DE3823950A1 - Verfahren zur reduktion bzw. entfernung von ammoniak und/oder sonstigen geruchsaktiven stoffen aus organisch belasteten abwaessern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Ammoniak und/oder sonstige geruchsaktive Substanzen sowie Feststoffe enthaltenden, organisch belasteten Abwässern, sowie z. B. Gülle oder dergleichen.

Organisch belastete Abwässer beinhalten praktisch immer Schweb-, Trüb-, oder Feststoffe, welche in der Folge dann in jenen Kolonnen, in welchen Inertgas, Luft od. dgl. durch die Abwässer hindurchgeleitet wird, zu einem langsamen Verschließen dieser Kolonnen führen. Man hat daher bisher aus diesen organisch belasteten Abwässern Schweb-, Trüb- oder Feststoffe weit­ gehend abgeschieden, um eben dieses Zuwachsen der Kolonne zu vermeiden. Diese Schweb-, Trüb- oder Feststoffe beinhalten jedoch noch wertvolle, ausnützbare Inhaltsstoffe, welche bei der bloßen Deponierung dieser Schweb-, Trüb- oder Feststoffe verloren und noch faulfähig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, mit welchem ein Verlegen der Kolonnen, in denen die Abwässer mit Inertgas, Luft od. dgl. behandelt werden, zu vermeiden, wobei gleichzeitig die wertvollen Inhaltsstoffe der Schweb-, Trüb- oder Feststoffe mitausgenützt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß a) die Abwässer einer Biogasgärung unterworfen werden, danach b) die Feststoffe, z. B. durch Dekantieren, abgetrennt, und c) der Ammoniak und/oder die sonstigen ge­ ruchsaktiven Substanzen durch Durchleiten von Inertgas, Luft od. dgl. aus der flüssigen Phase ausgetrieben werden. Dadurch wird erreicht, daß in der Biogasgärung bereits ein teilweiser Abbau der Schweb-, Trüb- oder Fest­ stoffe stattfindet, so daß die Inhaltsstoffe dieser Schweb-, Trüb- oder Feststoffe einerseits der Biogasproduktion über Abbauvorgänge zur Verfügung stehen und anderseits entstehende hochmolekulare Hydroxy- und Polyhydroxy­ carbonsäuren und ihr Salze bei geeignetem pH-Wert und gegebenenfalls unter Verwendung von Flockungs- (Eisen- und Aluminiumsalze) und Flockungshilfs­ mitteln (Polyelektrolyte) schwer lösliche Salze bilden, ausgeflockt werden und gravitativ abgeschieden werden können, wodurch das Durchleiten von Inertgas, Luft od. dgl., also das sogenannte "Strippen", unter wesentlich günstigeren Bedingungen stattfinden kann.

Vorteilhafterweise kann das Durchleiten von Inertgas, Luft od. dgl. in einem geschlossenen, gegebenenfalls unter Überdruck stehenden, System er­ folgen, wodurch eine bessere Absorption von NH₃ in einer etwa nachgeschal­ teten Waschstufe erzielt wird. Weiter können die beim Durchleiten von Inertgas austretenden Abgase, gegebenenfalls nach Durchlaufen eines Kondensationssystems, von Geruchsstoffen adsorptiv, z. B. über einen Bio­ filter, weitgehend befreit werden wodurch eine besonders umweltfreundliche Verfahrensvariante gegeben ist, da eben auch jene Geruchsstoffe, die neben dem Ammoniak in biologischen Abwässern enthalten sein können und in der Kondensation nicht abgeschieden werden, zusätzlich noch ausgefiltert werden können.

In besonders vorteilhafter Weise können Ammoniakanteile der aus dem Konden­ sationssystem austretenden Abwässer durch Durchleiten von Biogas bzw. Ab­ gas aus der Biogasverbrennung in Ammoncarbonate übergeführt werden. Dadurch wird einerseits erreicht, daß das Biogas bzw. die Abgase aus der Biogasver­ brennung von störendem CO₂ befreit werden, was bei Biogas eine bessere Brennbarkeit und bei den Abgasen aus der Biogasverbrennung eine größere Umweltfreundlichkeit ergibt. Außerdem werden dadurch Ammoniakanteile aus dem Abwasser in wiederverwertbare Produkte, z. B. in Düngemittel überge­ führt.

