DD218608A1 - Verfahren und anlage zur anaeroben behandlung organischer stoffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur mikrobiellen Freisetzung von Biogas aus fluessigen, mit organischen Stoffen angereicherten Medien, wie Klaerschlamm, Guelle und hochkonzentrierten Abwaessern, wobei gleichzeitig eine biochemische Stabilisierung der Substrate zu verzeichnen ist. Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, mit deren Hilfe die mikrobielle Biogasfermentation stabilisiert und pro Reaktorvolumen und Zeiteinheit erhoeht, die Aufenthaltszeit im Reaktor verkuerzt, der Energiegehalt des Biogases durch Reduzierung des Kohlendioxydanteils erhoeht und die Entwaesserbarkeit des behandelten Mediums verbessert werden sollen. Das Wesen der Erfindung wird darin gesehen, dass die zwei, bei der Biogasfreisetzung stoffwechselwirksamen Bakterienhauptgruppen, raeumlich getrennt werden. Dabei werden in einem ersten Reaktor fuer die Bakterien der "sauren" Phase und in einem zweiten Reaktor fuer die Bakterien der "alkalischen" Phase besonders hinsichtlich des p H-Wertes, der Reaktionstemperatur und der Naehrsubstratzusammensetzung optimale Milieubedingungen geschaffen. Im ersten Reaktor wird die Methanfermentation zusaetzlich durch diskontinuierlichen Lufteintrag unterbunden. In einem dem zweiten Reaktor nachgeschalteten Seperator wird die Biomasse abgetrennt und teilweise rueckgefuehrt. Die Phasentrennung (Flotation) wird durch langsames Abkuehlen des Mediums und durch die Wirkung des im zweiten Reaktor angeordneten Fuellmaterials verbessert und beschleunigt.

Description

Verfahren und Anlage zur anaeroben Behandlung organischer Stoffe

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur mikrobiellen Fermentation organischer Stoffe zur Gewinnung von Biogas. Sie bezieht sich insbesondere auf flüssige, mit organischen Stoffen angereicherte Medien, wie Klärschlamm, Gülle und hochkonzentrierte Abwässer, wobei durch den weitgehenden Abbau der mikrobiell angreifbaren organischen Stoffe gleichzeitig eine biochemische Stabilisierung der Substrate zu verzeichnen ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren zur Gewinnung von Biogas aus hochmolekularen organischen, Abfallstoffen werden in vielen Ländern seit Jahrzehnten zur Energiegewinnung genutzt» Angesichts der zunehmenden Verknappung und Verteuerung fossiler Brennstoffe und dem gleichzeitig steigenden Anfall organischer Abprodukte in Industrie, Landwirtschaft und Haushalt, gewinnt das Verfahren der mikrobiellen Methanfermentation wieder zunehmend an Bedeutung. Der besondere Vorteil der Biogasgewinnung wird vor allem darin gesehen, daß hierbei Substrate zum Einsatz gelangen, die im Stoffkreislauf der Natur ständig wieder produziert werden. Der Hauptnachteil der bekannten Verfahren der Methanfermentation gegenüber aeroben Stabilisierungsverfahren liegt in der geringen Belastbarkeit der Anlagen und der langen Paulzeit von 20 bis 30 Tagen. Die anaerobe Behandlung organischer Stoffe zur Gewinnung von

Methan vollzieht sich in zwei Phasen:

In der ersten, sauren Phase werden polymere Verbindungen wie Cellulose, Proteine, Lipide und andere Substanzen durch hydrolytisch wirkende Enzyme in niedermolekulare Stoffe aufgespalten, und in der nachfolgenden neutralen bis schwach alkalischen methanogenen Phase werden die Spaltprodukte der ersten Phase weiter zu Methan und Kohlendioxyd abgebaut. Die in den einzelnen Phasen stoffwechselwirksamen Bakterien stellen jedoch an das Milieu, besonders hinsichtlich des Säuregrades, der Reaktionsiemperatur und des Substratangebotes unterschiedliche Ansprüche, Hinzu kommt, daß die spezifische Wachstumsrate der Bakterien der ersten Phase um ein Mehrfaches über der der zweiten Phase liegt. Trotz der vorhandenen Kenntnisse über den zweistufigen Prozeßablauf war es bisher nicht möglich, diese Prozesse in getrennten Reaktoren unter den jeweils optimalen Bedingungen, ablaufen zu lassen. Auch bei mehrstufigen Anlagen erfolgte stet» eine Überlagerung beider Prozesse·

