stoffabtrennung ermöglichen, insbesondere mittels eines magnetisch wirksamen Abscheiders (Absorbers).

Für den Fall, dass das in dem (biogenen) Reststoff enthaltene Phosphat in Form eines nicht magnetischen Metallsalzes oder als gelöstes Phosphat vorliegt, kann dem Bioreaktor Wasser, das mit einem geeigneten Eisensalz angereichert wurde, zugeführt werden. Die Zuführung erfolgt vorzugsweise in Form eines Sprühnebels oberhalb der Kugeln während des Mischvorgangs während der Zuführung von Reststoffen. Die zugeführte wässrige Eisensalzlösung wird durch den Mischvorgang gleichmäßig in die Filme eingemischt und führt dann, in Gegenwart von in den wässrigen Filmen gelöstem Phosphat, in wenigen Minuten zu einer Fällung von Phosphat als Eisenphosphat.

Für die Nutzung der biogenen Reststoffe als Dünger ist die Herstellung von Eisenphosphaten zu vermeiden, da hiermit die Aufnahme von Phosphor durch die Pflanzen fast vollständig gehemmt wird. Aus diesem Grund kann das Eisenphosphat von der erzeugten pulverförmigen Trockenmasse magnetisch separiert und einer anschließenden Aufbereitung zugeführt werden. Eine weitere Differenzierung hinsichtlich der zugeführten biogenen Reststoffe ist der Grad der chemischen Instabilität des organischen Anteils. Dieser leicht abbaubare Anteil an organischen Stoffen, bestehend aus energiereichen komplexen organischen Fett- und Eiweißmolekülen, sollte vorzugsweise schnell in eine stabile Form überführt werden, um die chemisch gebundene Energie zu erhalten und Gerüche zu minimieren.

Eine Form der Stabilisierung ist die Überführung in den Zustand eines Trockenstabilats. Durch das fehlende Wasser wird für die zumeist heterotrophen Bakterien, die einen Abbau der organischen Bestandteile sehr schnell beginnen, der Transport von Nährstoffen unterbunden und damit der biologische Abbau der leicht abbaubaren organischen Stoffe wirksam gestoppt.

Daher werden die Kugeln vor der Befüllung vorzugsweise getrocknet. Wenn der nasse Film auf den Oberflächen der Kugeln verteilt wird, wird über die Grenzflächen der Kugeln Wasser aus dem nässeren Film über kapillare Anziehungskräfte von außen nach innen in die trockeneren Zellhohlräume der Kugeln als freies Wasser gezogen. Durch den Feuchtigkeitsentzug nach innen wird der Film getrocknet und durch die damit einhergehende Trockenstarre stabilisiert.

Grundsätzlich ermöglicht die hygroskopische Eigenschaft der Kugeln eine Anpassung der Feuchtigkeit an die äußeren herrschenden Bedingungen. Die damit verbundene Fähigkeit zur Speicherung von Feuchtigkeit ermöglicht den Eintrag von sehr wässrigen Suspensionen in den Bioreaktor, deren Wassergehalt bis zur Sättigungsgrenze der Kugeln aufgesogen werden kann.

Als Ergebnis dieses Verfahrensschrittes sind alle Kugeln, die sich in dem Bioreaktor befinden, mit einem dünnen Film bedeckt.

(b) Trocknen der Reststoffe zu einer Trockenmasse

Die Trocknung der biogenen Reststoffe, die in Form nasser Filme auf den Kugeln vorliegen, erfolgt durch Zufuhr eines Trocknungsmediums, vorzugsweise mit einer Temperatur oberhalb von Raumtemperatur bis 85 °C bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium und vorzugsweise mit einer Temperatur oberhalb von 110 °C bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium. Das Trocknungsmedium wird vorzugsweise an mehreren Stellen, die auf unterschiedlichen Höhen des Bioreaktors angeordnet sind, zugeführt. Dabei erfolgt die Trocknungsmediumzufuhr bevorzugt vom Boden des Reaktors, von seiner Umfangswandung und zwar im Bereich der Kugeln auf Höhe der Pulveransammlung und im Bereich der Kugeln oberhalb der Pulveransammlung, sowie oberhalb des Kugelbetts.

Bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium trocknen die wässrigen Oberflächen der Filme in dieser Phase vorwiegend, indem sie Wasser als Wasserdampf in die sie umströmende ungesättigte warme Luft abgeben und damit Wasser als Wasserdampf über die höher gesättigte Abluft aus dem Bioreaktor ausgetragen wird.

Bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium trocknen die wässrigen Oberflächen der Filme in dieser Phase vorwiegend, indem sie Wasser als Wasserdampf in Form eines realen Gases in den sie umströmenden ungesättigten, überhitzten Wasserdampf abgeben und damit Wasser als Überschussdampf aus dem Bioreaktor ausgetragen wird.

Die bevorzugte mechanische Durchmischung der Kugeln führt dabei zu einer Vergrößerung der nassen Oberflächen, indem die nassen Filme Feuchtigkeit auf trockenere Filme übertragen und nach der Mischung wieder zu homogenen nassen Biofilmen ausgebildet werden.

