DE2746752A1 - Verfahren zum anaeroben abbau von biochemischen abfaellen - Google Patents

Verfahren zum anaeroben abbau von biochemischen abfaellen

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Description

  • BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum anaeroben Abbau von biochemischen Abfällen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum anaeroben Abbau von biochemischen Abfällen, welche Proteine und Fette enthalten.
  • Stadtnüll enthält im allgemeinen einen hohen Anteil an Abfällen, die aus dem Haushalt oder dergleichen stammen, und der Anteil an überschüssigem Aktivschlamm ist durch die neuere Entwicklung von Anlagen für die Zusatzbehandlung zur Beseitigung von Abwässern und Abfallösungen aus Viehzuchtfarmen noch erhöht worden. Bekanntlich erzeugen diese biochemischen Abfälle unangenehme Gerüche und ihre Handhabung ist sehr mUhsam. Es ist sehr wichtig, diese biochemischen Abfälle in wirksamer Weise aufzuarbeiten, ohne eine Verschmutzung der Umwelt zu verursachen.
  • Zur Zeit werden diese biochemischen Abfälle hauptsächlich durch Verbrennen, Einfüllen in Deponien und Versenken im Meer beseitigt.
  • Das Lagern in Deponien und das Versenken im Meer führen Jedoch zur Verunreinigung des Bodens und des Wassers. Außerdem verursacht die Verbrennung Schwierigkeiten im Hinblick auf die Beseitigung von Rauch, schlechten Gerüchen und Verbrennungsasche. Bei Jeder dieser bekannten Methoden ist es unvermeidlich, daß eine Sekundärverschmutzung auftritt.
  • Als ein Verfahren zur Aufbereitung von konzentrierten biochemischen Abfällen ist seit langer Zeit ein Verfahren zum anaeroben Abbau bekannt. Im Hinblick auf das Vermeiden des Auftretens von Umweltverschmutzungen und aufgrund der erzielten Energieersparnis ist dieses anaerobe Abbauverfahren sehr vorteilhaft, weil der abgebaute Schlamm, welcher den Abbaurückstand darstellt, wirksam als Düngemittel verwendet werden kann und das gebildete Methangas als Energiequelle für die Abbauvorrichtung angewendet werden kann. Die ses Verfahren ist Jedoch darin nachteilig, daß zur vollständigen Durchführung des Abbaus eine sehr lange Dauer erforderlich ist.
  • Es ist bekannt, daß dieser anaerobe Abbau hauptsächlich durch zwei Reaktionen erzielt wird. Eine dieser Reaktionen ist eine Verflüssigungsreaktion, bei der in dem Abfall enthaltene organische Substanzen unter der Einwirkung von anaeroben verflüssigenden Bakterien (Fäulnisbakterien) in flüchtige Fettsäuren mit niederem Molekulargewicht umgewandelt werden, wie Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure, und die andere Reaktion besteht in der Umsetzung der so gebildeten organischen Säuren zu Methan mit Hilfe von gasbildenden Bakterien (Methanbakterien). Im allgemeinen schreitet der anaerobe Abbau in Gegenwart sowohl der verflüssigenden, als auch der gasbildenden Bakterien oder während des Vorgangs des Energieaustausches zwischen den verflüssigenden und den gasbildenden Bakterien langsam fort. Für den anaeroben Abbau ist daher im allgemeinen eine derart lange Behandlungsdauer, wie von 30 bis 50 Tagen, notwendig.
  • Wegen dieser Nachteile wurde das übliche anaerobe Abbauverfahren immer weniger angewendet und zur Zeit wird es nur zur Behandlung von Rohabwässern eingesetzt. Die vorstehend erwähnten Eigenschaften einer Verhinderung der Umweltverschmutzung und der auftretenden Energieersparnisse werden Jedoch erneut in Betracht gezogen und es wurden bereits Versuche unternommen, die Behandluhgswirksamkeit des Verfahrens des anaeroben Abbaus zu verbessern. Im Zug einer solchen Verbesserung hat die Anmelderin kürzlich anaerobe Abbauverfahren entwickelt und vorgeschlagen, bei denen den Abfällen bzw. Abwässern eine Säure zugesetzt wird und die Abfälle dann unter sauren Bedingungen erhitzt werden, um die Viskosität des Abfallschlamms zu vermindern (US-Patentanmeldung 651 586 vom 22.
  • Januar 1976 und US-Patentanmeldung 685 901 vom 12. Mai 1976).
