DD150192A1 - Verfahren zur behandlung von organischem material in waessrigen fluessigkeiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von organischem Material in waeszrigen Fluessigkeiten, dessen Ziel es ist, das organische Material in der waeszrigen Fluessigkeit ohne Zufuehrung von Fremdenergie bei einer Prozeszdauer von <150 h durch Kombination von zwingend begrenzten Teilen der bekannten Verfahren in der Reihenfolge anaerob-mesophile und aerob-mesophile oder vorzugsweise anaerob-mesophile, aerob-mesophile und aerob-thermophile Behandlung zu stabilisieren, hygienisieren, desodorieren, feststoffzumindern, gut entwaesserbar aufzubereiten und die Grundlage zur Futtereiweiszproduktion zu schaffen. Die Erfindung ist in den Anlagen der Industrie, landwirtschaft, Wasserwirtschaft und Kommunalwirtschaft, in denen organisches Material in waeszrigen Fluessigkeiten anfaellt, wie z.B. in Industriellen Tierproduktionsanlagen oder Klaeranlagen, anwendbar.

Description

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1. Titel der Erfindung

Verfahren sur Behandlung von organischem Material in wäßrigen Flüssigkeiten

2» Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist in den Anlagen der Industrie, Landwirtschaft, Wasserwirtschaft und Kommunalwirtschaft, in denen organisches Material in wäßrigen Flüssigkeiten anfällt, wie z. B. in industriellen Tierproduktionsanlagen oder Kläranlagen, anwendbar.

3» Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß organisches Material in wäßrigen Flüssigkeiten mit Hilfe anaerober Bakterien im psychrophilen, mesophilen und thermophilen Temperaturbereich behandelt wird. Die Behandlung wird sowohl als einzelner Verfahrensschritt, als auch in Verfahrenskombinationsschritten - vorzugsweise mesophil/ psychrophil - durchgeführt.

Mit dieser* Behandlung werden durch Änderung des vorhandenen natürlichen Energiepotentials im organischen Material neue Eigenschaften des organischen Materials, vorzugsweise

- die Teilstabilisierung

- die Geruchsänderung

- die Entwässerbarkeit

- die Gasproduktion

- die Peststoffminderung

durch Behändlungεζeiten von 15 '··· 90 d, erzielt. Die Hygienisierung des organischen Materials und die biologische Umschichtung als Grundlage für die Futtereiweißgewinnung wird nicht erreichte Der notwendige Energieaufwand zum Erwärmen des organischen Materials in wäßrigen Flüssigkeiten beim Verfahren im inesophilen Bereich wird weitestgehend. durch das aus dem organischen Material gewonnene ,Methangas bereitgestellt.

Es ist weiterhin bekannt, daß organisches Material in wäßrigen Flüssigkeiten mittels aerober Bakterien im psychrophilen, inesophilen und thermophiIen Temperaturbereich behandelt wird. Die Behandlung wird sowohl als einzelner Verfahrensschritt als auch in Verfahrenskombinationsschritten - vorzugsweise mesophil/ thermophil durchgeführt.

Mit ^dieser Behandlung Werden durch Änderung des vorhandenen natürlichen Energiepotentials im organischen Material neue Eigenschaften beim organischen Material, vorzugsweise

- die Stabilisierung ,

- die Hygienisierung

- die Desodorierung

- die Feststoffminderung

- die Erwärmung des organischen Materials und der wäßrigen Flüssigkeit durch bakterielle Wärme (vorzugsweise auf 45° - 70° C)

- die Entwässerbarkeit

- die Ausgangsbasis für die Futtereiweißproduktion

durch Behandlungszeit en von vorzugsweise 48 Stunden erzielt. Der notwendige Energieaufwand zum Belüften und Umwälzmischen des organischen Materials beim Verfahren im inesophilen und thermophilen Bereich ist durch zusätzliche elektrische Energie bereitzustellen.