Wenn keine frischen Reststoffe zugeführt werden, trocknen die nassen Filme aus und es entsteht Trockenmasse in Form trockener Krusten (Trockenmasse mit Restfeuchtigkeit) an den Oberflächen der Holzkugeln.

Die trockenen Krusten sollten vorzugsweise den Durchmesser der Kugeln um 5 % bis zu 10 % vergrößern. Damit erhöht sich das genutzte Volumen im Reaktor um bis zu 33 %. Die Fülldichte der Kugelmatrix beträgt rund 60 %, so dass ein freies Volumen (Luftvolumen bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium und Dampfvolumen bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium) von rund 40 % verbleibt.

Bei einsetzender Krustenbildung bzw. beim Übergang der feuchten Filme zu oberflächlich trockenen Krusten, spätestens aber nach vollständiger Krustenbildung wird die Trocknungsmediumzufuhr in den unteren Bereich des Reaktors reduziert oder unterbrochen, sodass die Trocknungsmediumzufuhr im Wesentlichen nur noch im Bereich der Kugeln oberhalb der sich nun im unteren Reaktorbereich ansammelnden pulverförmigen Trockenmasse erfolgt.

(c) Mahlen und Trocknen der Trockenmasse Die an den Oberflächen der Holzkugeln anhaftende Trockenmasse wird durch Mischvorgänge als Rieselstoff durch Reibung abgerieben bzw. abgemahlen. Die Rieselstoffe setzen sich zum größten Teil am Boden des Bioreaktors ab.

Die Mischvorgänge führen bei fortschreitender Verfügbarkeit freier Rieselstoffe zu einer Zermahlung der Rieselstoffe zu mikrofeinem Pulver. Die Partikelgröße beträgt im Ergebnis weniger als 100 pm und bevorzugt weniger als 60 pm. Einzelne Partikel werden bis in den einstelligen pm-Bereich zermahlen.

Mit Übergang von der nassen Phase in die trockene Pulverphase wird die Trockenmasse weiter getrocknet. Jedoch ändert sich die Art der T rocknung. Das Pulver wird nicht mehr direkt über das Trocknungsmedium, sondern indirekt über die kapillaren Saugkräfte und Sorption an den trockenen Grenzflächen der Kugeln getrocknet. Das Wasser im Pulver wird daher über die Grenzflächen der Kugeln durch Sorption und kapillare Anziehungskräfte von außen nach innen in die Zellhohlräume der Kugeln transportiert und dort gebunden.

Hierzu wird der nicht von Pulver umhüllte Teil der Kugeln, die sich oberhalb der am Boden abgesetzten Pulverschicht befinden, weiterhin durch das Trocknungsmedium, bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium durch den warmen und ungesättigten Luftstrom und bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium durch den überhitzten und ungesättigten Dampfstrom, getrocknet. Durch einen anschließenden Mischvorgang werden sehr trockene Kugeln aus dem oberen Bereich in das Pulver im unteren Bereich des Bioreaktors gemischt. Zudem werden die Kugeln, die sich im Pulver befinden und die sich zuvor mit Wasser aus dem Pulver angereichert haben, aus dem Pulver in den oberen Teil des Bioreaktors und damit oberhalb der Pulverschicht in die dort befindlichen Kugeln gemischt.

Durch die weitergehende Trocknung wird dem Pulver Wasser entzogen, was dann die weitere Zermahlung des Pulvers ermöglicht, weil das als Bindemittel fungierende Wasser zunehmend entzogen wird. Der finale Trockenrückstandsgehalt des Pulvers sollte vorzugsweise zwischen 90 Gew.-% und 98 Gew.-% liegen, d.h. einen Feuchtigkeitsanteil von höchstens 10 Gew.-% bis zu 2 Gew.% aufweisen.

Der Mahlprozess wird vorzugsweise solange durchgeführt, bis die Kugeln im Wesentlichen frei von Trockenmasse sind, d.h. weitestgehend von den Krusten befreit sind.

Dann wird die Trocknungsmediumzufuhr vollständig unterbrochen und das Betreiben des Mischers eingestellt. Der Trocknungsmediumaustrag erfolgt weiter auf reduziertem Niveau, um einen kontinuierlichen Unterdrück zu erhalten. (d) Abführen der Trockenmasse

Das Pulver kann vorzugsweise pneumatisch mit dem Trocknungsmedium insbesondere durch Saugluft bzw. Unterdrück mit Hilfe von Zyklonen aus dem Reaktor getragen werden. Schwerere Störstoffe lassen sich im Strom des Trocknungsmediums, insbesondere im Luftstrom, durch den Prozess der Windsichtung leicht abtrennen.