  • Nach diesen Verfahren können Abwässer mit hohen Konzentrationen eingesetzt werden und es wurde bestätigt, daß dann, wenn der pH-Wert auf einen niedrigeren Wert vermindert wird,bessere Ergebnisse erzielt werden und die Dauer des Abbaus merklich verkürzt werden kann. Diese Verfahren haben Jedoch den Nachteil, daß nach der vorstehend erwähnten Vorbehandlung der pH-Wert zur DurchfUhrung des Abbaus durch anaerobe Gärung wieder auf etwa 5 bis etwa 7 erhöht werden sollte. Zur Einstellung des pH-Werts muß daher ein Neutralisationsmittel zugesetzt werden.
  • Verfahren zum anaeroben Abbau sind beispielsweise in folgenden Literaturstellen beschrieben : den US-Patentschriften 2 029 702, 3 468 794, 3981 800, 3838199, 3959 125, 3649 534, zu 649 3459659, 3 772 191 und 3 105 041 sowie Journal WPCF, 47, Nr. 1, Seiten 30 bis 45, Januar 1975.
  • Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Aufarbeitung von biochemischen Abfällen zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorstehenden Nachteile der üblichen Methoden ausgeschaltet werden können und durch das eine hohe Wirksamkeit des Abbaus ohne Zugabe eines Neutralisationsmittels erreicht werden kann.
  • Hauptbestandteile von biochemischen Abfällen sind Kohlenhydrate, Fette und Proteine und es ist bekannt, daß die Menge und Reinheit des pro Gewichtseinheit aus den Jeweiligen Bestandteilen erzeugten Methangases in der Reihenfolge Fette, Proteine und Kohlenhydrate größer und höher werden. Die Anmelderin hat festgestellt, daß bei dem Abbau von biochemischen Abfällen die Reaktion von Proteinen und Fetten, deren Zersetzung schwierig ist, den geschwindigkeitsbestimmenden Faktor darstellt und daß die Gesamtgeschwindigkeit des Abbaus dadurch vermindert wird. Durch zahlreiche Untersuchungen wurde festgestellt, daß dann, wenn die als Ausgangsmaterialien vorliegenden biochemischen Abfälle unter alkalischen Bedingungen einer Wärmebehandlung unterworfen werden, der anschließende anaerobe Abbau gefördert und beschleunigt werden kann. Die Erfindung beruht auf diesen Untersuchungen.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum anaeroben Abbau von biochemischen Abfällen, bei dem eine die biochemischen Abfälle enthaltende wässrige Lösung mit Hilfe den anaeroben Abbau bewirkender Bakterien behandelt werden. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der wässrigen Lösung von biochemischen Abfällen Alkali zugesetzt wird und die biochemischen Abfälle unter Erhitzen zersetzt werden, wonach der anaerobe Abbau durchgeführt wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen ausführlicher erläutert. Zu biochemischen Abfällen, welche erfindungsgemäß aufbereitet werden sollen, gehören überschüssiger Aktivschlamm, Müll, unbehandelte Kloakenabwässer menschlicher und tierischer Herkunft, Abwässer, die bei Alkoholdestillationsvorgängen entstehen,und konzentrierte Abwässer aus Anlagen der Nahrungsmittelindustrie. Die Erfindung läßt sich vorzugsweise auf die Behandlung dieser biochemischen Abfälle anwenden, die einen hohen Anteil an schwierig zersetzlichen Bestandteilen, wie Fette und Proteine, enthalten.
  • Diese biochemischen Abfälle werden pulverisiert, so daß grobe und großteilige Feststoffe zu einer Korngröße zerteilt werden, die für die alkalische Zersetzung unter Erhitzen geeignet ist, und die Abfälle werden, den Erfordernissen entsprechend, mit Wasser verdünnt. Die Abfälle werden somit in Form einer wässrigen Lösung oder einer wässrigen Aufschlämmung aufgearbeitet.
  • Erfindungsgemäß wird Alkali in einer solchen Menge zugesetzt, da der pH-Wert der Lösung mindestens etwa 8,0, vorzugsweise mindestens 8,5 beträgt. Im allgemeinen wird Jedoch die Menge des zugesetzten Alkali, die zur Einstellung des vorstehend erwähnten pH-Werts dient, in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Art des biochemischen Abfalls, der Zusammensetzung und Konzentration der organischen Bestandteile und der Art der alkalischen Verbindung bestimmt. Die Menge an Alkali, die normalerweise zu dem vorstehenden pH-Wert führt, liegt im Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-% (Gewicht/Gewicht), bezogen auf den eingesetzten biochemischen Abfall (berechnet in trockener Form). Wenn der pH-Wert niedriger als etwa 8,0 ist, tritt die thermische Zersetzung durch das Alkali nicht ausreichend ein und es werden keine guten Ergebnisse erzielt.