Nachteile dieser bekannten Verfahren sind, daß im anaeroben Bereich bei sehr geringem Fremdenergieeinsatz, langen Behandlungszeiten und demzufolge großen Reaktionsräumen nur anteilig die gewünschten Änderungen der Eigenschaften des organischen Materials in wäßrigen Flüssigkeiten, im aeroben Bereich bei sehr kurzen Behandlungszeiten und demzufolge sehr kleinen Reaktionsräumen die gewünschten Änderungen der Eigenschaften des organischen Materials vollständig, allerdings bei Einsatz von Fremd energie, in einer Größe von vorzugsweise 0,3 ··· 0,5 kWh

je m organischen Materials erreicht werden.

Ss ist weiterhin bekannt, daß organisches Material in wäßrigen Flüssigkeiten mittels Wärmeenergie oder Strahlenenergie oder Chemikalien entseucht wird.

Mit der Behandlung wird eine zeitlich begrenzte Hygienisierung des organischen Materials in wäßrigen Flüssigkeiten durch -Pasteurisierung

- Infrarotbestrahlung

- chemische Entseuchung

- Strahlenbehandlung erreicht.

Der notwendige Energieaufwand zum Erhitzen oder Bestrahlen oder Behandeln ist durch zusätzliche Energie oder Chemikalien bereitzustellen«

Uachteil.e dieser bekannten Verfahren sind, daß bei aufwendigem Einsatz von Fremd.energie oder Chemikalien oder Strahlenquellen nur anteilig die gewünschten Änderungen der Eigenschaften des organischen Materials in wäßrigen Flüssigkeiten in Form einer zeitlich begrenzten Hygienisierung erreicht wird. Die Stabilisierung, die endgültige Hygienisierung, die Desodorierung, die Feststoffminderung, die Freisetzung bakterieller Wärme, die bakterielle Gasproduktion, die Verbesserung der Entwässerbarkeit, die Ausgangsbasis für die Futtereiweißproduktion werden nicht erreicht.

4. Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile zu beseitigen, wobei organisches Material in wäßrigen Flüssigkeiten ohne Zuführung von Premdenergie bei einer Prozeßdauer von -^150 Stunden stabilisiert, hygienisiert, desodoriert, feststoffgemindert, gut entwässerbar aufbereitet und die Grundlage zur Puttereiweißprodukt ion geschaffen wird.

5· Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem bei der Behandlung organischen Materials in wäßrigen Flüssigkeiten durch Kombination von zwingend begrenzten Teilen der bekannten Verfahren in der Reihenfolge anaerob-mesophi-Ie und aerob-mesophile oder vorzugsweise anaerob-mesophile, aerobmesophile und aerob-thermophile Behandlung die Stabilisierung, Hygieriisierung, Desodorierung, PestStoffminderung, gute Entwässerbarkeit des organischen Materials und die Schaffung der Grundlage zur Puttereiweißproduktion bei einer Prozeßdauer von -<150 Stunden, vorzugsweise von 96 bis 120 Stunden ohne Zuführung von Fremdenergie erreicht wird.·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß organisches Material in wäßrigen Flüssigkeiten in der 1. Stufe (anaerobmesophil) so teilbehandelt wird, daß die Methangasmenge erzeugt wird, die zur Gewinnung der für die folgenden Stufen benötigten Prozeßenergie erforderlich ist_tund so viel vorerwärmte organische Substanz in der wäßrigen Flüssigkeit verbleibt, daß die Behandlung in der 2. Stufe (aerob-mesophil) und 3· Stufe (aerob-thermophil) bei minimaler Prozeßdauer erfolgt.

Ausführunjgsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert. Sie ist in der Figur 1 als Verfahrensschema dargestellt.