Um ein besseres Austreiben des Ammoniaks aus der flüssigen Phase der zu reinigenden Abwässer zu erreichen, kann die flüssige Phase der zu reinigen­ den Abwässer vor dem Durchleiten des Inertgases, der Luft od. dgl. vorzugs­ weise durch Zusatz von Kalkmilch, alkalisiert werden. Kalkmilch hat dabei den Vorteil, daß Ca²⁺-Ionen über die Rückführung von Überschußschlamm auch in der Biogasanlage einen vorteilhaften Einfluß auf die Flockenbildung und die Flockenstruktur in der Biogasstufe haben. Die Kalkmilch kann dem aus der Biogasgärung kommenden Substrat vor der Feststoffabscheidung zuge­ setzt werden, wodurch erreicht wird, daß eine bessere Abscheidung der Fest­ stoffe erfolgt, da die Kalkmilch eine derartige Abscheidung wesentlich begünstigt. Um eine Verdünnung der zu strippenden flüssigen Phase der zu reinigenden Abwässer zu vermeiden, wird die Kalkmilch durch Auflösen von gebranntem Kalk in der flüssigen Phase der zu reinigenden Abwässer herge­ stellt; es wird also die nach der Feststoffabscheidung anfallende flüssige Phase zur Auflösung der Kalkmilch eingesetzt.

Zwecks Konditionierung der nach dem Strippen anfallenden flüssigen Phase für eine nachfolgende aerobe Aufbereitung, kann die flüssige Phase der zu reinigenden Abwässer nach dem Durchleiten des Inertgases, der Luft od. dgl. durch Durchleiten von CO₂-haltigem Gas neutralisiert werden, wo­ durch zusätzlich auch noch eventuell zurückgebliebene Ammoniakanteile in der flüssigen Phase in Ammoncarbonate übergeführt werden. Dabei können als CO₂-haltiges Gas wieder Biogas bzw. Abgase aus der Biogasverbrennung verwendet werden, was das Verfahren besonders wirtschaftlich macht.

Gemäß vorliegender Erfindung wird also, kurz zusammengefaßt, ein faul­ fähiges Substrat mit Überschußschlamm aus einer aeroben Nachbehandlung vermischt und einer Biogasanlage zugeführt, wo die organischen Komponenten der Schmutzfracht in Methan, Kohlendioxyd und Ammoniak umgesetzt werden. Als Harnstoff vorliegender Stickstoff wird ebenfalls in Ammoniak überge­ führt. Das ausgefaulte Substrat kann alkalisiert werden, um das Ammonium-Ammoniak Gleichgewicht weiter in Richtung zum freien Ammoniak zu verschieben und gegebenenfalls mit einem Flockungsmittel versetzt um die Inhaltsstoffe des ausgefaulten Substrates leichter abzuscheiden und zu verhindern, daß sich in den nachgeschalteten Kolonnen zur NH₃-Strippung und -Carbonisierung Niederschläge bilden, die zu Verstopfungen derselben führen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert, wobei der Aufbau einer diesbezüglichen Anlage in der Zeichnung in Form eines Blockdiagramms wiedergegeben ist.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen aus drei Hauptgruppen, nämlich aus einer Biogasanlage I, einer NH₃-Strippung II und einer Aerob-Kläranlage III.

Die Biogasanlage I weist zwei Reaktoren auf, in welchen eine ständige Durchmischung des Inhaltes mittels je einer Archimedes-Spirale mit Leit­ rohr vorgenommen wird. Die Archimedes-Spirale fördert dabei den suspendier­ ten Schlamm mit Substrat nach oben, wobei über eine einfache Verteilvor­ richtung dieser nach oben geförderte Schlamm gleichmäßig auf die Ober­ fläche des Substrats verteilt wird. Dies bewirkt einerseits eine optimale Durchmischung und anderseits eine Vermeidung von Inkrustation und unkon­ trollierten Bodenablagerungen. Die Fördermenge der Archimedes-Spirale wird dabei so eingestellt, daß sich dennoch suspendierte Teile in dem unteren Bereich jedes Reaktors absetzen und von diesem dann als Schlamm abgezogen werden können. Weiter bildet sich innerhalb des Reaktors eine Zone aus, welche überwiegend aus flüssiger Phase mit Schwebstoffinhalt besteht. Diesen Biogasrektoren ist ein Mischbehälter 1 vorgeschaltet, in welchem das über die Leitung 2 zugeführte Rohsubstrat, vorliegend Rohgülle, mit aus der Aerob-Kläranlage III über die Leitung 3 zugeführtem Schlamm ver­ mischt werden kann. Dieses Gemisch wird über die Leitung 4 der Biogasanlage zugeführt. Das in der Biogasanlage erzeugte Biogas wird über die Leitung 5 einer Biogassammelleitung 6 zugeführt. Von dieser Biogassammelleitung 6 kann dann ein Biogasmotor 7 über eine Leitung 8, bzw. kann über eine Leitung 9 auch eine Heißwasserproduktionsstelle 10 versorgt werden. Über­ schüssiges Biogas wird über eine Leitung 11 einer Abfackeleinrichtung 12 zugeführt. Sollten in dem gesamten Bereich noch weitere Biogasabnehmer vorhanden sein, dann könnte das Biogas über eine Leitung 13 diesen Biogas­ verbrauchern zugeführt werden. Mit Hilfe des Biogasmotors 7 wird elektri­ sche Energie erzeugt, die dann dem gesamten Bereich zur Verfügung steht.