  • Als Alkalien können beispielsweise Oxide, Hydroxide und Carbonate von Alkalimetallen, wie Natrium und Kalium, und Erdalkalimetallen, wie Calcium und Magnesium, verwendet werden. Unter diesen Verbindungen sind die Hydroxide von Natrium und Kalium sowie Calciumhydroxid besonders wirksam zum Beschleunigen des Abbaus von Fetten und sie werden daher bevorzugt eingesetzt.
  • Die wässrige Lösung von biochemischen Abfällen, der die alkalische Verbindung zugesetzt worden ist, wird dann auf etwa 30 bis etwa 1600C erhitzt und vom wirtschaftlichen Standpunkt aus und im Hinblick auf andere Faktoren wird bevorzugt, daß das Erhitzen bei einer Temperatur von etwa 30 bis etwa 100 C durchgeführt wird.
  • Wenn die Temperatur niedriger als etwa 300C ist, schreitet die Zersetzung der Abfälle nicht leicht fort und wenn die Temperatur höher als etwa 1600C ist, wird der nachfolgende anaerobe Abbau ungünstig beeinflußt. Aus diesem Grund werden zu niedrige oder zu hohe Temperaturen nicht bevorzugt. Die Dauer der Wärmebehandlung bei der vorstehend angegebenen Temperatur läßt sich in Abhängigkeit von dem pH-Wert und der Temperatur weitgehend variieren. So muß beispielsweise bei einem pH-Wert von 8 und einer Temperatur von 300C das Erhitzen mindestens 3 Stunden durchgeführt werden und bei einem pH-Wert von 14 und einer Temperatur von 1000C muß das Erhitzen mindestens eine Minute vorgenommen werden. Wenn die Wärmebehandlung bei einem hohen pH-Wert und bei hoher Temperatur während langer Dauer, beispielsweise bei einem pH-Wert von 14 und einer Temperatur von 1600C während mindestens 30 Minuten, durchgeführt wird, so bilden sich Zersetzungsprodukte, welche den fermentativen Abbau hemmen und B-Vitamine, die wichtige Wachstumsfaktoren für anaerobe Bakterien darstellen, werden völlig zersetzt. Derartige Behandlungsbedingungen sind daher nicht bevorzugt und unter solchen Bedingungen von hohem pH-Wert und hoher Temperatur sollte die Dauer des Erhitzens innerhalb von 10 Minuten gehalten werden. Die Methode des Erhitzens ist nicht besonders kritisch und es können beliebige bekannte Methoden angewendet werden. So erfolgt beispielsweise das Erhitzen durch eine Heizvorrichtung oder einen Wärmeaustauscher, die am äußeren Umfang eines Wärmebehandlungstanks oder im Inneren des Tanks angeordnet sind, oder durch direktes Einblasen von Wasserdampf in die Lösung. Das Rühren erfolgt nach einer Methode, die in geeigneter Weise unter den dafür bekannten Methoden gewählt wird, wobei der Wassergehalt des Rohmaterials und die Menge des zugesetzten Wassers in Betracht gezogen werden.
  • Wenn beispielsweise der Wassergehalt 75 bis 85 Gew.-% (Gewicht/ Gewicht) beträgt, so werden gute Ergebnisse durch Rühren bzw. durch Mischen in einem rotierenden Zylinder erzielt.
  • Durch die vorstehend erläuterte Behandlung werden Fette, Proteine und ähnliche Bestandteile, die in biochemischen Abfällen vorliegen, in zufriedenstellender Weise zersetzt und die Molekulargewichte von makromolekularen Verbindungen, wie Proteinen, werden vermindert und Fette werden unter Bildung von höheren Fettsäuren zersetzt. Die so gebildeten Fettsäuren bewirken eine Verminderung des pH-Werts der biochemischen Abfälle.
  • Die so behandelten biochemischen Abfälle werden dann der Abbaubehandlung in Gegenwart von anaerob abbauenden Bakterien unterworfen. Diese Behandlung erfolgt im allgemeinen durch Rühren bzw.
