DE102014007348A1

DE102014007348A1 - Verfahren zur Wasseraufbereitung von Landwirtschaftlichen Abwässern

Info

Publication number: DE102014007348A1
Application number: DE102014007348.3A
Authority: DE
Inventors: Dieter Lorenz Freinecker; Klaus Doelle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-11-19

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Wasseraufbereitung von landwirtschaftlichen Abwässern jeglicher Form die aus landwirtschaftlicher Tierhaltung und/oder Produktionen und/oder Tätigkeiten und/oder Gebrauch und/oder Biogasproduktion und/oder Reinigung und/oder Oberflächenwasser und/oder häusliche Abwässern des Landwirtschaftsbetriebs bestehen kann, wobei die einzelnen Prozesse räumlicher getrennt sein können, und in einer ersten Station (1) das Abwasser (11) von Feststoffpartikeln befreit wird und die Feststoffpartikel zu Flüssigdünger (40a) und/oder Feststoffdünger (40b) und/oder Kompost (40c) umgewandelt werden, in einer zweiten Station das Abwasser (12) sedimentiert wird, In einer dritten Station (3) das Abwasser (13) einem biologischen Reinigungsprozess unterworfen wird, in einer vierten Station (4) das Abwasser (14) Feingereinigt wird und in ein einleitfähiges Wasser (15) aufbereitet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasseraufbereitung von landwirtschaftlichen Abwässern wobei die einzelnen Prozesse räumlicher getrennt sein können. Die Herstellung von Energie aus nachwachsenden Rohstoffen und organischen Abfall- und Reststoffen, und von Energie aus Biogas ist angesichts der stetig steigenden Öl- und Gaspreise eine zunehmend interessante Art der Energiegewinnung. Auch im Hinblick auf Umweltschutzaspekte erscheint eine Energiegewinnung aus Energiepflanzen und/oder aus Biogas mit einer neutralen CO₂-Bilanz als zukunftsträchtige Methode. Diesen zur Zeit eingesetzten Verfahren zur Herstellung von Biogas erlaubten zum Beispiel eine Verwendung von Cellulose- und Lignocellulosehaltige Biomassen, tierische Exkremente, Abfälle aus der Tierhaltung und Schlachtabfällen. Heutzutage ist die Herstellung von Energie aus Biogas in großem Ausmaß an landwirtschaftliche Betriebe bzw. Kommunen gekoppelt. Das heißt, die notwendigen benötigten Gärsubstrate und davon produzierten Gärreste werden vor und nach der Biovergasung an den Biogasanlagen gelagert, was oftmals gekoppelt mit einem fahrlässigen Umgang mit diesen Stoffen in vielen Fallen zu einer Geruchsbelästigung führt. Weiterhin wird die Ausbringung auf landwirtschaftliche Flächen als Wirtschaftsdünger von verschiedenen Faktoren jahreszeitlich begrenzt wie zum Beispiel durch lokale Regelungen, gesetzlichen Vorgaben (Düngeverordnung), der Witterung (Befahrbarkeit der Flächen, zu große Hitze bzw. Trockenheit) und der aktuelle Bedarf der einzelnen Kultur an Stickstoff. Die in vielen Fallen mit der Gärresteausbringung und landwirtschaftlichen Betrieben gekoppelte massive Geruchsbelästigung vor Ort ist mit ein Grund für die oft geäußerten Vorbehalte der Bevölkerung gegenüber der Biogastechnologie. Eine Aufbereitung der Gärreste inklusive der landwirtschaftlichen Abwässer zu Verrieselfähigem und/oder einleitfähigem Wasser das gesetzlichen Bestimmungen entspricht ist bis heute noch nicht realisiert. Daher ist es notwendig großvolumige und kostintensive Lagerstätten für Gärreste der Biogaserzeugung vorzuhalten.