In den letzten Jahren ist über einige Untersuchungen berichtet worden, die darauf gerichtet waren, die Trennung der Prozeßstufen durch besondere technische Maßnahmen zu erreichen. In einer Variante wird nach der sauren Gärung eine Fest-Flüssig-Trennung durchgeführt und nur die flüssige Phase im Methanreaktor weiterbehandelt. Dadurch sinkt die Gasausbeute und die Behandlung des instabilen, geruchsintensiven sauren Schlamms bleibt ungelöst.

Die Abtrennung und Rückführung der aus dem sauren Reaktor stammenden absetzbaren Stoffe und die alleinige Zuführung der flüssigen Phase in den alkalischen Reaktor kann vor allem bei hoher Raumbelastung zu einer Leistungsminderung bzw. zum völligen Ausfall der methanfermentierenden Bakterien führen. Bei hoher Biomassekonzentration im Methanreaktor werden die in der flüssigen Phase vorhandenen und diskontinuierlich zugegebenen organischen Säuren und das Kohlendioxyd sehr schnell zu Methan umgesetzt. Dies führt zu einem Anstieg der pH-Werte > 8,0.

Bereits bei einem pH-Wert von 8,0 werden bei Temperaturen über 30 ⁰C rund 6 $> der im Schlammwasser gelösten Ammoniumionen zu

stark toxischem Ammoniak -umgesetzt. Es ist dann mit Ammoniakkonzentrationen zwischen 20 und 30 mg/1 zu rechnen. Ammoniak gehört zu den starken Zellgiften, das bereits bei Konzentrationen ^ 10 mg/1 auf Wasserorganismen toxisch wirkt. Dieser Vorgang kann bei der vorgeschlagenen Verfahrensführung nur durch erhöhten meßtechnischen Aufwand und durch Zudosierung von neutralisierenden Substanzen in erheblichen Mengen verhindert werden.

In einer weiteren Variante ist vorgesehen^ nach der sauren Gärung eine zweistufige Fest-Flüssig-Trennung durchzuführen. In der ersten Trennstufe wird der nicht abgebaute Rückstand abgetrennt und in den Methanreaktor überführt. Die flüssige Phase wird unter Zusatz von Chemikalien einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei die Zellen der Säurebildner ausgeflockt werden. Letztere werden in der zweiten Trennstufe abgeschieden und in den Säurereaktor rückgeführt. Die flüssige Phase gelangt in den Methanreaktor. Diese Variante erfordert zum stabilem Betrieb an- verschiedenen Stellen den Einsatz von Chemikalien und Energie, eine mehrfache Kreislaufführung verschiedener, Medien, die Vorbehandlung des Rohmaterials und einen erheblichen regeltechnischen Aufwand.

In einer besonderen Ausführungsform soll der Schlamm nach der Methanfermentation von der flüssigen Phase getrennt und teilweise wieder rückgeführt werden. Bei diesem Verfahrensschritt sind jedoch in der vorgeschlagenen Form Nachteile zu erwarten, die sich auf das Leistungsvermögen des Verfahrens auswirken.

So ist bekannt, daß sich ein derartiges Medium unvollständig, unregelmäßig und vor allem sehr langsam trennt. Die relativ lange Seperationszeit hat ein deutliches Absinken der Reaktionstemperatur und somit ein Nachlassen der Leistungsfähigkeit bzw. eine Inaktivierung der empfindlichen Methanbakterien zur Folge.

Außerdem werden bei dieser Form der Seperation neben aktiver auch inaktive bzw. tote Biomasse sowie andere absetzbare Substrate ausgetragen und nach der Phasentrennung in ähnlicher Zusammensetzung teilweise wieder in den Reaktor gepumpt. Ein optimaler StoffUmsatz im Methanreaktor wird jedoch erst dann

