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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
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PATENT CLAIMS
1. A process for the anaerobic treatment of sewage sludge, or liquids heavily contaminated with organic substances, wherein the sewage sludge or the liquid mentioned is first hydrolyzed and acidified and then further subjected to acetogenic and methanogenic digestion, characterized in that the sludge or the liquid is hydrolyzed in a first stage (11) and then acidified in a second stage (39).
2. The method according to claim 1, characterized in that the first and the second stage are fed continuously.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the hydrolysis is carried out thermally.
4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the hydrolysis takes place by biological heat generation in an aeration tank (11), in which the gas escaping from the sewage sludge is possibly partially recycled back into the sewage sludge and the returned gas is enriched at least temporarily with oxygen in the form of air or pure oxygen.
5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the sludge is circulated in a reactor (39) for acidification.
6. The method according to claim 5, characterized in that the sludge is circulated in a fixed bed reactor (39).
7. The method according to claim 4, characterized in that biologically generated heat from the ventilation tank (11) for heating and / or keeping warm the sewage sludge is used in the acetogenic and methanogenic digestion.
8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the gas formed in the second stage is fed to a subsequent stage and is admixed with the sludge there.
9. Device for performing the method according to one of claims 1 to 8, characterized in that a hydrolysis tank (11) for hydrolyzing, an acidification reactor (39) for acidification and a methane reactor (43) for acetogenic and methanogenic digestion are connected in series
10. The device according to claim 9, characterized in that the hydrolysis tank (11) via at least one template (21) and a heat exchanger (17) is connected to the acidification reactor (39).
11. The device according to claim 10, characterized in that the template (21) has two chambers (23, 25), and that valves (27 to 31) are provided to alternately fill and empty these chambers (23, 25) .
12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the acidification reactor (39) is arranged in the methane reactor (43).
13. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the acidification reactor (39) and / or de: methane reactor (43) is a fixed bed reactor.
14. Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that a gas line leads from the acidification reactor to the methane reactor and that means are provided for introducing the gas into the sludge of the methane reactor.
15. The apparatus according to claim 14, characterized in that an injector (46) is provided for introducing the gas into the sludge.
The invention relates to a process for the anaerobic treatment of sewage sludge or liquids heavily loaded with organic substances, the sewage sludge or said
Liquid is hydrolyzed and acidified and then further subjected to acetogenic and methanogenic digestion
The classic anaerobic sludge digestion has as its goal the
To convert sewage sludge or a similar degradable substance containing organic substances hocl contaminated microbiologically up to methane and carbon dioxide. For the sake of simplicity, only the main application, sewage sludge, is mentioned below. It is therefore expressly pointed out that in this description, similar liquids heavily contaminated with organic substances, e.g. B.
Waste water from factory farming or from the food industry, including those included, even if this is not always expressly mentioned. The microbiological
Degradation usually takes place in the same digester in different steps, which take place one after the other and next to each other. There is a multitude of different groups of bacteria with very different and sometimes opposing ones
Requirements for the individual metabolic process, e.g. B. in relation to temperature, pH, hydrogen partial pressure,
Mass transfer, etc., involved. The dismantling steps are essentially the following:
1. enzymatic hydrolysis
2. Acidification
3. Acetogenic degradation
4.methanogenic degradation 5.
Sulfate reduction, in special cases running parallel to 2.) and 3.)
During hydrolysis in the digestion tower, enzymes convert highly molecular, often undissolved organic substances into dissolved molecule fragments so that they can then be reabsorbed by microorganisms. Acidification produces short-chain organic acids, especially carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid and butyric acid, as well as alcohols, hydrogen and carbon dioxide. Numerous different species and types of facultative anaerobic bacteria carry out these first two phases of digestion as a biological process. In acetogenic degradation, fermentation products that cannot be immediately absorbed by methane bacteria are converted into hydrogen, carbon dioxide and acetic acid in the bacterial metabolic process.
With methanogenic
Degradation is preferably formed from acetic acid and other organic acids, methane, hydrogen and carbon dioxide.