  • Bewegen der Lösung bei vorbestimmter Temperatur unter anaeroben Bedingungen während mehrerer Tage. Es ist bekannt, daß die den anaeroben Abbau bewirkenden Bakterien verflüssigende Bakterien und gasbildende Bakterien umfassen. Die Abbaubehandlung kann sowohl in Gegenwart von verflüssigenden Bakterien, als auch von gasbildenden Bakterien vorgenommen werden, wobei die Verflüssigung und die Gasbildung gleichzeitig fortschreiten (einstufiges Komposit-Parallelfermentationsverfahren). Es ist außerdem möglich, eine Verfahrensweise anzuwenden, gemäß der die Abbaubehandlung zuerst in Gegenwart von verflüssigenden Bakterien und danach in Gegenwart von gasbildenden Bakterien vorgenommen wird (zweistufiges Fermentationsverfahren).
  • Für die Zwecke der Erfindung können bekannte verflüssigende Bakterien angewendet werden, beispielsweise Bakterien der Genera Clostridium, Bacillus, Escherichia und Staphylococcus. Diese Bakterien können für sich oder in Kombination eingesetzt werden. Im allgemeinen werden Jedoch bessere Ergebnisse erzielt, wenn zwei oder mehrere Arten von verflüssigenden Bakterien angewendet werden. Der Abbau durch verflüssigende Bakterien kann vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 30 bis etwa 700C und einem pH-Wert von etwa 4 bis etwa 6 vorgenommen werden und die optimalen Bedingungen werden in Abhängigkeit von der Art des Abwassers und den zu verflüssigenden Verbindungen sowie von den verflüssigenden Bakterien gewählt.
  • In dieser VerflUssigungsstufe werden makromolekulare Verbindungen in niedermolekulare Verbindungen umgewandelt und die so gebildeten niedermolekularen Verbindungen werden weiter zu flüchtigen Fettsäuren zersetzt. Die so durch die Verflüssigungsreaktion gebildeten Säuren werden durch das in der ersten Wärmebehandlungsstufe zugesetzte Alkali, welches als Neutralisationsmittel wirkt, in wirksamer Weise neutralisiert. Wenn ein Überschuß an Alkali angewendet wird und der vorstehende pH-Bereich nicht aufrechterhalten werden kann, so wird zur Neutralisation eine Säure zugegeben. Wenn die Menge an Alkali unzureichend ist, wird frisches Alkali zugefügt, um den pH-Wert in dem vorstehend angegebenen bevorzugten Bereich zu halten. Natürlich können zu den zuzusetzenden Alkalien auch Salze schwacner Säuren gehören, wie Calciumcarbonat. Das Rühren und das Aufrechterhalten der erforderlichen Temperatur können mit Hilfe von Verfahrensweise erfolgen, die normalerweise bei üblichen anaeroben Abbauverfahren angewendet werden.
  • Die Zusammensetzung des durch Verflüssigung der biochemischen Abfälle gebildeten Gases schwankt weitgehend in Abhängigkeit von der Art des Rohmaterials und den Behandlungsbedingungen. Im allgemeinen enthält Jedoch das Gas 75 bis 95 , C02 und geringe Mengen N2, H2 und H2S. Im Fall des zweistufigen Fermentationsverfahrens wird dieses Gas zur Verdünnung des CH4-reichen Gases mit hohem Energiegehalt verwendet, welches in der nachfolgenden Gasbildungsstufe gebildet wird, oder wird nach der Entschwefelung an die Atmosphäre abgeleitet. Natürlich kann dieses Gas auch anderen beliebigen Anwendungszwecken zugeführt werden.
  • Bei Anwendung des einstufigen Fermentationsverfahrens, bei dem biochemische Abfälle in Gegenwart sowohl der verflüssigenden Bakterien, als auch der gasbildenden Bakterien abgebaut werden, erfolgt die Gasbildung gleichzeitig mit der vorstehend beschriebenen Verflüssigung und im Fall des zweistufigen Fermentationsverfahrens wird der behandelte Abfall nach der vorstehenden Verflüssigungsstufe in die Gasbildungsstufe eingeführt. Die Gasbildungsstufe in dem einstufigen Fermentationsverfahren ist nicht wesentlich verschieden von der bei dem zweistufigen Fermentationsverfahren.
  • Demnach wird nachstehend die Gasbildungsstufe des zweistufigen Fermentationsverfahrens erläutert.
