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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur anaeroben Behandlung von Klärschlamm, oder mit organischen Stoffen stark belasteten Flüssigkeiten, wobei der Klärschlamm oder die genannte Flüssigkeit zuerst hydrolysiert und versäuert und dann noch weiter einer acetogenen und methanogenen Faulung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm bzw. die Flüssigkeit in einer apparativ ersten Stufe (11) hydrolysiert und dann in einer apparativ zweiten Stufe (39) versäuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Stufe kontinuierlich beschickt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolysierung thermisch erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolysierung durch biologische Wärmeerzeugung in einem Belüftungsbehälter (11) erfolgt, in welchem das aus den: Klärschlamm austretende Gas eventuell teilweise wieder in einem Kreislauf in den Klärschlamm zurückgeführt wird und das zurückgeführte Gas mindestens zeitweilig mit Sauerstoff in Form von Luft oder reinem Sauerstoff angereichert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Versäuerung der Schlamm in einem Reaktor (39) umgewälzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm in einem Festbettreaktor (39) umgewälzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass biologisch erzeugte Wärme vom Belüftungsbehälter (11) zur Aufheizung und/oder Warmhaltung des Klärschlammes bei der acetogenen und methanogenen Faulung benutzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das in der zweiten Stufe entstehende Gas einer nachfolgenden Stufe zugeführt und dort dem Schlamm beigemischt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydrolysierbehälter (11) zur Hydrolysierung, ein Versäuerungsreaktor (39) zur Versäuerung und ein Methanreaktor (43) zur acetogenen und methanogenen Faulung hintereinander geschaltet sind
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrolysierbehälter (11) über mindestens eine Vorlage (21) und einen Wärmetauscher (17) an den Versäuerungsreaktor (39) angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlage (21) zwei Kammern (23, 25) aufweist, und dass Ventile (27 bis 31) vorgesehen sind, um diese Kammern (23, 25) abwechslungsweise zu füllen und zu leeren.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Versäuerungsreaktor (39) im Methanreaktor (43) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Versäuerungsreaktor (39) und/oder de: Methanreaktor (43) ein Festbettreaktor ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasleitung vom Versäuerungsreaktor zum Methanreaktorführt und dass Mittel vorgesehen sind, um das Gas in den Schlamm des Methanreaktors einzuführen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einführen des Gases in den Schlamm ein Injektor (46) vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaeroben Behand lung von Klärschlamm oder mit organischen Stoffen stark bela steten Flüssigkeiten, wobei der Klärschlamm oder die genannte
Flüssigkeit hydrolysiert und versäuert und dann noch weiter einer acetogenen und methanogenen Faulung untenvorfen wird
Die klassiche anaerobe Schlammfaulung hat als Ziel die im
Klärschlamm oder einer ähnlichen, mit organischen Stoffen hocl belasteten Flüssigkeit enthaltenen abbaubaren Stoffe mikrobiologisch bis zu Methan und Kohlendioxyd umzuwandeln. Der Einfachheit halber ist nachfolgend nur meist vom Hauptanwan dungsfall, dem Klärschlamm, die Rede. Es wird daher ausdrück lich darauf hingewiesen, dass in dieser Beschreibung damit auch ähnliche, mit organischen Stoffen hoch belastete Flüssigkeiten, z. B.
Abwasser aus Massentierhaltung oder aus der Lebensmit telindustrie, darunter eingeschlossen gelten, auch wenn dies nicht immer ausdrücklich erwähnt wird. Der mikrobiologische
Abbau findet normalerweise in ein und demselben Faulraum in verschiedenen Schritten statt, die nacheinander und nebeneinan der stattfinden. Daran ist eine Vielzahl verschiedener Bakterien gruppen mit sehr unterschiedlichen und zum Teil gegensätzlichen
Forderungen für den individuellen Stoffwechselprozess, z. B. in bezug auf Temperatur, pH-Wert, Wasserstoffpartialdruck,
Stofftransport usw., beteiligt. Die Abbauschritte sind im wesent lichen die folgenden:
1. enzymatische Hydrolyse
2. Versäuerung
3. acetogener Abbau
4. methanogener Abbau 5.
