DD278573A1 - METHOD AND DEVICE FOR CLEANING HIGH-LOADED WASTEWATER BY ANDEROBE FERMENTATION - Google Patents

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DD278573A1
DD278573A1 DD88323849A DD32384988A DD278573A1 DD 278573 A1 DD278573 A1 DD 278573A1 DD 88323849 A DD88323849 A DD 88323849A DD 32384988 A DD32384988 A DD 32384988A DD 278573 A1 DD278573 A1 DD 278573A1
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DD88323849A
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Gerd-Rainer Vollmer
Bernd Linke
Matthias Schoen
Gudrung Franzke
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Inst Biotechnologie Potsdam
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    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

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  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaroben Reinigung hochbelasteter Abwaesser mit Biogaserzeugung. Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine betriebssichere Verfahrensgestaltung und einen hohen Abbaugrad mit geringer Restbelastung bei der Reinigung hochbelasteter Abwaesser zu realisieren. Das Ziel wird erreicht, indem das verunreinigte Abwasser einen Etagenreaktor von unten nach oben durchstroemt und dabei mehrfach mit aktiver Biomasse kontaktiert wird, wobei die Sedimentation der Mikroorganismenkoagulate genutzt wird. Im Reaktor sind dazu Siebbleche installiert. Es erfolgt eine Biofiltration des Abwassers, wobei der Reinigungsgrad durch die Anzahl der Etagen einstellbar ist.The invention relates to a method for anarobic cleaning highly polluted wastewater with biogas production. The object of the invention is to realize a reliable process design and a high degree of degradation with low residual load in the cleaning of highly polluted wastewater. The goal is achieved by the polluted wastewater is flowed through a floor reactor from bottom to top and thereby repeatedly contacted with active biomass, the sedimentation of the microorganism coagulum is used. Screen plates are installed in the reactor. There is a biofiltration of the wastewater, the degree of purification is adjustable by the number of floors.

Description

! Anwendungsgebiet der Erfindung! Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaeroben Aufbereitung von Abwässern bei gleichzeitiger Erzeugung von Biogas aus j unerwünschten Inhaltsstoffen. Die Erfindung gehört in das Gebiet der Abwasserreinigung und kann zur ReinigungThe invention relates to a process for the anaerobic treatment of wastewater with the simultaneous production of biogas from j unwanted ingredients. The invention belongs to the field of wastewater treatment and can be used for cleaning

hochbelasteter Abwasser, insbesondere aus Tierproduktionsanlagen, angewendet werden.highly polluted wastewater, in particular from animal production plants.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Nach den bekannten technischen Lösungen der Reinigung von Abwasser wie Gülle werden die Feststoffanteile vor der j biologischen Behandlung mittels mechanischen Trennaggregaten entfernt. Die flüssige Trennkomponente wird danach durchAfter the known technical solutions of the purification of wastewater such as liquid manure, the solids are removed before j biological treatment by means of mechanical separation units. The liquid separating component is then passed through

Belüftung mittels Belebtschlammverfahren mikrobiologisch aufbereitet. Zur Anwendung kommen das zweistufige Verfahren mit einer hoch- und einer schwachbelasteten Stufe sowie auch einstufige Verfahren mit ausgedehnten Belüftungszeiten. In beiden Verfahrer erhält man neben dem abgetrennten Güllefeststoff eine gereinigte, nahezu schwefelstofffreie und im Nährstoffgehalt geminderte Gülleflüssigkeit. Nachteil dieser Verfahren sind der erhebliche Elektroenergiebedarf zum Betreiben der Belüftungsaggregate sowie große Mengen an Überschußschlamm, die neben der gereinigten Gülleflüssigkeit anfallen. In einer aeroben Stabilisierung dieses Überschußschlammes, wie in DD 216501 beschrieben, ist ein weiteres beträchtliches Elektroenergieaufkommen notwendig, da bei hohen Schlammbelastungen bis zu einem Drittel der Rohgüllmenge als Überschußschlamm anfällt. Diese Nachteile werden bei Anwendung anaerober Reinigungsverfahren umgangen. Im praktischen Betrieb der anaeroben Güllereinigung ist dabei der klassische Rührkesselreaktor Stand der Technik. Mit der Anwendung von Verfahren mit ideal durchmischtem Reaktor sind aber aufgrund der geringen Wachstumsgeschwindigkeit von am Abbau der Inhaltsstoffe beteiligten Mikroorganismen lange Verweilzeiten notwendig. Die dafür erforderliche, ι großvolumigen Biogasreaktoren erfordern einen hohen Investitionsaufwand.Aeration by means of activated sludge process microbiologically treated. The two-stage process with one high and one low-load stage as well as one-stage processes with extended aeration times are used. In both process operators, in addition to the separated manure solid, a purified, almost sulfur-free and reduced in nutrient content liquid manure. Disadvantage of these methods are the considerable electrical energy required to operate the ventilation units and large amounts of excess sludge, which occur in addition to the purified liquid manure. In an aerobic stabilization of this excess sludge, as described in DD 216501, a further considerable amount of electrical energy is necessary, since at high sludge loads up to one third of the raw waste is obtained as excess sludge. These disadvantages are avoided when using anaerobic cleaning methods. In the practical operation of anaerobic slurry cleaning, the classic stirred tank reactor is state of the art. However, with the use of ideally mixed reactor processes, long residence times are required due to the slow growth rate of microorganisms involved in degradation of the ingredients. The required for this ι large-volume biogas reactors require a high investment cost.