So it can partially directly with methanogenic degradation
Intermediate products of acidification are broken down, while other reaction products from acidification must first be processed in the acetogenic phase in order to then be degraded methanogenically.
As already mentioned, the different
Degradation stages take place side by side depending on the composition of the substance. For example, acetogenic degradation can take place as soon as a substrate suitable for degradation is available.
The acetogenic breakdown can therefore begin before the acidification of all organic substances has completely ended. However, since the different bacterial groups have very different requirements with regard to temperature, pH value, hydrogen partial pressure, mass transport, etc. exhibit, the combination of the various degradation processes in the common digestion is extremely sensitive to all fluctuations in the environment. This sensitivity reduces the reliability of the anaerobic process. However, the physiological conditions can hardly be changed. However, to avoid the risks arising from this
To reduce sensitivity to environmental changes, therefore, especially large digesters with very long dwell times for the sewage sludge were built.
Next, um
To reduce disturbances of the digestion process by temperature fluctuations, in newer plants the contents of the digester are warmed and mixed to improve the mass transport.
Nevertheless, the digestion is by no means ideal. In particular, it takes a very long time. Because of the large volume of the
These are lazy spaces and the large expenditure on equipment
Investment costs for carrying out the digestion process are very high.
It has already been pointed out in the literature that
an intensification of the degradation processes can be achieved through a two-stage operation, in that the sewage sludge is first fed to an acidification sector and then to a methane reactor (CF Seyfried and M. Saake waste water and sludge treatment, progress and problems, 15th Essen conference from 10th to 12th March 1982, p. 7, picture 5; S. Gosh, DL Klass: Two-phase Anaerobic Digestion in Process Biochemistry, April 1978). Because hydrolysis and acidification, on the one hand, and acetogenic and methanogenic degradation, on the other hand, are already carried out spatially separately, it is possible to optimize the different living conditions of the acidifying and methanogenic bacteria in the individual phases.
According to Seyfried (loc. Cit. P. 6), acidifying bacteria have a temperature optimum of 30 CC and methanogenic bacteria a temperature of 35 to 37 C. The pH value for acidifying bacteria is advantageously in the range between 5.3 and 6.8, for methanogenic bacteria however in the range of 6.8 to 7.2. Acidifying bacteria are optional anaerobic, but methanogenic bacteria are necessarily anaerobic. So atmospheric oxygen is toxic to methanogenic bacteria. Vigorous circulation is required for rapid hydrolysis and acidification. In contrast, intensive circulation can have a damaging effect on the acetogenic and methanogenic bacteria active in the same container, since they live in close symbiosis and are therefore very sensitive to gravity.
Although the two-reactor system creates better conditions for the microorganisms, it has not been able to assert itself in practice because, to date, it is still too expensive to use.
Already in the cited literature reference it is pointed out that the multi-stage process management is more complex than a one-stage operation (C.F. Seyfried, op. Cit. P. 5). It also mentions that a two-stage process technology (acidification stage and methanation stage) seems reasonable, but for economic-procedural reasons still contains a number of open questions and problems.
An essential problem of the proposed two-reactor system with acidification reactor and methane reactor, which has not yet been satisfactorily solved, is that the optimum temperature of the microorganisms relevant for the acidification is around 30 ° C. At this temperature, numerous substances do not undergo hydrolysis at all or take place very slowly under the influence of enzymes (H. Sixt, studies and experiments on the process and apparatus technology of the anaerobic activation process using the example of organically highly contaminated wastewater in the 10 years of the Oswald Schulze Foundation , Documentation 1971-1981, p. 95). This requires a relatively long residence time in the acidification reactor.
The acidification reactor therefore inevitably has to be dimensioned large, which leads to the previously mentioned economic and procedural problems which render the two-reactor system in which hydrolysis and acidification in the first reactor and acetogenic and methanogenic degradation in the second reactor uneconomical.
It is therefore an object of the present invention to demonstrate a method which makes it possible to carry out the digestion process in a shorter time and with less outlay on equipment than with the known methods.
This is achieved according to the invention in that the sewage sludge is hydrolyzed in a first stage and then acidified in a second stage. The sewage sludge can then be subjected to acetogenic and methanogenic digestion in a third stage.