Für eine Stadt von 20.000 Einwohnergleichwerten wird eine Abwasserbehandlungsanlage nach dem Kolonnenprinzip als Belebtschlaminanlage ohne Vorklärung errichtet. Der anfallende Überschußschlamm in der Menge von Q= 160 nr · d mit einem Feststoffgehalt von 1 % wird einem Eindicker zugeführt und · nach Feststoffanreicherung auf 4 % durch Schwerkrafteindickung

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bei gleichzeitiger Volumenreduzierung auf Q = 40.m · d dreistufig nach Beendigung der Einfahrphase wie folgt behandelt:

1e Stufe - anaerobe geschlossene Faulung mit Methangasgewinnung und -verwertung bei einer Temperatur von 308,15 K (+35⁰C) und einer Behändlungszeit von max. 96 Stunden in einem Behälter mit dem Volumen von V = 16O m

2. Stufe - aerobe mesophile Behandlung bei einem Temperaturbereich von 283,15 K (+10⁰C) bis 313,15 K (+40⁰C) und einer Behandlungszeit von max. 24 Stunden in einem offenen Behälter mit dem Volumen von

V = 40 m³.

3. Stufe - aerobe thermophile Stabilisierung bei einem Temperaturbereich von 313,15 K (+4O⁰C) bis max. 343,15 K (+70⁰C) und einer Behändlungszeit von max. 24 Stunden in einem offenen Behälter mit dem Volumen von

V = 40 m³e

Die Zielstellung, als Endprodukt einen stabilisierten, entseuchten und gut entwässerungsfähigen Schlamm zu erhalten, wird auf

Grund der hohen Prozeßgeschwindigkeit in minimierten Behälterkolonnen erreicht, wobei die zur Durchführung dieses Hochleistungsverfahrens benötigte Energie aus freiwerdender Prozeßenergie im System selbst erzeugt "wird, womit die Einspeisung von Premdenergie entfällt. Der aus dem biologischen System anfallende Überschußschlamm in der Menge von Q = 160 m · d und einem Peststoffgehalt von 1 % gelangt über Druckrohrleitung 1 zum Eindickbehälter 2.

Nach 24 Stunden Eindickzeit wird das annähernd feststofffreie Klarwasser in der Menge Q = 120 m über Preispiegeileitung 3 in das biologische Abwasserbehandlungssystem zurückgeführt, während der eingedickte Schlamm in der Menge von Q = 40 m und einem Peststoffgehalt von 4 % über Saugleitung 4, Pumpe 5 und Druckleitung 6 in den Wärmeaustauscher 7 gefördert wird. Das weitere Erwärmen des 283,15 K (+10⁰C) warmen Prisch-Schlammes geschieht vorzugsweise nacheinander mit dem auf mindestens 323,15 K (+50⁰C) erhitzten stabilisierten Schlamm, der über Druckleitung 33 dem Yiärmeaus tauscher 7 zugeführt und nach 18 Stunden bei erfolgtem Wärmeaustausch mit einer Resttemperatur von 302,65 K (+29,5⁰C) über Preispiegelleitung 34 zur Schlammentwässerung 23 abgeleitet wirdβ Danach wird über Druckleitung 31 die Abwärme aus der Gaskraftmaschine 30 über einen Zeitraum von max« 4 Stunden zum weiteren Erwärmen des Prischschlammes auf die Endtemperatur von 310,15 K (+37⁰C) genutzt. Zur Verbesserung des Wärmeaustausches kann mehrmals täglich über Saugleitung 8, Pumpe 5 und Druckleitung 6 der Prischschlamm umgewälzt werden, lach Erreichen der Endtemperatur wird der Prischschlamm über Saugleitung 8, Pumpe 5 und Druckleitung 9 in den anaeroben geschlossenen Paulbehälter 10 gefördert. Im Paulbehälter 10 wird der Schlamm bei einer Verweilzeit von 96 Stunden und einer Temperatur von 308,15 K (+35⁰C) einer Methangärung im alkalischen Milieu unterzogen_o Bei der Prischschlammmenge von 2 1 * E~" · d ergibt sich die Raumgröße des Paulbehälters mit 8 1 · E~ und daraus die Raumbelastung von