Aus den vorgenannten Argumenten ist zu schließen, dass eine landwirtschaftliche Anwendung einer Wasseraufbereitung heute noch nicht wirtschaftlich durchzuführen ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Einsatz einer effektiveren Abwasseraufbereitung ermöglicht es, dass Biogasanlagen bei gleicher Leistung kleiner ausgeführt werden, der Flächenbedarf wird geringer, es wird weniger Abwasser bei gleicher Produktionsleistung produziert. So bleiben schließlich am Ende weniger zu entsorgende Reststoffe und Abwasser übrig, und es kommt zu einer Reduzierung des Eigenenergieverbrauchs. Durch die Aufbereitung der flüssigen Gärrest und/oder Produktionsreste wird die Lagerungsproblematik an der Biogasanlage entschärft, die Geruchsemissionen werden stark vermindert, und damit wird die Akzeptanz für Biogasanlagen in der Bevölkerung erhöht. Nach der Erfindung können anfallende Abwässer jeglicher Form die aus landwirtschaftlicher Produktionen und/oder Tätigkeiten und/oder Gebrauch entstehen aufbereitet werden, insbesondere Abwässer die im Zusammenhang mit der Produktion von pflanzlichen und tierischen Produkten oder mit der Tierhaltung stehen inklusive Jauche und Gülle, und/oder Abwässer die im Zusammenhang mit der Produktion von Biogas entstehen und/oder Melkhausabwässer und/oder Waschwässer die im Zusammenhang mit der Aufbereitung von Feldfrüchten entstehen und/oder Abwässer die im Zusammenhang mit der Reinigung von Maschinen, Fahrzeugen und Anlagen anfällt und/oder Reinigungswässer welche bei der Revision von Biogasanlagen wie z. B. Reinigung von Lagerstätten, Anlagen und Maschinen zur Substratentnahme, Vergärung sowie zur Gärrestelagerung und/oder Oberflächenwasser das im Landwirtschaftlichen Betrieb entsteht und/oder häusliche Abwässer des Landwirtschaftsbetriebs.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Stationen räumlich getrennt sind. Die Trennung der Sedimentation, biologischen Aufbereitung, biologischen Feinreinigung und Aufbereitung, ermöglicht eine industrielle Aufbereitung von landwirtschaftlichen Abwasser. Der Transport des Abwassers und der teilgereinigten Abwässer, sowie des gereinigten Wassers kann über Rohrleitungen erfolgen oder vermittels üblicher Transportmittel wie beispielsweise Lastkraftwagen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorbehandlung des Abwassers in der ersten Station im Wesentlichen ein befreien von im Abwasser befindlichen Feststoffen wie z. B. Cellulose- und lignocellulosehaltiges Fasermaterial und/oder Feststoffe jeglicher Form und/oder, Sand, und/oder Steine, und/oder Leichtstoffen umfasst. Damit kann ein für den Sedimentationsprozess ideales vorgereinigtes Abwasser erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorbehandlung des Abwassers in der zweiten Station (2) im Wesentlichen ein Sedimentieren von Feststoffen, und/oder ein Befreien von fetthaltigen Verunreinigungen, und/oder ein Abscheiden von schwimmenden Verunreinigungen umfasst. Damit kann ein für die biologische Abwasseraufbereitung ein ideales vorgereinigtes Abwasser erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Behandlung des Abwassers in der dritten Station (3) im Wesentlichen ein biologisch betriebenes Tropfkörperverfahren und/oder Sedimentationsverfahren und/oder Belebtschlammverfahren beinhaltet. Damit kann ein für die biologische Abwassernachbehandlung ein ideales vorgereinigtes Abwasser bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Nachbehandlung des gereinigten Abwassers in der vierten Station (4) im Wesentlichen eine aus zwei oder mehreren Behältern bestehenden Biofilter und/oder pflanzlichen Kläranlage besteht. Damit kann ein für die biologische Abwasseraufbereitung ideales vorgereinigtes Abwasser erreicht werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Feststoffgehalt bei der Wasseraufbereitung in Einlaufbereich im Bereich von 0.001% bis 30%, vorzugsweise zwischen 0.01 und 25% bezogen auf die Trockensubstanzmasse des verwendeten Rohstoffes liegt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Abwasserqualität des Wasseraufbereitungsprozesses an der Einleitungsstelle einen Biochemischen Sauerstoffbedarf in 5 Tagen (BSB₅) im Bereich 5 mg/l bis 500 mg/l, vorzugsweise zischen 5 mg/l bis 40 mg/l erreicht und/oder einen Gesamteinleitungswert des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) von im Bereich von 0 mg/l bis 1000 mg/l, vorzugsweise zischen 5 mg/l bis 200 mg/l und/oder einen Gesamteinleitungswert von Ammoniumstickstoff (NH4-N) im Bereich 5 mg/l bis 200 mg/l, vorzugsweise zischen 0.5 mg/l bis 40 mg/l erreicht und/oder einen Einleitungswert der gesamt abfiltrierbaren Stoffe im Bereich 0 mg/l bis 3000 mg/l, vorzugsweise zischen 5 mg/l bis 1000 mg/l erreicht und/oder einen Gesamteinleitungswert von Sulfat im Bereich 0 mg/l bis 800 mg/l, vorzugsweise zischen 0.1 mg/l bis 80 mg/l erreicht und/oder einen Gesamteinleitungswert von Phosphor in im Bereich 0 mg/l bis 200 mg/l, vorzugsweise zischen 0.1 mg/l bis 100 mg/l erreicht.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann in einer die Rohstoffe schonender Weise vorgesehen sein, dass die Abwassertemperatur während des Vorbehandlungsprozesses im Eintrittsbereich zwischen 1°C und +95°C liegt und zwischen +1°C und +75°C im Austrittsbereich, vorzugsweise zwischen +5°C und +60°C im Eintrittsbereich und zwischen +2°C und +50°C im Austrittsbereich. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Feststoffgehalt bei der Wasseraufbereitung in Einblaufbereich im Bereich von 0.001% bis 30%, vorzugsweise zwischen 0.01 und 25% bezogen auf die Trockensubstanzmasse des verwendeten Rohstoffes liegt.
