DD288141A5

DD288141A5 - PROCESS FOR INCREASING EFFICIENCY OF ABSORBENT BLOCKS FOR ANAEROB FERMENTED PIG BOULES

Info

Publication number: DD288141A5
Application number: DD33309789A
Authority: DD
Inventors: Matthias Schoen; Gerd-Rainer Vollmer; Johann Franz
Original assignee: Inst. F. Biotechnologie Potsdam,De; Veg Tierzucht Nordhausen,De
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1991-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wirksamkeitssteigerung von Absetzbecken fuer anaerob fermentierte Schweineguelle. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die durch biologisch bedingte Faulsubstratnachgasung hervorgerufene Flotation substratimmanenter Feststoffpartikel zu verhindern. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, indem man aus dem Faulsubstrat vor dessen Zufuehrung zum Absetzbecken einen definierten Anteil methanogener Biomasse absiebt. Das Verfahren zeichnet sich durch einen geringen apparativen und energetischen Aufwand aus und kann optimal in bestehende Verfahren zur Guelleaufbereitung integriert werden.{Guelleaufbereitung; Schweineguelle; Biogas; Phasentrennung; Sedimentation; Klaerung; Flotation; Siebung; Biomasse; Kontaktfaulung}The invention relates to a process for increasing the efficiency of sedimentation tanks for anaerobically fermented pig swine. The object of the invention consists in preventing the flotation of substrate-immanent solid particles caused by biologically caused septic substrate post-gassing. This problem is solved by siphoning a defined proportion of methanogenic biomass from the digested substrate prior to its delivery to the sedimentation tank. The process is characterized by a low expenditure on equipment and energy and can be optimally integrated into existing processes for the preparation of guell. Schweineguelle; biogas; Phase separation; Sedimentation; Clarification; flotation; screening; biomass; Kontaktfaulung}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wirksamkeitssteigerung von Absetzbecken für anaerob fermentierte Schweinegülle. Sie kann in Anlagen der Schweineproduktion, die zur Gülleaufbereitung eine anaerobe Fermentation mit nachfolgend natürlichsedimentativer Fest-Flüssig-Trennung des fermentierten Substrates durchführen, angewandt werden.The invention relates to a process for increasing the efficiency of settling tanks for anaerobically fermented pig manure. It can be used in pig production plants which perform anaerobic fermentation with slurry processing followed by naturally sedimented solid-liquid separation of the fermented substrate.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Absetzbecken werden bei der anaerob-fermentativen Aufbereitung von Schweinegülle zur Klärung und Eindickung des Fermontationsproduktes genutzt. Sie dienen zur Abtrennung einer weitestgehen geklärten Flüssigphase (Faulwasser) sowie einer ausreichend eingedickten Schlammfr.iktion (Faulschlamm) und zeichnen sich durch einen sehr geringen spezifischen Energiebedarf aus.Sedimentation tanks are used in the anaerobic-fermentative treatment of pig manure for clarification and thickening of the fermontation product. They serve to separate a largely clarified liquid phase (digested water) and a sufficiently thickened sludge fraction (digested sludge) and are characterized by a very low specific energy requirement.

