CH647482A5

CH647482A5 - Verfahren und vorrichtung zur anaeroben behandlung von abwasser.

Info

Publication number: CH647482A5
Application number: CH4350/80A
Authority: CH
Inventors: Wolf-Dieter Grosse
Original assignee: Grosse Wolf Dieter
Priority date: 1979-06-18
Filing date: 1980-06-05
Publication date: 1985-01-31
Also published as: GB2054549A; AT379570B; ATA319080A; BE883862A; CA1137658A; DE2924465C2; GB2054549B; DE2924465B1; FR2459206A1; JPS565193A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaeroben Behandlung von Abwasser mit den Merkmalen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des weiteren auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Ein Verfahren mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs des Anspruchs 1 ist durch die DE-OS 25 31 598 bekannt. Die anaerobe Behandlung wird hier in einem Fliessbettreaktor durchgeführt, in den Kohle, Koks, Schlacke, poröse Steine, z.B. Bimsstein oder Keramik als Träger für die anaeroben Bakterien eingesetzt wird. Die Behandlung erfolgt bei Temperaturen zwischen 10 und 40°C, vorzugsweise zwischen 20 und 30°C, und die Behandlungszeit wird mit 10 Minuten bis 10 Stunden, vorzugsweise 0,5 bis 3 Stunden, angegeben. Dieses bekannte Verfahren ist primär nur auf das Ausfaulen von Abwasser gerichtet, ohne dass dem als Nebenprodukt entstehenden Faulgas eine grosse Bedeutung zugemessen wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzuentwik-keln, dass die gewinnbare Faulgasmenge bei möglichst energiesparender Verfahrensweise erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Wesentliche Merkmale des erfindungsgemässen Verfahrens sind die thermophile Behandlung mit einer Prozesstemperatur von über 40°C, vorzugsweise 50 bis 55°C, die gegenüber dem mesophilen Prozess, der bei Temperaturen von 28 bis 35°C durchgeführt wird, eine um etwa 80% höhere Ausbeute an Faulgas erbringt, sowie die Durchführung der anaeroben Behandlung mit einem Sand-Fliessbett, wobei die Sandschicht durch hohe Wärmeübergangszahlen eine gleich-mässige Temperaturführung ermöglicht, die die Bakterienflora gegen Temperaturschwankungen von mehr als ± 0,5°C schützt. Voraussetzung für die kurze Behandlungsdauer ist die Zerkleinerung und Homogenisierung der im Abwasser enthaltenen Feststoffe sowie dessen Vorwärmung, die erfindungsgemäss auf energiesparende Weise durch Übertragung der Wärme des ausgefaulten Abwasser-Feststoffgemisches erfolgt. Die hierdurch gewonnene grössere Menge an Faulgas kann zu Heizzwecken oder als Energiequelle für Kraftmaschinen verwendet werden.

Zu einer weiteren Erhöhung der Ausbeute an Faulgas können gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens dem Abwasser vor dem Zerkleinern und Homogenisieren der in ihm enthaltenen Feststoffe organische Abfälle zugesetzt werden. Als organische Abfälle, die dem Abwasser zugesetzt werden, kommen besonders Gras, Laub, Stroh, landwirtschaftliche Abfälle und Schlachthofabfälle in Betracht! Diese organischen Abfälle werden zusammen mit den im Abwasser schon enthaltenen Feststoffen zerkleinert und homogen in dem Abwasser verteilt, wobei eine Teilchengrösse von kleiner als 1 mm angestrebt wird. Für den Fall einer zu starken Eindickung des Abwassers durch die zugesetzten organischen Abfälle kann Frischoder Brauchwasser zugemischt werden, um die für die anaerobe Behandlung im Sand-Fliessbett ausreichende Dünnflüssigkeit wieder herzustellen.