erreicht, wenn entweder aus dem Reaktor nur inaktive bzw. tote Substanz entnommen oder wenn aus dem Substratgemisch im nachgeschalteten Separator vorwiegend aktive Biomasse ohne Schädigung abgetrennt und in den Reaktor zurückgeführt wird.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine dafür geeignete Anlage zur Gewinnung von Biogas aus ' flüssigen, mit organischen Stoffen angereicherten Medien mittels Zweiphasenfaulung zu finden, wobei im Vergleich zu den bekannten Verfahren und Einrichtungen durch veränderte und gleichzeitig vereinfachte Verfahrensführung der Wirkungsgrad hinsichtlich der Gaspröduktion pro Reaktorvolumen, der Gaszusammensetzung und der Beschaffenheit des behandelten Mediums verbessert, der technische Aufwand bezüglich der Anzahl der Reaktoren, Separatoren, Pumpen, Rühr-, Dosier- und Regeleinrichtungen reduziert, die biochemische Stabilität des Verfahrens verbessert und der Energieeinsatz vermindert werden sollen«

Es ist insbesondere Ziel der Erfindung, ohne Einsatz von Chemikalien einen stabilen Betrieb bei kurzer Reaktionszeit zu erreichen. " ;

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine geeignete Anlage zu entwickeln, mit denen eine Phasentrennung der biochemischen Umsetzung im Dauerbetrieb bei Verzicht auf zwischengeschaltete Behandlungsstufen erreicht wird. Weiterhin soll ein stabiles pH-Wert-Regime ohne Chemikalienzusatz in den einzelnen Reaktoren ermöglicht werden* Die Biogasausbeute und der Methangehalt sollen erhöht werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

- in einer ersten Stufe hochmolekulare organische Stoffe im anaeroben, sauren Milieu (pH < 5,5), bei Reaktionstemperaturen < 20 ⁰C, mikrobiell, vorzugsweise durch säurebildende Bakterien, zu niedermolekularen Verbindungen aufgespalten werden;

.- das aus Bakterienzellen, absetzbaren Stoffen und gelösten niedermolekularen Verbindungen bestehende Stoffgemisch in einer

zweiten Stufe mit methanfermentierenden Bakterien zusammengebracht wird, wobei die niedermolekularen Verbindungen im leicht alkalischen Milieu (pH 7,0 bi3 7,8) und Reaktionstem-

o peraturen zwischen 30 und 40 C zu Biogas fermentiert werden, und die aus der ersten Stufe eingetragene Biomasse und die absetzbaren Stoffe biochemisch stabilisiert werden;

- in der zweiten Stufe eine Ruhezone vorhanden ist, in der sich vor allem inaktive Biomasse und absetzbare Schlamminhaltsstoffe ablagern.

Erfindungsgemäß besteht die Ruhezone in der zweiten Stufe aus einem Material, das durch eine große biologisch nutzbare Oberfläche und ein großes Porenvolumen gekennzeichnet ist. Es erfolgt hier eine biochemische Stabilisierung der festen und ein weitergehender Abbau der gelösten organischen Stoffe. Die Schlamraentnahme aus der zweiten Stufe erfolgt aus dieser Zone, dadurch wird kaum aktive Biomasse aus dem Reaktor ausgetragen.

In der zweiten Stufe würde ein längeranhaltender. Anstieg des pH-Wertes in den stärker alkalischen Bereich (pH > 8) auf Grund der Freisetzung von stark toxischem Ammoniak aus Ammonium zu einer Schädigung der Methanbakterien und somit zu einem Leistungsabfall des Verfahrens führen. Ein pH-Wertanstieg tritt durch den Abbau bzw. Entzug der organischen Säuren und des Kohlendioxydes ein. Erfindungsgemäß wird daher bei der Beschickung der zweiten Stufe Biomasse aus der ersten Stufe mitgeführt. Diese meist säurebildenden Bakterien produzieren bis zur physiologischen Inaktivierung ständig noch geringe Mengen organischer Säuren und Kohlendioxyd und bewirken damit eine ausreichende Neutralisierung.

Der aus der zweiten Stufe aus dem Bereich der Ruhezone entnommene und in den Seperator überführte Schlamm besteht vor allem aus inaktiver Biomasse der ersten Verfahrensstufe sowie in geringerem Maße aus physiologisch unterschiedlich aktiven Methanbakterien der zweiten Stufe. Vor einer Schlammrückführung ist eine weitgehende, schnelle und schonende Trennung der aktiven, methanfermentierenden Bakterien von den anderen partikulären Stoffen und der flüssigen Phase erforderlich.