Die langen Generationszeiten, insbesondere der methanogenen Bakterien, werden durch Verfahren der Mikroorganismenimmobilisierung umgangen, d.h., solche Verfahren gewinnen zunehmend an Bedeutung. Dabei werden meist in die Biogasreaktoren Füllkörper eingebracht, die den Mikroorganismen als Besiedelungsfläche dienen (DD 218608; US 4568464, US 4482456, AT 363871, CH 645081, DE 2930812).The long generation times, especially of the methanogenic bacteria, are circumvented by microorganism immobilization techniques, that is, such processes are becoming increasingly important. In this case, filler particles are usually introduced into the biogas reactors which serve as colonization surfaces for the microorganisms (DD 218608, US Pat. No. 4,568,464, US Pat. No. 4,482,456, AT 363871, CH 645081, DE 2930812).

Nach DE 3032869 wird das Abwasser über Träger geleitet, wobei als Trägermaterial makroporöse Stoffe mit geringem spezifischen Gewicht (organische Polymerverbindungen) eingesetzt werden.According to DE 3032869, the wastewater is passed through carriers, with macroporous substances having a low specific weight (organic polymer compounds) being used as carrier material.

Derartige Kunststoffträger werden in zahlreichen Verfahren angewendet (u.a. IP 60-150895, IP 60-143897), es finden aber auch Trägerauf mineralischer Basis Verwendung (u.a. IP 60-132697). Für die betriebssichere Gestaltung dieser Verfahren muß für die Flüssigkeit eine Strömungsgeschwindigkeit angestrebt werden, die Verstopfungen des Filters bei Langzeitbetrieb ausschließt. Gleichzeitig müssen Kurzschlußströmungen vermieden werden.Such plastic carriers are used in numerous processes (inter alia IP 60-150895, IP 60-143897), but also mineral-based carriers are used (inter alia IP 60-132697). For the reliable design of these methods, a flow rate must be sought for the liquid, which excludes blockages of the filter during long-term operation. At the same time short-circuit currents must be avoided.

In dem Verfahren nach DE 2924465 wird das Abwasser von unten nach oben durch ein mit Bakterien versehenes Sand-Fließbett einer anaoroben Behandlung unterzogen. Für diese Wirbelbettverfahren muß Energie eingesetzt werden, um das Wirbelbett in Schwebe zu halten.In the process according to DE 2924465, the waste water is subjected to an anaerobic treatment from the bottom to the top through a bacterial sand fluidized bed. For these fluidized bed processes, energy must be used to keep the fluidized bed in suspension.

Im Schwebeschichtreaktor nach DE 3046686 schweben Partikel aus Harz, Lehm oder Aktivkohle in einem von unten nach oben steigenden Abwasserstrom. Eine Kombination von Anaerobfilter und Schwebeschichtreaktor stellt die Vorrichtung nach US 4561974 dar, wobei das Abwasser einen Schichtenfilter passiert.In the floating layer reactor according to DE 3046686 float particles of resin, clay or activated carbon in a rising from bottom to top wastewater stream. A combination of anaerobic filter and floating layer reactor represents the device according to US 4561974, wherein the wastewater passes through a layer filter.

