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Die vorliegende Erfindung bezieht sich in einem ersten Aspekt auf eine Anlage zur Abwasseraufbereitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abwasseraufbereitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
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Das aufzubereitende Abwasser kann grundsätzlich ein beliebiges unreines Fluid sein, welches organische Verbindungen enthält. Insbesondere kann es sich um Brauereiabwasser handeln, das bei der Produktion von Bier anfällt und große Mengen an Zucker, Ethanol und löslicher Stärke aufweist.
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Solche Abwässer eignen sich zum biologischen Abbau in anaeroben oder aeroben Verfahren. Dabei sind insbesondere für Brauereiabwässer der chemische Sauerstoffbedarf und der biologische oder biochemische Sauerstoffbedarf hoch.
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Eine gattungsgemäße Anlage zur Abwasseraufbereitung weist einen Puffertank zum Speichern von aufzubereitendem Abwasser auf, einen Bioreaktortank zur Aufnahme von aufzubereitendem Abwasser aus dem Puffertank, wobei Abwasser im Bioreaktortank durch Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen aufbereitet wird, und einen Filtertank zum Aufnehmen von Abwasser aus dem Bioreaktortank, wobei der Filtertank ein Filtermedium zum Filtern von Abwasser aufweist. Eine solche Anlage ist in
WO 2011/130392 A1 beschrieben.
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Eine Anlage zur Umwandlung von Fermentationsbrühe in Biogas ist außerdem aus
DE 10 2007 061 137 B4 bekannt. Die Anlage umfasst insbesondere einen Puffertank und darauf folgend zwei Bioreaktortanks. Um Biogas weiterzuleiten, ist eine nach oben aus dem Bioreaktortank heraus führende Leitung vorhanden. Eine Einleitung in den Bioreaktortank erfolgt im unterem Bereich des Tanks.
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In
EP 1 337 478 B1 wird eine Anlage zur Abwasseraufbereitung beschrieben, bei welcher Abwasser über mehrere Stufen geführt und aufbereitet wird. Es können ein Biofilter eingesetzt und anaerobe Prozesse genutzt werden.
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Bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Abwasseraufbereitung werden zumindest die Schritte durchgeführt, dass aufzubereitendes Abwasser in einen Puffertank geleitet wird, dass Abwasser aus dem Puffertank in einen Bioreaktortank geleitet wird, in welchem das Abwasser durch Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen aufbereitet wird, und dass Abwasser aus dem Bioreaktortank in einen Filtertank geleitet wird, wobei der Filtertank ein Filtermedium zum Filtern von Abwasser aufweist.
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Durch den Puffertank kann eine gewünschte Zufuhrmenge an Abwasser zu dem Bioreaktortank weitestgehend unabhängig von einer Zufuhr zum Puffertank sichergestellt werden. Der anaerobe Abbau im Bioreaktortank bietet gegenüber aeroben Verfahren einen geringen Energiebedarf. Zudem ist der Chemikalienverbrauch gering und Schlammbehandlungskosten können entfallen.
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Bei Abwasser mit organischen Bestandteilen entsteht durch den Abbau im Bioreaktortank Biogas, in der Regel Methan. Dieses kann zur Energiegewinnung genutzt werden.
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Eine grundsätzliche Aufgabenstellung kann daher darin gesehen werden, die Effizienz in der Biogaserzeugung und damit in der Energiegewinnung zu erhöhen.
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Zudem soll das behandelte Abwasser möglichst rein sein. Wegen steigender Gebühren für die Ableitung von unzureichend aufbereitetem Abwasser ist es wünschenswert, eine möglichst vollständige Reinigung des Abwassers zu erreichen.
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Dies wird mit bekannten Anlagen und Verfahren zur Abwasseraufbereitung nicht zufriedenstellend bewerkstelligt.
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Als eine Aufgabe der Erfindung kann daher angesehen werden, eine Anlage und ein Verfahren zur Abwasseraufbereitung bereitzustellen, welche eine möglichst weitgehende Aufbereitung von Abwasser bei einer Erzeugung von möglichst großen Mengen von nutzbarem Biogas ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden außerdem in der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Figur, beschrieben.
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Die Anlage zur Abwasseraufbereitung der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Bioreaktortank in einem unteren Bereich eine Einlassöffnung für Abwasser aufweist, wobei eine Einströmrichtung des Abwassers aufwärts gerichtet ist, dass Abmessungen der Einlassöffnung und eine Pumpgeschwindigkeit von Abwasser in den Bioreaktortank zum Erzeugen einer laminaren Strömung im Bioreaktortank gewählt sind, dass der Bioreaktortank ein Abflussrohr aufweist, wobei sich zumindest ein Endbereich des Abflussrohrs innerhalb des Bioreaktortanks nach oben erstreckt und eine nach oben gerichtete Eintrittsöffnung aufweist, und dass die Eintrittsöffnung des Abflussrohrs in einem oberen Abschnitt eines im Betrieb mit Abwasser gefüllten Bereichs des Bioreaktortanks angeordnet ist.