  • Die Aufschlämmung von biochemischen Abfällen, in der die Verflüssigung vollständig durchgeführt worden ist, wird in einen geeigneten Gasentwicklungstank eingeführt, in welchem die Aufschlämmung in Gegenwart von gasbildenden Bakterien abgebaut wird, wobei ein methanreiches Gas erhalten wird. Für die Zwecke der Erfindung können in wirksamer Weise gasbildende Bakterien verwendet werden, die üblicherweise auf diesem Fachgebiet angewendet werden, beispielsweise Bakterien der Genera Methanosarcina, Methanococcus und Methanobacterium. Um die Gasbildung mit hoher Wirksamkeit durchzuführen, ist es erforderlich, den pH-Wert auf 7 bis 8 einzustellen, während unter anaeroben Bedingungen bei erhöhter Temperatur von 30 bis 70 0C gerührt wird. Das Erhitzen und das Rühren können mit Hilfe der gleichen Methoden erfolgen, wie sie vorstehend im Hinblick auf den Verflüssigungsvorgang erläutert wurden.
  • Die angegebene Einstellung des pH-Werts erfolgt durch Zugabe einer Mineralsäure oder organischen Säure. Im allgemeinen enthält das gebildete Gas 60 bis 90 % CH4, 10 bis 40 % C02 und kleine Mengen an N2 und H2S. Das in der Gasbildungsstufe gebildete Gas wird für sich oder in Kombination mit dem Gas, das in der Verflüssigungsstufe erhalten wurde, nachdem erforderlichenfalls eine Entschwefelung durchgeführt worden ist, in einem Gasaufbewahrungstank aufbewahrt. Wie bei den üblichen Verfahren kann das aufbewahrte Gas als Wärmequelle zum Aufrechterhalten der vorbestimmten Temperatur in der Vorrichtung oder als Gas zum Belüften und Durchmischen des Gasbildungstanks angewendet werden. Die Aufschlämmung, in der die Gasbildung vollständig durchgeführt worden ist, wird dann beispielsweise in einen Abscheidungstank eingeführt, in welchem die Aufschlämmung einer fest-flüssig-Trennung unterworfen wird und in eine überstehende Flüssigkeit und Feststoffe aus einem Niederschlag und abgebautem Schlamm getrennt wird. Die überstehende Flüssigkeit kann nach einer Nachbehandlung, wie einer Aktivschlammbehandlung, verworfen werden. Wie die abgebauten Schlämme, die bei üblichen Verfahren erhalten werden, wird der abgebaute Schlamm entwässert, getrocknet und als organisches Düngemittel oder dergleichen,angewendet.
  • Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In dieser Zeichnung bedeutet Fig. 1 ein Fließschema, welches eine Ausführungsform der Erfindung erläutert, bei welcher die Abbaubehandlung durch das zweistufige Fermentationsverfahren durchgeführt wird.
  • Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen der Abbaudauer (Tage) und der Menge des gebildeten Gases bei dem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Abbausystem enthält als Haupteinrichtungen einen Tank 1 zur Aufnahme einer Lösung von biochemischen Abfällen, einen Wärmebehandlungstank 2, in welchem die Lösung der biochemischen Abfälle aus dem Aufnahmetank 1 in Gegenwart von Alkali erhitzt und zersetzt wird, einen Verflüssigungstank 3, in welchem die behandelte Flüssigkeit in Gegenwart von gasbildenden Bakterien anaerob abgebaut wird, einen Abscheidungstank 7, in dem dS der Gasbildung unterworfene Flüssigkeit einer Trennung durch Abscheidung unterworfen wird und einen Gasaufbewahrungstank 6 zur Lagerung der im Verflüssigungstank 3 und dem Gasbildungstank 4 gebildeten Gase. In dem Tank für die alkalische Wärmebehandlung 2, dem Verflüssigungstank 3 und dem Gasbildungstank 4 ist jeweils eine Rührvorrichtung angeordnet und die in den Gasaufbewahrungstank einzuführenden Gase werden vorher durch eine Entschwefelungsvorrichtung 5 entschwefelt.
  • Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema wird die Lösung des biochemischen Abfalls aus dem Aufnahme- bzw. Aufbewahrungstank 1 in dem Behandlungstank 2 in Gegenwart einer zugesetzten alkalischen Verbindung erhitzt und zersetzt, um das Molekulargewicht von Fetten, Proteinen und dergleichen in den biochemischen abfällen zu vermindern. Danach wird in dem Verflüssigungstank 3 der bakterielle anaerobe Abbau durchgeführt, wobei ein Zersetzungsgas gebildet wird, das hauptsachlich aus gasförmigem Kohlendioxid besteht. Die behandelte Flüssigkeit wird dann in den Gasbildungstank 4 eingeleitet und wird erneut dem anaeroben bakteriellen Abbau in Gegenwart von gasbildenden Bakterien unterworfen, wobei ein hauptsächlich aus Methan bestehendes Zersetzungsgas gebildet wird. Die in dem Verflüssigungstank 3 und dem Gasbildungstank 4 gebildeten Zersetzungsgase werden durch die Entschgefelungsvorrichtung 5 geleitet, in der die Gase entschwefelt werden, und die entschwefelten Gase werden in dem Aufbewahrung stank 6 gelagert, während die behandelte Flüssigkeit aus dem Gasbildungstank 4 in den Abscheidungstank 7 eingeführt und dort in eine überstehende Flüssigkeit und einen Niederschlag getrennt wird. Die Verfahrensbedingungen werden innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche in geeigneter Weise gewählt.
