DE202004010707U1

DE202004010707U1 - Vorrichtung zur gleichzeitigen Behandlung von Abwässern und organischen Reststoffen

Info

Publication number: DE202004010707U1
Application number: DE200420010707
Authority: DE
Original assignee: Applikations- und Technikzentrum Stiftung Des Buergerlichen Rechts; ATZ EVUS
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2014-07-08

Abstract

Vorrichtung zur gleichzeitigen Behandlung von Abwässern und organischen Reststoffen unter anaeroben Bedingungen, bei der Abwässer und organische Reststoffe in einem zweistufigen Reaktor bestehend aus Hydrolyse und Versäuerungszone sowie einer Zone zur Methanisierung, behandelt werden dadurch gekennzeichnet, dass die beiden koaxial angeordneten Kammern durch ein Sieb getrennt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Behandlung von Abwässern und organischen Reststoffen unter anaeroben Bedingungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der anaerobe biologische Abbau erfolgt durch eine Biozönose aus verschiedenen Bakterien über einen vierstufigen Prozess aus Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese.
In der Hydrolysephase werden hochmolekulare, oft partikulär vorliegende, organische Verbindungen durch Exoenzyme fermentativer Bakterien in lösliche Spaltprodukte überführt. Fakultativ und obligat anaerobe Bakterien verstoffwechseln in der Acidogen-Phase die Hydrolyseprodukte zu kurzkettigen Fettsäuren, Alkoholen, Wasserstoff und Kohlendioxid. In der sich anschließenden Acetogenen-Phase werden diese organischen Säuren und Alkohole durch acetogene Bakterien zu Essigsäure umgesetzt. In der Methanogenen-Phase reduzieren die methanogenen Bakterien Kohlendioxid mit Wasserstoff und setzen Essigsäure zu Methan und Kohlendioxid um. Der geschwindigkeitslimitierende Schritt des anaeroben Abbaus ist in der Regel die Hydrolyse der organischen Feststoffe.
Abwässer und organische Reststoffe vorzugsweise aus häuslicher Herkunft werden nach dem Stand der Technik überwiegend getrennt behandelt.
Für die anaerobe Behandlung von Abwasser sind verschiedene sogenannte Hochleistungsreaktoren bekannt, welche eine erhöhte Abbauleistung der organischen Bestandteile des Abwassers und damit eine Verkürzung der für den Abbau erforderlichen Verweilzeit durch eine Aufkonzentrierung der Mikroorganismen im Reaktor erreichen.
Ein solches Hochleistungsverfahren zur anaeroben Reinigung von Abwasser ist in EP 0 170 332 B1 beschrieben. Die Vorrichtung arbeitet nach dem UASB-Verfahren (Upflow-Anaerob-Sludge-Blanket), bei dem ein Behälter verwendet wird, in dessen unteren Bereich das zu reinigende Abwasser geleitet wird. Im Behälter setzen anaerobe Mikroorganismen organische Bestandteile in Biogas um. Zwischen dem Abwassereinlass und dem Überlauf für das gereinigte Abwasser befinden sich im Behälter übereinandergestapelt angeordnete Gassammler in Form von Hauben, deren oberer Bereich über eine Leitung mit einer Gas-Schlamm-Trenneinrichtung verbunden ist. Durch die Tätigkeit der Mikroorganismen wird Gas erzeugt, das sich am Schlamm anlagert, so dass dieser als sogenannter Schwimmschlamm nach oben aufschwimmt. Dieser Schwimmschlamm wird durch die Hauben eingefangen und gibt nach und nach sein Gas wieder ab, so dass er wieder schwerer wird und als sogenannter Sinkschlamm zurück auf den Boden sinkt. Das vom Schlamm abgegebene Gas steigt nach oben in einen Sammelraum auf und kann somit einer Verwertung zugeführt werden. Weitere Verfahren zur anaeroben Behandlung von Abwasser nach dem UASB-Prinzip sind in WO 99/51532 und EP 0 366 186 A1 beschrieben.
Ein weiteres Hochleistungsverfahren zur Behandlung von Abwasser sind Festbettreaktoren, wie sie in DE3414999A1 oder in DE4309779A1 beschrieben sind. In Festbettreaktoren wird organisches Substrat im Abwärts- oder Aufwärtsstrom durch ein, in der Behandlungszone vorhandenes, der Ansiedlung von Mikoorganismen dienendes Filterbett geleitet, wobei die organischen Inhaltsstoffe durch die Mikroorganismen umgesetzt werden. Ein Teil des behandelten Abwassers wird z.T. im Umlauf zurückgeführt und erneut durch das Festbett geleitet, um somit ein Zusetzen des Festbetts zu vermeiden.
Nachteilig wirkt sich bei den genannten Hochleistungsverfahren zur Behandlung von Abwässern aus, dass diese in der Regel störanfällig gegen Feststoffpartikel und Störstoffe sind. Beispielsweise führt bei Anwesenheit von Calciumionen der ausgefallene Kalk zur Verblockung des Filtermaterials bei Festbettreaktoren oder zur sogenannten Zementierung des Schlammbettes bei UASB-Reaktoren. Deswegen werden Hochleistungsreaktoren in der Regel nicht zur Behandlung von Abfällen eingesetzt.