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Das oben beschriebene Verfahren zur Abwasseraufbereitung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass Abwasser mit einer nach oben gerichteten Einströmrichtung durch eine Einlassöffnung in einem unteren Bereich des Bioreaktortanks eingeleitet wird, dass im Bioreaktortank eine laminare Aufwärtsströmung des Abwassers von der Einlassöffnung erzeugt wird und dass Abwasser aus dem Bioreaktortank durch ein Abflussrohr abgeleitet wird, wobei sich zumindest ein Endbereich des Abflussrohrs innerhalb des Bioreaktortanks nach oben erstreckt und eine nach oben gerichtete Eintrittsöffnung aufweist, und wobei die Eintrittsöffnung des Abflussrohrs in einem oberen Abschnitt eines im Betrieb mit Abwasser gefüllten Bereichs des Bioreaktortanks angeordnet ist.
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Durch den anaeroben Abbau im Bioreaktortank werden Biomasse und Biogas erzeugt. Die Biomasse besteht aus von den Mikroorganismen metabolisiertem Ausgangsmaterial. Das Biogas geht aus prinzipiell bekannten Abbauprozessen hervor, welche die Versäuerung, Acitogenese, Acetogenese und die Methanogenese umfassen.
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Für die Effizienz im Abbau organischer Substanzen und für die räumliche Trennung der Abwasserbestandteile ist der Strömungsverlauf im Bioreaktortank wichtig. Ein Kerngedanke der Erfindung kann in der eingestellten Strömung des Abwassers durch den Bioreaktortank hindurch gesehen werden. Diese Strömung soll laminar sein, also frei von Wirbelströmen oder Turbulenzen. Ob sich eine laminare Strömung einstellt, hängt insbesondere von den Abmessungen der Einlassöffnung und von der Strömungsgeschwindigkeit in den Bioreaktortank hinein und innerhalb des Bioreaktortanks ab. Daher sind diese Größen, insbesondere die Pumpgeschwindigkeit, mit welcher Abwasser von einer Pumpe in den Bioreaktortank eingeleitet wird, für typischerweise eingeleitete Abwässer so gewählt, dass eine laminare Strömung entsteht.
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Gemäß der Erfindung wird maßgeblich durch die Einlassöffnung eine Strömungsrichtung im Bioreaktortank bestimmt. Indem die Einlassöffnung nach oben gerichtet ist, das heißt eine vertikale Komponente aufweist oder gänzlich vertikal ausgerichtet ist, wird ein nach oben gerichteter Abwasserstrom im Bioreaktortank vorgegeben. Das Einströmen erfolgt bei der Erfindung in einem unteren Bereich des Bioreaktortanks, bevorzugt an dessen Unterseite. Vorzugsweise sind keine beweglichen Mischelemente zum Erzeugen einer Durchströmung des Bioreaktortanks vorhanden. Solche Mischelemente führen in der Regel zu einer Wirbelbildung und können unter Umständen eine Entmischung der Abwasserbestandteile aufheben oder den anaeroben Abbau nachteilig beeinflussen.
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Eine weitere wesentliche Idee der Erfindung kann in der Anordnung des Abflussrohrs im Bioreaktortank gesehen werden. Durch diese Anordnung kann bei der eingestellten Strömung im Bioreaktortank vorteilhafterweise gerade solches Abwasser, das weitestgehend zu Biomasse und Wasser abgebaut ist, zur Weiterleitung ausgewählt werden. Hierzu erstreckt sich das Abflussrohr mit seinem Endbereich, in welchem es Abwasser aus dem Bioreaktortank aufnimmt, bis zu einem oberen Abschnitt eines im Betrieb mit Abwasser gefüllten Bereichs. Das heißt, der Endbereich liegt näher an einer Füllstandshöhe des Abwassers als an einem Bodenbereich des Bioreaktortanks. Indem die Eintrittsöffnung am Endbereich nach oben gerichtet ist, wird nur Abwasser aufgenommen, das über die erfindungsgemäß eingestellte Strömung aufgestiegen ist.
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Bevorzugt sind die Einlassöffnung und der Endbereich des Abflussrohrs beabstandet zu seitlichen Wänden des Bioreaktortanks angeordnet. Gegenüber einem Ein- und/oder Auslass durch die Seitenwände kann so eine gleichmäßigere Leitung von Abwasser durch den Bioreaktortank erreicht werden.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist das Abflussrohr vertikal verstellbar. Hierdurch ist eine Auswahl von abzuleitendem Abwasser möglich. Zudem kann eine Anpassung an eine variable Füllstandshöhe im Bioreaktortank erfolgen.
