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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Methangärung von organisch belastetem Wasser in zwei aufeinanderfolgenden, getrennten Stufen, wobei die erste Stufe mit Säurebildnern abläuft. die folgende zweite Stufe mit Methanproduzenten. dadurch gekennzeichnet, dass das belastete Wasser vor der Zuführung zu den Stufen, mindestens vor der Zuführung zur zweiten Stufe, pasteurisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das belastete Wasser nach der Pasteurisierung durch Zugabe von Chemikalien konditioniert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierung vor oder nach der Pasteurisierung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeich- net, dass das organisch belastete Wasser Klärschlamm ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass keine erste Pasteurisierung erfolgt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das, bei der ersten Stufe anfallende Gas durch Verdichtung in die Flüssigkeit der zweiten Stufe eingepresst wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas zusätzlich hygienisiert wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung der Methangärung von organisch belastetem Wasser gemäss Anspruch 1, bestehend aus mindestens einer Pasteurisierungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Pasteurisierungsanlage in der Verbindungsleitung nach dem ersten Faulraum und vor dem zweiten Faulraum angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung des enzymatischen Abbaues von organischen Stoffen, die in Wasser gelöst oder suspendiert sind, wobei als Abbauprodukte unter anderem Methangas anfällt.
Es ist bekannt, dass Schlamm aus Abwasserreinigungsanlagen, Klärschlamm, den Faulräumen (Gärraum) zugeführt wird. Faulräume sind geschlossene Behälter, in welchen der Schlamm zu einem Höchststand gefüllt wird. Der Höchststand wird durch einen syphonartigen Überlauf ständig gewährleistet. Der geschlossene Gasraum über dem Höchststand ist mit einem Abzug versehen, durch welchen das methanhaltige Klärgas zur weiteren Verwendung abgezogen wird.
Es ist ferner bekannt, dass der enzymatische Abbau organischer Substanzen durch mehrere Stämme von Ezymträgern (Mikroorganismen) erfolgt. In der ersten Abbaustufe spalten säurebildende Stämme komplexe organische Stoffe, zum Beispiel Fette, Proteine und Zellulose in meist wasserlösliche einfachere organische Säuren, zum Beispiel Buttersäure, Essigsäure, durch Hydrolyse und Oxydation.
In einer zweiten Abbaustufe werden die organischen Stoffe mit methanproduzierenden Stämmen zu Methan reduziert, welches mit dem durch Oxydation gebildeten Kohlendioxyd Hauptbestandteil des entweichenden Klärgases ist.
In dem beschriebenen Verfahren mittels einem Faulturm erfolgt der Abbau gleichzeitig und in einem und demselben Behälter, in welchem sowohl die säurebildenden, wie auch die methanproduzierenden Stämme in teilweise konkurrenzierenden Bedingungen den Abbau durchführen. Besonders von Einfluss auf die Abbauwirkungist die Wasserstoffkonzentration des Wassers, ausgedrückt durch den pH-Wert. Während die Säurebildner bei einem pH von 5 bis 6.5 die beste Wirkung erreichen, liegt dies für Methanerzeuger bei pH 7 und mehr.
Es wurde deshalb vorgeschlagen, den Abbau in zwei getrennten Behältern, welche in Durchflussrichtunghintereinander angeordnet sind. durchzuführen. Dabei erfolgt im ersten Behälter der Abbau durch säurebildende Stämme bei einem pH von zum Beispiel 5.7, im folgenden zweiten Behälter findet dann die Methangärung bei pH z.B. 7.0 statt. Es wurde festgestellt, dass durch dieses Verfahren insbesondere auch Zellulose weitgehender abgebaut werden kann im Vergleich zum Verfahren in einem Behälter. Der bei diesem letzteren Verfahren ausgefaulte Schlamm weist nämlich immer noch 50 bis 60 C/o des ursprünglichen organischen Kohlenstoffes auf, insbesondere als Verbindung in Zellulosemakromolekölen, welche demnach enzymatisch nicht aufgeschlossen werden.