Alternativ kann das Pulver über eine Austragseinrichtung umfassend seitliche Öffnungen oder Öffnungen im Bodenbereich des Reaktors ausgetragen werden. Vorzugsweise kann vor den Öffnungen eine Siebeinrichtung, insbesondere ein Lochblech oder ein Gitter oder Stäbe, angeordnet sein, um zumindest die Kugeln und optional gröbere Bestandteile der Trockenmasse zurückzuhalten. Vor der Siebeinrichtung auf der Innenseite des Gehäuses kann ferner eine Vorrichtung zur wahlweisen Öffnung und Schließung der Austragseinrichtung angeordnet sein.

Die ausgetragene Trockenmasse kann nun einerweiteren Qualitätssicherung unterzogen werden. Diese umfasst vorzugsweise den Prozess zur Separation von Phosphor, insbesondere in Form von Eisenphosphat. Zudem kann damit auch extern zugeführte Trockenmasse in den Prozess der Phosphorseparation integriert werden.

Eisenphosphat ist paramagnetisch und liegt insbesondere in Partikelgrößen von 5 pm bis 50 pm vor. Um eine Abtrennung aus dem hygroskopischen Schüttgut in Pulverform zu ermöglichen, bedarf es vorzugsweise der Zerkleinerung der Trockenmasse auf eine maximale Größe von 100 pm bei gleichzeitig hohem Trockenrückstandsgehalt von mehr als 90 % bis zu 98 %. Diese beiden Parameter sind wesentlich, um eine freifließende Rieselfähigkeit zu erreichen und eine Verklumpung im Pulver zu vermeiden. Bei der Einstellung der Parameter gibt es fließende Übergänge und demzufolge graduelle Unterschiede hinsichtlich des Abscheidegrades in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke. Zudem hat eine Verklumpung direkte Auswirkungen auf den Reinheitsgrad der separierten Eisenphosphat-Partikel, da mit zunehmender Verklumpung Fremdstoffe anhaften.

Das Mahlen der Trockenmasse zum Zwecke der Phosphatabtrennung kann in einer Mühle, oder allgemein in einer Zerkleinerungseinheit, erfolgen. Die Vorrichtung sollte eine Verkleinerung der Partikel zu einer Korngröße < 100 pm ermöglichen.

Eine rein mechanische Zerkleinerung der Partikel wird durch die Restfeuchtigkeit in der Trockenmasse begrenzt. Für den Fall einer zu hohen Restfeuchtigkeit in der extern zugeführten oder ausgetragenen Trockenmasse kann daher die Zerkleinerung bis in den einstelligen pm-Bereich gehemmt sein. Eine weitere bevorzugte alternative Prozessführung ist dann die Zu- oder Rückführung der extern zugeführten oder ausgetragenen und vorzugsweise zerkleinerten Trockenmasse in die Prozessphase (c) Mahlen und Trocknen der Trockenmasse bis der notwendige Trockenrückstandsgehalt erreicht ist, der eine Zerkleinerung bis in den vorzugsweise einstelligen pm-Bereich ermöglicht.

Alternativ kann die Trocknung und das Mahlen extern zugeführter oder ausgetragener und vorzugsweise pulverförmiger Trockenmasse bevorzugt in einem zweiten, separaten Mischer als eigenständiger Prozess erfolgen oder fortgeführt werden.

Während des Abfüllprozesses der Trockenmasse können magnetische Metallverbindungen, insbesondere Eisenphosphat, in einer Fallstrecke durch einen Magnetabscheider von der pulverförmigen Trockenmasse abgetrennt werden, indem die Eisenphosphat-Partikel vom Magnetfeld angezogen werden und sich direkt auf dem Magneten oder auf einer davor befindlichen Platte absetzen. Als Ergebnis wird damit das Nebenprodukt Eisenphosphat vom Hauptprodukt der pulverförmigen Trockenmasse abgetrennt.

Die magnetische Separation kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Zum einen kann in der Fallstrecke ein Prallblech zur Vernebelung der Trockenmasse führen, aus der dann die feinen Eisenphosphat-Partikel magnetisch getrennt werden. Zum anderen kann ein Rohr-Magnet für Freifallanwendungen genutzt werden, wie er auch in der pharmazeutischen Industrie für die Separation schwach magnetisierter Partikel eingesetzt wird. Des Weiteren können ein Trommelmagnet, ein Überbandmagnet oder andere Magnetsysteme zur Abtrennung eingesetzt werden.

Der Magnet ist vorteilhafterweise ein Elektromagnet, der insbesondere vorzugsweise die Gehäusewand eines Speicherbehälters magnetisiert. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es unter Umständen bereits ausreichend, das Pulver von oben in den Speicherbehälter im freien Fall einzufüllen, sodass sich dieser auf der Prallplatte verwirbelt. Die Eisenphosphat- Partikel setzen sich dann an der Gehäusewand ab.