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Es ist bevorzugt, dass der Puffertank einen vorderen Abschnitt aufweist, in den über eine Zuführöffnung Abwasser einleitbar ist, dass der vordere Abschnitt zum Herstellen von anaeroben Bedingungen geschlossen ist, dass der Puffertank einen hinteren Abschnitt aufweist, in den Abwasser vom vorderen Abschnitt einleitbar ist, und dass im hinteren Abschnitt zum anaeroben Abbau von Stoffen im Abwasser Mittel zum Überwachen und/oder Einstellen eines pH-Werts und einer Temperatur vorgesehen sind. Zum einen kann durch den Puffertank Abwasser mit einem gewünschten pH-Wert und einer gewünschten Temperatur in den Bioreaktortank geleitet werden. Zum anderen kann durch den zweiteiligen Aufbau des Puffertanks bereits ein nennenswerter Abbau von Stoffen im Abwasser erreicht werden, wobei Biogas entsteht. Indem der vordere und der hintere Abschnitt in demselben Puffertank gebildet sind, wird eine raum- und kostensparende Anordnung ermöglicht. Die Energieeffizienz kann dabei verbessert sein, wenn Abwasser in einem der Abschnitte erhitzt wird. Wärmeenergie wird hier verstärkt an den anderen Abschnitt abgegeben und geht nur in geringerem Maß an eine Umgebung verloren.
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Um das Biogas abzuführen, das durch den anaeroben Abbau im hinteren und/oder im vorderen Abschnitt entsteht, kann zweckmäßigerweise eine Gasabführleitung vorgesehen sein. Diese ist in einem oberen Bereich des hinteren Abschnitts des Puffertanks angeordnet.
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Grundsätzlich können die beiden beschriebenen Abschnitte des Puffertanks aber auch anstelle von zueinander getrennten Abschnitten durch einen gemeinschaftlichen Bereich gebildet sein.
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Eine Einleitung in den Puffertank kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Unabhängig davon kann ein Weiterleiten zum Bioreaktortank stets kontinuierlich stattfinden. Dies fördert das Erzeugen einer laminaren Strömung durch den Bioreaktortank.
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Damit die Bedingungen im Bioreaktortank geprüft werden können, weist dieser bevorzugt ein Mannloch auf, also eine verschließbare Öffnung, durch die der Bioreaktortank betreten werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Handloch zur Probenentnahme vorgesehen sein.
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Abwasser aus dem Bioreaktortank wird über eine Pumpe in den Filtertank befördert. Dessen Filtermedium kann beispielsweise eine oder mehrere Membranen aufweisen und ist bevorzugt aus geschäumtem Kunststoff oder Keramik gebildet. Zweckmäßigerweise weist der Filtertank eine Abwasserabführleitung auf zum Weiterleiten von Abwasser, welches das Filtermedium durchquert hat.
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Das Filtermedium ist bevorzugt so angeordnet, dass es in einem Betriebszustand im Abwasser im Filtertank eingetaucht ist. Zudem weist der Filtertank bevorzugt in einem unteren Bereich eine Eingangsöffnung auf zum Leiten von Abwasser aus dem Bioreaktortank von unten durch das getauchte Filtermedium. Durch die Anordnung der Eingangsöffnung im unteren Bereich kann bereits eine gewisse Spülung des Filtermediums erreicht werden. Zudem kann ein Leerlaufen der Leitung zwischen dem Bioreaktortank und dem Filtertank, in welchem mindestens eine Pumpe angeordnet ist, vermieden werden. Durch die Pumpe wird eine Strömungsrichtung von Abwasser entlang dem Filtermedium erreicht, das heißt das Filtermedium ist in einer Cross-Flow-Konfiguration angeordnet.
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Zum Erzeugen von Scherkräften an dem Filtermedium und zum Fördern von Abwasser aus dem Bioreaktortank über den Venturi-Effekt ist die Pumpe bevorzugt eine Hochgeschwindigkeitspumpe. Das heißt, ihre Pumpgeschwindigkeit ist insbesondere höher als die Pumpgeschwindigkeit einer Pumpe zum Befördern von Abwasser in den Bioreaktortank. Dadurch kann ein Filterkuchen, das heißt eine Ablagerung von Feststoffen an der Membran, weitgehend vermieden werden.