In dem Verfahren nach DE 3043160 enthält der Reaktor ein rückvermischtes Bett von methanbildenden Bakterien, wobei der Reaktor als anaerober Kreislauffilter gefahren wird. Für eine hohe Abbauleistung ist aber ein kompliziertes Überwachungssystem notwendig, die Kontaktierung des Abwassers mit den Mikroorganismen muß durch einen Kreislaufstrom mehrfach wiederholt werden.In the process of DE 3043160, the reactor contains a backmixed bed of methanogenic bacteria, the reactor being run as an anaerobic cycle filter. For a high degradation but a complicated monitoring system is necessary, the contact of the wastewater with the microorganisms must be repeated several times by a circulating stream.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine betriebssichere Verfahrensgestaltung und einen hohen Abbaugrad mit geringer Restbelastung bei der Reinigung hochbelasteter Abwasser zu realisieren und das Verfahren dem jeweiligen Grad der Verunreinigung des Abwassers anpassungsfähig zu gestalten.The object of the invention is to realize a reliable process design and a high degree of degradation with low residual load in the purification of highly polluted wastewater and to make the process adaptable to the respective degree of contamination of the wastewater.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die im Abwasser vorhandenen organischen Inhaltsstoffe weitgehend mit hoher Biogasbildungsgeschwindigkeit zu Biogas umzusetzen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das verunreinigte Abwasser bei einer funktionssicheren Betriebsgestaltung mehrfach mit aktiver Biomasse kontaktiert wird. Dazu werden sowohl das Koagulationsvrfrhalten methanogener Bakterienkulturen als auch die Sedimentation der Koagulate technisch genutzt. Das Abwasser wird einem vertikalen Reaktor am Reaktorboden zudosiert. Im Reaktor befinden sich mindestens 3 Ebenen in Form von Siebblechen, deren Lochdurchmesser 0,4 bis 0,8mm beträgt. Auf diesen Siebblechen lagern sich die Mikroorganismen ab. Das zudosierte Abwasser durchfließt den Reaktor von unten nach oben und wird so mehrfach biologisch gefiltert. Über die Zahl der Ebenen ist der gewünschte Reinigungsgrad steuerbar.The object of the invention is to convert the organic substances present in the waste water largely to biogas with a high rate of biogas formation. According to the invention, this object is achieved in that the contaminated wastewater is repeatedly contacted with active biomass in a functionally reliable operation design. For this purpose both the Koagulationsvrfrhalten methanogenic bacterial cultures and the sedimentation of the coagulum are used technically. The wastewater is metered into a vertical reactor at the bottom of the reactor. In the reactor there are at least 3 levels in the form of screen plates, whose hole diameter is 0.4 to 0.8 mm. The microorganisms are deposited on these screen plates. The added wastewater flows through the reactor from bottom to top and is thus repeatedly filtered biologically. The desired degree of cleaning can be controlled via the number of levels.

Bei der Lösung der Aufgabe werden bereits aus der Abwasserreinigung bekannte Elemente anaerober Fermentationstechnik so modifiziert und weiterentwickelt, daß eine wesentlich optimalere Verfahrensgestaltung resultiert. Der tragende Gedanke der Erfindung ist, eine hohe Abbauleistung bei hoher Biogasbildungsgeschwindigkeit und betriebssicherer Verfahrensgestaltung zu realisieren.In solving the problem, known elements of anaerobic fermentation technology are already being modified and further developed from wastewater treatment in such a way that a substantially more optimal process design results. The main idea of the invention is to realize a high degradation rate at high biogas formation rate and reliable process design.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt der Abbau der organischen Inhaltsstoffe durch eine Stofführung, die der Spezifität des Abwassers angepaßt ist und insbesondere bei hoher Belastung funktionssicher arbeitet. Dabei kann die Zahl der Etagen und damit die biologische Filtrationsleistung beliebig erweitert werdenIn the process according to the invention, the decomposition of the organic constituents takes place by means of a material guide which is adapted to the specificity of the wastewater and works in a functionally reliable manner, in particular under high load. The number of floors and thus the biological filtration performance can be extended as desired

Der Fermentationsprozeß ist gekennzeichnet durch: The fermentation process is characterized by:

- eine Temperatur von 24°C bis 40°C- a temperature of 24 ° C to 40 ° C

- einen pH-Wert zwischen 6,5 und 8,5- a pH between 6.5 and 8.5

- einer Verweilzeit für das Abwasser von 3 Stunden bis 2 Tagen.- A residence time for the wastewater of 3 hours to 2 days.

Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens gegenüber gegenwärtig angewandten Verfahren der Abwasserreinigung sind:The main advantages of the process over currently used methods of wastewater treatment are:

- Erhöhung der Biogasbildungsgeschwindigkeit und damit der Abbauleistung durch Behandlung in mehreren Etagen -•Weitgehende Entlastung des Abwassers von umweltbelastenden Inhaltsstoffen durch stufenweise Reinigung- Increasing the rate of biogas formation and thus the degradation performance by treatment in several floors - • Extensive discharge of the waste water from polluting ingredients by gradual cleaning

- Betriebssichere Verfahrensgestaltung durch eine störungsunanfällige Stofführung- Reliable process design through a failure-prone material management

Ausführungsbeispielembodiment

Im Rahmen des Verfahrensbeispieles wird Gülle aus einer industriemäßigen Schweinezuchtanlage eingesetzt. Die Gülle wird mittels bekannter Verfahrenskombination Sedimentation/Zentrifugation (Filtration) von Feststoffen abg9trennt. Die Feststoffe werden als wertvoller organischer Dünger verwertetAs part of the process example manure is used from an industrial pig farm. The liquid manure is separated from solids by known process combination sedimentation / centrifugation (filtration). The solids are utilized as valuable organic fertilizer

Die flüssige Phase ist durch folgende Stoffkennwerte charakterisierbar. The liquid phase can be characterized by the following material properties.

