AT367379B - Faulverfahren zur anaeroben abwasserbehandlung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Faulverfahren zur anaeroben Abwasserbehandlung, bei welchem während des Faulprozesses das in einem geschlossenen Reaktorsystem befindliche Substrat durchmischt und während des Faulprozesses gebildetes Faulgas in das Substrat eingebracht und dort verteilt wird. 



   Während eines Faulverfahrens laufen im wesentlichen drei Teilreaktionen ab, u. zw. findet zuerst die sogenannte"Verflüssigungsphase" statt, in der ein enzymatischer Abbau der Substratbestandteile vor sich geht, dann erfolgt die   sogenannte "Säuerungsphase",   in der durch biologischen Abbau die flüchtigen Fettsäuren gebildet werden, wonach dann erst die eigentliche   "Faulphase" abläuft,   in welcher durch Fäulnisbakterien die kohlenstoffhaltigen Substratbestandteile in Methan umgewandelt werden. Die beiden ersten Teilreaktionen laufen dabei relativ schnell ab, wogegen die dritte Phase langsam vor sich geht, somit also die limitierende Reaktion darstellt. Verarbeitet man das Substrat bei einer Faultemperatur von etwa   30 C   ohne umzuwälzen, so beträgt die Dauer des gesamten Verfahrens etwa 30 Tage. 



   Um die Verfahrensdauer, also die Verweilzeit des Substrates im Reaktor abzukürzen, wird bei bekannten Verfahren der eingangs genannten Art, bei welchen alle drei Teilreaktionen in einem einzigen Behälter ablaufen, das im Reaktor befindliche Substrat durchmischt,   u. zw.   mittels Rührwerken, Umwälzeinrichtungen oder Einbringens von verdichtetem Faulgas. Bei all diesen bekannten Verfahren wird aber nur eine geringe Durchmischungsintensität erreicht, so dass die Intensivierung des Faulprozesses nur bei etwa 20% liegt und damit die Verfahrensdauer noch immer etwa 24 Tage beträgt. 



   Bei einem andern Verfahren der eingangs genannten Art werden die beiden ersten Teilreaktionen in einem ersten Reaktor mit Biomasserückführung und die dritte Teilreaktion, also die   "Faulphase",   in einem zweiten Reaktor, ebenfalls mit Biomasserückführung, durchgeführt. Dabei wird im zweiten Reaktor Faulgas über eine Verteileinrichtung in das Faulsubstrat eingeblasen, wobei durch die natürliche Zirkulation eine gewisse Umwälzung vor sich geht. Dabei ist eine zu starke Umwälzung unerwünscht, da durch diese eine Abtrennung der festen Schlammbestandteile behindert wird.

   Durch ein solches Verfahren wird wohl eine Verminderung der notwendigen Verweilzeit auf etwa ein Drittel der normalen Dauer, also auf etwa 10 Tage erwartet, doch ist es hinsichtlich der zu seiner Durchführung erforderlichen Anlage und deren Betrieb sehr aufwendig, wobei es nicht bei allen Substraten bzw. unter allen Verfahrensbedingungen möglich ist, die Reaktionsgeschwindigkeiten in den beiden Reaktoren so zu synchronisieren, dass der erwartete Optimalwert auch tatsächlich erreicht wird. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches in einem einzigen Reaktorsystem ausgeführt werden kann und mit welchem die Verweilzeit wesentlich weiter herabgesetzt werden kann, als dies mit den bekannten Verfahren möglich ist. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Durchmischung des Substrates mittels einer das Faulgas direkt aus dem Faulgasraum selbsttätig ansaugenden Begasungseinrichtung, unter gleichzeitiger Feinverteilung des Faulgases in dem Substrat, erfolgt. 



  Durch die intensive Durchmischung des Mehrphasensystems und das Feinverteilen von Faulgas sind die im Substrat befindlichen Mikroorganismen zur Gänze an den stattfindenden Reaktionen beteiligt, wobei sie jederzeit ausreichend mit Nährstoffen versorgt und die ihren Stoffwechsel etwa inhibierenden Metaboliten aus dem Substrat ausgeblasen werden. 



   Dabei wird auch eine Erhöhung der Methanausbeute erreicht, da den Fäulnisbakterien mit dem eingebrachten Faulgas flüchtige Fettsäuren als Nährstoffe zugeführt werden, eine den Stoffwechsel dieser Bakterien inhibierende erhöhte Methankonzentration im Substrat durch den dauernden Gasaustausch jedoch verhindert wird. Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann eine Verkürzung der Verweilzeit auf unter 3 Tage erwartet werden, da neben der Beschleunigung der Faulphase auch ein Wegfallen der etwa 10 bis 20 Tage dauernden sogenannten"Induktionsphase" erreicht wird. 



   Vorteilhafterweise können als selbstansaugende Begasungsvorrichtung ein oder mehrere, über eine oder mehrere mit je einem Förderorgan versehene Umwälzleitungen beaufschlagte, im Reaktor in dem oberhalb des Substrates befindlichen Gasraum angeordnete Schachtüberfälle verwendet werden, wodurch der Reaktor frei von bewegten, etwa zu wartenden Einbauten ist.