This has the advantage that the hydrolysis can be carried out at relatively high temperatures and also under conditions which are favorable in terms of energy economy, without the acidification, which proceeds optimally at a temperature of about 30 CC, being impaired. Since in a hydrolysis with relatively high temperatures numerous substances are hydrolyzed which cannot be hydrolyzed at 30 CC or can only be hydrolyzed very slowly, and other substances are hydrolyzed much more quickly than enzymatically, the separately carried out thermal
Hydrolyzing to a considerable relief both
Acidification reactor as well as the methane reactor in which the acetogenic and methanogenic degradation takes place.
In all stages, which can have a relatively small volume, the process temperature can be kept almost constant with relatively little effort, so that for the
Activity and development rate of the respective bacterial group are favorable milieu conditions. The relief of the acetogenic breakdown is of particular importance because it usually represents the process-limiting factor during anaerobic breakdown (H. Sixt, op. Cit. Pp. 94/95).
The invention thus leads to the elimination of two performance bottlenecks, the cause of a long stay in the digestion in the conventional, common digester, or when using the acidification reactor and
Methane reactor in the two-stage process to large equipment
Constrained dimensions. When using the method according to the invention, the acidification reactor can be dimensioned much smaller because the hydrolysis no longer forms the power-limiting factor. As a result, the methane reactor can also be dimensioned much smaller, because good hydrolysis and good acidification make the acetogenic and methanogenic degradation effectively easier.
In the process described, the first stage and the second stage are advantageously fed continuously. This contributes to a rational procedure and promotes the entire digestion process because undesirable shock and interaction effects are avoided.
The hydrolysis is advantageously carried out thermally. While it is known in conventional digestion processes in a single
Digester the raw sewage sludge before discharge into the
Treat the digestion chamber thermally so that the salmonella, worm eggs etc. contained therein are destroyed. But it has been recognized that such a thermal pretreatment
The disadvantage is that this ¯coagulates the protein content of the sludge content and thus degrades it in the anaerobic process in the
Digestion tower prevents, which then leads to a reduced methane yield.
It has now been found that, in the process according to the invention, the conditions in the acidification stage are conducive to further protein degradation, in that the coagulated protein substances are also microbially processed in the acidification stage in such a way that they are broken down in the subsequent acetogenic and methanogenic phase, and in addition to this contribute to an increased methane yield.
In contrast to the enzymatic hydrolyzation that has been customary in the digester up to now, the thermal hydrolysis has
Advantage that it takes place very quickly. In addition to the known heat exchange processes, the thermal hydrolysation can also be carried out by generating biological heat in an aeration tank, in which the gas escaping from the sewage sludge may be partially recirculated in the
Sewage sludge is returned and the gas used for aeration is enriched at least temporarily with oxygen in the form of air or pure oxygen. In this way, the thermophilic bacteria quickly heat the sewage sludge to around 60 CC to 70 CC.
At this temperature, there is not only rapid hydrolysis of many organic substances. but it is also the pathogenic bacteria present in the sewage sludge, such as. B. Salmo nellen, and certain enteroviruses and worm eggs destroyed. However, a large number of organisms are also destroyed which have an antagonistic effect in anaerobic sludge treatment. This in turn has a positive effect on the processes in the stages after the hydrolysis and represents an important step in the direction of achieving a pure bacterial culture in the anaerobic sludge treatment. This brings the individual processes under better control and the disturbances feared in the conventional process largely avoided.
For acidification, the sludge is expediently circulated in a reactor. The circulation ensures thorough mixing of the substrates and thus also rapid acidification of the organic substances. It is particularly advantageous if the sludge is circulated in a fixed bed reactor for acidification. In a fixed bed reactor there is a large surface area on which acidifying bacteria can settle, so that acidification can take place in a very short time with a high supply of biomass per unit volume.
The biological heat from the aeration tank can be used to heat and / or keep the sewage sludge warm during acetogenic and methanogenic digestion.