Anhand von Zeichnungen soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für das erweiterte Verfahren unter Verwendung biogener Reststoffe mit einem Flüssigkeitsanteil als Ausgangsstoffe näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 0 die schematische Darstellung eines nicht gefüllten Bioreaktors gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung; Figur 1 die schematische Darstellung des Bioreaktors aus Figur 0 mit eingefüllten

Kugeln, die an der Oberfläche sauber (unbenetzt) sind, mit einer Füllhöhe

Hstart,

Figur 2 die schematische Darstellung des Bioreaktors aus Figur 0 mit eingefüllten Kugeln, die an der Oberfläche Biofilme ausgebildet haben, mit einer maximalen Füllhöhe H _NaSS ;

Figur 3 die schematische Darstellung des Bioreaktors aus Figur 0 mit eingefüllten

Kugeln, die an der Oberfläche Krusten ausgebildet haben, mit einer mittleren Füllhöhe H _Tr0 cken;

Figur 4 die schematische Darstellung des Bioreaktors aus Figur 0 mit eingefüllten

Kugeln, die an der Oberfläche wieder sauber sind, und mit sich am Boden des Behälters abgesetztem Pulver, mit einer minimalen Füllhöhe Hp _UiVer ;

Figur 5 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Abtrennung einer magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung, insbesondere von Eisenphosphat, in einem Zustand mit erregten Magneten; und

Figur 6 eine schematische Darstellung der Anlage aus Figur 5 mit deaktivierten Magneten.

Der Bioreaktor 0 ist ein Thermotrockner, der in dem in Figur 0 gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem nach oben offenen Gehäuse 1 besteht, das konisch ausgebildet ist und im Wesentlichen aus einer geschlossenen Umfangswandung 1.2 und einem Boden 1.1 besteht.

In der schematischen Darstellung ist nicht gezeigt, dass das Gehäuse 1 des Bioreaktors 0 thermisch isoliert sein kann, um die Temperatur im Inneren des Bioreaktors 0 möglichst konstant halten zu können.

Im Boden 1.1 ist um die vertikale Achse A eine vorzugsweise konische Schnecke 2 drehbar angetrieben gelagert. Die Schnecke 2 weist mindestens eine Windung 2.1 auf. Die Schnecke 2 ist hier verkürzt dargestellt. Vorzugsweise reicht ihre axiale Länge bis an die maximale Füllhöhe H _max , um eine möglichst schnelle und rasche Durchmischung zu ermöglichen.

Im Boden 1.1 und in der Umfangswandung 1.2 sind Zuleitungen 6, 6.1 , 6.2 und 6.3 für das Trocknungsmedium, das vorzugweise Umgebungsluft und/oder ungesättigter, überhitzter Wasserdampf ist, vorgesehen, das in das Innere des Bioreaktors 0 geleitet wird, was der Trocknung der biogenen Reststoffe 4 dient. Bezogen auf die maximale Füllhöhe H _max des Gehäuses 1 liegt die Zuleitung 6 im unteren Drittel, die Zuleitung 6.1 in der Mitte und eine weitere Zuleitung 6.2 oberhalb des Kugelbetts (s. Figur 1). Die Zuleitung 6.3 befindet sich im Boden 1.1. Bei Einsatz von warmer ungesättigter Luft als Trocknungsmedium kann die Umgebungsluft vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 20 “Celsius bis zu 85 “Celsius angewärmt werden. Bei Einsatz von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf als Trocknungsmedium kann der ungesättigte, überhitzte Dampf vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 110 “Celsius bis zu 250 “Celsius angewärmt werden.

Bevor der Betrieb zur Trocknung biogener Reststoffe beginnen kann, wird eine Vielzahl von Kugeln, hier Holzkugeln 3, die vorzugsweise aus Buchenholz mit einem Durchmesser von vorzugsweise 5 - 50 mm als Schüttgut vorliegen, über die in Figur 0 gezeigte obere Öffnung in den Bioreaktor 0 bis zu einer Füllhöhe von Hstan eingefüllt.

Sobald die Holzkugeln 3 in den Bioreaktor 0 eingefüllt sind, kann der Bioreaktor 0 mit einem Deckel 1.3 verschlossen werden, was in Figur 1 dargestellt wird.

Der in Figur 1 dargestellte Bioreaktor 0 entspricht in seinem Aufbau dem Bioreaktor 0 nach Figur 0, das Gehäuse 1 ist nun jedoch von einem Deckel 1.3 verschlossen und der Bioreaktor 0 ist mit Holzkugeln 3 gefüllt. Durch den Deckel 1.3 führen die Zuleitungen für biogene Reststoffe 4 und Wasser 5 und die Abführleitung für das austretende Trocknungsmedium 7.

Bevor biogene Reststoffe 4 in den Bioreaktor 0 eingefüllt werden, werden die Holzkugeln 3 vorzugsweise getrocknet, um damit ein hohes Potenzial in den Holzkugeln 3 zur Aufnahme von Feuchtigkeit zu schaffen.