Sulfatreduktion, in Sonderfällen parallel zu 2.) und 3.) verlaufend
Bei der Hydrolyse im Faulturm werden durch Enzyme hoch molekulare, oft ungelöste organische Stoffe in gelöste Molekül bruchstücke überführt, damit sie dann durch Mikroorganismen resorbiert werden können. Bei der Versäuerung werden kurzket tige organische Säuren, insbesondere Carbonsäuren wie Essig säure, Propionsäure und Buttersäure, sowie Alkohole, Wasser stoff und Kohlendioxyd gebildet. Zahlreiche verschiedene Gat tungen und Arten von fakultativ anaeroben Bakterien führen diese beiden ersten Phasen der Faulung als biologischen Prozess durch. Beim acetogenen Abbau werden Gärungsprodukte, die von Methanbakterien nicht unmittelbar resorbiert werden kön nen, im bakteriellen Stoffwechselprozess in Wasserstoff, Koh lendioxyd und Essigsäure umgewandelt.
Beim methanogenen
Abbau werden vorzugsweise aus Essigsäure und anderen organi schen Säuren Methan, Wasserstoff und Kohlendioxyd gebildet.
Es können also beim methanogenen Abbau teilweise direkt
Zwischenprodukte der Versäuerung abgebaut werden, während dem andere Reaktionsprodukte aus der Versäuerung zunächst in der acetogenen Phase aufbereitet werden müssen, um dann methanogen abgebaut zu werden.
Wie bereits erwähnt wurde, können die verschiedenen
Abbaustufen je nach Stoffzusammensetzung teilweise nebenein ander erfolgen. So kann beispielsweise der acetogene Abbau stattfinden, sobald ein zum Abbau geeignetes Substrat vorliegt.
Der acetogene Abbau kann also beginnen, bevor die Versäue rung aller organischen Stoffe völlig beendet ist. Da aber die verschiedenen Bakteriengruppen sehr unterschiedliche Forde rungen in bezug aufTemperatur, pH-Wert, Wasserstoffpartial druck, Stofftransportusw. aufweisen, ist die Kombination der verschiedenen Abbauvorgänge im gemeinsamen Faulraum gegenüber allen Milieuschwankungen ausserordentlich empfind sich. Diese Empfindlichkeit reduziert die Zuverlässigkeit des anaeroben Prozesses. Die physiologischen Bedingungen sind aber kaum zu verändern. Um aber die Risiken, die sich aus dieser
Empfindlichkeit gegenüber Milieuveränderungen ergeben, zu verringern, baute man deshalb besonders grosse Faulräume mit sehr langen Verweilzeiten für den Klärschlamm.
Weiter wird, um
Störungen des Faulvorganges durch Temperaturschwankungen zu vermindern, in neueren Anlagen der Inhalt des Faulturms erwärmt und, um den Stofftransport zu verbessern, durchmischt.
Trotzdem verläuft die Faulung keineswegs ideal. Sie dauert insbesondere sehr lange. Wegen des grossen Volumens der
Faulräume und des grossen apparativen Aufwandes sind die
Investitionskosten zur Durchführung des Faulprozesses sehr hoch.
In der Literatur ist bereits darauf hingewiesen worden, dass
sich eine Intensivierung der Abbauprozesse durch einen zweistufigen Betrieb erreichen lässt, indem der Klärschlamm zuerst einem Versäuerungssektor und dann einem Methanreaktor zugeführt wird (C.F. Seyfried und M. Saake Abwasser- und Schlammbehandlung, Fortschritte und Probleme , 15. Essener Tagung vom 10. bis 12. März 1982, S. 7, Bild 5; S. Gosh, D.L. Klass: Two-phase Anaerobic Digestion in Process Biochemistry, April 1978). Dadurch, dass Hydrolyse und Versäuerung einerseits und acetogener und methanogener Abbau ande bereits räumlich getrennt durchgeführt werden, ist es möglich, die unterschiedlichen Lebensbedingungen der versäuernden und methanogenen Bakterien in den einzelnen Phasen zu optimieren.