Die dem Abwasser zugesetzten organischen Abfälle stellen eine Nahrung für die anaeroben Bakterien dar. Das bei der Zersetzung der organischen Abfälle durch die anaeroben Bakterien entstehende Faulgas erhöht die Menge des beim s

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herkömmlichen Ausfaulen von Abwasserschlamm entstehenden Faulgases.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann entweder im Taktbetrieb oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bei Taktbetrieb läuft neues Abwasser, gegebenenfalls mit zugesetzten organischen Abfällen, in einen Wärmetauscher, in dem es durch Übertragung der Wärme von bereits ausgefaultem Abwasser-Feststoffgemisch vorgewärmt wird. Das Abwasser wird z.B. durch eine Zahnradpumpe, die die im Abwasser enthaltenen Feststoffe und organischen Abfälle zerkleinert und homogen im Abwasser verteilt, so lange durch den Wärmetauscher umgepumpt, bis eine ausreichende Vorwärmung, Zerkleinerung und Homogenisierung erreicht worden ist. Anschliessend wird das vorgewärmte Abwasser in das Sand-Fliessbett eingeleitet, dessen Volumen sich um etwa 30% ver-grössert, wodurch ein entsprechendes, im oberen Teil des Behandlungsbehälters befindliches Volumen an ausgefaultem Schlamm, Faulwasser und Schwimmdecke in eine Zentrifuge gedrückt wird. Die Zentrifuge trennt den Faulschlamm und das Faulwasser vom Faulgas, das getrennt abgeführt wird. Das neu in den Behandlungsbehälter eingeleitete Abwasser wird durch an den Sandkörnern des Sand-Fliessbetts anhaftende Bakterien nach und nach ausgefault. Nach Beendigung des Ausfaulprozesses wird die Aufwirbe-lung des Sandes im Bioreaktor unterbrochen, und im Zustand der Ruhe bildet sich durch die verschiedenen spezifischen Gewichte von selbst eine Schichtung aus. Die oberste Schicht besteht aus der Schwimmdecke (Gasschaum und leichte Materialien mit anhaftenden Gasbläschen), darunter befindet sich das Faulwasser, in dem der biologische Prozess nicht mehr fortschreitet, darunter kommt ein sogenannter Dünnschlamm, und direkt auf dem Fliessbett liegt ein eingedickter älterer Faulschlamm, der zum Impfen und Durchmischen mit dem neu zugeführten Abwasser benötigt wird. Bei Zulauf von neuem Abwasser wird die obere Schwimmdecke nach Trennung in Faulgas und ausgefaultem Abwasser-Feststoffgemisch aus dem Reaktor entfernt und durch die Auf-wirbelung des Sand-Fliessbetts wird das neu zugelaufene Abwasser mit dem auf dem Fliessbett liegenden eingedickten älteren Faulschlamm durchmischt.

Eine Wirbelschicht aus Sand hat gegenüber Kohle, Schlacke, porösem Stein oder Keramik, wie sie aus der DE-OS 25 31 598 bekannt sind, den Vorteil, dass die Verwir-belung wesentlich intensiver ist und die Reibung innerhalb der Wirbelschicht das Aufsteigen der Gasbläschen begünstigt. Das gilt insbesondere für das während der Ruhepause im Sandbett gebildete Gas. Die Gasproduktion ist kurz nach Beginn des Prozesses am grössten, kommt während der Ruhe jedoch nicht zum Erliegen.

Die Zerkleinerung und Homogenisierung der Feststoffe und gegebenenfalls organischen Abfälle im Abwasser und dessen Vorwärmung in Verbindung mit der höheren Prozesstemperatur erbringt eine wesentlich höhere Ausbeute an Faulgas, als dies bisher bei dem bekannten Verfahren möglich war. Bei Temperaturen zwischen 50 und 55°C ist die Aktivität der Bakterien am grössten, weil sie optimale Lebensverhältnisse vorfinden. Bei einer Prozesstemperatur über 55°C kommt die Gasproduktion fast zum Erliegen.

Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs-gemässen Verfahrens kann die Zufuhr neuen, noch nicht ausgefaulten Schlamms in das Sand-Fliessbett sowie das getrennte Abziehen des ausgefaulten Schlamms, des Faulwassers und des Faulgases auch kontinuierlich erfolgen. Dies setzt eine Umwälzung des Inhalts des Behandlungsbehälters durch eine Bypassleitung von dessen oberem Teil zur Pumpe voraus, wo kontinuierlich neu zufliessendes Abwasser zugemischt und in den unteren Teil des Behandlungsbeh^lters zurückgepumpt wird. Durch ständig neu zufliessendes

Abwasser wird das aufschwimmende ausgefaulte Material in die Zentrifuge zur Trennung in ausgefaultes Abwasser-Fest-stoffgemisch und Faulgas gedrückt.

Eine geeignete Vorrichtung zur Ausübung des erfindungs-gemässen Verfahrens ist im Anspruch 5 angegeben.