Vorzugsweise über alle Zuleitungen 6, 6.1, 6.2 und 6.3 wird das Trocknungsmedium zugeführt, um in den Bioreaktor 0 Wärme zur Trocknung einzutragen. Vorzugsweise ist das Trocknungsmedium warme ungesättigte Luft und/oder ungesättigter, überhitzter Wasserdampf. Die Zuführung warmer Luft und/oder von Dampf über die Zuleitung 6.3 dient als Leckmedium (Leckluft und/oder Leckdampf) zum Austrag der gesättigten Luft und/oder des Überschussdampfes aus dem unteren Teil des Bioreaktors 0, die und/oder der zuvor die Kugelmatrix durchströmt hat. Die Abluft und/oder der Dampfaustrag erfolgt über die Abführleitung 7 im Deckel 1.3. Durch die Luftströme und/oder Dampfströme wird vorzugsweise ein leichter Unterdrück im Bioreaktor 0 eingestellt. Die Be- und Entlüftung und/oder die Dampfzuführung und Dampfabführung erfolgen vorzugsweise kontinuierlich.

Die spezifische Ausgestaltung der Luftzuführung und/oder der Dampfzuführung hinsichtlich der Dauer, des Volumenstroms und der Temperatur mit Bezug auf die einzelnen Luftzuleitungen und/oder Dampfzuleitungen 6, 6.1, 6.2 und 6.3 erfolgt variabel mit dem Ziel, optimale Bedingungen für den Trocknungsprozess zu erhalten. Danach wird die vertikal angeordnete Schnecke 2 drehend in Betrieb genommen und vorzugsweise zeitgleich die biogenen Reststoffe 4 über die Zuleitung im Deckel 1.3 zugeführt. Der Mischprozess führt zur Durchmischung der eingefüllten biogenen Reststoffe 4 mit den Holzkugeln 3 und dauert vorzugsweise mehrere Minuten. Der Mischprozess endet mit weitgehend homogen ausgebildeten Biofilmen an den Oberflächen der Holzkugeln 3.

Für den Fall, dass die zugeführten biogenen Reststoffe 4 zu trocken sind und eine Ausbildung von Biofilmen somit gehemmt wird und daher nicht ausreichend erfolgt, wird vorzugsweise Wasser 5 in den Bioreaktor 0 über eine Zuleitung im Deckel 1.3 während des Mischprozesses zugeführt. Damit werden die trockenen Fraktionen der biogenen Reststoffe 4 an- und aufgeschlämmt. Die mit Wasser 5 angereicherten biogenen Reststoffe 4 bilden dann sukzessive Biofilme an den Oberflächen der Holzkugeln 3 während des Mischvorgangs aus.

Wenn in den zugeführten biogenen Reststoffen noch Phosphor in Form gelöster Phosphate oder dergleichen oder in Form nicht magnetischer Verbindungen verfügbar sind, die nach dem Trocknungsprozess abgetrennt werden sollen, erfolgt eine Zumischung von einem geeigneten magnetischen Reagenz, das den Phosphor in eine magnetische Verbindung überführt. Beispielsweise wird während des Mischprozesses ein Eisensalz in das Wasser 5 gegeben, so dass damit gelöste Phosphate in den nassen Biofilmen spontan als Eisenphosphat gefällt werden.

Der in Figur 2 dargestellte Bioreaktor 0 zeigt den Zustand nach erfolgreicher Ausbildung von Biofilmen auf den Oberflächen der Holzkugeln 3. Durch die Biofilme steigt der Füllstand im Bioreaktor 0 auf H _Nass .

Im weiteren Prozess wird der nasse Biofilm getrocknet. Wie zuvor beschrieben, erfolgt die Trocknung durch Zuführung warmer Luft und/oder von ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf in die Kugelmatrix über die Oberflächen der Biofilme vorzugsweise kontinuierlich über alle Luftzuleitungen und/oder Dampfzuleitungen 6, 6.1, 6.2 und 6.3. Die mit Wasserdampf gesättigte Luft und/oder der Überschussdampf wird über die Abluftleitung und/oder die Dampfableitung 7 im Deckel 1.3 abgeführt.

Der Betrieb der Schnecke 2 erfolgt vorzugsweise in Intervallen. Hierzu wird die Schnecke 2 jeweils vorzugsweise rund 3 - 60 Minuten, besonders bevorzugt 30 - 60 Minuten stillgesetzt und danach vorzugsweise jeweils 10 - 30 Sekunden drehend in Betrieb genommen. Die gewählten Intervalle sind direkt von der in den Bioreaktor zugeführten Wärmeenergie für die Trocknung abhängig. Für den Fall, das ungesättigter, überhitzter Wasserdampf als Trocknungsmedium zugeführt wird, kann vorzugsweise ein quasi kontinuierlicher Betrieb des Mischers erfolgen. Durch den mechanischen Reibungsprozess werden die Biofilme auf den Oberflächen der Holzkugeln 3 homogenisiert, so dass die Feuchtigkeit der Biofilme auf allen Kugeloberflächen weitgehend gleichmäßig verteilt und somit die wirksame Fläche zur Verdunstung optimiert wird.