Bei der Durchführung des zweistufigen Abbaus in zwei getrennten Behältern hat sich allerdings als Nachteil erwiesen, dass die säurebildenden Mikroorganismen nicht von den methan- produzierenden getrennt werden konnten. Die erwünschten zwei getrennt verlaufenden Verfahrensstufen konnten dadurch nicht kontrolliert während beliebig langer Zeit aufrechterhalten werden.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren, mit welchem unter stets kontrollierten Bedingungen die organischen Stoffe durch Säurebildner in der ersten Stufe abgebaut werden und in der zweiten Stufe der weitere Abbau mit methanproduzierenden Mikroorganismen erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Schlamm durch Erhitzen vor der jeweiligen Stufe steril gemacht wird, dass der sterile Schlamm auf die für die entsprechenden enzymtragenden Mikroorganismen günstigste Temperatur abgekühlt wird, und dass der Schlamm mit diesen Mikroorgnismen geimpft dem Faulbehälter zugeführt wird.
Die Abtötung von Mikroorganismen ist zum Beispiel in der Lebensmitteltechnik als Pasteurisierung bekannt.
Das Verfahren besteht darin, den anfallenden Schlamm durch Pasteurisierung steril zu machen, der ersten, mit säurebildenden Mikroorganismen geimpften Abbaustufe zuzugeben, unter in haltung der notwendigen Verweilzeit der sauren Gärung zu unterwerfen, den aus dieser ersten Abbaustufe austretenden Schlamm nochmals zu pasteurisieren, diesen wiederum sterilen Schlamm dem zweiten nachgeschalteten Faulraum zuzuleiten, der mit methanbildenden Mikroorganismen geimpft wurde, wobei dort der weitergehende Abbau stattfindet unterErzeugung von Klärgas.
Die Vorteile dieser zweistufigen Verfahrensführung gegen über der herkömmlichen einstufigen Gärung sind der weitergehende Abbau organischer Makromoleküle, insbesondere Zellulose, sowie der schnellere Ablauf, dadurch erreicht, dass die Mikroorganismen den Abbau in der ihnen zuträglichsten Umgebung durchführen.
Für die saure Gärung werden einige Stunden bis etwa 3 Tage benötigt, für die Methangärung je nach Temperatur 5 bis 12 Tage.
Das Verfahren kann ferner optimiert werden durch Konditionierung des sterilen Schlammes mittels Zugabe von Chemikalien. Damit kann zum Beispiel der für die Mikroorganismen günstigste pH-Wert im Schlamm vor dessen Zugabe in den Faulraum eingestellt werden.
Die VorrichtungzurDurchführung des Verfahrens besteht aus einer Rohschlammpasteurisierung, einer ersten Konditionierung, dem Faulraum zur Durchführung des Abbaus mit säurebildenden Mikroorganismen. der zweiten Pasteurisierung, der zweiten Konditionierung und dem zweiten Faulraum zur Durchführung des Abbaus mit methanbildenden Mikroorganismen.
Die Faulräume sind zu Beginn der Durchführung des Verfahrens mit den entsprechenden Mikroorganismen zu impfen. Ferner ist es möglich, dass die Konditionierung vorgängig der Pasteurisierung durchgeführt wird.
Es hat sich auch gezeigt, dass Schlamm, insbesondere Klär schlamm bei dessen Anfall auf der Abwasserreinigungsanlage vornehmlich mit Säurebildnern durchsetzt ist. Es kann sich deshalb erweisen, dass in diesen Fällen die erste Pasteurisierung nicht nötig ist.
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PATENT CLAIMS
1. Process for the methane fermentation of organically contaminated water in two successive, separate stages, the first stage being carried out with acid generators. the next second stage with methane producers. characterized in that the contaminated water is pasteurized before being fed to the stages, at least before being fed to the second stage.
2. The method according to claim 1, characterized in that the contaminated water is conditioned after the pasteurization by adding chemicals.
3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the conditioning takes place before or after the pasteurization.
4. The method according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the organically contaminated water is sewage sludge.
5. The method according to claim 4, characterized in that no first pasteurization takes place.
6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that the gas obtained in the first stage is pressed by compression into the liquid of the second stage.