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Um bei variabler Abwassermenge einen Einleitdruck von Abwasser in den Filtertank zu vergrößern, können mehrere Pumpen parallel geschaltet an der Abwasserleitung angeordnet sein, welche Abwasser zu dem Filtertank führt. Dabei ist eine Anzahl der genutzten Pumpen variabel festlegbar.
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Um die Effizienz der Abwasseraufbereitung weiter zu steigern, erfolgt bevorzugt auch im Filtertank ein anaerober Abbau. Hierbei ist der Filtertank ausgebildet als ein anaerober Membran-Bioreaktortank, in dem Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen Stoffe im Abwasser abbauen. Der Filtertank weist in einem oberen Bereich eine Gasabführleitung auf zum Abführen von Biogas, das durch den anaeroben Abbau im Filtertank entsteht.
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Das Retentat, also Abwasser, welches nicht das Filtermedium passiert hat, soll erneut gefiltert werden. Hierzu ist eine Rückführleitung vorgesehen. Diese befindet sich bevorzugt an einer Oberseite des Filtertanks. Dadurch kann verhindert werden, dass größere Mengen abgesetzter Biomasse aufgenommen werden. Die Rückführleitung ist so angeordnet, dass sie Abwasser, welches nicht das Filtermedium passiert hat, aufnimmt. Die Rückführleitung ist zum erneuten Einleiten des Abwassers in den Filtertank mit der Abwasserleitung verbunden, welche Abwasser von dem Abflussrohr des Bioreaktortanks zu dem Filtertank leitet. Hierbei wird das Retentat also gemeinsam mit Abwasser aus dem Bioreaktortank und dadurch verdünnt eingeleitet.
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Bei einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage ist ein Reinigungstank zum Spülen des Filtermediums mit Spülflüssigkeit aus dem Reinigungstank vorgesehen. Bei dieser Spülflüssigkeit kann es sich beispielsweise um sauberes Wasser oder eine Chemikalienlösung handeln. Hiermit sollen Feststoffe, die sich an der Oberfläche des Filtermediums angesetzt haben, gelöst und weggespült werden. Wird als Filtermedium eine vergleichsweise empfindliche Membran genutzt, so sollen ein Druck und eine Geschwindigkeit der Spülflüssigkeit an der Membran nicht zu hoch sein. Dies kann kostengünstig über die Schwerkraft erfolgen. Folglich ist zum Leiten von Spülflüssigkeit aus dem Reinigungstank zum Filtertank mittels Schwerkraft der Filtertank tiefer angeordnet als der Reinigungstank. Bevorzugt sind an der Abwasserabführleitung des Filtertanks Ventile vorgesehen, mit denen einstellbar ist, ob zum Ableiten von Abwasser aus dem Filtertank eine Fluidverbindung an der Abwasserabführleitung zu einem Endtank hergestellt wird, oder ob zum Spülen des Filtertanks eine Fluidverbindung zwischen der Abwasserabführleitung und dem Reinigungstank hergestellt wird. Somit können bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau die gewünschten Spüldrucke und -geschwindigkeiten erreicht werden.
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Stromabwärts zu dem Filtertank ist vorzugsweise ein Endtank vorgesehen zum Aufnehmen des Permeats, das heißt des Abwassers, das durch das Filtermedium im Filtertank gefiltert wurde. Eine Abwasserbeförderung mit geringem Energiebedarf wird erreicht, wenn Abwasser vom Filtertank zum Endtank mittels Schwerkraft geleitet wird. Hierzu ist der Endtank tiefer angeordnet als der Filtertank. Eine Verbindung zwischen diesen ist bevorzugt frei von Pumpen.
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Im Endtank kann mittels Schwerkraftabscheidung eine Reinigung des gefilterten Abwassers erfolgen. Auch der Endtank weist bevorzugt in einem oberen Bereich eine Gasabführleitung auf zum Abführen von Biogas, das im Endtank entsteht. Zum Abführen von gereinigtem Abwasser weist der Endtank in einem unteren Bereich eine Wasserabführleitung auf. Vorteilhafterweise kann so Gas, welches durch das Filtermedium nicht herausgefiltert wird, entfernt werden, bevor das gereinigte Abwasser die Anlage verlässt.
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Um im Endtank Gase abzuleiten, die im Abwasser gelöst sind, wird bevorzugt eine Recycling-Schleife eingesetzt. Diese kann erforderlich sein, weil aufgrund der Einleitung von Abwasser mittels Schwerkraft vorerst ein nur geringer Druck im Endtank herrscht. Durch Erhöhen des Drucks können die Gase gelöst werden. Hierzu ist vorgesehen, dass an der Wasserabführleitung des Endtanks eine Pumpe zum Ausscheiden von Gas aus dem Abwasser durch Erhöhen des Drucks im Abwasser vorgesehen ist und dass stromabwärts zu dieser Pumpe Steuerungsventile vorgesehen sind, mit denen eine Weiterleitung zu entweder einer Rückführleitung oder einer Ausgangsleitung steuerbar ist, wobei mit der Rückführleitung eine Rückführung des Abwassers mit dem ausgeschiedenen Gas in den Endtank erfolgt und mit der Ausgangsleitung das Abwasser aus der Anlage abgegeben wird. Vorteilhafterweise wird hierdurch auch ein unerwünschter Geruch des gereinigten Abwassers vermieden.