Ziel des Trocknungsprozesses ist die Ausbildung von festen, trockenen Krusten 4.1 aus Feststoffen an den Oberflächen der Holzkugeln 3. Die Krusten sollten dabei den Durchmesser der Holzkugeln 3 vorzugsweise im Bereich von 5 % bis zu 10 % vergrößern. Dieser Richtwert ermöglicht die Kalkulation der vorzugsweise zuzuführenden Feststoffmasse und damit auch der Frischmasse an biogenen Reststoffen.

Die Zuführung der biogenen Reststoffe erfolgt vorzugsweise in mehreren Teilportionen. Hierbei erfolgt die Zuführung jeder weiteren Teilportion biogener Reststoffe 4 vorzugsweise nach erfolgter Teil-Trocknung der Biofilme auf den Holzkugeln 3, die sich durch die Zuführung biogener Reststoffe 4 gebildet haben.

Wenn die Zuführung biogener Reststoffe 4 abgeschlossen ist, erfolgt die Trocknung der Biofilme, so dass sich feste, trockene Krusten an den Oberflächen der Holzkugeln 3 ausbilden.

Figur 3 zeigt den Bioreaktor 0, gefüllt mit Holzkugeln 3, auf denen sich feste, trockene Krusten 4.1 ausgebildet haben. Der Füllstand ist leicht abgesunken und ergibt sich zu

H Trocken.

Für den weiteren Trocknungsprozess werden nun die Bodenbelüftung und/oder die Dampfzuleitung 6.3 und die untere seitliche Belüftung und/oder Dampfzuleitung 6 abgestellt, um eine Aufwirbelung von zunehmend abgesetztem Pulver 4.2 im Bodenbereich des Bioreaktors 0 zu vermeiden. Die Belüftung und/oder Dampfzuführung erfolgt durch die Kugelmatrix vorzugsweise kontinuierlich mit zugeführter warmer Luft und/oder zugeführtem ungesättigtem, überhitztem Wasserdampf über die Luftleitung und/oder Dampfzuleitung 6.1. Zusätzlich wird vorzugsweise Leckluft und/oder Leckdampf über die Zuluftleitung und/oder Dampfzuleitung 6.2 zugeführt und die Abluft und/oder der Überschussdampf über die Abluftleitung und/oder Dampfableitung 7 kontinuierlich abgeführt.

Der Betrieb der Schnecke 2 erfolgt weiterhin vorzugsweise in Intervallen. Hierzu wird die Schnecke 2 jeweils vorzugsweise rund 3 - 60 Minuten, besonders bevorzugt 30 - 60 Minuten stillgesetzt und danach vorzugsweise jeweils 10 - 30 Sekunden drehend in Betrieb genommen. Durch den mechanischen Reibungsprozess werden die trockenen Krusten 4.1 auf den Oberflächen der Holzkugeln 3 durch Reibung sukzessive abgetragen. Größtenteils erfolgt der Abrieb direkt in Form von groben und feinen Pulverpartikeln 4.2, die sich weitestgehend im Bodenbereich des Bioreaktors absetzen. Die bereits im Bioreaktor befindlichen groben und teilweise feinen Pulverpartikel 4.2 werden durch Reibung zwischen den Oberflächen der Holzkugeln 3 zu feinem Pulver gemahlen, das eine Korngröße unter 100 pm aufweist.

Der Trennungsprozess der Pulverpartikel wird zusätzlich zum Mahlprozess durch die Trocknung des Pulvers unterstützt. Da die zunächst trockenen Partikel ihre geringe Restfeuchte verlieren und somit pulvertrocken werden, wird eine sukzessive Trennung von Partikeln ermöglicht, die zuvor durch Wasser adhäsiv verbunden wurden.

Der Prozess der Pulvertrocknung erfolgt indirekt über die Oberflächen der Holzkugeln 3 durch kapillare Saugkräfte, die geringe Feuchtigkeitsunterschiede zwischen den Pulverpartikeln und den Oberflächen der Holzkugeln 3 ausgleichen.

Wenn Holzkugeln 3, die zuvor im oberen Bereich des Bioreaktors 0 getrocknet wurden, durch den intervallweise durchgeführten Mischprozess in den im Bodenbereich 1.1 des Bioreaktors 0 befindlichen Pulver 4.2 gelangen, erfolgt eine indirekte Trocknung der Pulverpartikel 4.2 durch Sorption und kapillare Saugkräfte zum Ausgleich der Feuchtigkeitsunterschiede an den Grenzflächen der trockeneren Oberflächen der Holzkugeln 3 und den feuchteren Oberflächen der Pulverpartikel 4.2.

Wenn Holzkugeln 3, die zuvor im Pulver 4.2 Feuchtigkeit aufgenommen haben, in den oberen Bereich des Bioreaktors 0 gelangen, erfolgt die direkte Trocknung der Holzkugeln 3 durch die warme Luft und/oder den ungesättigten, überhitzten Wasserdampf.