Erfindungsgemäß wird dabei so vorgegangen, daß bei der Separation die Temperatur des Mediums über einen Zeitraum von 3.-5 Stunden nicht wesentlich von der, Reaktionsteaperatur der zweiten Stufe abweicht. Im Seperationszeitraum darf die 'Temperatur max« 5 ' - 7 ⁰C absinken«. Dadurch wird die Stoffwechselintensität der Methanbakterien nicht vermindert« Die Gasproduktion führt zn einem Flotationseffekt und somit zu einem Aufschwimmen von biomasseangereichertem Schlamm»

Die Flotationsgeschwindigkeit wird durch die Wirkung der Ruhezone dadurch erhöht, daß der aus dieser Zone entnommene'Schlamm mit Biogasblasen angereichert ist. Das Gas bewirkt eine schnelle-

Erfindungsgemäß führen die dargestellten Verfahrensschritte zu einer Aufkonzentrierung von aktiver, laethanfermentierender Biomasse in der zweiten Stufe und somit zu hohen Umsatzraten. In der zweiten Stufe sind Biogasproduktionswerte von > 2 m /m'₉d erreichbar. ' .

Bei Schlammbelastungen < 2 kg/m ed und Schlammkonzentrationen > 2 i> organischer Trockensubstanz kann auf eine Rückführung von Schlamm aus der dritten in die zweite Stufe und somit auf einen Separator verzichtet werden» Die Ruhezone muß in diesem Fall etwa 10 $ des Reaktiomsvolumens der zweiten Stufe betragen. Dagegen muß bei dünnen Schlämmen (< 2 <fi o»TS) und hoher Raumbelastung ( > 2 kg/m .-d) auf Grund der kurzen Aufenthaltszeit und der dadurch bedingten hohen Ausspülungsrate von Biomasse stets ein Teil des mit aktiver Biomasse angereicherten Schlammes aus der dritten in die zweite Stufe zurückgeführt werden. Es wird soviel Schlamm zurückgeführt, daß der Gehalt an organischer Trockensubstanz in der zweiten Stufe nicht unter 11 bis 13 g/l absinkt. Bei einer derartigen Verfahrensführung beträgt die Ruhezone etwa 5 $ des Reaktorvolumens.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Methanferment ation in der ersten Stufe zusätzlich durch diskontinuierliches Einblasen von Luftsauerstoff weitgehend unterbunden. Durch den Lufteintrag werden gleichseitig die in dieser Stufe

entstehenden nichtbrennbaren, toxischen, korrosiven und geruchsintensiven gasförmigen Verbindungen teilweise ausgetrieben bzw. chemisch gebunden.

Zur Erhöhung des Methananteils des Biogases ist zusätzlich vorgesehen, einen Teil des in der zweiten Stufe produzierten Gases in Abständen von 1 bis 2 Stunden erneut mit der Biomasse der zweiten Stufe in Kontakt zu bringen. Dadurch wird ein Teil des im Biogas vorhandenen Kohlendioxydes und der Wasserstoff zu Methan fermentiert.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Durchführung des genannten Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch

- einen ersten Reaktor, in dem die hochmolekularen organischen Stoffe durch anaerob lebende Bakterien im sauren Bereich zu niedermolekularen Verbindungen aufgespalten werden;

- einen zweiten Reaktor, in dem die niedermolekularen Verbindungen durch methanfermentierende Bakterien zu Biogas umgesetzt werden und die aus dem ersten Reaktor eingetragene Biomasse stabilisiert wird;

- ein dem zweiten Reaktor nachgeschalteter Separator, in dem der im zweiten Reaktor anfallende Schlamm in drei verschiedenen Phasen (Flotationsschlamm, abgesetzter Schlamm und Schlammwasser) getrennt wird;

- durch eine Einrichtung zur Zurückführung von Schlamm aus dem Separator in den zweiten Reaktor.

Erfindungsgemäß sind 5 bis 10 i<> des Reaktorvolumens des zweiten Reaktors mit einem Material gefüllt, das durch biochemische Stabilität, geringes Eigenvolumen, große Oberfläche und großes Porenvolumen gekennzeichnet ist. Vorzugsweise werden als Füllmaterial die in der Abwassertechnik zur Beschleunigung des Absetzvorganges eingesetzten sogenannten "Röhrenpakete" genutzt.

Die Reaktoren und der Separator der Vorrichtung sind so angeord-

t \

net, daß das Medium ohne Zwischenpumpen vom ersten über den zweiten Reaktor in den Separator gelangt und dort ein Teil der Abwärme des zweiten Reaktors durch den ersten Reaktor und den Separator aufgenommen wird. .