Um ein mehrfaches Hindurchleiten von Abwasser zwecks Zerkleinerns und Homogenisierens der in ihm enthaltenen Feststoffe sowie ausreichender Vorwärmung zu ermöglichen, kann gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der erfin-dungsgemässen Vorrichtung eine Bypassleitung vom Zerkleinerer und Homogenisator zum oberen Teil des Wärmetauschers führen. In die Bypassleitung kann ein Durchlauferhitzer eingeschaltet sein, der für eine zusätzliche Vorwärmung des Abwassers sorgt.

Ferner kann eine Bypassleitung vom oberen Teil des Behandlungsbehälters in dessen unteren Teil führen, die ein Umwälzen des Inhalts des Behandlungsbehälters ermöglicht.

Im oberen Teil des Behandlungsbehälters ist in vorteilhafter Ausgestaltung eine Tellerzentrifuge zur Trennung von ausgefaultem Abwasser-Feststoffgemisch und Faulgas angeordnet.

In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt.

Durch den Zulauf 1 strömt neues, gegebenenfalls mit organischen Abfällen versetztes Abwasser in den Wärmetauscher 2 ein. In dem Wärmetauscher 2 nimmt das Abwasser die Wärme des ausgefaulten Abwasserschlamms auf, der über die Leitung 3 aus dem oberen Teil des Behandlungsbehälters 4 dem Wärmetauscher 2 zuströmt und diesen durch eine separate Kammer oder eine Rohrschlange 5 durchströmt, wobei er sich mit dem neu zugelaufenen Abwasser nicht vermischt, sondern nach Übertragung seiner Wärme durch eine Leitung

6 aus dem Wärmetauscher 2 abgeführt wird.

Am unteren Teil des Wärmetauschers 2 führt eine Leitung

7 zu einer Zahnradpumpe 8, in der die Feststoffe und gegebenenfalls organischen Abfälle in dem Abwasser zerkleinert und in diesem homogen verteilt werden. Über eine Bypassleitung 9, in der ein Durchlauferhitzer 10 zur zusätzlichen Wärmezufuhr eingeschaltet sein kann, kann das Abwasser von der Pumpe 8 mehrfach durch den Wärmetauscher 2 umgewälzt werden, bis eine ausreichende Zerkleinerung, Homogenisierung und Vorwärmung des Abwassers erreicht ist. Dann gelangt das homogenisierte und vorgewärmte Abwasser über eine Leitung 11 in den unteren Teil des Behandlungsbehälters 4, der mit einer Mantelbeheizung 12 versehen ist. Das Abwasser strömt durch einen porösen oder gelochten Anströmboden 13 in eine auf diesem ruhende Sandschicht, die mit anaeroben Bakterien besetzt ist. Die Höhe des Sandbetts bemisst sich nach dem Inhalt des Behandlungsbehälters 4 bzw. der Ausströmgeschwindigkeit der Pumpe 8. Bei Überschreitung der kritischen Ausströmgeschwindigkeit wird das Sandbett aufgewirbelt und bildet ein Sand-Fliessbett 14, wobei die Durchwirbelung pro Durchgang etwa 15 bis 20 Minuten aufrechterhalten wird. In dieser Zeit erfolgt die biologische Reaktion der an der Oberfläche der einzelnen Sandkörner angesiedelten anaeroben Bakterien mit dem eingepumpten Abwasser. Die Stärke des Sandbetts und die Korn-grösse der Sandkörner entscheiden über die Grösse der reaktiven Oberfläche. Die gröberen Feststoffbestandteile im Wasser werden im unteren Teil des Sand-Fliessbetts 14 zurückgehalten. Die Gasbläschen haben durch die Verwirbe-lung freien Austritt an die Oberfläche. Während und nach dem Ausfallvorgang bilden sich durch die Verbindung der Gasbläschen mit dem ausgefaulten Abwasserschlamm Emulsionskolloide, die sich an der Oberfläche des über dem Sand-Fliessbett 14 befindlichen Wassers nach Art einer Schwimmdecke 15 ablagern.