TS 9,8kg/m3 oTS 6,1 kg/m3 CFS 5,8kg/m3 TS 9.8 kg / m 3 OTS 6.1 kg / m 3 C FS 5.8 kg / m 3

BSB5 8,1 kg/m3 CSV0, 9,1 kg/m3 BOD 5 8.1 kg / m 3 CSV 0 , 9.1 kg / m 3

Die Gülleflüssigkeit wird duich Wärmetausch erwärmt, so daß die Fermentation bei einer Temperatur von 35°C und einem pH-Wert von 8,0 verläuft. B^i t .ier mittleren Verweilzeit von 10 Stunden konnte c*:e Biogasbildungsgeschwindigkeit auf über 10m3/m3 · d gesteigert werden. Bei einer Fermentation in 4 Tagen beträgt der Abbau an BSB5 95% und an CSV 90%. Der Methananteil im Biogas ist 80%.The liquid manure is heated by heat exchange so that the fermentation takes place at a temperature of 35 ° C and a pH of 8.0. B ^ it .ier average residence time of 10 hours was c * e biogas formation rate increased to more than 10 m 3 / m 3 · d. In a fermentation in 4 days, the reduction in BOD 5 is 95% and in CSV 90%. The methane content in biogas is 80%.

Claims (2)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Verfahren zur Reinigung von hochbelastetem Abwasser durch anaerobe Fermentation mit Biomasserückhaltung, gekennzeichnet dadurch, daß das vorgewärmte Abwasser einen1. A process for the purification of highly polluted wastewater by anaerobic fermentation with biomass retention, characterized in that the preheated wastewater a ! horizontalen Etagen-Reaktor von unten nach oben kontinuierlich durchströmt und dabei in 3 bis! horizontal floor reactor continuously flows from bottom to top, while in 3 to ι 10 Ebenen mit der die organischen Inhaltsstoffe abbauenden Biomasse kontaktiert wird, daß der10 levels are contacted with the organic constituents degrading biomass that the Abbaugrad umweltbelastender Stoffe über die Zahl der Etagen steuerbar ist, daß die mittlereDegradation of polluting substances on the number of floors is controllable, that the average j hydraulische Verweilzeit 3 Stunden bisj hydraulic residence time 3 hours to 2 Tage beträgt und daß die organischen Inhaltsstoffe2 days and that the organic ingredients j weitgehend in ein Biogas mit überraschend hohem Methananteil von 80% umgewandelt werden,j are largely converted into a biogas with a surprisingly high methane content of 80%, ί wobei 80% und mehr des CSV und 90% des BSB6 abgebaut werden,ί whereby 80% and more of the CSV and 90% of the BOD 6 are degraded, ι 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspr. 1, die aus einem horizontalen2. Apparatus for carrying out the method according to claims. 1, which is made of a horizontal ! Biogasreaktor mit einem Verhältnis Höhe/Durchmesser von 3:1 besteht, gekennzeichnet dadurch,! Biogas reactor with a height / diameter ratio of 3: 1, characterized by j daß in 3 bis 10 Ebenen horizontale Siebbleche mit einem Lochdurchmesser von 0,4 bis 0,8mmj that in 3 to 10 levels horizontal screen plates with a hole diameter of 0.4 to 0.8 mm j installiert sind, auf denen sich die im Reaktor befindenden Mikroorganismen absetzen und die von unten nach oben kontinuierlich vom Abwasser durchströmt werden.are installed on which the microorganisms in the reactor settle and which are continuously flowed through from bottom to top by the wastewater.
DD88323849A 1988-12-23 1988-12-23 METHOD AND DEVICE FOR CLEANING HIGH-LOADED WASTEWATER BY ANDEROBE FERMENTATION DD278573A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4033372A1 (en) * 1990-10-18 1995-05-18 Inst Biotechnologie Purifying heavily contaminated waste water freed from solids by anaerobic fermentation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4033372A1 (en) * 1990-10-18 1995-05-18 Inst Biotechnologie Purifying heavily contaminated waste water freed from solids by anaerobic fermentation

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