DD225983A2

DD225983A2 - METHOD AND APPARATUS FOR ANAEROBIC TREATMENT OF ORGANIC MATERIALS

Info

Publication number: DD225983A2
Application number: DD24342982A
Authority: DD
Inventors: Volkmar Peukert
Original assignee: Wassertech Forschung
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1982-09-22
Publication date: 1985-08-14

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. Das Ziel der Erfindung ist eine weitere Verbesserung des Verfahrens des WP 218 608 und eine Vereinfachung des Prozessablaufes. Erfindungsgemaess wird der Schlamm aus dem oberen Bereich der ersten sauren Faulstufe (4) entnommen und in den unteren Bereich der Methanstufe (5) dicht oberhalb einer durch eine Stroemungsleiteinrichtung abgetrennte Ruhezone (11) eingeleitet. Dadurch gelangt ein grosser Teil der nicht weiter abbaubaren absetzbaren Feststoffe aus der unmittelbaren Reaktionszone heraus, wodurch diese weitaus hoeher belastet werden kann. Weiterhin erfolgt eine periodische Umwaelzung (9) vom oberen Teil des Methanreaktors (5) in den unteren dicht oberhalb der Ruhezone (11). FigurThe invention relates to a method and a plant for the microbial release of biogas from liquid media enriched with organic substances, such as sewage sludge, galleons and highly concentrated effluents, wherein a biochemical stabilization of the substrates can be recorded at the same time. The aim of the invention is a further improvement of the method of WP 218 608 and a simplification of the process flow. According to the invention, the sludge is taken from the upper region of the first acid digestion stage (4) and introduced into the lower region of the methane stage (5) just above a quiescent zone (11) separated by a flow guiding device. As a result, a large part of the non-degradable settleable solids passes out of the immediate reaction zone, which can be charged much higher. Furthermore, there is a periodic circulation (9) from the upper part of the methane reactor (5) in the lower close above the rest zone (11). figure

Description

Verfahren und Anlage zur anaeroben Behandlung organischer StoffeProcess and plant for the anaerobic treatment of organic matter

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur mikrobiellen Fermentation organischer Stoffe zur Gewinnung von Biogas nach WP 218 608 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.The invention relates to a method and a plant for microbial fermentation of organic substances for the production of biogas according to WP 218 608, it relates in particular to liquid, enriched with organic substances media, such as sewage sludge, liquid manure and highly concentrated wastewater, with the extensive degradation of microbially vulnerable organic substances simultaneously a biochemical stabilization of the substrates is recorded.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ·Characteristic of the known technical solutions

Das Haupt patent (WP CO23¹/239416) zeichnet sich durch folgende wesentliche Merkaale aus:The main patent (WP CO23 ^1/239416) is characterized by the following essential Merkaale:

- In einer ersten Stufe werden hochmolekulare organische Stoffe im anaeroben, sauren Milieu (pH ·< 5,5), bei Reaktionstemperaturen < 20 ⁰C, mikrobiell, vorzugsweise durch säurebildende Bakterien, zu niedermolekularen Verbindungen aufgespalten.- In a first stage, high molecular weight organic substances in anaerobic, acidic medium (pH · <5.5), at reaction temperatures <20 ⁰ C, microbially, preferably by acid-forming bacteria, split into low molecular weight compounds.

- Das aus Bakterienzellen, absetzbaren Stoffen und gelösten niedermolekularen Verbindungen bestehende Stoffgeraisch wird in einer zweiten Stufe mit methanfermentierenden Bakterien zusammengebracht, wobei die niedermolekularen Verbindungen im leicht alkalischen Milieu (pH 7,0 bis 7,8) und Reaktionstemperaturen zwischen 30 und 40 C zu Biogas fermentiert werden und die aus der ersten Stufe eingetragene Biomasse und die absetzbaren Stoffe biochemisch stabilisiert werden.The Stoffgeraisch consisting of bacterial cells, settleable substances and dissolved low molecular weight compounds is brought together in a second stage with methane fermenting bacteria, the low molecular weight compounds in a slightly alkaline medium (pH 7.0 to 7.8) and reaction temperatures between 30 and 40 C to biogas be fermented and the registered from the first stage biomass and the settleable substances are biochemically stabilized.