DiesedimentativeFest-Flüssig-TrennungdesfermentiertenGüllesubstrateserfolgtinderRegeldirektimAnschlußandieanaerobe Fermentation, so daß diezu trennende Suspension aufgrund ihrer biologischen Aktivitätzur Nachgärung und damit zur Nachgasungneigt.DurchdieFaulsubstratnachgasungwirddermitAbsetzbeckenstattfindendepartikuläreSedimentationsprozeß empfindlich gestört. Infolge einer Flotation substratimmanenter Feststoffpartikel kommt es zur Ausbildung einer Schwimmdecke auf der Flüssigkeitsoberfläche bei gleichzeitiger Erhöhung der suspensiven Belastung des Faulwassers. Die Faulsubstratnachgasung kann zur völligen Funktionsunfähigkeit des Absetzbeckens führen,so daß das mit hohem apparativen und energetischen Aufwand angestrebte Ergebnis des Gesamtverfahrens der Gülleaufbereitung in Fragegestellt wird. Es ist Stand der Technik, in Absetzbecken entstehende Schwimmdecken durch Abstreifvorrichtungen (DD 256828), Förderschnecken (DD 227477), durch Beräumen mittels Rechenrad (DD 127416) oder Abpumpen (DE 2710256) zu entfernen bzw. mittels Tauchwand (DE Γ333057) zu fixieren. Diese technischen Lösungen erlauben zwar eine technologische Beherrschbarkeit einer Schwimmschlammentsorgung, sie wirken aber nicht hemmend auf die biologisch bedingte Substratnachgasung und die daraus resultierende suspensive Belastung der Flüssigphase. Außerdem ist im allgemeinen mit den beschriebenen mechanischen Vorrichtungen keine Beräumung der gesamten Klärfläche des Absetzbeckens möglich. Zur Verhinderung einer Schwimmdeckenbildung sind technische Lösungen bekannt, die einem Aufschwimmen substratimmanenter Partikel durch deren Separation vor der sedimentation Phasentrennung vorbeugen. Dazu werden Rechen (DE 2921922; DE 3245310), Kettenrechen (DE 3125065), Filterrechen (DE 3716274), Siebe-Filter-Trommiln (DE 3212982), Scheibendrehfilter (DE 3004226), Roste mit Förderschnecke (DE 3122131) u.a.m. eingesetzt. Hierbei trennt man in der Regel schwimmfähige Substratbestandteile, meist Grobstoffe, ab und beseitigt wiederum nicht die Ursachen für den biologischen Nachgasungsprozeß.The sedimented solid-liquid separation of the fermented fermentation substrate is then performed directly subsequent to anaerobic fermentation so that the suspension to be separated tends to undergo secondary fermentation due to its biological activity and thus to post-gassing. The sebum substrate post-gassing sensitively disturbs the particulate sedimentation process occurring with settling tanks. As a result of a flotation of substrate-immanent solid particles, a floating blanket is formed on the surface of the liquid, while at the same time increasing the suspensive loading of the digested water. The Faulsubstratnachgasung can lead to the complete inoperability of the settling tank, so that the desired with high equipment and energy costs result of the overall process of slurry processing is questioned. It is state of the art to remove floating floors arising in settling tanks by stripping devices (DD 256828), screw conveyors (DD 227477), by clearing by means of a computational wheel (DD 127416) or pumping down (DE 2710256) or by means of a baffle (DE Γ333057). Although these technical solutions allow a technological controllability of a Schwimmschlammentsorgung, but they do not inhibit the biologically induced substrate Nachgasung and the resulting suspensive load of the liquid phase. In addition, in general with the described mechanical devices no clearing of the entire clarification of the settling tank is possible. To prevent floating surface formation, technical solutions are known which prevent floating of substrate-immanent particles by their separation before the sedimentation phase separation. Rake (DE 2921922, DE 3245310), chain rake (DE 3125065), filter rake (DE 3716274), sieve filter drums (DE 3212982), disk lathe filter (DE 3004226), grates with conveyor screw (DE 3122131) and the like are used for this purpose. used. This usually separates floating substrate components, usually coarse materials, and in turn does not eliminate the causes of the biological post-gasification process.