  • Da die Verfahrensstufen der Verflüssigung von biochemischen Abfällen und der Gasbildung aus diesen bei dem vorstehend erläuterten zweistufigen Gärungsverfahren unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden können, ist es möglich, die biochemischen Abfälle in wirksamer Weise abzubauen und die Behandlungsdauer merklich zu verkürzen. Da ferner die in der Verflüssigungsstufe gebildeten flüchtigen Fettsäuren und dergleichen durch das in der Vorbehandlungsstufe zugesetzte Alkali neutralisiert werden können, ist es nicht erforderlich, frisches Neutralisationsmittel zuzugeben.
  • Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiele beschrieben, soll jedoch nicht auf diese beschränkt sein.
  • Beispiel 1 Zu 500 g überschüssigem Aktivschlamm (Feststoffkonzentration = 1,5 ; Konzentration an organischen Substanzen = 62 %), der durch die Aufbereitun von stadtischem Abwasser erhalten worden war, wurden unter Rühren 3 ml einer 30 zeigen wässrigen Lösung von Natriumhydroxid gegeben, wobei der pH-Wert auf 13,5 eingestellt wurde. Die Aufschlämmung wurde in einen rostfreien Becher übergeführt und 10 Minuten unter Rühren auf 950C erhitzt. Danach wurde die Aufschlämmung auf Raumtemperatur abgekühlt und der pH-Wert wurde durch Zugabe von konzentrierter Chlorwasserstoffsäure auf 6,9 vermindert. Dann wurde 1 1 der Aufschlämmung in einen aus Glas bestehenden Gärlmgstank eingeführt und mit 2 Gew. - (Gewicht/Gewicht) eines Impfschlammes angeimpft, der durch fermentativen Abbau von Rohabwasser gebildet worden war und die verflüssigenden sowie die gasbildenden Bakterien enthielt, und das Gas in dem Gärungstank wurde durch gasförmigen Stickstoff ersetzt.
  • Zum Vergleich wurden 500 g des Schlamms in gleicher Weise dem fermentativen Abbau unterworfen, nachdem der pH-Wert durch Zugabe einer Lösung von Natriumhydroxid auf 6,9 eingestellt worden war, ohne daß die vorstehend beschriebene Vorbehandlung durchgeführt worden war. Die Änderungen der Menge des gebildeten Gases im Verlauf der Zeit wurden untersucht, wobei die in Fig. 2 gezeigten Ergebnisse erzielt wurden.
  • Aus den in Fig. 2 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß dann, wenn die Wärmeabbaubehandlung als Vorbehandlung durchgeführt wurde (Kurve 9), die Menge der durch den Abbau gebildeten Gase innerhalb von 17 Tagen bis auf einen Sättigungswert angestiegen war, wenn Jedoch diese Vorbehandlung nicht durchgeführt wurde (Kurve 8), die durch den Abbau gebildete Gasmenge erst dann bis zu einem Sättigungswert angestiegen war, wenn die Behandlung während etwa 32 Tagen durchgeführt worden war und daß darüber hinaus die Menge der gebildeten Gase geringer war. Es ist daher leicht ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung von biochemischen Abfällen in Gegenwart einer alkalischen Verbindung die Induktionsperiode für die Gasbildung verkürzt wird und die Casbildungsgeschwindigkeit erhöht wird und daß die Dauer des fermentativen Abbaus um mehr als 40 0/0' verkürzt werden kann. Das beim Abbau gebildete Gas besteht aus 75,0 9Q CH4 und 25 °,h C02, wobei die Menge von N2 und H2 als vernachlässigbar gering angenommen wird. Bei dem Vergleichsversuch hatte das Abbaugas einen Gehait an 75,1 5' CH4 und 24,9 % C02. Im Hinblick auf die Zusammensetzung des gebildeten Gases wurde somit kein wesentlicher Unterschied beobachtet.