Der in der Biogasanlage anfallende Schlamm wird über die Leitung 14 einem Mischer 15 zugeführt, in welchen ein von einer Alkalisierungsanlage 16 kommendes Gemisch aus flüssiger Phase und gebranntem Kalk über die Leitung 17 eingeführt wird. Das aus dem Mischer 15 kommende Gemisch wird über die Leitung 18 zu einer Dekantationsstation 19 geführt, in welcher konzentrier­ ter Schlamm und anaerob und mechanisch gereinigte flüssige Phase voneinan­ der getrennt werden. Der konzentrierte Schlamm wird über die Leitung 20 und die anaerob und mechanisch gereinigte flüssige Phase über die Leitung 21 abgeführt. Ein Teil der anaerob und mechanisch gereinigten flüssigen Phase wird über die Leitung 22 einem Mischer 23 zugeführt, in welchem die schon erwähnte Mischung zwischen anaerob und mechanisch gereinigter flüssi­ ger Phase und gebranntem Kalk, welcher über die Leitung 24 in den Mischer 23 eingebracht wird, erfolgt. Die über die Leitung 21 austretende anaerob und mechanisch gereinigte flüssige Phase, welche bereits alkalisiert ist, wird dann in die NH₃-Strippungsstation II eingeführt, in welcher durch Einblasen von Inertgas, Luft od. dgl. das NH₃ ausgetrieben wird. Das Inert­ gas bzw. die Luft wird über die Leitung 25 in die Strippkolonne einge­ bracht. Dabei können mehrere Stripperkolonnen hintereinandergeschaltet sein, wobei diese als Füllkörperkolonnen ausgeführt sein können. Die von den Stripperkolonnen austretenden Abgase werden dann über ein Kondensa­ tionssystem geführt, welches als erste Stufe einen Dephlegmator, der als direkter Kondensator mit Füllkörperfüllung und Umwälzung/Kühlung ausgebil­ det ist, als zweite Stufe einen Kondensator, der als Röhrenwärmetauscher ausgebildet ist und als dritte Stufe einen Gaskühler der gleichfalls als Röhrenwärmeaustauscher ausgebildet ist, aufweist. Aus dem Kondensationssy­ stem austretendes NH₃-Wasser wird über eine Leitung 26 aus der NH₃-Strip­ pungsstation II abgeführt. Die flüssige Phase, welche aus den Stripperko­ lonnen austritt, wird dann mit einem CO₂-haltigen Gas behandelt, um den pH-Wert wieder zu senken. Als CO₂-haltiges Gas wird dabei Abgas aus einem Biogasbrenner, welcher zur Heißwasserproduktion 10 eingesetzt wird, verwen­ det. Dieses Abgas wird über die Leitung 27, 28 in die NH₃-Strippungsstation II eingeführt. Ein weiterer Teil des über die Leitung 27 zugeführten Abga­ ses wird über die Leitung 29 einer NH₃-Carbonisierungsanlage 30 zugeführt, in welcher die über die Leitung 26 austretenden NH₃-Wässer mit CO₂-haltigem Abgas versetzt werden, um den Ammoniak in Ammoncarbonate überzuführen, welche über die Leitung 31 aus der NH₃-Carbonisierungsanlage 30 abgeführt werden. Die für die NH₃-Strippung benötigte Wärme, die notwendig ist, um die zu behandelnde reine flüssige Phase auf Strippungstemperatur zu erhö­ hen, wird von der Heißwasserproduktion 10 über die Leitung 32 in die NH₃-Strippungsstation II eingeführt. Das für die Kondensation erforderliche Kühlwasser wird über die Leitung 33 eingebracht, und über die Leitung 34 das entstandene Warmwasser abgeführt. Ein weiterer Teil der Wärmeenergie wird von der NH₃-Strippung über die Leitung 35 der Biogasanlage I zugelei­ tet. Die gestrippte flüssige Phase wird über die Leitung 36 einem Mischer 37 zugeleitet, in welchem die gestrippte flüssige Phase mit CO₂-haltigem Gas und Wasser behandelt und damit neutralisiert wird. Diese neutralisierte gestrippte flüssige Phase wird der Aerob-Klär-Anlage III zugeleitet, in welcher auch Waschwässer aus der NH₃-Strippung über eine Leitung 38 einge­ bracht werden können. Der Klärschlamm aus der Aerob-Klär-Anlage kann über die Leitung 3 dem Mischbehälter 1 der Biogasanlage I zugeführt werden. Die aus der Aerob-Klär-Anlage austretenden gereinigten Wässer werden über die Leitung 39 einem Vorfluter oder Simultanteichen zugeleitet.