Durch den intervallweisen Mischprozess werden trockenere und feuchtere Holzkugeln 3 zwischen dem oberen Bereich des Bioreaktors 0 und dem Pulver 4.2 intervallweise ausgetauscht. Dies ermöglich eine Trocknung des Pulvers 4.2 bis zu 98 Gew.-% Trockenrückstandsgehalt und damit einem Wassergehalt von rund 2 Gew.-%.

Figur 4 zeigt den Bioreaktor 0 gefüllt mit Holzkugeln 3, deren Oberflächen von Feststoffen befreit sind, und Pulver 4.2 am Boden 1.1 des Bioreaktors. Die Füllhöhe ist leicht auf einen Füllstand Hp _UiVer abgesunken.

Das Pulver 4.2 kann nun über die Austragvorrichtung 8 abgezogen werden. Grundsätzlich kann der Austrag des Pulvers 4.2 auf beliebige Weise erfolgen.

Zusätzlich zum feinen Pulver mit einem Durchmesser < 100 pm entsteht oftmals auch ein Anteil von bis zu rund 15 % des Gesamtgewichts an größeren Partikeln. Dies ist Trockenmasse in Form von sphärischen Partikeln oder sonstigen Formen, die als rieselfähige Stoffe ebenfalls über die Austragseinheit 8 ausgetragen werden. Die Größe der ausgetragenen Feststoffpartikel ist abhängig von der gewählten Austragsvorrichtung und kann von 1 mm bis hin zu mehreren Zentimetern betragen. Somit liegt das Pulver 4.2 der Trockenmasse 4.1 häufig als eine heterogene Mischung aus Partikeln mit kleinen Durchmessern und gröberen Bestandteilen mit einem Durchmesser > 100 pm vor.

Vorteilhafterweise wird daher die pulverförmige Trockenmasse 4.2 inklusive der gröberen Bestandteile pneumatisch durch Saugluft und/oder Unterdrück ausgetragen und dann die gröberen Bestandteile mit Hilfe von Zyklonen vom Luftstrom und/oder abgesaugtem Gasstrom (Dampfstrom) getrennt. Zur Trennung der zwei Fraktionen kann im Luftstrom und/oder Gasstrom ein Prallblech zur Windsichtung verwendet werden.

Vorzugsweise ist vor der Austragsöffnung, in der Umfangswandung 1.2 des Bioreaktors 0, ein perforiertes Lochblech als Sieb vorgesehen. Damit lässt sich die maximale Größe der aus dem Behälter ausgetragenen Partikel festlegen und so die Holzkugeln 3 zurückhalten. Das perforierte Lochblech wird vorzugsweise von der Innenseite der Umfangswandung 1.2 des Bioreaktors 0 durch eine Abdeckung vor den umlaufenden Kugeln geschützt. Werden die Löcher nicht verdeckt, werden die Löcher durch die zugeführten biogenen Reststoffe mit einem Flüssigkeitsanteil zugesetzt und härten dann aus. Eine Öffnung ist dann nur noch mechanisch mit einem Bohrer oder einem Meißel möglich. Diese Vorgehensweise gilt analog auch für andere Austragseinrichtungen, die somit vorzugsweise durch eine Abdeckung zum Innenraum des Bioreaktors geschützt werden müssen.

Der vorstehend beschriebene Reaktor 0 kann Teil der erfindungsgemäßen Anlage zum Abtrennen der magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung 4.3 aus der Trockenmasse 4.1. sein und verkörpert die Mahlvorrichtung zum Mahlen der Trockenmasse 4.1 zu einem Pulver 4.2. Die so in dem Reaktor 0 erhaltene Trockenmasse 4.1 in Form eines Pulvers 4.2 wird anschließend einer Trennungseinrichtung zur magnetischen Abtrennung der magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung zugeführt. Diese Trennungseinrichtung wird in den folgenden Figuren 5 und 6 beispielhaft beschrieben.

Figur 5 zeigt einen solchen Separator zur Abtrennung magnetischer Partikel, insbesondere Eisenphosphat. Der Separator umfasst eine optionale Zerkleinerungseinheit 20, einen Trichter 21, ein Fallgehäuse (Fallrohr) 22 mit einer gewinkelten Prallplatte 23 und eine Magneteinrichtung 24 sowie einen Speicherbehälter 26, die in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet sein können.

Dem Separator werden die aus dem Reaktor 0 erhaltene Trockenmasse 4.1 in Form von Pulver 4.2, das auch die magnetische, phosphorhaltige Verbindung 4.3 enthält, zugeführt. Insbesondere wird das Pulver 4.2 in die optionale Zerkleinerungseinheit 20 zum homogenen mechanischen Zermahlen zu Pulver 4.2. Dies ist sinnvoll, wenn zuvor die gröberen Trockenmasse-Partikel mit einem Durchmesser > 100 pm nicht von dem Pulver 4.2 abgetrennt wurden oder wenn die Trockenmasse 4.1 aus einem anderen Prozess als dem Bioreaktor 0 bezogen wird, in dem keine ausreichend geringe Partikelgröße erhalten wurde. Die Zerkleinerungseinheit 20 kann ein mechanisches Mahlwerk, beispielsweise ein Kegelmahlwerk oder ein Scheibenmahlwerk oder dergleichen aufweisen.