   

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 Um das Verfahren auch bei wechselnder Zusammensetzung und Herkunft des zu verarbeitenden Substrates auf die Erfordernisse der Teilreaktionen entsprechend abstimmen, Nährstoffe in ausreichendem Masse zur Verfügung stellen und inhibierende Metaboliten abtransportieren zu können, kann die in der Umwälzleitung geführte Flüssigkeitsmenge auf die während des Faulprozesses entstehende Methanmenge und/oder auf den gesamten gelösten Kohlenstoffgehalt des Substrates abgestimmt werden, wodurch in allen Verfahrensphasen immer optimale Voraussetzungen für einen schnellen Verfahrensablauf gegeben sind. Zur weiteren Rationalisierung des Verfahrens kann der Zulauf des Substrates in Abhängigkeit vom Methangehalt der Faulgase gesteuert werden.

   Dazu kann vorteilhafterweise der Methangehalt durch Messung der Wärmetönung bestimmt werden, die durch Oxydation des in einer gemessenen Faulgasmenge enthaltenen Methans entsteht. 



   Beispiel : In einen geschlossenen Reaktor mit etwa 300   l   Nettovolumen werden stündlich zirka 8   l   enthefte Schlempe einer Backhefefabrik auf Rübenmelasse eingespeist. Die Schlempe hat folgende Zusammensetzung : 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> Trockensubstanz <SEP> 35, <SEP> 68 <SEP> g/l <SEP> 
<tb> organische <SEP> Trockensubstanz <SEP> 24, <SEP> 12 <SEP> g/l <SEP> 
<tb> Gesamtstickstoff <SEP> 2, <SEP> 28 <SEP> g/l <SEP> 
<tb> Gesamtkohlenstoff <SEP> 8, <SEP> 28 <SEP> g/l.
<tb> 
 
 EMI2.2 
 im Reaktor befindliche, selbstansaugende Begasungsvorrichtung aufgegeben.

   Als selbstansaugende Begasungseinrichtung wird dabei ein sogenannter"Schachtüberfall"eingesetzt, in welchem das aufgegebene, flüssige Substrat in einem Fallschacht abstürzt und dadurch nach dem Wasserstrahlpumpenprinzip Faulgas direkt aus dem Faulgasraum ansaugt, welches Gas sich durch die Strömungsbewegung in dem flüssigen Substrat in Form feinster Bläschen verteilt. Das aus dem Fallschacht mit hoher Geschwindigkeit ausströmende, mit Gas innig vermischte Substrat bewirkt dabei die erwünschte kräftige Durchmischung des restlichen, im Reaktor befindlichen Substrats. 



   Bei kontinuierlichem Betrieb werden dabei stündlich   29, 1 l   Faulgas mit folgender Zusammensetzung gebildet : 
 EMI2.3 
 
<tb> 
<tb> Methan <SEP> 63 <SEP> Vol.-% <SEP> 
<tb> Kohlensäure <SEP> 37 <SEP> Vol.-%
<tb> Flüchtige <SEP> Fettsäuren <SEP> 160 <SEP> mg/l
<tb> Stickstoff <SEP> 0 <SEP> mg/l <SEP> 
<tb> Schwefelwasserstoff <SEP> 0 <SEP> mg/l.
<tb> 
 



   Aus dem Reaktor wird das Substrat-Biomasse-Gemisch in einen konischen Absetzbehälter mit einem Nutzinhalt von 50   l   geleitet, der vor Luftzutritt geschützt ist. Die in diesem Behälter abgesetzte Biomasse wird mit einer Feststoffkonzentration von etwa 10 g/l aus dem Absetzbehälter abgezogen und in einer Menge von etwa 16   l/h   in den Faulreaktor zurückgeführt. Die von der Biomasse befreite Flüssigkeit weist folgende Zusammensetzung auf : 
 EMI2.4 
 
<tb> 
<tb> Trockensubstanz <SEP> 12, <SEP> 37 <SEP> g/l <SEP> 
<tb> organische <SEP> Trockensubstanz <SEP> 0, <SEP> 82 <SEP> g/l <SEP> 
<tb> Gesamtstickstoff <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> g/l <SEP> 
<tb> Gesamtkohlenstoff <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP> g/l.
<tb> 
 

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   Bei diesem Verfahren ergibt sich bei einer Faulraumbelastung von 5, 3 kg   Gesamtkohlenstoff/ma   Faulraum und Tag bei   95% igem   Abbau des Gesamtkohlenstoffes eine Verweilzeit von 1 1/2 Tagen. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Faulverfahren zur anaeroben Abwasserbehandlung, bei welchem während des Faulprozesses das in einem geschlossenen Reaktorsystem befindliche Substrat durchmischt und während des Faulprozesses gebildetes Faulgas in das Substrat eingebracht und dort verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmischung des Substrates mittels einer das Faulgas direkt aus dem Faulgasraum selbsttätig ansaugenden Begasungseinrichtung, unter gleichzeitiger Feinverteilung des Faulgases in dem Substrat, erfolgt.

Claims (1)

1. 2. Faulverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als selbstansaugende Begasungseinrichtung ein oder mehrere, über eine oder mehrere mit je einem Förderorgan versehene Umwälzleitungen beaufschlagte, im Reaktor in dem oberhalb des Substrates befindlichen Gasraum angeordnete Schachtüberfälle eingesetzt werden.

   3. Faulverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Umwälzleitung geführte Flüssigkeitsmenge auf die während des Faulprozesses entstehende Methanmenge und/oder auf den gesamten gelösten Kohlenstoffgehalt des Substrates abgestimmt wird.

   4. Faulverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf des Substrates in Abhängigkeit vom Methangehalt der Faulgase gesteuert wird.

   5. Faulverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Methangehalt durch Messung der Wärmetönung bestimmt wird, die durch Oxydation des in einer gemessenen Faulgasmenge enthaltenen Methans entsteht.