- In der zweiten Stufe ist eine Ruhezone vorhanden, in der sich vor allem inaktive Biomasse und absetzbare Schlamminhaltsstoffe ablagern.- In the second stage, there is a quiet zone in which mainly inactive biomass and settleable sludge constituents are deposited.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist eine weitere Verbesserung des Verfahrens des Hauptpatenta und eine Vereinfachung des Prozeßablaufes.The aim of the invention is a further improvement of the method of Hauptpatenta and a simplification of the process flow.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Prozeßablauf, ohne eine nachgeschaltete Dreiphasentrennung mit Schlammkreislauf zu erreichen. Weiterhin soll die Ruhezone vereinfacht ausgebildet werden.The object of the invention is to achieve an improved process flow, without a downstream three-phase separation with sludge cycle. Furthermore, the quiet zone should be simplified.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einführung des Schlammes aus der ersten sauren Faulstufe in die Methanstufe aus dem oberen Bereich der ersten in den unteren Bereich der zweiten Stufe in geringem Abstand oberhalb der Ruhezone erfolgt, die schweren, überwiegend anorganischen Schlammfeststoffe durch einen Strömungsstabilisator 'in die bis zu ca. 7 % des Reaktorvolumens der Methanstufe einnehmende Ruhezone gelangen und in vorbestimmten Abständen ein Teil des Reaktorinhaltes der Methanstufe aus dem oberen Drittel in das untere Drittel des Reaktors dicht oberhalb der Ruhezone rezirkuliert wird.According to the invention the object is achieved in that the introduction of the sludge from the first acid digestion stage in the methane stage from the upper part of the first in the lower part of the second stage at a short distance above the rest zone, the heavy, predominantly inorganic sludge solids by a flow stabilizer 'enter the up to about 7% of the reactor volume of the methane occupying resting zone and at predetermined intervals, a portion of the reactor contents of the methane stage from the upper third in the lower third of the reactor is recirculated just above the rest zone.

Die zugehörige Anlage zeichnet sich dadurch aus, daß vom Reaktionsbehälter der Methanstufe im unteren Bereich durch Strömungsleiteinrichtungen, wie gelochte Platten oder Röhrenpakete, eine Ruhezone abgetrennt wird, die maximal ca. 7 % des Reaktorvolumens der Methanstufe einnimmt und die Zuleitung vom oberen Bereich des Reaktionsbehälters der sauren Faulstufe in den unteren Bereich des Reaktors der Methanstufe dicht oberhalb der Ruhezone führt, wobei vom oberen Bereich des Methanreaktors in den unteren Bereich oberhalb der Ruhezone eine Rezirkulationsleitung vorgesehen istThe associated system is characterized by the fact that from the reaction vessel of the methane stage in the lower part by Strömungsleiteinrichtungen, such as perforated plates or tube packages, a quiet zone is separated, which occupies a maximum of about 7 % of the reactor volume of Methanstufe and the supply line from the upper region of the reaction vessel acid digestion stage leads into the lower region of the reactor of the methane stage just above the rest zone, wherein from the upper region of the methane reactor in the lower region above the rest zone, a recirculation line is provided

Die Funktion ist wie folgt: The function is as follows:

Im ersten Reaktor v/erden die biochemisch abbaubaren hochmolekularen organischen Stoffe durch anaerob lebende Bakterien imIn the first reactor, the biochemically degradable high molecular weight organic substances are produced by anaerobically living bacteria

sauren Bereich zu niedermolekularen Verbindungen aufgespalten.acidic region split into low molecular weight compounds.

Im zweiten Reaktor werden die niedermolekularen Verbindungen durch methanfermentierende Bakterien zu Biogas umgesetzt. Durch die Anordnung der Ruhezone kommt es zu einer Aufkonzentrierung der Methanbakterien und zu einer weitgehenden Abtrennung der aus dein ersten Reaktor eingetragenen Biomasse. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß für diese Trennung keine zusätzliche Trenneinrichtung erforderlich ist, sofern die Beschickung des zweiten Reaktors dicht oberhalb der Ruhezone erfolgt. Das Mischen von nährstoffreichem Schlamm aus der ersten Stufe mit biomasseangereichertem Medium der zweiten Stufe bewirkt oberhalb der Ruheaone eine starke Biogasproduktion. Die aufsteigenden, .relativ großen G-asblasen führen im darüber liegenden Medium zu einer geringen, .jedoch ständigen und scherkraftarmen Durchmischung und zu einer Flotation der methanfermentierenden Biomasse. Eine zusätzliche Durchmischung ist daher nur in bestimmten Abständen erforderlich. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in der Methanstufe Belastungswerte von 5 bis 7 kg/m .d, Gasproduktionswerte von über 3,0 m / m .d und Aufenthaltszeiten unter 5 Tagen erreicht.In the second reactor, the low-molecular compounds are converted by methane-fermenting bacteria to biogas. The arrangement of the rest zone leads to a concentration of the methane bacteria and to a substantial separation of the registered from your first reactor biomass. Surprisingly, it has been found that no additional separation device is required for this separation, provided that the feed of the second reactor takes place just above the quiescent zone. The mixing of nutrient-rich sludge from the first stage with biomass-enriched medium of the second stage causes a strong biogas production above the quiescent aees. The rising,. Relatively large G-as bubbles lead in the overlying medium to a low, .jedoch but continuous and low-shear mixing and flotation of the methane-fermenting biomass. Additional mixing is therefore required only at certain intervals. In the method according to the invention load values of 5 to 7 kg / m.d, gas production values of more than 3.0 m / m.d and residence times of less than 5 days are achieved in the methane stage.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden. Die Abbildung zeigt ein Qiagrammartiges Fließschema.The invention will be explained below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. The figure shows a Qiagrammtiges flow chart.