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Um das Biogas zu sammeln, das an den verschiedenen Stationen der erfindungsgemäßen Anlage entsteht, ist bevorzugt eine Gassammelleitung vorgesehen. Diese nimmt Gas aus den Gasabführleitungen des Puffertanks, des Bioreaktortanks, des Filtertanks und/oder des Endtanks auf.
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Die Gassammelleitung kann zu einem Gas/Flüssigkeit-Separator führen. Dieser kann Flüssigkeiten abscheiden, welche über die Gasabführleitungen in die Gassammelleitung gelangt sind. Zudem ist hier eine Flüssigkeitsrückführleitung vorgesehen, mit welcher durch den Gas/Flüssigkeit-Separator abgeschiedene Flüssigkeit in den Puffertank zurückgeleitet wird. Das Gas kann stromabwärts zu dem Gas/Flüssigkeit-Separator zur Energiegewinnung genutzt werden, indem es beispielsweise unter Wärmeerzeugung verbrannt wird.
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Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich durch den Betrieb der beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage zur Abwasseraufbereitung.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügte schematische Figur beschrieben. Dabei zeigt
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage zur Abwasseraufbereitung.
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1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage 100 zur Abwasseraufbereitung. Diese Anlage 100 ist auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abwasseraufbereitung eingerichtet. In der Anlage 100 erfolgt eine Aufbereitung des Abwassers über mehrere Stationen. Diese umfassen im Wesentlichen einen Puffertank 10, einen Bioreaktortank 30, einen Filtertank 50 und einen Endtank 80.
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Aufzubereitendes Abwasser wird zunächst über eine Zuführöffnung 8 in einen vorderen Abschnitt 11 des Puffertanks 10 geleitet. Dieser kann über zwei voneinander getrennte Abschnitte 11, 12 verfügen. Alternativ können die beiden Abschnitte 11 und 12 auch zu einem gemeinsamen Bereich miteinander verbunden sein. In dem Abschnitt 11 werden anaerobe Bedingungen hergestellt und eine Vorversäuerung beginnt. Beispielsweise kann Brauereiabwasser mit einem Volumenstrom von 200 l/h über sechs Stunden in den vorderen Abschnitt 11 gepumpt werden. Ist im vorderen Abschnitt 11 eine bestimmte Füllhöhe erreicht, wird das Abwasser in einen hinteren Abschnitt 12 des Puffertanks 10 weitergeleitet. Zur Überwachung der Füllhöhe im vorderen Abschnitt 11 verfügt dieser über mehrere Füllstand- oder Levelsensoren 14 bis 16. Ein Abwassereinlass über die Zuführöffnung 8 wird gestoppt, sobald die Füllhöhe einen oberen Levelsensor 16 erreicht.
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An dem hinteren Abschnitt 12 sind Mittel 17, 18 zum Überwachen und bevorzugt auch zum Einstellen eines pH-Werts und einer Temperatur vorhanden. Hierdurch kann ein kontrollierter anaerober Abbau gewährleistet werden. Durch diesen Abbau entsteht Biogas, welches im hinteren Abschnitt 12 aufsteigt und über eine Gasabführleitung 19 abgeleitet wird. Die Gasabführleitung 19 ist mit einer Oberseite des Puffertanks 10 insbesondere am hinteren Abschnitt 12, verbunden.
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Aus einem unteren Bereich des Puffertanks 10 wird das Abwasser mit einer Pumpe 21 zu dem Bioreaktortank 30 befördert. Um ein Trockenlaufen der Pumpe 21 zu verhindern, wird diese abgeschaltet, wenn die Füllhöhe im Puffertank 10 bei einem unteren Levelsensor 14 liegt. Bevorzugt wird als Pumpe 21 eine frequenzgesteuerte Kreiselpumpe eingesetzt. Dieser Pumpentyp verhindert eine zu starke Beeinflussung der Mikroorganismenflora im Bioreaktortank 30.