In einer weiteren bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann der pH-Wert der Wasseraufbereitung zwischen 4 und 12 liegen, vorzugsweise zwischen 6 und 8. Dies schafft ein optimales Milieu für den biologischen Prozess der Wasseraufbereitung.
Für das Erzielen einer erfolgreiche Biogasbildung kann der Oberdruck des Wasseraufbereitungsprozesses gegenüber der Atmosphäre konstant zwischen 0 bar und 10 bar liegen, vorzugsweise zwischen 0 und 7 bar.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Aufbereitung von Landwirtschaftlichen Abwässern weiter zu entwickeln, welches eine geringere Belastung von Grundwasser und Einleitgewässern ermöglicht bei gleichzeitig guter öffentlicher Akzeptanz.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weitere zweckmäßige Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren Erfindung schematisch anhand einer Zeichnung näher erläutert:
1 zeigt ein Flussdiagramm, welches die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder gibt.
Der Wasseraufbereitungsprozess beinhaltet die Station (1) Vorbehandlung und/oder Station (2) Sedimentation und/oder Station (3) biologische Reinigung und/oder Station (4) Nachbehandlung in welchen die anfallenden anfallende Abwässer jeglicher Form (11) aufbereitet werden. Das aufbereitete Abwasser (15) kann als Prozesswasser z. B. in der Biogaserzeugungsprozesses wiederverwendet werden und/oder auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht, und/oder in Gewässer eingeleitet werden.
Die Abwasseraufbereitung der Station (1) bereitet anfallendes Abwasser (11) mittels Entwässerungsverfahren, und/oder Sortierverfahren und/oder Zerkleinerungsverfahren, und/oder Sortierungsverfahren, und/oder Sedimentationsverfahren, und/oder biologischen Verfahren, z. B. Pressen, Flüssig- und/oder Feststoffsiebverfahren auf.
Die Abwasseraufbereitung der Station (2) bereitet das vorbehandelte Abwasser (12) aus Station (1) unter Verwendung von Sedimentationsverfahren auf, Die Abwasseraufbereitung der Station (3) bereitet das Abwasser (13) aus Station (2) biologisch auf, einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Behandlung des Abwassers in der dritten Station (3) im Wesentlichen ein biologisch betriebenes Tropfkörperverfahren und/oder Sedimentationsverfahren und/oder Belebtschlammverfahren beinhaltet. Damit kann ein für die Biologische Abwassernachbehandlung in Station (4) ein ideales vorgereinigtes Abwasser (14) bereitgestellt werden.
Die Abwassernachbehandlung der Station (4) bereitet das gereinigte Abwasse (14) von Station (3) im Wesentlichen in einem aus zwei oder mehreren Behältern bestehenden Biofilter und/oder pflanzlichen Kläranlage auf. Damit kann ein für die Einleitung in eine Zisterne und/oder Vorfluter und/oder öffentliches Kanalnetz und/oder Gewässer ein ideales vorgereinigtes Wasser (15) erreicht werden.
Die anfallenden Rückstände (40) aus der Abwaseraufbereitungsstation (1) können als Dünger in flüssiger (40a) und/oder fester (40b) Form verwendet und/oder Kompost (40c) umgewandelt werden.