Gemäss Seyfried (a.a.O. S. 6) haben versäuernde Bakterien ein Temperaturoptimum von 30 CC und methanogene Bakterien ein solches von 35 bis 37 C. Der pH-Wert für versäuernde Bakterien liegt vorteilhaft im Bereich zwischen 5,3 bis 6,8, für methanogene Bakterien jedoch im Bereich von 6,8 bis 7,2. Versäuernde Bakterien sind fakultativ anaerob, methanogene Bakterien jedoch obligat anaerob. Luftsauerstoff wirkt also toxisch für methanogene Bakterien. Zur schnellen Hydrolyse und Versäuerung ist eine starke Umwälzung erforderlich. Demgegenüber kann sich eine intensive Umwälzung für die im gleichen Behälter aktiven acetogenen und methanogenen Bakterien schädigend auswirken, da sie in enger Symbiose leben und daher sehr scherkraftempfindlich sind.
Obwohl das Zweireaktorsystem bessere Bedingungen für die Mikroorganismen schaffl, konnte es sich in der Praxis nicht stark durchsetzen, weil es nach den bisherigen Erkenntnissen angewendet noch zu aufwendig ist.
Bereits in der zitierten Literaturstelle wird darauf hingewiesen, dass die mehrstufige Prozessführung aufwendiger sei als es ein einstufiger Betrieb ist (C.F. Seyfried, a.a.O. S. 5). Weiter wird dort erwähnt, dass zwar eine zweistufige Prozesstechnik (Versäuerungsstufe und Methanisierungsstufe) sinnvoll erscheint, aber aus wirtschaftlich-verfahrenstechnischen Gründen noch eine Anzahl offener Fragen und Probleme beinhaltet.
Ein wesentliches, bisher noch nicht befriedigend gelöstes Problem des vorgeschlagenen Zweireaktorsystems mit Versäuerungsreaktor und Methanreaktor besteht darin, dass das Temperaturoptimum der für die Versäuerung massgeblichen Mikroorganismen bei etwa 30 C liegt. Bei dieser Temperatur findet eine Hydrolyse zahlreicher Stoffe überhaupt nicht statt oder geht unter Einwirkung von Enzymen nur sehr langsam vor sich (H. Sixt, Untersuchungen und Versuche zur Verfahrens- und Apparatetechnik des anaeroben Belebungsverfahrens am Beispiel organisch hochbelasteter Abwässer in 10 Jahre Oswald Schulze-Stiftung, Dokumentation 1971-1981 , S. 95). Dies bedingt eine relativ lange Verweilzeit im Versäuerungsreaktor.
Der Versäuerungsreaktor muss daher zwangsläufig gross dimensioniert werden, was zu den vorher erwähnten wirtschaftlichen und verfahrenstechnischen Problemen führt, welche das Zweireaktorsystem, bei welchem Hydrolyse und Versäuerungim ersten Reaktor und acetogener und methanogener Abbau im zweiten Reaktor durchgeführt werden, unwirtschaftlich machten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, welches es ermöglicht, den Faulvorgang in kürzerer Zeit und mit geringerem apparativem Aufwand als mit den bekannten Verfahren auszuführen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Klärschlamm in einer apparativen ersten Stufe hydrolysiert und dann in einer apparativ zweiten Stufe versäuert wird. Der Klärschlamm kann dann weiter in einer apparativ dritten Stufe einer acetogenen und methanogenen Faulung unterworfen werden.
Dies hat den Vorteil, dass die Hydrolysierung mit relativ hohen Temperaturen und auch unter energiewirtschaftlich günstigen Bedingungen durchgeführt werden kann, ohne dass dadurch die Versäuerung, welche bei einer Temperatur von etwa 30 CC optimal verläuft, beeinträchtigt wird. Da bei einer Hydrolysie rung mit relativ hohen Temperaturen zahlreiche Stoffe hydroly siert werden, die bei 30 CC nicht oder nur sehr langsam hydroly sierbar sind, und andere Stoffe weitaus schneller als enzymatisch hydrolysiert werden, führt die separat durchgeführte thermische
Hydrolysierung zu einer beträchtlichen Entlastung sowohl des
Versäuerungsreaktors als auch des Methanreaktors, in welchem der acetogene und methanogene Abbau stattfindet.
In allen Stufen, die ja ein relativ geringes Volumen aufweisen können, kann mit relativ geringem Aufwand die Prozesstempe ratur nahezu konstant gehalten werden, so dass die für die
Aktivitäts- und Entwicklungsrate der jeweiligen Bakterien gruppe günstigsten Milieubedingungen vorliegen. Die Entla stung des acetogenen Abbaus ist von besonderer Bedeutung, weil dieser in der Regel den prozesslimitierenden Faktor wäh renddes anaerobenAbbaus darstellt(H. Sixt, a.a.O. S. 94/95).