Das Umwälzen des Meditims im ersten Reaktor erfolgt durch Umpumpen und durch diskontinuierliches Einblasen von Luft und im zweiten Reaktor durch diskontinuierliches Einblasen von Bio-

Die Funktion ist wie folgt % '

Der eingedic&te, von Sperrgut befreite Frisehsehlamm wird in den ersten Reaktor gepumpt. Hier werden die biologisch abbambaren, hochmolekularen organischen Stoffe im sauren Bereich mikrobiell Eu solchen niedermolekularen Verbindungen aufgespalten, die von den Methanbakterien direkt zu Biogas fermentiert werden können. Um die Methanfermentation im ersten Reaktor weitgehend zu unterbinden, werden die Reaktionstemperatur und der Säuregrad relativ niedrig gehalten« Außerdem wird in zeitlichen Abständen Luft säuerst off in das Medium eingetragen«, Dabei werden gleichzeitig bakterientoxisches, nicht brennbare, korrosive und geruchsintensive Gase teilweise desorbiert bzw» chemisch gebunden und außerdem wird der Schlamm im Reaktor umgewälzt. Aus dem ersten leaktor gelangt das mit gelösten organischen Säuren und Biomasse angereicherte Substrat in den zweiten Reaktor. Hier werden die niedermolekularen Stoffe durch methanfermentierende Bakterien au Biogas umgewandelt« Die aus dem ersten Reaktor eingetragene Biomasse lagert sich nach physiologischer Inaktivierung gemeinsam mit anderen absetzbaren Stoffen und inaktiver bzw* toter Biomasse aus dem zweiten Reaktor im Bereich der Ruhezone ab und wird hier biochemisch stabilisiert. Das Biogas wird in vorgegebenen zeitlichen Abständen durch Umpumpen erneut mit der Biomasse in Kontakt gebracht» Dadurch wird ein Teil des im Biogas befindlichen Kohlendioxydes und Wasserstoffes "zu"Methan fermentiert. Gleichzeitig wird bei diesem Vorgang das Medium im Reaktor umgewälzte Das im Bereich der .Ruhezone angereicherte Medium wird in den naohgeschalteten Separator geleitet» Hier wird die Trennung der festen von der flüssigen Phase vorgenommen« Der Trennprozeß wird durch langsames Abkühlen des Schlammes begünstigt-.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden:

Abb. 1 zeigt ein diagrammartiges Fließschema

Die Einarbeitung der beiden Reaktoren, 9, 13, erfolgt nach an sich bekannten Methoden, die hier nicht näher dargestellt werden. Nach der Einarbeitungsphase wird dem zweiten Reaktor, 13» in täglichen oder kürzeren Abständen durch Öffnen des Schiebers, 21, und Schließen des Schiebers, 22, eine bestimmte, der jeweiligen Belastung des Reaktors, 13, entsprechende Schlammenge aus dem Bereich der Ruhezone, 19, entnommen und über die Schlammleitung, 24, dem Separator, 14, zugeführt. Dabei fließt aus dem Reaktor, 9, über Öffnungen, 12, mit organischen Säuren angereicherter Schlamm in den zweiten Reaktor, 13# Gleichzeitig wird über einen Programmzeitgeber, 1, die Schlammpumpe, 16, sowie die Schieber, 15, 17, angesteuert. Die Pumpe, 16, befördert von Sperrgut und groben Schwebstoffen befreiten frischen Schlamm solange in den unteren Teil des Reaktors, 9, bis in beiden Reaktoren, 9, 13, ein vorgegebener Flüssigkeitsstand erreicht wurde. Im Reaktor, 9, werden die biologisch abbaubaren, hochmolekularen organischen Stoffe im sauren Bereich durch fakultative und obligate, anaerob lebende Bakterien zu niedermolekularen Verbindungen aufgespalten. Dieser Vorgang ist in Abhängigkeit von Reaktionstemperatur, Biomassekonzentration und Schlammbelastung nach 1 bis 3 Tagen weitgehend abgeschlossen. Die Thermo stat isiervorrichtung, 6, 10, 11, wird erst dann eingeschaltet, wenn die Temperaturen im Reaktor, 9, unter 10 ⁰C absinken.