Im oberen Teil des Behandlungsbehälters 4 ist eine Teller-

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Zentrifuge 16 angeordnet, in die bei Beginn der Verwirbelung des Sand-Fliessbetts 14 die Schwimmdecke 15, Faulwasser und Dünnschlamm hineingedrückt wird. Durch die Tellerzentrifuge 16 wird das Faulgas getrennt. Der Faulschlamm wird über die Leitung 3 in den Wärmetauscher 2 geführt und das Faulgas verlässt den Behälter 4 über die Leitung 17 und gelangt in einen Behälter 18, aus dem es über einen Verdichter 19 in einen Druckbehälter 20 überführt und dort gespeichert werden kann.

Aus ca. 50 kg trockener organischer Abfälle lassen sich 35 0001 Faulgas auf diese Weise produzieren. Da der durch4

schnittliche CH-t-Gehalt des Faulgases 60% beträgt, hat 1 Nm3 Gas einen Wärmeinhalt von ca. 6000 kcal. Aus 50 kg organischen Abfällen lassen sich somit ca. 210 000 kcal pro Tag erzielen, von denen nur ca. 8500 kcal für den Wärmebe-s darf bzw. zur Ausgleichung des Wärmeverlustes des Prozesses erforderlich sind.

Ein Behandlungsbehälter mit einem Volumen von 1 bis 2 Nm3 genügt beim Anfall von 50 kg organischer Abfälle, um den Wärmebedarf eines Haushalts zu decken. Das Faulgas io kann nach Entschwefelung ebensogut zum Betrieb eines Gasmotors mit Wärmepumpe benutzt werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur anaeroben Behandlung von Abwasser, bei dem das Abwasser zusammen mit den in ihm enthaltenen Feststoffen von unten nach oben durch ein mit Bakterien versehenes Fliessbett bei einer über Raumtemperatur liegenden Temperatur geleitet, das Abwasser nach einer zum Ausfaulen ausreichenden Verweilzeit im Fliessbett zusammen mit den ausgefaulten Feststoffen aus dem oberen Teil des Fliessbettes durch Einleiten von neuem Abwasser in den unteren Teil verdrängt wird und oberhalb des Fliessbettes voneinander getrennt das vorbehandelte Abwasser-Feststoffgemisch und das entstandene Faulgas kontinuierlich abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser vorgewärmt und die in ihm enthaltenen Feststoffe zerkleinert und homogenisiert werden, das Abwasser in einem Sand-Fliessbett bei einer Temperatur über 40°C der anaeroben Behandlung unterworfen und mittels des oberhalb des Sand-Fliessbettes abgezogenen Abwasser-Feststoffgemisches das neu zufliessende Abwasser vorgewärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abwasser vor dem Zerkleinern und Homogenisieren der in ihm enthaltenen Feststoffe organische Abfälle zugesetzt werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anaerobe Behandlung bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 55°C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr neuen noch nicht ausgefaulten Abwassers in das Sand-Fliessbett sowie das getrennte Abziehen des ausgefaulten Schlamms, des Faulwassers und des Faulgases kontinuierlich erfolgen.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem beheizbaren Behandlungsbehälter, in dem ein mit Bakterien besetztes Fliessbett ist und der am oberen Teil einen Abzug für das bei der Behandlung entstehende Faulgas und einen davon getrennten Abzug für das ausgefaulte Abwasser-Feststoffgemisch aufweist, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (2) mit Anschlüssen für die Zu- und Abfuhr von neuem noch nicht ausgefaultem Abwasser und mit einem getrennten Durchlauf für das ausgefaulte Abwasser-Feststoffgemisch, dessen Ablauf zu einem Zerkleinerer und Homogenisator führt, der an den unteren Teil des mit einem Sand-Fliessbett (14) versehenen Behandlungsbehälter (4) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Teil des Behandlungsbehälters ein gelochter oder poröser Anströmboden (13) angeordnet ist, über dem sich das mit Bakterien angereicherte Sand-Fliessbett (14) und unter dem sich der Zulauf für das vorgewärmte Abwasser befindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerkleinerer und Homogenisator eine Zahnradpumpe (8) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung (9) vom Zerkleinerer und Homogenisator zum oberen Teil des Wärmetauschers (2) führt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Bypassleitung (9) ein Durchlauferhitzer (10) eingeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung vom oberen Teil des Behandlungsbehälters (4) in dessen unteren Teil führt, die ein Umwälzen des Inhaltes des Behandlungsbehälters (4) ermöglicht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Teil des Behandlungsbehälters (4) eine Tellerzentrifuge (16) zur Trennung von ausgefaultem Abwasser-Feststoffgemisch und Faulgas angeordnet ist.