Nach dem Zermahlen in der Zerkleinerungseinheit 20 fällt die gesamte Masse, die nun weitestgehend homogen als feines Pulver 4.2 vorliegt, durch den darunter befindlichen Trichter 21 und danach im freien Fall in das Fallrohr 22 und trifft dort auf die gewinkelte Prallplatte 23. Durch den Aufprall auf die Prallplatte 23 wird das Pulver 4.2 zu einer Pulverwolke verwirbelt und fällt dann weiter im freien Fall entlang der innenliegenden Fallrohwand. In der Mitte des Fallrohrs 22 ist von außen die Magneteinrichtung 24, vorzugsweise in Form von Elektromagneten angeordnet. Die Elektromagnete erzeugen bei entsprechender Bestromung ein Magnetfeld 25, das in dem Innenbereich des Fallrohrs wirkt. Durch das wirksame Magnetfeld 25 werden magnetische Metallverbindungen des Phosphors 4.3, beispielsweise Eisenphosphat, an die Fallrohrwand von innen magnetisch angezogen und somit aus dem nicht-magnetischen restlichen Pulver 4.2 entfernt. Das von magnetischen Metallverbindungen 4.3 befreite Pulver 4.2 fällt weiter im freien Fall in den unterhalb des Fallrohrs 22 befindlichen Speicherbehälter 26 und setzt sich dort im Bodenbereich ab.

Eine alternative Prozessführung kann darin bestehen, dass die aus dem Bioreaktor 0 ausgetragenen Stoffe, separat behandelt werden. Die groben Trockenmasse-Partikel mit einem Durchmesser > 100 pm können mit der Zerkleinerungseinheit 20 zermahlen und dann in dem Magnetabscheider magnetisch vom Eisenphosphat getrennt werden. Der feine Anteil aus Pulver 4.2 mit einem Durchmesser < 100 pm kann direkt dem Magnetabscheider zugeführt und magnetisch vom Eisenphosphat getrennt werden.

Es versteht sich, dass bei einer ausreichend kleiner Partikelgröße der Trockenmasse auf einen (zusätzlichen) Zerkleinerungsvorgang bzw. die Zerkleinerungseinheit 20 verzichtet werden kann.

Figur 6 zeigt den Separator wie zuvor in Figur 5 beschrieben, jedoch ist der Speicherbehälter 26 zur Seite gestellt worden und der Speicherbehälter 27 befindet sich nun zur Aufnahme der abgetrennten magnetischen, phosphorhaltigen Verbindung (beispielsweise Eisenphosphat-Partikel) 4.3 unter dem Fallrohr 22. Des Weiteren ist der das Magnetfeld 25 erzeugende Elektromagnet 24 abgeschaltet worden, so dass die magnetischen Metallverbindungen 4.3 im freien Fall in den Speicherbehälter 27 fallen und sich dort im Bodenbereich absetzen. Somit werden die magnetische, phosphorhaltige Verbindung (beispielsweise Eisenphosphat-Partikel) 4.3 und die restliche Trockenmasse 4.1 getrennt voneinander in den Speicherbehältern 27 bzw. 26 erhalten und aufgefangen.

Bezugszeichenliste

0 Bioreaktor

1 Gehäuse

1.1 Boden

1.2 Umfangswandung

1.3 Deckel

2 Mischer / Schnecke

2.1 Flügel

3 Holzkugel

4 Biogener Reststoff

4.1 Trockenmasse

4.2 pulverförmige T rockenmasse / Pulver

4.3 Eisenphosphat-Partikel

5 Wassereinlass / Zuleitung / Zuführleitung

6 Trocknungsmediumeinlass / Lufteinlass und/oder Dampfeinlass / Zuleitung /

Zuführleitung

6.1 T rocknungsmediumeinlass / Lufteinlass und/oder Dampfeinlass / Zuleitung / Zuführleitung

6.2 Trocknungsmediumeinlass / Lufteinlass und/oder Dampfeinlass / Zuleitung /

Zuführleitung

6.3 Trocknungsmediumeinlass / Lufteinlass und/oder Dampfeinlass / Zuleitung /

Zuführleitung

7 T rocknungsmediumauslass / Abführleitung / Abluft und/oder Dampfableitung

8 Austragseinrichtung

10 Oberfläche

20 Gehäuse mit Zerkleinerungseinheit

21 Konischer T richter

22 Fallrohr mit konischen Endstücken

23 Gewinkelte Prallplatte zum Vernebeln

24 Magneteinrichtung / Elektromagnet 25 Magnetfeld

26 Speicherbehälter 27 Speicherbehälter 30.1 Gehäusewand A Achse

HiWax Füllhöhe

H Start Füllhöhe HNass Füllhöhe

H Trocken Füllhöhe H Pulver Füllhöhe