Die Erfindung führt somit zur Beseitigung von zwei Leistungs engpässen, die ursächlich bei der Faulung im konventionellen, gemeinsamen Faulraum zu einer langen Aufenthaltsdauer führ ten, bzw. bei der Verwendung von Versäuerungsreaktor und
Methanreaktor im Zweistufenprozess zu grossen apparativen
Abmessungen zwangen. Bei der Verwendung des erfindungsge mässen Verfahrens kann der Versäuerungsreaktor wesentlich kleiner dimensioniert werden, weil die Hydrolyse nicht mehr den leistungsbegrenzenden Faktor bildet. Auch der Methanreaktor kann in der Folge wesentlich kleiner dimensioniert werden, weil durch gute Hydrolyse und gute Versäuerung der acetogene und methanogene Abbau wirksam erleichtert wird.
Beim beschriebenen Verfahren werden die erste Stufe und die zweite Stufe vorteilhaft kontinuierlich beschickt. Dies trägt zu einer rationellen Verfahrensweise bei und fördert den gesam ten Faulprozess, weil unerwünschte Schock- und Wechselwir kungen vermieden werden.
Die Hydrolysierung erfolgt vorteilhaft thermisch. Es ist zwar bekannt, bei konventionellen Faulverfahren in einer einzigen
Faulkammer den rohen Klärschlamm vor dem Einleiten in die
Faulkammer thermisch zu behandeln, damit die darin enthalte nen Salmonellen, Wurmeier usw. vernichtet werden. Man hat aber erkannt, dass eine solche thermische Vorbehandlung den
Nachteil hat, dass dadurch die Eiweissstoffe des Schlamminhalts ¯koagulieren und dadurch den Abbau im anaeroben Prozess im
Faulturm verhindert, was dann zu einer verminderten Methan ausbeute führt.
Es wurde nun gefunden, dass beim erfindungsge mässen Verfahren die Verhältnisse in der Versäuerungsstufe für den weiteren Eiweissabbau förderlich sind, indem in der Ver säuerungsstufe auch die koagulierten Eiweissstoffe mikrobiell so aufbereitet werden, dass sie in der nachfolgenden acetogenen und methanogenen Phase abgebaut werden und dabei zudem zu einer erhöhten Methanausbeute beitragen.
Die thermische Hydrolysierung hat im Gegensatz zu der bisher im Faulraum üblichen enzymatischen Hydrolysierung den
Vorteil, dass sie sehr rasch erfolgt. Die thermische Hydrolysie rung kann ausser durch die bekannten Wärmetauschverfahren auch durch biologische Wärmeerzeugung in einem Belüftungsbe- hälter erfolgen, in welchem das aus dem Klärschlamm austre tende Gas eventuell teilweise wieder in einem Kreislauf in den
Klärschlamm zurückgeführt wird und das zur Belüftung verwen dete Gas mindestens zeitweilig mit Sauerstoff in Form von Luft oder reinem Sauerstoff angereichert wird. Auf solche Weise wird in kurzer Zeit durch die thermophilen Bakterien eine Selbster wärmung des Klärschlamms auf etwa 60 CC bis 70 CC erreicht.
Bei dieser Temperatur erfolgt nicht nur eine rasche Hydrolysierung vieler organischer Stoffe. sondern es werden auch die im Klär schlamm vorhandenen pathogenen Bakterien, wie z. B. Salmo nellen, und gewisse Enteroviren und Wurmeier zerstört. Es werden aber auch eine Vielzahl von Organismen zerstört, die bei der anaeroben Schlammbehandlung antagonistisch wirken. Dies wirkt sich wiederum förderlich für die Prozesse in den Stufen nach der Hydrolysierung auf und stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung der Erzielung einer Bakterien-Reinkultur bei der anaeroben Schlammbehandlung dar. Dadurch werden die einzelnen Vorgänge unter bessere Kontrolle gebracht und die beim konventionellen Verfahren gefürchteten Störungen weitgehend vermieden.