7. The method according to claim 6, characterized in that the gas is additionally hygienized.
8. The device for carrying out the methane fermentation of organically contaminated water according to claim 1, consisting of at least one pasteurization system, characterized in that the pasteurization system is arranged in the connecting line after the first fermentation chamber and before the second fermentation chamber.
The invention relates to a process for carrying out the enzymatic breakdown of organic substances which are dissolved or suspended in water, the breakdown products being methane gas, among other things.
It is known that sludge from sewage treatment plants, sewage sludge, is fed to the digesters (fermentation room). Digesters are closed containers in which the sludge is filled to a maximum. The maximum level is constantly guaranteed by a siphon-like overflow. The closed gas space above the maximum level is provided with a vent through which the methane-containing sewage gas is drawn off for further use.
It is also known that the enzymatic degradation of organic substances takes place through several strains of enzyme carriers (microorganisms). In the first degradation stage, acid-forming strains split complex organic substances, for example fats, proteins and cellulose, into mostly water-soluble, simpler organic acids, for example butyric acid, acetic acid, by hydrolysis and oxidation.
In a second degradation stage, the organic substances are reduced with methane-producing strains to methane, which is the main component of the escaping sewage gas with the carbon dioxide formed by oxidation.
In the described method using a digestion tower, the degradation takes place simultaneously and in one and the same container, in which both the acid-producing and the methane-producing strains carry out the degradation in partially competitive conditions. The hydrogen concentration of the water, expressed by the pH value, has a particular influence on the degradation effect. While the acid generators achieve the best effect at a pH of 5 to 6.5, this is at pH 7 and more for methane producers.
It has therefore been proposed to degrade in two separate containers which are arranged one behind the other in the direction of flow. perform. Degradation takes place in the first container by acid-producing strains at a pH of, for example, 5.7, in the following second container the methane fermentation takes place at pH e.g. 7.0 instead. It was found that, in particular, cellulose can also be broken down to a greater extent by this method compared to the method in a container. The sludge digested in this latter process still has 50 to 60 ° C. of the original organic carbon, in particular as a compound in cellulose macromolecules, which consequently are not broken down enzymatically.
When carrying out the two-stage degradation in two separate containers, however, it turned out to be a disadvantage that the acid-producing microorganisms could not be separated from the methane-producing ones. As a result, the desired two separate process steps could not be maintained for any length of time.
The invention consists in a process with which the organic substances are degraded by acid generators in the first stage under constantly controlled conditions and further degradation with methane-producing microorganisms is achieved in the second stage. This is achieved in that the sludge is made sterile by heating before the respective stage, the sterile sludge is cooled to the temperature which is most favorable for the corresponding enzyme-carrying microorganisms, and the sludge inoculated with these microorganisms is fed to the digester.
The killing of microorganisms is known, for example, in food technology as pasteurization.
The process consists in making the resulting sludge sterile by pasteurization, adding it to the first degradation stage inoculated with acid-forming microorganisms, while subjecting it to the necessary dwell time, subjecting it to acidic fermentation, pasteurizing the sludge emerging from this first degradation stage again, then sterilizing it Feed sludge to the second downstream digester, which has been inoculated with methane-forming microorganisms, where the further degradation takes place with the generation of sewage gas.
The advantages of this two-stage procedure compared to conventional one-stage fermentation are the further degradation of organic macromolecules, in particular cellulose, and the faster process, achieved by the fact that the microorganisms carry out the degradation in their most beneficial environment.
For acidic fermentation, a few hours to about 3 days are required, for methane fermentation, depending on the temperature, 5 to 12 days.
The process can also be optimized by conditioning the sterile slurry by adding chemicals. For example, the pH value that is most favorable for the microorganisms in the sludge can be set before it is added to the digester.
The device for performing the method consists of a raw sludge pasteurization, a first conditioning, the digestion chamber for performing the degradation with acid-forming microorganisms. the second pasteurization, the second conditioning and the second digester to carry out the degradation with methane-forming microorganisms.
The rotten areas must be vaccinated with the appropriate microorganisms at the start of the procedure. It is also possible that the conditioning is carried out prior to the pasteurization.
It has also been shown that sludge, in particular sewage sludge, is primarily permeated with acid generators when it is produced on the wastewater treatment plant. It may therefore prove that the first pasteurization is not necessary in these cases.