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In dem Bioreaktortank 30 wird das Abwasser durch Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen abgebaut, wobei Biogas und Biomasse, also Feststoffe, entstehen. Hierbei sind Ort und Richtung des Einleitens und des Ausleitens von Abwasser entscheidend, um eine möglichst weitgehende Reinigung des Abwassers zu erreichen. Hierzu weist der Bioreaktortank 30 eine Einlassöffnung 32 für Abwasser in seinem unteren Bereich auf. Insbesondere kann an der Unterseite des Bioreaktortanks 30 die Einlassöffnung 32 gebildet sein oder ein Einlaufrohr verläuft von der Unterseite in das Innere des Bioreaktortanks 30, so dass die Einlassöffnung 32 beabstandet zu Seitenwänden und zu der Unterseite des Bioreaktortanks 30 angeordnet ist. Dabei ist die Einlassöffnung 32 nach oben gerichtet, um eine aufwärts gerichtete Einströmrichtung des Abwassers zu erzeugen. Bevorzugt sind keine Mischelemente zum Vermischen von Abwasser im Bioreaktortank 30 vorhanden. Durch die Anordnung der Einlassöffnung 32 steigt eingeleitetes Abwasser im Bioreaktortank 30 allmählich auf und wird dabei durch die Mikroorganismen abgebaut. Die Pumpe 21 wird so angesteuert, dass für die Abmessungen der Einlassöffnung eine Pumpgeschwindigkeit erreicht wird, bei welcher das Abwasser im Bioreaktortank 30 eine laminare Strömung ausbildet. Dadurch wird ein kontrollierter Abbau im Bioreaktortank 30 gewährleistet. Durch den Abbau entsteht Biogas, welches durch eine Abführleitung 39 an einer Oberseite des Bioreaktortanks 30 abgeleitet wird.
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Die erzeugte Biomasse wird zusammen mit dem übrigen Abwasser aus dem Bioreaktortank 30 über ein Abflussrohr 33 abgeleitet. Dieses oder zumindest ein Endbereich von diesem verläuft innerhalb des Bioreaktortanks 30 so, dass eine Eintrittsöffnung des Abflussrohrs 33 nach oben gerichtet ist und Abwasser durch das Abflussrohr 33 nach unten aus dem Bioreaktortank 30 abfließt. Bezogen auf den Bereich des Bioreaktortanks 30, der im Betrieb mit Abwasser gefüllt ist, befindet sich die Eintrittsöffnung des Abflussrohrs 33 in einem oberen Abschnitt. Beispielsweise kann die Eintrittsöffnung im oberen Viertel dieses Bereichs angeordnet sein. Durch Position und Orientierung der Eintrittsöffnung wird sichergestellt, dass nur solches Abwasser abgeleitet wird, welches für eine vergleichsweise lange Zeit im Bioreaktortank 30 aufgenommen worden ist.
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Eine Füllhöhe, die den mit Abwasser gefüllten Bereich des Bioreaktortanks 30 bezeichnet, wird über mehrere Levelsensoren 34 bis 36 kontrolliert. Diese sind in verschiedenen Höhen am Bioreaktortank 30 vorgesehen. Um ein Überfüllen des Bioreaktortanks 30 zu verhindern, wird die Pumpe 21 abgeschaltet oder ihre Pumpgeschwindigkeit wird reduziert, wenn die Füllhöhe bei einem oberen Levelsensor 36 liegt. Alternativ kann die Pumpe 21 auch abhängig davon gesteuert werden, ob die Füllhöhe unterhalb oder oberhalb eines mittleren Levelsensors 35 liegt. Eine ungewünscht niedrige Füllhöhe wird mit Hilfe eines unteren Levelsensors 34 verhindert. Sinkt die Füllhöhe bis zum Levelsensor 34, wird entweder eine Pumpgeschwindigkeit der Pumpe 21 erhöht oder ein Abfließen aus dem Bioreaktortank 30 wird reduziert oder verhindert, indem das Abschlussrohr 33 innerhalb des Bioreaktortanks 30 nach oben verfahren wird. Bevorzugt wird eine Höhe der Eintrittsöffnung des Abflussrohrs 33 abhängig von der Füllhöhe, die von einem oder mehreren der Levelsensoren 34 bis 36 bestimmt wird, verstellt. Unterschreitet die Füllhöhe die Höhe des unteren Levelsensors 34, so kann die Eintrittsöffnung des Abflussrohrs 33 hochgefahren werden, beispielsweise auf oder über die Höhe des mittleren Levelsensors 35.
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Alternativ oder zusätzlich können die Levelsensoren 34 bis 36 dazu benutzt werden, dass die Eintrittsöffnung des Abflussrohrs 33 stets auf eine Höhe verfahren wird, an welcher sich die Eintrittsöffnung innerhalb des oberen Abschnitts des mit Abwasser gefüllten Bereichs befindet.