Zur Hemmung der mikrowellen Methagenese als Ursache der Faulsubstratnachgasung ist bekannt, daß eine Belüftung und/oder Abkühlung des gärenden Substrates zu einer entsprechenden Wirkung führt. Die Belüftung des Fermentationsproduktes (DD 236721) erfordert aber einen relativ hohen apparativen und energetischen Aufwand, womit die ökonomischen Vorteile des sedimentativen Trennprinzips aufgehoben werden. Gleiches gilt z.B. für Verfahren der Vakuumentgasung (DE 3714591) anaerob fermentierter Medien. Für eine Kühlung anaerob fermentierter Schweinegülle stehen bislang keine ausreichend funktionsfähige Wärmetauscher zur Verfügung. Außerdem würde sich eine Abkühlung des Faulsubstrates ungünstig auf nachfolgende Verfahrensstufen, wie z.B. eine biologische Stickstoffeleminierung, auswirken.To inhibit microwave methagenesis as the cause of the fouling substrate post-gassing it is known that aeration and / or cooling of the fermenting substrate leads to a corresponding effect. However, the aeration of the fermentation product (DD 236721) requires a relatively high expenditure on equipment and energy, whereby the economic advantages of the sedimentary separation principle are eliminated. The same applies e.g. for methods of vacuum degassing (DE 3714591) anaerobically fermented media. To date, no sufficiently functional heat exchangers are available for cooling anaerobically fermented pig manure. In addition, cooling of the digestion substrate would be detrimental to subsequent processing steps, such as e.g. a biological nitrogen elimination effect.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Wirksamkeitssteigerung von Absetzbecken für anaerob fermentierte Schweinegülle, welches bei einem geringen apparativen und energetischen Aufwand und einer flexiblen Anpaßbarkeit an jeweils bestehende Gesamtverfahren der anaeroben Gülleaufbereitung die auf der biologischen Nachgasung des Faulsubstrates beruhende Schwimmdeckenbildung und Erhöhung der suspensiven Faulwasserbelastung verhindert.The aim of the invention is a method for increasing the efficiency of sedimentation tanks for anaerobically fermented pig manure, which with a low equipment and energy costs and a flexible adaptability to each existing overall process of anaerobic slurry processing based on the biological Nachgasung the digested substrate prevents floating cover formation and increase the suspensive faulwasserbelastung.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Die Au.'gabo der Erfindung besteht darin, die Wirksamkeit von Absetzblechen für anaerob fermentierte Schweinegülle mittels eines Verfahrens zu steigern, indem die durch biologische Substratnachgasung hervorgerufene Schwimmdeckenbüdung und Erhöhung der suspensiven Faulwasserbelastung verhindert werden. Dabei soll das entsprechende Verfahren durch einen geringen apparativen und energetischen Aufwand sowie eine flexible Anpaßbarkeit an bestehende Verfahrenslösungen zur Gülleaufbereitung gekenr.zeichnet sein.The object of the invention is to increase the effectiveness of settling plates for anaerobically fermented pig manure by a process by preventing the induced by biological substrate post-gassing Schwimmdeckenbüdung and increasing the suspensive faulwasserbelastung. The appropriate method should be gekenr.zeichnet by a low equipment and energy costs and a flexible adaptability to existing process solutions for manure processing.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Verfahrensstufe Fermentation und der Verfahrensstufe sedimentative Faulsubstratnachklärung gezielt biogasbildende und damit flotationsauslösende Biomasse aus dem fermentierten Güllesubstrat abgetrennt wird. Dies wird dadurch erreicht, indem substratimmanente Feststoffpartikel mit einem Korndurchmesser > 1,0mm vor derZuführung der Suspensionzum Absetzbecken separiert werden. Die Phasentrennung erfolgt mittels Siebung, vorzugsweise durch Bogensieb oder BürstensiebschneckeAccording to the invention the object is achieved in that between the process stage fermentation and the process stage sedimentative digestion digester clarified biogas-forming and thus flotation-triggering biomass is separated from the fermented Güllesubstrat. This is accomplished by separating substrate-immanent solid particles with a grain diameter> 1.0mm prior to feeding the suspension to the settling tank. The phase separation is carried out by sieving, preferably by arc sieve or Bürstensiebschnecke

Im Vergleich ϊυιη gegenwärtigen Stand der Technik weist die vorgelegte Erfindung die folgenden grundlegenden Vorteile auf: Compared to the current state of the art, the present invention has the following basic advantages:

- Aufgrüne der komplexen Wirkung des Verfahrens (Hemmung der Schwimmdeckenbildung, Reduzierung der suspension Faulwassorbelastung)sind die derzeitig für die Erzielung eines vergleichbaren Effektes notwendigen 2,„3 Verfahrensschritte bzw. Aggregateinheiten durch eine Verfahrensstufe bzw. Aggregateinheit ersetzbar.- Greening of the complex effect of the process (inhibition of floating surface formation, reducing the suspension of sewage water pollution) are currently required for the achievement of a comparable effect 2, 3 process steps or unit units by a process stage or aggregate unit replaceable.

- Das Verfahren erlaubt eine Verhinderung der Schwimmdeckenbildung auf der gesamten Klärflächo des Absetzbeckens, wobei nicht die insgesamt flotationsgefährdeten Feststoffpartikel, sondern nur ein definierter, bezogen auf das Gesamtsubstrat geringer massebezogener Feststoffanteil (5... 15%) abgetrennt wird.- The method allows prevention of floating surface formation on the entire clarification of the settling tank, not the total flotation-endangered solid particles, but only a defined, based on the total substrate low mass-related solids content (5 ... 15%) is separated.

- Zur Realisierung des Verfahrens ist ein geringer apparativer und energetischer (>0,2 kWh/m³ Faulsubstrat) Aufwand erforderlich. Die einzusetzenden Trennaggregate sind wartungsarm und funktionssicher.- To implement the method, a low apparatus and energy (> 0.2 kWh / m ³ digester substrate) effort is required. The separation units to be used are low-maintenance and functionally reliable.