Nach der Einarbeitszeit der Reaktoren, 4, 5, wird in täglichen oder kürzeren Abständen durch öffnen der Schieber, 15, 17,-und Anschalten der Pumpe, 16, eine bestimmte, der jeweiligen Belastung des Reaktors, 5, entsprechende Schlammenge aus dem Bereich der Ruhezone, 11, entnommen. Dabei fließt aus dem Reaktor, 4j über eine Schlammlaitung, 8, mit organischen Säuren angereicherter Schlamm in den Reaktor, 5, und wird dort im Bereich über der Ruhezone, 11, eingeschichtet. Gleichzeitig wird über einen Programmzeitgeber, 1, der Schieber, 12, und die Pumpe, 13, angesteuert. Die Schlammpumpe, 13, fordert von Sperrgut befreiten frischen Schlamm solange in den unteren Teil des Reaktors, 4, bis in beiden -Reaktoren, 4, 5, ein vorgegebenerAfter the working time of the reactors, 4, 5, in daily or shorter intervals by opening the slide, 15, 17, and turning on the pump, 16, a certain, the respective load of the reactor, 5, corresponding Schlammege from the Resting zone, 11, taken. In this case, flows from the reactor, 4j via a Schlammlaitung, 8, enriched with organic acids sludge in the reactor, 5, and is there in the area above the rest zone, 11, layered. At the same time a program timer, 1, the slide, 12, and the pump, 13, driven. The mud pump, 13, calls for fresh sludge freed from bulky goods in the lower part of the reactor, 4, up in both reactors, 4, 5, a given one

Flüssigkeitsstand erreicht, wird. Im Reaktor, 4, werden die biologisch abbaubaren, hochmolekularen organischen Stoffe im sauren Bereich mikrobiell zu niedermolekularen Verbindungen aufgespalten. Dieser Vorgang ist in Abhängigkeit von Reaktionstemperatur, Biomassekonzent ration und biochemischer Stabilität der Stoffe nach 1 bis 3 Tagen weitgehend, abgeschlossen. Die Thermostatisiervorrichtung, 3, wird erst dann eingeschaltet, wenn die Temperaturen im Reaktor, 4, unter 10 C absinken. Das Medium im Reaktor, 4, wird durch die programmgesteuerte Pumpe, 13, nach Schließen des Schiebers, 2, täglich 1- bis 2mal umgewälzt.Fluid level is reached. In the reactor, 4, the biodegradable, high-molecular-weight organic substances in the acidic range are microbially split into low molecular weight compounds. This process is largely dependent on reaction temperature, biomass concentration and biochemical stability of the substances after 1 to 3 days, completed. The Thermostatisiervorrichtung, 3, is only turned on when the temperatures in the reactor, 4, below 10 C fall. The medium in the reactor, 4, is circulated by the program-controlled pump, 13, after closing the slide, 2, 1 to 2 times a day.

Um im Reaktor, 4, die Methanfermentation weitgehend zu unterbinden, wird während des Umpumpens über einen Stutzen, 2, für Methanbakterien toxischer Luft säuerst off in den Schlamm eingetragen. Dieser Prozeß führt gleichzeitig zur teiiweisen Desorbtion bzw. chemischen Bindung von gasförmigen Verunreinigungen des Biogases. Das im Reaktor, 4, entstehende methanarme Gas wird verworfen,In order to prevent the methane fermentation in the reactor, 4, during the pumping over a nozzle, 2, for methane bacteria toxic air säuerst off registered in the sludge. This process simultaneously leads to partial desorption or chemical binding of gaseous impurities of the biogas. The low-methane gas produced in the reactor, 4, is discarded,

Abgesetzte Grobstoffe können durch Öffnen des Schiebers, 14, aus dem Reaktor, 4» entnommen werden.Removed coarse materials can be removed by opening the slide, 14, from the reactor, 4 ».