125 E ^β m ^J mit einem Gasanfall von 30 1 · E · d. Der tägliche .Gasanfall beträgt 20.000 · 0,030 nP · E~¹ = 600 έ?.

Zur Unterstützung der optimalen Methangasgewinnung wird der Paulbehälter 10 über Saugleitung 11, Pumpe 5 und Druckleitung 9 mehrmals täglich umgewälzt, vor allem unmittelbar nach dem Beschicken mit Frischschlamm. Vor der erneuten PrischschlammbeSchickung wird

3 der behandelte Schlamm in einer Menge von Q = 40 m über Saugleitung 12, Pumpe 13 und Druckleitung 14 in den Schlammbehandlungsbehälter 15 der 2. Stufe gefördert und über Saugleitung 16, Pumpe 13 und Druckleitung 14 im Behälter 15 mittels Druckstrahlbegasung die mesophile aerobe Behandlung bis zum Erreichen einer Temperatur von 313,15 K (+40⁰C) durchgeführt, jedoch nicht langer als 24 Stunden» Danach wird der durch gesteuerte exotherme Wärmeentwicklung auf 313,15 K erwärmte Schlamm über Saugleitung 17, Pumpe 18 und Druckleitung 19 in den Schlammstabilisierungsbehälter 20 der 3· Behandlungsstufe gefördert und die thermophile aerobe Stabilisierung mittels Druckstrahler über Saugleitung 21," Pumpe 18 und Druckleitung 19 über einen Zeitraum von 24 h durchgeführt. Nach beendeter Stabilisierung wird der Schlamm über Freispiegelleitung 22 der Schlammentwässerung 23 und nach Erreichen des gewünschten Entwässerungsgrades der Schlammverwertung 24 zugeführt bzw. über Saugleitung 21, Pumpe 18 und Druckleitung 33 in den Wärmeaustauscher 7 gefördert und gelangt 24 Stunden zeitverzögert über Freispiegelleitung 34 zur Schlammentwässerung 23 und Schlamiaverwertung 24« Bei der aerob-thermophilen Stabilisierung wird eine Endtemperatur durch gesteuerte exotherme Wärmeentwicklung von etwa 323,15 K (+5O⁰C) erreicht. Bei der aeroben mesophilen Behandlung und thermophilen Stabilisierung werden nach Erfahrungswerten zwischen 0,3 und 0,5 kWh je

3 m zu begasende Flüssigkeit für c

um die Zielstellung zu erreichen.

m zu begasende Flüssigkeit für die Druckstrahlerpumpen benötigt,

Das sind bei 2 Behältern je 40 m Nutzinhalt

minimal 2 · 288 kWh · d"¹ = 576 kV/h · d~¹

maximal 2 · 480 kWh · d~¹ = 960 kWh · d"¹

im Mittel 2 · 384 kWh · d~¹ = 768 kWh · d~¹

Das im Faulbehälter 10 anfallende Methangas in einer Tagesmenge von 600 Nm bei 20.000 Einwohnergleichwerten wird über Gasleitung 25» Entschwefelung 26 und Gasleitung 27 in den Gasbehälter 28 mit einem Passungsνermögen eines Tagesanfalles gebracht und von hier

3 über Gasleitung 29 der Gaskraftmaschine 3o zugeführt. Je Hm Methangas kann mit hinreichender Sicherheit bei Anwendung eines Otto-Motors minimal 1,66 kWh erzeugt werden, so daß bei dem

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vorliegenden Gasanfall von 6OO m · d eine tägliche Elektroenergieerzeugung von 1000 kWh gewährleistet ist. Im Mittel wird die praktisch erzielbare Ausbeute bei 1.100 bis 1.200 kWh · d liegen, die bei Anwendung von Dieselmotoren noch wesentlich hoher sein kann. Die Gaskraftmaschine wird für kontinuierlichen 24-Stundenbetrieb ausgelegt, also für eine Elektroenergieerzeugung von 1.200 kWh : 24 h = 50 kW.