Zur Versäuerung wird der Schlamm zweckmässigerweise in einem Reaktor umgewälzt. Die Umwälzung sorgt für eine gute Durchmischung der Substrate und damit auch für eine rasche Versäuerung der organischen Stoffe. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Versäuerung der Schlamm in einem Festbettreaktor umgewälzt wird. In einem Festbettreaktor steht eine grosse Oberfläche zur Verfügung, an welcher sich versäuerungswirksame Bakterien ansiedeln können, so dass die Versäuerung in äusserst kurzer Zeit bei einem hohen Angebot von Biomasse pro Volumeneinheit erfolgen kann.
Die biologische Wärme vom Belüftungsbehälter kann zur Aumeizung und/oder Warmhaltung des Klärschlamms bei der acetogenen und methanogenen Faulungbenutztwerden.
Dadurch entfällt der Bedarf an anderer Energie. Es ist also z. B.
nicht mehr nötig, Klärgas zu verheizen, um die optimale Faultemperatur zu erreichen. Das Klärgas steht deshalb zu anderen Zwecken, z. B. zum Betrieb von Motoren und zur Gewinnung von elektrischer Energie, zu Verfügung.
Das in der zweiten Stufe entstehende Gas kann einer nachfolgenden Stufe zugeführt und dort dem Schlamm beigemischt werden. Das bei der Versäuerung entstehende Gas enthält viel Kohlendioxyd und wenig Wasserstoff. Die Verwendung dieses Gases für motorische Zwecke oder zur Wärmeerzeugung ist problematisch, weil das Kohlendioxyd als Ballastgas wirkt. Es wäre daher naheliegend, das wenig wertvoll erscheinende Gas in die Atmosphäre abzulassen. Dies ist aber insofern problematisch, als damit unliebsame Geruchsimmissionen entstehen könnten. Wird jedoch, wie vorgeschlagen, das Gas bei einer nachfolgenden Stufe dem Schlamm beigemischt, so werden dadurch nicht nur Geruchsimmissionen vermieden, sondern das Kohlendioxyd und der Wasserstoff werden durch die Aktivität gewisser methanogener Bakterien in Methan umgewandelt.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zurDErChf#hT rung des Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Behälter zur Hydrolysierung, ein Versäuerungsreaktor zur Versäuerung und ein Methanreaktor zur acetogenen und methanogenen Faulung hintereinander geschaltet sind. Diese Anordnung erlaubt es, die grossen Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens zu realisieren. Da jede Stufe für sich stets in einem optimalen Bereich, z. B. Temperatur, pH-Wert und Substraktangebot, arbeiten kann, laufen die jeweiligen Vorgänge sehr rasch ab, so dass eine kleine Dimensionierung der Gesamtanlage möglich wird.
Zweckmässigerweise ist der Hydrolysierbehälter über mindestens eine Vorlage und einen Wärmetauscher an den Versäuerungsreaktor angeschlossen. Die Vorlage ermöglicht es, den aus dem Belüftungsbehälter der Hydrolysierstufe entnommenen Klärschlamm vor dem Weitertransport in den Versäuerungsreaktor zu lagern und dabei entgasen zu lassen, so dass er beim Eintritt in den Versäuerungsreaktor praktisch kein freies Gas mehr enthält. Die Vorlage weist vorteilhaft zwei Kammern auf, wobei Ventile vorgesehen sind, um diese Kammern abwechslungsweise zu füllen und zu leeren. Im Betrieb der Anlage kann daher immer gleichzeitig mit dem Einpumpen neuen Klärschlamms in den Belüftungsbehälter behandelter Klärschlamm aus einer Kammer abgezogen werden, so dass Kurzschussströme verhindert werden.
Somit kann auch der Wärmetauscher als Durchflusswärmetauscher ausgebildet werden, was zu Kostenersparnissen führt. Der Wärmetauscher ermöglicht es, den frischen Klärschlamm zu erwärmer und den hydrolysierten Klärschlamm auf die für die Versäuerung optimale Temperatur von etwa 30 C abzukühlen.
Der Versäuerungsreaktor kann im Methanreaktor angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Kapazität einer bestehenden Anlage mit Faulturm wesentlich zu erhöhen. Zu diesem Zwecke genügt es, in den bestehenden Faulturm einen Versäuerungsreaktor einzubauen, der nur einen Teil des Volumens, etwa Y40 bis Yso des Faulturms benötigt, wobei der weitaus überwiegende Teil des Faulturmvolumens nach wie vor als Methanreaktor mit höherer Abbauleistung als ohne Versäuerungsreaktor benützt werden kann.