Im zweiten Reaktor, 5, werden.die organischen Spaltprodukte des Reaktors, 4, dizrgh methanfermentierende Bakterien im leicht alkalischen Bereich bei Reaktionstemperaturen zwischen 30 und 40 C zu Biogas umgesetzt. Der optimale pH-Wert von 7 bis 7,8 wird bei genauer Substratzuführung aus dem Reaktor, 4, ohne Regelvorrichtung selbständig aufrechterhalten. Die Reaktionstemperatur wird durch eine Thermostatisiervorrichtung, 3, konstant gehalten.In the second reactor, 5, the organic cleavage products of the reactor, 4, dizrgh methane fermenting bacteria in the slightly alkaline range at reaction temperatures between 30 and 40 C converted to biogas. The optimum pH of 7 to 7.8 is maintained independently with accurate substrate feed from the reactor, 4, without control device. The reaction temperature is kept constant by a Thermostatisiervorrichtung, 3 .

Im Bereich der Ruhezone, 11, lagern sich die aus dem ersten Reaktor, 4, eingetragene Biomasse sowie inaktive Bakterien aus dem zweiten Reaktor, 5, und andere absetzbare Stoffe ab. Das Medium von nährstoffreichem Substrat aus dem ersten Reaktor, 4, mit biomasseangereichertem Medium aus dem zweiten Reaktor, 5, bewirkt im Bereich der Mischungszone, oberhalb der Ruhezone, 11, eine starke Freisetzung von Biogas. Die aufsteigenden Gasblasen führen im darüber liegenden Reaktorteil zu einer geringen, jedoch ständig .wirkenden, scherkraftarmen Durchmischung des Mediums,In the area of the quiet zone, 11, the biomass from the first reactor, 4, and inactive bacteria from the second reactor, 5, and other settleable substances are deposited. The medium of nutrient-rich substrate from the first reactor, 4, with biomass-enriched medium from the second reactor, 5, causes in the region of the mixing zone, above the rest zone, 11, a strong release of biogas. The ascending gas bubbles lead in the overlying reactor part to a small, but constantly. Acting, low-shear mixing of the medium,

In Abständen von 2 bis 4 Stunden werden die Schieber, 15, 18, und die Pumpe, 16, angesteuert. Die Schlammpumpe, 16, saugt über die Schlammleitung, 9, aus dem oberen Reaktor, 5, biomasseärmeres Medium ab und führt d\£s dem Reaktor, 5, dicht oberhalb der Trennvorrichtung, 10, wieder zu.At intervals of 2 to 4 hours, the valves, 15, 18, and the pump, 16, are controlled. The slurry pump 16 sucks through the sludge line, 9, starting from the reactor top, 5, biomass poorer medium and performs d \ £ s the reactor, 5, just above the separator 10, again.

Claims

invention claim

1. A process for the anaerobic treatment of organic substances in which the liquid, enriched with high molecular weight organic materials in a first stage in an anaerobic, acidic medium, preferably by acid-forming bacteria to low molecular weight compounds are split and in a second stage, the low molecular weight compounds by methane-forming Bacteria are converted into biogas, the entire substrate mixture is introduced from the first stage without phase separation in the second stage, wherein in the second stage, a quiet zone is present, in which the bacteria and dedustable, solid sludge ingredients of the first stage and inactive, dead and partially active biomass of the second stage and here biochemically stabilized, according to WP 218 60S _}, characterized in that the introduction of the medium from the first stage (4) in the second stage (5) from the upper part of the first stage (4 ) in the lower part of the second Stu fe (5) takes place at a short distance above the rest zone (11), the settleable sludge solids pass through a flow stabilizer in the formed without Filikörper rest zone (11) and at predetermined intervals a portion of the medium of the second reactor (5) from the upper third in the lower third is recirculated just above the rest zone.

2. Apparatus for carrying out the method according to item 1, characterized in that the reaction vessel of the second stage (5) in the lower region by Strömungsleiteinrichtungen (10), such as perforated plates or tube packages, a rest zone (11) is separated, free of packing is and about 5 to 7 % of the reactor ¹ / lumen lumens of the second stage (5) occupies and the supply line (8) from the upper portion of the first reaction vessel (4) in the lower portion of the second reaction vessel (5) just above the rest zone (11), wherein from the upper third of the first reactor (4) in the lower third above the rest zone, a Rezirkula-

, tion line (9) is provided.