Die in dem Biogasmotor 7, in der Abfackeleinrichtung 12, in der HN₃-Strip­ pung II und in der Heißwasserproduktion 10 sowie in der Aerob-Klär-Anlage III anfallenden Abgase werden über die Leitungen 40, 41, 42, 43, 44, 45 einer Abgassammelleitung 46 zugeführt, in welche auch die von der NH₃-Car­ bonisierung kommende Abgasleitung 47 einmündet. Die über die Abgasleitung 46 austretenden Abgase können dann über einen nicht dargestellten Biofilter zusätzlich noch von weiteren Geruchsstoffen befreit werden. Der für den Betrieb des Biogasmotors 7, für die Abfackeleinrichtung 12 sowie für den Heißwasserbrenner 10 erforderliche Sauerstoffbedarf wird über eine Außen­ luftleitung 48 und Zweigleitungen 49, 50 und 51 den jeweiligen Stationen zugeführt.

Das von der Heißwasserproduktion 10 kommende Warmwasser, das für die NH₃- Strippung nicht benötigt wird, wird über die Leitung 52 an zusätzliche Verbraucher abgeführt.

Bei Verarbeitung von Gülle, welche z. B. aus einem Schweinestall mit Naß­ entmistung kommt, beträgt die Verweilzeit in den Biogasreaktoren der Bio­ gasanlage I etwa 18 bis 22 Tage, wobei die Temperatur in den Reaktoren bei etwa 37°C liegt. Die von der Biogasanlage abgeführte flüssige Phase, welche nach Abtrennen des konzentrierten Schlammes, der einen Trockensub­ stanzgehalt von etwa 25 Gew.-% enthält, anfällt, weist ein pH von 10,9-11,3 auf und wird vor Eintritt in die Strippkolonne der NH₃-Strippung II auf etwa 90°C erwärmt, wobei innerhalb des Stripper-Kondensationssystems ein Druck von etwa 1500 mbar absolut gehalten wird. Die ablaufende flüssige Phase aus der NH₃-Strippung wird dann vor Einlaufen in die Aerob-Klär-Anla­ ge III auf ein pH von 6,5 gebracht, wobei innerhalb der Aerob-Klär-Anlage eine Temperatur von 33°C gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann natürlich in einer dem Fachmann ge­ läufigen Abwandlung ohne weiteres auch für andere Abwässer herangezogen werden, welche im Zuge einer Biogasgärung abbaubares biologisches Material enthalten.

Claims (9)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Ammoniak und/oder sonstige ge­ ruchsaktive Substanzen sowie Feststoffe enthaltenden, organisch belasteten Abwässern, wie z. B. Gülle oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Abwässer einer Biogasgärung unterworfen werden, danach
• b) die Feststoffe, z. B. durch Dekantieren, abgetrennt, und
• c) der Ammoniak und/oder die sonstigen geruchsaktiven Substanzen durch Durchleiten von Inertgas, Luft od. dgl. aus der flüssigen Phase ausgetrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchleiten von Inertgas, Luft od. dgl. in einem geschlossenen, gegebenen­ falls unter Überdruck stehenden System erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Durchleiten von Inertgas austretenden Abgase, gegebenenfalls nach Durchlaufen eines Kondensationssystems, von Geruchsstoffen adsorptiv, z. B. über einen Biofilter, weitgehend befreit werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ammo­ niakanteile der aus dem Kondensationssystem austretenden Abwässer durch Durchleiten von Biogas bzw. Abgase aus der Biogasverbrennung in Ammoncarbo­ nate durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flüssige Phase der zu reinigenden Abwässer vor dem Durch­ leiten des Inertgases, der Luft od. dgl., vorzugsweise durch Zusatz von Kalkmilch, alkalisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalkmilch dem aus der Biogasgärung kommenden Substrat vor der Feststoff­ abscheidung zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalkmilch durch Auflösen von gebranntem Kalk in der flüssigen Phase der zu reinigenden Abwässer hergestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flüssige Phase der zu reinigenden Abwässer nach dem Durchleiten des Inertgases, der Luft od. dgl. durch Durchleiten von CO₂hal­ tigem Gas, neutralisiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als CO₂haltiges Gas Biogas bzw. Abgase aus der Biogasverbrennung verwendet werden.