Vorteilhaft ist eine Gasleitung vom Versäuerungsreaktor zum Methanreaktorvorgesehen, sowie Mittel, um das Gas in den Schlamm des Methanreaktors einzuführen. Das so eingeführte Gas, zur Hauptsache Kohlendioxyd und etwas Wasserstoff, wird von gewissen Methanbakterien zu Methan umgewandelt. Zum Einführen des Gases in den Schlamm kann ein Injektorvorgesehen sein, der z. B. in einer der Umwälzung von Schlamm im Methanreaktor dienenden Leitung angeordnet ist. Diese Art der Eingabe des Gases ist energetisch vorteilhaft, betriebssicher und lässt sich zudem mit relativ geringen Kosten durchführen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung und
Fig. 2 den Umbau eines bestehenden Faulturmes zur Benützung als Versäuerungsreaktor und Methanreaktor gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren.
In Figur 1 ist ein Hydrolysierbehälter 11 zur Aufnahme von frischem Klärschlamm vorgesehen. Dieser wird mittels der Pumpe 19 über die Leitung 15 und den Schlamm/Schlamm Wärmetauscher 17 dem Hydrolysierbehälter 11 zugeführt.
Hydrolysierter Klärschlamm wird gleichzeitig von der Vorlage 21 durch den Wärmetauscher 17 geführt, wobei der warme hydrolysierte Klärschlamm den kalten Frischschlamm erwärmt. Der Hydrolysierbehälter 11 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel ein Belüftungsbehälter, wobei aber die Mittel zur Belüftung nicht eingezeichnet sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Belüftungsbehälters 11 zur biologischen Wärmeerzeugung durch die Tätigkeit thermophiler Bakterien wird in der europäischen Patentanmeldung Nur.0053777 beschrieben. Er ermöglicht es, den Klärschlamm auf etwa 600 bis 70 C aufzuheizen. Bei dieser Temperatur wird einerseits eine sichere Inaktivierung der Salmonellen, Wurmeier usw. ermöglicht und zugleich eine Hydrolysierung der meisten im Schlamm enthaltenen organischen Stoffen bewirkt.
Es wäre aber auch möglich, dem Hydrolysierbehälter 11 thermische Energie zuzuführen, um die gewünschte Hydrolysierung des Klärschlamms zu erreichen. Die Hydrolysierung durch die thermische Reaktion bei der Belüftung hat jedoch noch den Vorteil, dass dabei auch von den thermophilen Bakterien Enzyme gebildet werden, die katalytisch dazu beitragen, die Hydrolysierung zu beschleunigen, so dass auch Stoffe hydrolysiert werden, die durch thermische Einwirkung allein nicht oder nur sehr langsam hydrolysierbar sind. Die Vorlage 21 weist Kammern 23 und 25 auf. Es sind Ventile 27 bis 31 vorgesehen, um diese Kammern 23,25 abwechslungsweise zu füllen und zu leeren. Die Kammern 23,25 sind so bemessen, dass sie je z. B. 5 bis 10 Prozent des Inhalts des Belüftungsbehälters aufnehmen können.
Der Klärschlamm verbleibt dann während etwa 30 Minuten in der Kammer, während welcher Zeit eine Entgasung stattfindet.
Nach der Hydrolysierung wird der Klärschlamm im Wärmetauscher 17 auf die Versäuerungstemperatur abgekühlt. Über die Leitung 33, das Ventil 35 und die Pumpe 37 wird der hydrolysierte Klärschlamm dem Versäuerungsreaktor 39 zugeführt.
Dieser ist zweckmässigerweise als Festbettreaktor ausgebildet, wie dies durch die schematische Darstellung des Festbettes 40 in der Zeichnung angedeutet ist. Ein für diesen Zweck besonders vorteilhafter Festbettreaktor wird im europäischen Patent Nr.
0 100 953 beschrieben. Da die Versäuerung bei einer optimalen Temperatur durchgeführt werden kann und durch das Festbett eine grosse Oberfläche geschaffen wird, die von aktiven Versäuerungsbakterien besiedelt werden kann, erfolgt die Versäuerung sehr rasch. Der Versäuerungsreaktor 39 kann deshalb relativ klein bemessen werden.