  • Beiseiel 2 Zu 6,25 kg Kiichenabfall (Feststoffgehalt = 21 5', Gehalt an organischer Substanz in den Feststoffen = 92 94) wurden 6,25 1 Wasser gegeben und das Gemisch wurde in einem Haushltsmischer unter Bildung einer Aufschlämmung zerkleinert. Die Aufschlämmung wurde in einzelne Proben aufgeteilt, die jeweils ein Gewicht von 500 g hatten, und eine geeignete Menge einer 40 r(igen Lösung von Kaliumhydroxid wurde jeder Probe zugesetzt, um den pH-Wert im Bereich von 7 bis 14 einzustellen. Die '*Särmebehandltmg wurde während 0,5 bis 3 Stunden bei einer Temperatur von 40 bis 120°C durchgeführt. Dann wurde die so behandelte Probe in einen aus Glas bestehenden Abbautank mit einem Fassungsvermögen von 1 1 gegeben und konzentrierte Säure wurde tropfenweise zugefügt, um den pH-Wert auf 7,4 einzustellen. Schließlich wurde jede Probe mit 50 g eines Impfschlammes angeimpft, der durch anaeroben Abbau einer Abfallaufschlämmung bei einem pH-Wert von 7,4 und einer Temperatur von 600C während 35 Tagen nach einer üblichen Methode hergestellt worden war und der fermentative Abbauversuch wurde bei 600C unter Rühren mit 300 bis 450 Upm durchgeführt. Der Zusammenhang zwischen der Abbauzeit (in Tagen) und der Menge des gebildeten Methans wurde untersucht, wobei die in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse erzielt wurden.
  • TABELLE 1 VorbehandlungsbedingunCen Probe pH Temperatur Zeit Abbau- Ausbeute Nr. (°C) (Stunden) zeit an Ke-(0c) ~~~~~~~~~ (Tage) than (1) 1 unbehandelt 37 2,5 2 7,0 60 3 40 2,0 3 7,0 30 3 40 2,0 4 7,0 30 6 40 2,0 5 8,0 25 3 35 2,5 6 8,0 30 1 39 2,4 7 8,0 30 3 35 2,5 8 9,0 40 3 35 2,5 9 9,0 55 3 34 2,5 10 9,0 60 3 34 2,5 11 9,0 80 3 34 2,6 12 9,5 40 3 34 2,7 13 9,5 55 3 27 3,0 14 9,5 60 3 27 3,0 15 9,5 100 3 25 3,0 16 12,0 40 0,5 28 2,8 17 12,0 55 0,5 25 3,0 18 12,0 60 0,5 25 3,1 19 12,0 80 0,5 24 3,1 20 14 55 0,5 24 3,1 21 14 100 0,5 24 3,1 22 14 120 0,5 26 3,1 23 14 120 2,0 34 3,0 Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß bei dem erfindungsgemäßen anaeroben Abbau besonders gute Ergebnisse se bei einer Temperatur von mindestens 300C und einem pH-Wert von mindestens 8,0 erzielt werden. Wenn Jedoch die Behandlung bei 1200C und einem pH-Wert von 14 während 2 Stunden vorgenommen wird, so wird zwar eine hohe Ausbeute an Methan erzielt, die Wirkung einer Verkürzung der Dauer des fermentativen Abbaus wird Jedoch nicht beobachtet.