This eliminates the need for other energy. So it is e.g. B.
it is no longer necessary to burn sewage gas in order to reach the optimal decay temperature. The sewage gas is therefore available for other purposes, e.g. B. for the operation of motors and for the generation of electrical energy.
The gas generated in the second stage can be fed to a subsequent stage and mixed into the sludge there. The gas produced during acidification contains a lot of carbon dioxide and little hydrogen. The use of this gas for motor purposes or for heat generation is problematic because the carbon dioxide acts as ballast gas. It would therefore make sense to release the gas, which does not seem valuable, into the atmosphere. However, this is problematic in that it can result in unpleasant odor emissions. However, as suggested, if the gas is added to the sludge at a subsequent stage, this not only avoids odor emissions, but the carbon dioxide and hydrogen are converted into methane by the activity of certain methanogenic bacteria.
The invention also relates to a device for the process, which is characterized in that a container for hydrolyzing, an acidification reactor for acidification and a methane reactor for acetogenic and methanogenic digestion are connected in series. This arrangement allows the great advantages of the method according to the invention to be realized. Since each level is always in an optimal range, e.g. B. temperature, pH and subtract, the respective processes run very quickly, so that a small dimensioning of the entire system is possible.
The hydrolyzing container is expediently connected to the acidification reactor via at least one receiver and a heat exchanger. The template enables the sewage sludge removed from the aeration tank of the hydrolysis stage to be stored in the acidification reactor before being transported further, and to be degassed in the process, so that it practically no longer contains any free gas when it enters the acidification reactor. The template advantageously has two chambers, valves being provided in order to alternately fill and empty these chambers. During operation of the plant, treated sewage sludge can therefore always be withdrawn from a chamber at the same time as new sewage sludge is pumped into the aeration tank, so that short-circuit currents are prevented.
The heat exchanger can thus also be designed as a flow-through heat exchanger, which leads to cost savings. The heat exchanger makes it possible to heat the fresh sewage sludge and to cool the hydrolyzed sewage sludge to the optimal temperature of around 30 C for acidification.
The acidification reactor can be arranged in the methane reactor. This configuration makes it possible to significantly increase the capacity of an existing digester system. For this purpose, it is sufficient to install an acidification reactor in the existing digestion tower, which only requires a part of the volume, e.g. about Y40 to Yso of the digestion tower, whereby the vast majority of the digestion tower volume can still be used as a methane reactor with a higher degradation capacity than without an acidification reactor .
A gas line from the acidification reactor to the methane reactor is advantageously provided, as well as means for introducing the gas into the sludge of the methane reactor. The gas introduced in this way, mainly carbon dioxide and some hydrogen, is converted to methane by certain methane bacteria. An injector may be provided to introduce the gas into the sludge, e.g. B. is arranged in a circulation of sludge serving in the methane reactor. This type of gas input is energetically advantageous, reliable and can also be carried out at relatively low cost.
An embodiment of the invention will now be described with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 shows an embodiment of an apparatus for performing the method according to the invention and
Fig. 2 shows the conversion of an existing digester for use as an acidification reactor and methane reactor according to the inventive method.
In Figure 1, a hydrolysis tank 11 is provided for receiving fresh sewage sludge. This is fed to the hydrolysis tank 11 by means of the pump 19 via the line 15 and the sludge / sludge heat exchanger 17.
Hydrolyzed sewage sludge is simultaneously led from the template 21 through the heat exchanger 17, the warm hydrolyzed sewage sludge heating the cold fresh sludge. In the exemplary embodiment shown, the hydrolyzing container 11 is an aeration container, but the means for aeration are not shown. An advantageous embodiment of such a ventilation container 11 for the biological generation of heat by the activity of thermophilic bacteria is described in the European patent application Nur.0053777. It enables the sewage sludge to be heated to around 600 to 70 ° C. At this temperature, on the one hand, a safe inactivation of the Salmonella, worm eggs etc. is made possible and at the same time a hydrolysis of most of the organic substances contained in the sludge.