Dem Versäuerungsreaktor 39 ist ein Methanreaktor 43 nachgeschaltet, in welchem die acetogene und methanogene Umwandlung stattfindet, wobei Faulgas gebildet wird. Da der Klärschlamm ohne mit Luftsauerstoff in Berührung zu kommen vom Versäuerungsreaktor 39 zum Methanreaktor 43 gelangt, wird sichergestellt, dass er frei von Sauerstoff ist. Dies ist von Bedeutung, weil Sauerstoff auf die obligaten Anaerobien toxisch wirkt. Das im Methanreaktor erzeugte Faulgas, das eine Mischung aus Methan, Wasserstoff und Kohlendioxyd darstellt, verlässt den Reaktor 43 über die Leitung 45 und kann in bekannter Weise für motorische oder für Heizzwecke verwendet werden.
Die Zufuhr des versäuerten Klärschlamms zum Methanreaktor 43, der auch als Festbettreaktor ausgebildet sein kann, erfolgt über die Leitung 47, das Ventil 49 und die Pumpe 51. Der Inhalt des Methanreaktors 43 kann über die Leitung 53, das Ventil 55 und die Pumpe 51 in Zirkulation versetzt werden.
Dabei kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass die acetogenen und methanogenen Bakterien, welche in enger Symbiose miteinander leben, sehr scherkraftempfindlich sind und somit die Umwälzung nur sehr schonend sein sollte. Des weiteren ist es möglich, den Klärschlamm im Methanreaktor auf einer Temperatur von etwa 350 bis 37 C zu halten. Diese Temperatur stellt für die acetogenen und methanogenen Bakterien eine Optimaltemperatur dar. Zu diesem Zwecke kann Wärme vom Hydrolysierbehälter 11 verwendet werden. Dies ist schematisch durch die Zirkulationsleitung 59 und die Umwälzpumpe 61 dargestellt, welche warmes Wasser von einem Mantel 63 des Hydrolysierbehälters 11 zu einem Mantel 65 des Methanreaktors 43 führen. Es sind aber auch andere Mittel möglich, um den Wärmeaustausch durchzuführen.
Der behandelte Klärschlamm kann vom Methanreaktor 43 über das Ventil 67 abgelas- sen werden.
Beim gezeigten Ausführungsbeispielvon Figur 1 wird das im Versäuerungsreaktor entstehende Gas über die Leitung 42 und die Pumpe 44 unten in den Methanreaktor 43 eingeführt und dem dort enthaltenen Klärschlamm beigemengt. Es wäre aber auch möglich, das Gas mit einem der Umwälzpumpe 51 nachgeschalteten Injektor dem Schlamm beizumengen. Dabei wird vom Umstand Gebrauch gemacht, dass gewisse Methanbakterien Kohlendioxyd und Wasserstoff verwerten können. So gibt es Methanbakterien, welche Methan aus Äthanol nach folgender Gleichung bilden 2CH3CH2OH + CO2# 2CH3COOH + CH4 (-132,6 kJ)
Andere Methanbakterien verwerten Wasserstoff nach folgen- der Gleichung 4H2 + CO2o CH4 + 2H2O, (-138,9 kJ)
Figur 2 zeigt eine Variante zur Anlage von Figur 1.
Bei dieser Variante ist der Versäuerungsreaktor 39 im Methanreaktor 43 angeordnet. Diese Bauart ermöglicht es, die Kapazität einer bestehenden Klärschlammbehandlungsanlage zu vergrössern, indem ein bestehender Faulturm als Methanreaktor 43 benützt wird. Es genügt also, wenn im bestehenden Faulturm der Versäuerungsreaktor 39 eingebaut wird.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Leitung 42 vorgesehen, um dem Klärschlamm im Methanreaktor das im Versäuerungsreaktor 39 entstehende Gas zuzuführen. Die Einführung könnte in gleicher Weise erfolgen wie in Fig. 1. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Injektor 46 vorgesehen, welcher nach der Umwälzpumpe 51 angeordnet ist und die Einführung des Gases in den umgewälzten Klärschlamm bewirkt.
1 Blatt Zeichnungen