Sollten Hochleistungsverfahren dennoch zur Behandlung von feststfoffreichen Fraktionen eingesetzt werden, so erfolgt dies in der Regel durch Kombination mit einer vorgeschalteten Hydrolysestufe, wie es in DE 296 05 625 U1 beschrieben ist. Hierbei handelt es sich um eine Anlage zur 2-stufigen Vergärung von organischen Abfallstoffen, vorzugsweise Lebensmittelabfälle aus der Gastronomie, aus Großküchen, Caterings, Einrichtungen des Handels und der Lebensmittelindustrie oder Klärschlämme, oder auch Gülle. Die Anlage umfasst einen vorgeschalteten Reaktor zur Hydrolyse und Versäuerung der organischen Abfallstoffe, an den sich nachfolgend ein, vorzugsweise zwei Methanisierungsreaktoren mit Biomasserückhalt zur thermophilen Vergärung des hydrolysierten und versäuerten Materials anschließt(en).
Nachteilig ist bei der Anordnung, wie sie in DE 296 05 625 U1 beschrieben ist, der erhöhte verfahrenstechnische Aufwand durch den Betrieb von drei Reaktoren.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine möglichst einfache und effiziente Vorrichtung zur gleichzeitigen, anaeroben Behandlung von Abwässern und organischen Reststoffen angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Behandlung von Abwässern und organischen Reststoffen.
Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass der Eintrag der Abwässer und der organischen Reststoffe gemeinsam in den äußeren Ring der Vorrichtung erfolgt. Die äußere Kammer (1) der Vorrichtung steht mit der inneren Kammer (2) über eine Trennvorrichtung, vorzugsweise als Siebblech (3) ausgeführt, in Verbindung. Vorteilhafterweise wird das Siebblech so gewählt, dass die Feststoffpartikel der Abwässer und organischen Reststoffe in der äußeren Kammer zurückgehalten werden. Hierdurch wird eine Entkoppelung der Verweilzeit der organischen Feststoffpartikel ermöglicht. Durch die daraus resultierende Reduzierung der hydraulischen Verweilzeit sowie die Erhöhung der Abbauraten um bis zu 30% durch eine Effizienzsteigerung der Hydrolyse der organischen Feststoffpartikel sind kleinere Reaktorvolumina möglich.
Die innere Kammer ist mit einem Hochleistungsanaerobsystem, vorzugsweise mit einem Festbett (4) ausgeführt, auf welchem die Mikroorganismen angesiedelt werden, um somit eine effektive und schnelle Methanisierung der gelösten organischen Stoffe zu erhalten. Als Trägerkörper können vorzugsweise aus strukturierten Packungen aus Kunststoff hergestellte Aufwuchskörper verwendet werden. Die Auflage der Trägerkörper erfolgt durch ein Gitterrost (5) .
Das bei der Hydrolyse und der anschließenden Methanisierung entstehende Biogasgemisch wird über eine vorzugsweise im Deckel der Vorrichtung befindliche Gasfassung (6) erfasst. Unter dem Begriff Biogas wird vorliegend ein Gas mit einem Methangehalt von zumindest 30%, vorzugsweise von mindestens 50 bis 70%, verstanden. Eine weitere wesentliche Komponente des Gases ist Kohlendioxid, das üblicherweise in einer Menge von 20 bis 50% enthalten ist.
Zweckmäßigerweise wird die innere Kammer mit Hilfe einer Umlaufpumpe (7), welche von oben über einen Ansaugspalt (8) Flüssigkeit ansaugt und unten zentral einträgt, kontinuierlich durchströmt, um ein Zusetzen des Festbetts zu verhindern. Zur Vergleichmäßigung der Strömung sind im Bereich des Flüssigkeitseintrags eine Prallplatte (9) sowie im Bereich des Siebdurchgangs Einbauten (10) zur Strömungsablösung vorgesehen. Vorteilhafterweise sollte die vertikale Aufströmgeschindigkeit im inneren Bereich zwischen 2 und 30 m/h liegen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die äußere Kammer mit Hilfe einer Umlaufpumpe (7) umgewälzt wird. Zweckmäßigerweise wird hierbei die Flüssigkeit im oberen Bereich (11) entnommen und über eine Ringleitung (12) mit tangential nach oben gerichteten Düsen eingebracht. Die hierdurch erzeugte Strömung dient vorteilhafterweise auch zur Abreinigung des Siebdurchgangs.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist für die Feinreinigung des Siebdurchgangs eine Umlaufbürste (13) in der inneren Kammer vorgesehen. Der Antrieb der Umlaufbürste erfolgt zweckmäßigerweise über ein Handrad (in der Zeichnung nicht dargestellt) am Deckel der Vorrichtung.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Reaktor bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 60°C betrieben wird. Die Temperatureinstellung der Vorrichtung erfolgt vorzugsweise über einen am äußeren Zylinder angebrachten indirekt mit warmen Wasser beheizten Wärmetauscher (14), der vorzugsweise als Doppelrohrwärmetauscher ausgeführt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in der äußeren Kammer absinkende Inertstoffe, z.B. Sand, durch eine Spülleitung (15) zum gegenüberliegenden Störstoffaustrag (16) gespült und dort ausgetragen werden. Zweckmäßigerweise ist im oberen Bereich der äußeren Kammer eine weitere Abzugsmöglichkeit (17) zur Entfernung von flotierbaren, schwer- bzw. nicht abbaubaren Stoffen vorgesehen. Der Ablauf aus der inneren Kammer erfolgt über eine zylindrische Sammelleitung (18), welche zweckmäßigerweise oberhalb des Ansaugspalts für die – innere Umwälzung liegt. Der Füllstand in der Vorrichtung wird vorteilhafterweise über einen Syphon (19) geregelt. Zweckmäßigerweise ist am Boden der inneren Kammer eine weitere Abzugsvorrichtung (20) für sedimentierbare Stoffe und für überschüssige Biomasse vorgesehen.