However, it would also be possible to supply the hydrolysis tank 11 with thermal energy in order to achieve the desired hydrolysis of the sewage sludge. However, the hydrolysis by the thermal reaction during aeration still has the advantage that enzymes are also formed by the thermophilic bacteria, which contribute catalytically to accelerating the hydrolysis, so that substances are also hydrolyzed that are not or only by thermal action can only be hydrolyzed very slowly. The template 21 has chambers 23 and 25. Valves 27 to 31 are provided in order to alternately fill and empty these chambers 23, 25. The chambers 23, 25 are dimensioned so that they each z. B. can hold 5 to 10 percent of the content of the aerator.
The sewage sludge then remains in the chamber for about 30 minutes, during which time degassing takes place.
After the hydrolysis, the sewage sludge is cooled in the heat exchanger 17 to the acidification temperature. The hydrolyzed sewage sludge is fed to the acidification reactor 39 via the line 33, the valve 35 and the pump 37.
This is expediently designed as a fixed bed reactor, as is indicated by the schematic illustration of the fixed bed 40 in the drawing. A fixed bed reactor which is particularly advantageous for this purpose is described in European Patent No.
0 100 953. Since the acidification can be carried out at an optimal temperature and the fixed bed creates a large surface that can be colonized by active acidification bacteria, the acidification takes place very quickly. The acidification reactor 39 can therefore be dimensioned relatively small.
The acidification reactor 39 is followed by a methane reactor 43, in which the acetogenic and methanogenic conversion takes place, whereby fermentation gas is formed. Since the sewage sludge passes from the acidification reactor 39 to the methane reactor 43 without coming into contact with atmospheric oxygen, it is ensured that it is free of oxygen. This is important because oxygen is toxic to the mandatory anaerobes. The fermentation gas generated in the methane reactor, which is a mixture of methane, hydrogen and carbon dioxide, leaves the reactor 43 via line 45 and can be used in a known manner for motor purposes or for heating purposes.
The acidified sewage sludge is fed to the methane reactor 43, which can also be designed as a fixed bed reactor, via line 47, valve 49 and pump 51. The content of methane reactor 43 can be fed via line 53, valve 55 and pump 51 in Circulation.
The fact that the acetogenic and methanogenic bacteria, which live in close symbiosis with each other, are very sensitive to shear forces and therefore the circulation should only be very gentle. It is also possible to keep the sewage sludge in the methane reactor at a temperature of around 350 to 37 ° C. This temperature represents an optimum temperature for the acetogenic and methanogenic bacteria. For this purpose, heat from the hydrolyzing container 11 can be used. This is shown schematically by the circulation line 59 and the circulation pump 61, which lead warm water from a jacket 63 of the hydrolyzing container 11 to a jacket 65 of the methane reactor 43. However, other means are also possible to carry out the heat exchange.
The treated sewage sludge can be discharged from the methane reactor 43 via the valve 67.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the gas formed in the acidification reactor is introduced via line 42 and the pump 44 at the bottom into the methane reactor 43 and added to the sewage sludge contained therein. However, it would also be possible to add the gas to the sludge using an injector downstream of the circulation pump 51. Use is made of the fact that certain methane bacteria can utilize carbon dioxide and hydrogen. So there are methane bacteria that form methane from ethanol according to the following equation 2CH3CH2OH + CO2 # 2CH3COOH + CH4 (-132.6 kJ)
Other methane bacteria utilize hydrogen according to the following equation 4H2 + CO2o CH4 + 2H2O, (-138.9 kJ)
Figure 2 shows a variant of the system of Figure 1.
In this variant, the acidification reactor 39 is arranged in the methane reactor 43. This type of construction makes it possible to increase the capacity of an existing sewage sludge treatment plant by using an existing digestion tower as a methane reactor 43. It is therefore sufficient if the acidification reactor 39 is installed in the existing digester.
In this exemplary embodiment too, a line 42 is provided in order to supply the sewage sludge in the methane reactor with the gas produced in the acidification reactor 39. The introduction could take place in the same way as in FIG. 1. In the present exemplary embodiment, however, an injector 46 is provided, which is arranged after the circulating pump 51 and brings about the introduction of the gas into the circulated sewage sludge.
1 sheet of drawings