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Zum Überwachen und insbesondere auch zum Einstellen des pH-Werts des Abwassers im Bioreaktortank 30 sind an diesem geeignete Mittel 37 vorgesehen. Bedingungen im Bioreaktortank 30 können auch über ein Mannloch geprüft werden, welches in einer Wand des Bioreaktortanks 30 vorgesehen ist.
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Das Abflussrohr 33 leitet Abwasser über eine Abwasserleitung 40, in welcher eine Pumpe 41 oder auch mehrere parallel zueinander angeordnete Pumpen 41, 42 vorhanden sind. Über diese wird das Abwasser an einer Unterseite 51 des Filtertanks 50 in diesen eingeleitet.
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In dem Filtertank 50 befindet sich ein Filtermedium 52, das bevorzugt eine Membran 52 ist. Das Filtermedium 52 ist im Filtertank 50 in Abwasser eingetaucht, wodurch vorteilhafterweise der zur Filtration erforderliche Druck sinkt. Das Filtermedium ist so angeordnet, dass das eingeleitete Abwasser weitestgehend parallel zu dem Filtermedium 52 strömt.
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Die Pumpe 41 oder die Pumpen 41, 42 befördern Abwasser mit hoher Geschwindigkeit zu dem Filtermedium 52. Hierdurch werden zum einen große Scherkräfte am Filtermedium erzeugt, wodurch ein Absetzen von Retentat am Filtermedium 52 verringert wird. Außerdem führt die hohe Geschwindigkeit zu einem Fördern von Abwasser aus dem Bioreaktortank 30 über den Venturi-Effekt.
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Das Retentat wird aus dem Filtertank 50 an dessen Oberseite in eine Rückführleitung 57 geführt. Über die Rückführleitung 57 gelangt das Abwasser zurück in die Abwasserleitung 40 und wird so erneut durch die Einlassöffnung 51 zu dem Filtermedium 52 gepumpt.
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Durch eine solche Rückführung wird vermieden, dass ein unerwünschter Druckanstieg durch erzeugtes Biogas im Puffertank 10 entsteht, insbesondere in dessen vorderem Abschnitt 11.
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Die Füllhöhe von Abwasser im Filtertank 50 wird wiederum über mehrere Levelsensoren 53 bis 55 kontrolliert. Diese steuern den Zulauf von Abwasser über die Pumpen 41, 42 und über ein Ventil 43, das in der Abflussleitung 40 stromaufwärts zu den Pumpen 41, 42 angeordnet ist.
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Ein Trockenlaufen der Pumpe 41 oder der Pumpen 41, 42 kann über den unteren Levelsensor 53 verhindert werden. Sinkt eine Füllhöhe von Abwasser im Filtertank 50 bis zu der Höhe des Levelsensors 53, so wird ein Ventil 61 geschlossen, durch welches ansonsten Filtrat aus dem Filtertank 50 abgeführt wird.
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An dem Filtertank 50 ist zudem eine Ausgangsleitung 9 für Abwasser vorhanden, welche Abwasser zurück zu dem Puffertank 10 leitet. Die Ausgangsleitung 9 kann insbesondere im Bereich eines oberen Levelsensors 55 angeordnet sein und auch ein Überfüllen des Filtertanks 50 verhindern.
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Im Filtertank 50 erfolgt ebenfalls durch Mikroorganismen ein Abbau unter anaeroben Bedingungen. Dadurch erzeugtes Biogas wird über eine Gasabführleitung 59, die sich an einer Oberseite des Filtertanks 50 befindet, abgeführt.
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Das Filtrat, das durch das Filtermedium 52 hindurchgelassen wurde und im Wesentlichen frei von Biomasse ist, verlässt den Filtertank 50 über eine Abwasserabführleitung 58. Diese dient außerdem dem Spülen des Filtermediums 52 mit einer Spülflüssigkeit. Dazu ist die Leitung 58 mit einem Reinigungstank 70 verbunden, welcher die Spülflüssigkeit enthält, beispielsweise sauberes Wasser oder eine Chemikalienlösung.
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Eine Reinigung des Filtermediums 52 mit Frischwasser oder mit einer Chemikalienlösung ist hygienisch unbedenklicher und effektiver als eine Reinigung mit dem Permeat oder einem Gasstrom.
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Über ein Ventil 71 ist steuerbar, ob Spülflüssigkeit aus dem Reinigungstank 70 in die Leitung 58 und weiter zum Filtermedium 52 abfließt. Um Beschädigungen am Filtermedium 52 zu vermeiden, soll dabei eine Strömungsgeschwindigkeit vergleichsweise niedrig sein. Dies wird in einfacher Weise dadurch erreicht, dass der Reinigungstank 70 oberhalb des Filtertanks 50 angeordnet ist und ein Leiten von Spülflüssigkeit aus dem Reinigungstank 70 zum Filtertank 50 mittels Schwerkraft, also ohne Pumpen, erfolgt.