1: Äußere Kammer
2: Innere Kammer
3: Sieb
4: Festbett
5: Gitterrost
6: Gasfassung
7: Umlaufpumpe
8: Ansaugspalt
9: Prallplatte
10: Strömungseinbauten
11: Abzug Durchmischung
12: Ringleitung mit Düsen
13: Reinigungsbürste
14: Wärmetauscher
15: Störstoffspülleitung
16: Störstoffabzug
17: Schlammabzug
18: Sammelleitung für Ablauf
19: Ablaufsyphon
20: Schlammabzug

Claims

Vorrichtung zur gleichzeitigen Behandlung von Abwässern und organischen Reststoffen unter anaeroben Bedingungen, bei der Abwässer und organische Reststoffe in einem zweistufigen Reaktor bestehend aus Hydrolyse und Versäuerungszone sowie einer Zone zur Methanisierung, behandelt werden dadurch gekennzeichnet, dass die beiden koaxial angeordneten Kammern durch ein Sieb getrennt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Sieb im unteren Drittel angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet dass, in der inneren Kammer ein Hochleistungssystem angeordnet ist, bei dem anaerobe Mikroorganismen auf einem Trägermaterial immobilisiert sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im inneren Ring granulierte anaerobe Mikroorganismen zugefügt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass, die Durchmischung in der inneren Kammer mittels einer Umwälzpumpe und Strömungseinbauten vertikal von unten nach oben erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass, die Durchmischung in der äußeren Kammer mittels auf einer Ringleitung tangential angeordneter Düsen erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ringleitung vorzugsweise so angeordnet ist, dass das Sieb durch die Anströmung gereinigt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reinigung des Siebes durch eine rotierende Bürste erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im äußeren Ring eine Vorrichtung zum Abzug der Feststoffe angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beheizung über einen am äußeren Zylinder angebrachten indirekt mit warmen Wasser beheizten Wärmetauscher erfolgt.