Das Medium im Reaktor, 9, wird durch die programmgesteuerte Pumpe, 16, nach Schließen des Schiebers, 15, und Öffnen des Schiebers, 17, täglich 1- bis 2mal umgewälzt. Um die Methanfermentation im Reaktor, 9, weitgehend zu unterbinden, wird durch Aufkonzentrierung der organischen Säuren ein niedriger pH-Wert sowie ständig eine für Methanbakterien relativ niedrige Reaktionstemperatur aufrechterhalten. Außerdem wird täglich für einige Minuten die Pumpe, 7, angesteuert; diese saugt über einen Stutzen, nach öffnen des Schiebers, 4,

Luft an und führt dieses Gasgemisch im unteren Teil des Reaktors? 9? wieder ein» Nach einigen Minuten wird der Schieber, 4, geschlossen und das Gas noch eine kurze Zeit ira Kreislauf ge~ jführt bis der Luftsäuerstoff weitgehend abgebunden wurde. Dieser Proseß führt gleichzeitig zur teilweisen Desorption und chemischen Bindung von Schwefelwasserstoff und Ammoniak sowie zur öncwälzung des Reaktorinhaltes.. Während des Betriebes diffundiert das vorwiegend aus Kohlendioxyd, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Wasserstoff und Stickstoff bestehende Faulgas durch den chemischen Filter, 5, in die Atmosphäre» Abgesetzte Grobstoffe können durch Öffnen des Schiebers^ 18, aus dem Reaktor, 9? entnommen werden.,

Im zweiten -Reaktor, · 15., werden die organischen Spaltprodukte des Reaktors, 9* durch obligat anaerobe, methanfermentierende Bakterien unter leicht alkalisehen Bedingungen zu Biogas umgesetzt» Der erforderliche pH-Wert von 7 ··· 7,8 wird bei genauer Substratzuführung aus dem Reaktor, 9? ohne Regelvorrichtung selbständig aufrechterhalten» Die Reakt-ionstemperatur wiM durch e,ine Thermostatisiervorrichtung, 6, 10, 11, konstant gehalten,.

Im Bereich der ßuhezone, 19, 14 Reaktor, 13? lagern, sich die aus dem ersten Reaktor, 9, eingetragene Biomasse sowie vorwiegend tote und inaktive Bakterien aus dem zweiten Reaktor, 13$ und-andere absetzbare .Sehlamminhaltsstöffe ab» Die partikulä-.ren Stoffe werden hier biochemisch stabilisiert, und die in · der flüssigen Phase gelösten organischen Stoffe werden weitgehend zu Biogas fermentiert·

In Abständen von 1 bis 2 Stunden wird'durch'den·Programmzeitgeber, 1-, die Pump®, 3, angesteuerte Diese saugt aus dem Gasraum des Reaktors, 13, Biogas ab und drückt dieses über der Ruhezorie, 19_S' des Reaktors, 13, über mehrere, über die Fläche verteilte Düsen, in.das.Reaktionsmedium·-Dies führt zu einer Durchaiischung des Reaktorvolumens· Gleichzeitig wird das im Biogas enthaltene Kohlendioxyd und der Wasserstoff erneut mit Biomasse, in Kontakt gebracht und dadurch teilweise zu Methan fermentiert.»

Die langsame'WachstuK.sgeschwindigkeit der Methanbakterien und der bei der Schlammentnahme aus dem Reaktor, 13, nicht zu vermeidende erhebliche Biomasseaustrag machen bei höheren Belastun-

gen eine teilweise Abtrennung und Rückführung der Biomasse in den Reaktor, 13, unumgänglich. Die Abtrennung wird in einem Separator, 14, vorgenommen. Erfahrungsgemäß trennt sich ein derartiges Schlämmwassergemisch nur langsam und unvollständig. Die relativ schnelle Trennung der Phasen wird dadurch erreicht, daß das in den Separator, 14, geleitete Medium langsam abgekühlt wird. Dabei ,wird die Abwärme des Reaktors, 13, genutzt. Die langsame Abkühlung bewirkt, daß die Stoffwechselintensität der ausgetragenen Bakterien noch einige Stunden beibehalten wird. Das freigesetzte Methan führt zu einem Flotationseffekt. Die Phasentrennung ist nach 3 bis 5 Stunden beendet· Die Geschwindigkeit der Phasentrennung wird durch die Ruhezone, 19, im Reaktor, 13, erhöht. Das aus diesem Bereich entnommene Medium enthält u. a. noch Biomasse sowie eingeschlossene Biogasblasen. Aktive Biomasse und Gasblasen steigern den Flotationseffekt im Separator, 14·

Die flüssige Phase und ein Teil des Schlammes werden durch Öffnen des Schiebers, 22, abgelassen. Ein Teil der festen, mit Biomasse angereicherten Phase wird durch die Pumpe, 20, über die Schlammleitung, 25, in den Reaktor, 13, zurückgepumpt und dort durch Einschalten der Pumpe, 3, sofort vermischt.'