- Das Verfahren ist technologisch problemlos in bestehende Verfahrenslösungen zur anaeroben Gülleaufbereitung integrierbar.-- The process is technologically easy to integrate into existing process solutions for anaerobic manure preparation.-

- Der Einsatz des Verfahrens schafft die notwendigen Voraussetzungen für die Realisierung folgender Verfahrensvarianten der anaeroben Gülleaufbereitung:- The use of the method creates the necessary conditions for the realization of the following process variants of anaerobic slurry processing:

• Kontakfaulung (Rückführung der abgetrennten, methanogenaktiven Biomasse in den Biogasreaktor)• Kontakfaulung (return of the separated, methanogen-active biomass in the biogas reactor)

• Biologische Stickstoffelemeninierung (Klärung des Faulwassers ohne Entzug der für den aeroben Fermentationsprozeß notwendigen Substratwärme)• Biological nitrogen elemeninization (clarification of the digested water without removal of the substrate heat necessary for the aerobic fermentation process)

• Wärmetausch Rohgülle-Faulsubstrat (Schaffung günstiger fluidrnechanischer Voraussetzungen zur funktionssicheren Nutzung bekannter Wärmeaustauscher)• Heat exchange raw slurry digestion substrate (creation of favorable fluid-mechanical conditions for functionally reliable use of known heat exchangers)

embodiment The manure processed in the context of the embodiment comes from an industrial pig breeding plant. The manure is

in einer Biogasanlage bei mittleren Verweilzeiten von 15 bis 25 Tagen mesophil fermentiert. Nach der Fermentation erfolgt einesedimentative Phasentrennung (Nachklärung, Eindickung) des Faulsubstrates in einen Einkammereindicker mit Mittelwelle,fermented mesophilically in a biogas plant at medium residence times of 15 to 25 days. After fermentation, a sedimentary phase separation (secondary clarification, thickening) of the digested substrate into a Einkammereindicker with medium wave,

Krählwerk and Schwimmdeckenhbstreifer. The dry matter content (TS content) of the digested substrate is average

2,5%, der Anteil absetzbarer Stoffe 50...60% (Absetzzeit 1 Stunde). Das Faulsubstrat kühlt sich während der Phasentrennunggegenüber der Fermentationstemperatur nur um 2...3K ab, so daß im Eindicker eine permanente Nachgasung der Güllestattfindet, die eine Schwimmdeckenbildung bewirkt. Die mechanische Schwimmdeckenabstreifung erlaubt keine2.5%, the amount of deductible substances 50 ... 60% (withdrawal time 1 hour). The digested substrate cools during the phase separation from the fermentation temperature only by 2 ... 3K, so that in the thickener a permanent post-gassing of the slurry finds, which causes a scum formation. The mechanical Schwimmdeckenabstreifung does not allow

Float blanket removal between the thickener tank wall and its overflow gutter. As a result of the original process design, therefore, only one liquid phase could be separated, their proportion

absetzbarer Stoffe 15...30% (Absetzzeit 1 Stunde) betrug.deductible substances 15 ... 30% (settling time 1 hour) was.

The inventive method solution would be in the form of a technical integration of 2 connected in parallel Bürstensiebschnecken between the fermentation stage and the Faulsubstratnachklärung realized. The aggregates allow

die Abtrennung substratimmanenter Feststoffpartikel mit einem Korndurchmesser > 1,25mm.the separation of substrate-immanent solid particles with a particle diameter> 1.25 mm.

As a result of this process solution, the floating cover formation on the entire clarifying surface of the thickener. '; eliminated. The

im Faulwasser verbleibende suspensive Belastung von <5% absetzbare Stoffe (Absetzzeit 1 Stunde) entspricht den gefordertenSuspensive load of <5% deductible substances remaining in the digested water (settling time 1 hour) corresponds to the required levels

Target parameters of slurry processing. The specific electrical energy consumption amounts to 0.17 kWh / m ³ digested substrate, the TS content of the sieve broth

8... 10% und dessen Volumenanteil (bezogen auf das Gesamtsubstrat) auf 6. ..10%.8 ... 10% and its volume fraction (relative to the total substrate) to 6 ... 10%.

Claims

1. A method for increasing the efficiency of settling tank for anaerobically fermented Srhweinegülle by screening with known mechanization agents, characterized in that from the digested substrate prior to its supply to settling a defined proportion of methanogenic biomass in the form of suspended solid particles, preferably with a particle diameter> 1.0mm, is separated ,

2. The method according to claim 1, characterized in that the separated as Siebrückstand biomass is returned to the anaerobic fermentation process.