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Das Filtrat wird über die Abwasserabführleitung 58 zu einem Endtank 80 geleitet. Um ein Einleiten von Flüssigkeit aus dem Reinigungstank 70 in den Endtank 80 zu verhindern, wird ein Ventil 61 vor dem Endtank 80 geschlossen, wenn das Ventil 71 am Reinigungstank 70 geöffnet ist. In entsprechender Weise wird das Ventil 71 geschlossen, wenn das Ventil 61 geöffnet wird.
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Das gefilterte Abwasser kann im Endtank 80 durch Schwerkraftabscheidung weiter gereinigt werden. Biogas liegt hier aufgrund der niedrigen Drücke im Wasserstrom gelöst vor. Dies kann zu einer unerwünschten Geruchsbildung führen. Daher soll das restliche Biogas aus dem gefilterten Abwasser im Endtank 80 gelöst werden und über eine Gasabführleitung 89 weggeleitet werden, welche sich in einem oberen Bereich des Endtanks 80 befindet. Ein Lösen des Biogases aus dem Wasser erfolgt durch eine Druckerhöhung. Hierzu ist am Endtank 80 eine Recycling-Schleife vorgesehen. Diese umfasst zunächst eine Wasserabführleitung 83 zum Aufnehmen von Abwasser aus dem Endtank 80 und eine in der Wasserabführleitung 83 angeordnete Pumpe 84 zum Ausscheiden von Biogas aus dem Abwasser durch Erhöhen des Drucks. Zudem ist hinter der Pumpe 84 eine Abzweigungsstelle 85 gebildet, an welcher über Steuerungsventile 86, 87 einstellbar ist, ob Abwasser mit dem Biogas nach oben in eine Rückführleitung 88 und weiter zum Endtank 80 geleitet wird, oder ob gereinigtes Abwasser über eine Ausgangsleitung 91 die Anlage 100 verlässt.
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Weil über die Rückführleitung 88 Abwasser mit höherem Druck in den Endtank 80 gelangt, wird das Biogas ausgeschieden und kann über die Gasabführleitung 89 entfernt werden. Vorteilhafterweise wird so eine besonders hohe Reinheit des Abwassers erreicht, dass über die Ausgangsleitung 91 abgeleitet wird.
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Eine Steuerung der beiden Ventile 86 und 87 in der Recycling-Schleife kann über mehrere Levelsensoren 77 bis 79 erreicht werden, die an verschiedenen Höhen am Endtank 80 angeordnet sind. Beispielsweise kann das Ventil 87 zu der Ausgangsleitung 91 solange geschlossen sein, bis die Füllhöhe einen oberen Levelsensor 79 erreicht. In diesem Fall wurde Abwasser über die Pumpe 84 und die Rückführleitung 88 so lange zu dem Endtank 80 zurückgeleitet, dass ein weitgehendes Entfernen von Biogas sichergestellt ist. Das Ventil 87 bleibt dann geöffnet, bis die Füllhöhe zu einem unteren Levelsensor 77 sinkt.
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Das Biogas, das über die Gasabführleitungen 19, 39, 59 und 89 abgeführt wurde, kann weitergenutzt werden. Hierzu führen diese Leitungen zunächst zu einer Gassammelleitung 90. In der Biogassammelleitung 90 oder in den Leitungen 19, 39, 59 und 89, die zu der Biogassammelleitung 90 hinführen, können Filter zum Entfernen bestimmter im Biogasstrom mitgeführter Stoffe vorhanden sein. Beispielsweise können Kohlefilter zum Entfernen von Schwefelwasserstoff vorhanden sein.
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Um möglicherweise in dem Gasstrom mitgeführte Flüssigkeit zu entfernen, ist die Gassammelleitung 90 mit einem Gas/Flüssigkeit-Separator 95 verbunden. Dieser leitet Flüssigkeit über eine Flüssigkeitsrückführleitung 96 zurück zum Puffertank 10. Biogas wird von dem Gas/Flüssigkeit-Separator 95 schließlich zu Energiegewinnungsmitteln 97 geführt. Diese können beispielsweise eine Gasfackel umfassen, um durch Verbrennen des Biogases thermische Energie zu gewinnen. Indem über die verschiedenen Stationen Biogas gesammelt wird, kann somit in besonders großem Umfang Energie erzeugt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Anlage 100 wird somit eine äußerst gründliche Reinigung des Abwassers erreicht, wobei besonders große Mengen an Biogas zur Energiegewinnung erzeugt werden.