Der Prozessschritte der Wasseraufbereitung, Station (1) Vorbehandlung und/oder Station (2) Sedimentation und/oder Station (3) biologische Reinigung und/oder Station (4) Nachbehandlung kann über den pH-Wert und/oder die elektrische Leitfähigkeit gesteuert werden. Der pH-Wert der Prozesse 1, 2, 3, und 4 liegt zwischen 4 und 12, vorzugsweise zwischen 6 und 9. Der Überdruck der Abwasseraufbereitungsprozesse gegenüber der Atmosphäre liegt konstant zwischen 0 bar und 10 bar, vorzugsweise zwischen 0 und 5 bar. Die eingesetzte Energie liegt zwischen 0.01 kWh/m³ bis 20 kWh/m³, vorzugsweise zwischen 0.25 kWh/m³ bis 15 kWh/m³ benötigt. Die Abwasseraufbereitungsprozess 1, 2, 3, und 4 kann einen oder mehrere Prozessreaktoren beinhalten, die parallel und/oder in Reihe und oder als parallel- und/oder Reihenkombination geschaltet sind. Die Einstellung des pH-Wertes der Prozesse 1, 2, 3, und 4 kann mit Natrium- und/oder Kalziumhydroxid, mit niedriger und/oder mittlerer und/oder hoher Reaktivität betreiben werden.

Claims

Verfahren zur Wasseraufbereitung von landwirtschaftlichen Abwässern, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Station (1) das Abwasser (11) von Feststoffpartikeln befreit wird und die Feststoffpartikel zu Flüssigdünger (40a) und/oder Feststoffdünger (40b) und/oder Kompost (40c) umgewandelt werden, in einer zweiten Station das Abwasser (12) sedimentiert wird, In einer dritten Station (3) das Abwasser (13) einem biologischen Reinigungsprozess unterworfen wird, in einer vierten Station (4) das Abwasser (14) Feingereinigt wird und in ein einleitfaehiges Wasser (15) aufbereitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anfallende Abwasser jeglicher Form die aus landwirtschaftlicher Tierhaltung und/oder Produktionen und/oder Tätigkeiten und/oder Gebrauch und/oder Biogasproduktion und/oder Reinigung und/oder Oberflächenwasser und/oder häusliche Abwässer des Landwirtschaftsbetriebs bestehen kann.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser einen Feststoffgehalt von 0.001% bis 30% aufweist, vorzugsweise 0.01% bis 25%.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser eine Temperatur im Eintrittsbereich vorzugsweise zwischen +5°C und +60°C und im Austrittsbereich und zwischen +2°C und +50°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwasser Qualität des Wasseraufbereitungsprozesses an der Einleitungsstelle einen Biochemischen Sauerstoffbedarf in 5 Tagen im Bereich 5 mg/l bis 500 mg/l, vorzugsweise zischen 5 mg/l bis 40 mg/l erreicht und/oder einen Gesamteinleitungswert des chemischen Sauerstoffbedarfs im Bereich von 0 mg/l bis 1000 mg/l, vorzugsweise zischen 5 mg/l bis 200 mg/l und/oder einen Gesamteinleitungswert von Ammoniumstickstoff im Bereich 5 mg/l bis 200 mg/l, vorzugsweise zischen 0.5 mg/l bis 40 mg/l erreicht und/oder gesamt abfiltrierbaren Stoffe im Bereich 0 mg/l bis 3000 mg/l, vorzugsweise zischen 5 mg/l bis 1000 mg/l erreicht und/oder eine Sulfat Konzentration im Bereich 0 mg/l bis 800 mg/l, vorzugsweise zischen 0.1 mg/l bis 80 mg/l erreicht und/oder eine Phosphorkonzentration in im Bereich 0 mg/l bis 200 mg/l, vorzugsweise zischen 0.1 mg/l bis 100 mg/l erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwasseraufbereitungsprozess einen Energiebedarf von 0.01 kWh/m³ bis 20 kWh/m³, vorzugsweise zwischen 0.25 kWh/m³ bis 15 kWh/m³ benötigt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der einzelnen Stationen (1, 2, 3, 4) zwischen 4 und 12, vorzugsweise zwischen 6 und 9 liegt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des pH-Wertes der einzelnen Stationen (1, 2, 3, 4,) mit Natrium- und/oder Kalziumhydroxid, und mit niedriger und/oder mittlerer und/oder hoher Reaktivität eingestellt werden kann.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Stationen räumlich getrennt werden können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte gereinigte Abwasser und/oder Wasser über eine größere Strecke transportiert wird.