  • Beispiel 3 Zu 0,5 kg Küchenabfall (Feststoffgehalt = 20 96, Gehalt an organischer Substanz in den Feststoffen = 93 96) wurde 0,5 1 Wasser gegeben und das Gemisch wurde mit Hilfe eines Haushaltsmischers unter Bildung einer Aufschlämmung zerkleinert. Dann wurden 14 ml einer 20 siegen Lösung von Calciumhydroxid zugesetzt, um den pH-Wert auf 11,5 einzustellen, und die Aufschlämmung wurde 15 Minuten lang einer Wärmebehandlung bei 100 C unterworfen. Dann wurde die so behandelte Aufschlämmung in einen Gärungstank mit einem Fassungsvermögen von 3 1 gegeben und 6,9 ml konzentrierte Chlorwasserstoffsäure wurden zugefügt, um den pH-Wert auf 5,4 zu erniedrigen. Danach wurden 50 g einer Impfkultur von verflüssigenden Bakterien, die durch Verflüssigung einer Abfallaufschlämmung bei einer Temperatur von 400C und einem pH-Wert von 5,4 während 4 Tagen hergestellt worden war, zu der Aufschlämmung gegeben und die Verflüssigungsbehandlung wurde bei einer Temperatur von 400C, einem pH-Wert von 5,4 und unter Rühren mit einer Ceschwindigkeit von 350 Upm während 4 Tagen durchgeführt. Die Einstellung des pH-Werts wurde mit Hilfe eines pH-Stats durchgeführt, wobei Calciumhydroxid als alkalische Verbindung eingesetzt wurde. Das in der Verflüssigungsstufe gebildete Gas bestand hauptsächlich aus gasförmigem Kohlendioxid, während kein Methan festgestellt wurde. Die verflüssigte Aufschlämmung wurde bis zu einem pH-Wert von 7,5 neutralisiert und 100 g einer Impfkultur von gasbildenden Bakterien, die durch Gärung von Küchenabfällen und eines durch anaeroben Abbau von Rohabwasser erhaltenen Schlammes (400C, pH 7,5, 350 Upm, 30 Tage) gebildet worden war, wurde zu der Aufschlämmung gegeben. Die Gasbildungsbehandlung wurde bei einer Temperatur von 400C, einem pH-Wert von 7,5 und einer RUhrgeschwindigkeit von 350 Upm vorgenommen, bis die Gasbildung im wesentlichen beendet war. Zum Vergleich wurde der Abbautest unter Verwendung von 1 kg Küchenabfallaufschlämmung durchgeführt, die vorher keiner Alkalibehandlung unterworfen worden war, wobei die gleichen Bedingungen wie vorher angewendet wurden. Die so erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • TABELLE 2 zum Abbau erforderliche Ausbeute an Zeit (Tage) Methan (N1) erfindungsgemäßer Versuch (Beispiel 3) 18 37,2 Vergleichsversuch 35 32,0 Aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß dann, wenn die biochemischen Abfälle einer Vorbehandlung durch Erhitzen und Zersetzen in Gegenwart von Alkali unterworfen werden, der Abbau der biochemischen Abfälle sehr wirksam erreicht werden kann, und daß bei Anwendung des zweistufigen Fermentationsverfahrens, bei dem verflüssigende Bakterien und gasbildende Bakterien unabhängig voneinander eingesetzt werden, die Ausbeute an Methan merklich erhöht und die zum Abbau erforderliche Zeit verkürzt werden kann.
  • Wie aus den vorstehenden Erläuterungen ersichtlich ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch das Merkmal, daß schwierig abzubauende Bestandteile, wie Proteine und Fette, vorher unter Erhitzen in Gegenwart einer alkalischen Verbindung behandelt werden und danach erst die fermentative Abbaubehandlung durchgeführt wird, ermöglicht, daß die anaerobe Abbaubehandlung äußerst wirksam erfolgen kann und die für den Abbau erforderliche Zeit merklich verkürzt werden kann. Die Menge der in der Vorbehandlungsstufe der thermischen Zersetzung angewendeten alkalischen Verbindung kann ausreichen für die Menge an Alkalien, die üblicherweise zur Neutralisation von Fettsäuren in den Verflüssigungstank zugegeben werden und es ist nicht erforderlich, zusätzliches Alkali zuzugeben. Diese Wirkungen werden lediglich durch die erfindungsgemässen Merkmale erreicht.

Claims (4)

  1. Verfahren zum anaeroben Abbau von biochemischen Abfällen PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum anaeroben Abbau von biochemischen Abfällen durch Behandlung einer die biochemischen Abfälle enthaltenden wässrigen Lösung mit anaeroben Bakterien, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der wässrigen Lösung, welche die biochemischen Abfälle enthält, Alkali zugegeben wird und die biochemischen Abfälle unter Erhitzen zersetzt werden, wonach der anaerobe Abbau durchgeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der pH-Wert der wässrigen Lösung durch Zugabe von Alkali auf mindestens 8,0 eingestellt wird und die Zersetzung durch Erhitzen auf eine Temperatur von 30 bis 1600C vorgenommen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die durch Zugabe von Alkali und Zersetzung unter Erhitzen behandelte wässrige Lösung zuerst dem Abbau in Gegenwart von anaerob verflUssigenden Bakterien und danach in Gegenwart von anaerob gasbildenden Bakterien unterworfen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der pH-Wert der wässrigen Lösung durch die Zugabe von Alkali auf mindestens 8 eingestellt wird und die Zersetzung unter Erhitzen auf eine Temperatur von 30 bis 1600C vorgenommen wird.
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