Bei einem Gleichzeitigkeitsfaktor von 1,0 besteht ein Bedarf von:

Pumpe 13 = 16 kW Pumpe 18 = 16 kW Pumpe 5 = 5 kW Pumpe 39 = 10 kW Beleuchtung = 3 kW

insgesamt = 50 kW

Damit ist eine sichere Energiebedarfsdeckung für die gesamte Schlammbehandlung gewährleistet.

Die Abwärme aus der Gaskraftmaschine 30 wird über Druckleitung in den Wärmeaustauscher 7 und/oder über Druckleitung 32 zu den Gebäuden 41 zur Direktheizung geleitet. Die erzeugte Elektroenergie wird über Elektrokabel 43 zu den Pumpen 5, 13, 18, 39 und zur Verteilung für Beleuchtung geführt.

Zur Optimierung des Verfahrens wird als Variante der stabilisierte Schlamm aus dem Schlammstabilisierungsbehälter 20 über Saugleitung 21, Pumpe 18 und Druckleitung 35 in den Wärmeaustauscher 36 gefördert. Mittels Pumpe 39 wird das Gebäude 41 über Druckleitungen 38 und 40 und Saugleitung 42 geheizt.

Nach ausreichendem Wärmeentzug wird der Schlamm über Freispiegelleitung 37 zur Entwässerung 23 und Schlammverwertung 24 geleitet· Da bei dieser Variante der Wärmeaustauscher 7 nicht mehr mit heißem stabilisiertem Schlamm über Druckleitung 33 beschickt werden kann, -wird zur Vorerwärmung des nur 283,15 K (+10 C) warinen Frischschlammes der fertig anaerob behandelte Schlamm aus Paulbehälter 10 mit einer Temperatur von 308,15 (+35⁰C) vor der aerob-mesophilen Behandlung über Saugleitung 11, Pumpe 5 und Druckleitung 6 in den Wärmeaustauscher 7 gefördert. Nach eingetretenem Temperaturausgleich von 294₅15 K (+21⁰C) nach 20 Stunden wird der Frischschlamm über Druckleitung 31 weiter bis auf 310,15 K (+37⁰C) erwärmt, während der auf 294,15 K (+21⁰C) abgekühlte anaerob behandelte Schlamm über Saugleitung 8, Pumpe 5 und Druckleitung 44 direkt in den Schlammbehanälungsbehälter 15 geführt wird.

Mit Einbeziehung dieser Variante in das gesamte prozeßgesteuerte »Verfahren wird neben dem Vorteil einer optimalen Energienutzung eine günstigere Bakterienentwicklung wegen des größeren zu durchlaufenden mesophilen Temperaturbereiches um v/eitere 14 K (14⁰C) im aerob-mesophilen Behälter 15 erwartet. Das vorliegende Verfahren wird unter Einbeziehung der Mikroelektronik so optimiert, daß mit dem erreichten Ziel einer hohen Ansprüchen genügenden Verwertbarkeit des Schlammes als Hochleistungsverfahren keine Fremdenergie benötigt und sogar mit dem aus den hohen Prozeßgeschwindigkeiten herrührenden Energieüberschuß das Anlagegebäude geheizt unddie Beleuchtungsenergie abgedeckt werden kann.

Claims (1)

1. Erflndun^sanspruch

   Verfahren zur Behandlung von organischem Material in wäßrigen Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kombination von zwingend begrenzten Teilen der bekannten Verfahren in der Reihenfolge anaerob-mesophile und aerob-mesophile oder vorzugsweise anaerob-mesophile, aerob-mesοphiIe und aerob-thermophile Behandlung die Stabilisierung, Hygienisierung, Desodorierung, Peststoffminderung, gute Entwässerbarkeit des organischen Materials und die Schaffung der Grundlage zur Puttereiweißproduktion bei einer Prozeßdauer von < 150 Stunden, vorzugsweise von 96 bis 120 Stunden ohne Zuführung von Premdenergie erreicht wird·

   Hierzu 1 Seite Zeichnung