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch.,

   1. Verfahren zur anaeroben Behandlung organischer Stoffe bei dem die flüssigen, mit hochmolekularen organischen Stoff®, angereicherten Medien in einer ersten Stufe in einem anaeroben, sauren Milieu mikrobiell, vorzugsweise durch säurebildende Bakterien zu niedermolekularen Verbindungen,aufgespalten werden und in einer zweiten Stufe die niedermolekularen Verbindungen durch methanbildende Bakterien zu Biogas umgewandelt werden, gekennzeichnet dadurch, daß das gesamte Substratgemisch aus der ersten Stufe, 9, ohne Phasentrennung in die zweite Stufe, 13, eingebracht wird, wobei in der zweiten Stufe, 13, eine Ruhezone, 19, vorhanden ist, in der sieh die Bakterien und absetzbare, feste Schlamminhaltsstoffe der ersten Stufe, 9, sowie inaktive, tote und teilweise aktive Biomasse der zweiten Stufe, 13, ablagern und hier biochemisch stabilisiert werden»

   2» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadoxch, daß die Ruhezone biologisch nutzbare Bewuchsflächen enthält, in deren Hohlräumen aktive Biomasse das abgelagerte Substrat biochemisch stabilisiert und die gelösten organischen Stoffe weitgehend zu Biogas fermentiert werden, wobei sich das Biogas im Bereich dieser Zone teilweise anreichert.

   ο Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch,·daß die Ruhezone, 1,9, bis zu ca. 10 $> des Reaktorvolumens oberhalb der Bodenfläche der zweiten Stufe, 13? einnimmt.
2. 4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abkühlung des aus der Ruhezone, 19, entnommenen Substratgemisches verzögert wird, wodurch die Stoffwechselintensität der Methanbakterien erhalten bleibt und wobei das Gemisch weitgehend in eine flüssige Phase, eine Sedimentationsphase und eine mit aktiver Biomasse angereicherte Flotationsphase ge-· trennt wird, wobei ein Teil der Flotationsphase in die zweite Reaktionszone, 13, rückgeführt wird.

   Verfahren nach Punkt 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des aus der Ruhezone, 19, zur Seperation entnommenen Substratgemisches über einen Zeitraum von 3 bis

   5 Stunden annähernd der Reaktionstemperatur der zweiten Stufe, 13, entspricht bzw. im Seperationszeitraum von dieser nicht mehr als 5 bis 8 ⁰C abweicht.
3. 6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des in der zweiten Stufe, 13, produzierten Gases in Abständen von 1 bis 2 Stunden erneut mit der Biomasse der zweiten Stufe in Kontakt gebracht wird.
4. 7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in die erste Stufe in vorbestimmten Abständen Luft eingetragen wird.
5. 8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein erster Reaktor, 9,, in dem die hochmolekularen organischen Stoffe durch anaerob lebende Bakterien zu niedermolekularen Verbindungen aufgespalten werden, mit einem zweiten Reaktor, 13, in dem die niedermolekularen Verbindungen durch methanfermentierende Bakterien zu Biogas umgesetzt werden, in hydraulischer Verbindung steht, der zweite Reaktor, 13, am Boden bis zu ca. 10 $ seines Volumens mit Füllkörpern, 19, von biochemischer Stabilität, geringem Eigenvolumen, großer biologisch nutzbarer Oberfläche und großem Porenvolumen gefüllt ist, wobei in der Ruhez,one, 19, die Schlammentnahmeleitung, 24» angeordnet ist, die in den Separator, 14, eingebunden ist und eine Leitung, 25, zur Rückführung von aktivem Flotationsschlamm aus dem Separator, 14, in den zweiten Reaktor, 13» vorhanden ist.

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