DE10059925A1 - Anlage zur Aufbereitung von Gülle und Biogas-Abwasser - Google Patents

Anlage zur Aufbereitung von Gülle und Biogas-Abwasser

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Aufbereitung von vorseparierter Gülle und Biogasabwässer zu Düngekonzentraten und Wasser. DOLLAR A Für die Aufbereitung von Gülle und Biogasabwässer gibt es bisher keine geeigneten Anlagen, mit denen aus diesen Materialien Düngekonzentrate in variabler Zusammensetzung und reines Wasser hergestellt werden können. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufbereitungsanlage für Gülle und Biogasabwässer so zu gestalten, dass die Gülle vollständig durch fraktionierte Konzentrierung der Inhaltsstoffe zu flüssigen Düngemittelkonzentraten und Brauchwasser aufgearbeitet wird, wobei durch Anordnung, Ausbildung und Bemessung der einzelnen Verarbeitungsstufen sichergestellt ist, dass die Anlage eine hohe Leistungsfähigkeit, -konstanz und -effektivität besitzt und dass die Anlage innerhalb eines vergleichsweise kleinen Bauraumes aufstellbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß besteht die Anlage aus Ultrafiltrations(UF)- oder Mikrofiltrations(MF)- und Umkehrosmose(UO)- oder Nanofiltrations(NF)-Anlage, wobei die UF-/MF-Anlage in ein- bis zwölfstufiger, vorzugsweise in ein- bis fünfstufiger Ausführung angeordnet ist, und die Umkehrosmose oder Nanofiltration als mindestens zweistufige Anlage ausgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Aufbereitung von vorseparierter Gülle und Biogas- Abwasser zu Düngekonzentraten und Wasser.
Es sind eine Vielzahl von Verfahren, nach denen Gülle und Biogasabwässer verarbeitet werden können, beschrieben worden, z. B.
  • - Ausfällung von Einzelbestandteilen, z. B. PO4 3-, NH4 +, durch Chemikalieneinsatz, sowie
  • - Separationsverfahren, wie Separator, Siebe
  • - Thermische Aufbereitungsverfahren, wie Verdampfung, Trocknung.
Für die Aufbereitung von Gülle und Biogasabwässer gibt es bisher keine geeigneten Anlagen, mit denen aus diesen Materialien Düngekonzentrate in variabler Zusammensetzung und reines Wasser hergestellt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufbereitungsanlage für Gülle und Biogasabwässer so zu gestalten, dass die Gülle vollständig durch fraktionierte Konzentrierung der Inhaltsstoffe zu flüssigen Düngemittelkonzentraten und Brauchwasser aufgearbeitet wird, wobei durch Anordnung, Ausbildung und Bemessung der einzelnen Verarbeitungsstufen sichergestellt ist, dass die Anlage eine hohe Leistungsfähigkeit, -konstanz und -effektivität besitzt und dass die Anlage innerhalb eines vergleichsweise kleinen Bauraumes aufstellbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass
  • - die Anlage Gülle und Biogasabwasser zu UF-Düngekonzentrat und UO- Düngekonzentrat mit variabler Zusammensetzung und reinem Wasser aufarbeitet,
  • - die Anlage eine hohe Leistungsfähigkeit aufweist,
  • - kein Leistungsabfall der Anlage bei Konzentrierung und Dauerbetrieb der Anlage eintritt,
  • - gegenüber bekannten Aufbereitungskomplexen geringere Investitionskosten verursacht werden,
  • - auch die Entsorgung von Gülle und Biogasabfällen in Gemeinden mit Einzelviehhaltung aus dort vorhandenen Stapelbehältern erfolgen kann und
  • - geringer Reinigungsaufwand für die Anlage besteht.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Fließschema UF-Anlage
Fig. 2 Fließschema UO-Anlage
Die erfindungsgemäße Membranfiltrationsanlage besteht aus einem Ultrafiltrations(UF)- oder Mikrofiltrations(MF)- und einem Umkehrosmose(UO)- oder Nanofiltrations(NF)system.
Das UF/MF-System ist als eine ein- oder mehrstufige Anlage ausgelegt.
Je nach zu verarbeitender Gülle- oder Biogasabwassermenge und der zu erreichenden Endkonzentration liegt die Stufenzahl zwischen 1 und 12.
Die erfindungsgemäße UF/MF-Anlage ist auf einem oder mehreren Gestellen bzw. in einem Container montiert, wobei je Gestell ein bis drei Stufen angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße UF-Anlage wird an einer dreistufigen Anlage beschrieben.
Die dreistufige Anlage besteht aus einer Speisepumpe 1, die die drei Stufen versorgt.
Die erste Stufe besteht aus einer Zirkulationspumpe 2, einem Modulblock 3, in dem die Module seriell und/oder parallel angeordnet sind, sowie einer Temperiereinrichtung 4, der erforderlichen Mess- und Regeleinrichtungen wie Druck, Temperatur- und Durchflussmessung, einem Rückspülsystem für die Mikrofiltration (MF) und den verbindenden Rohrleitungssystemen.
Die zweite Stufe enthält eine Zirkulationspumpe 5, einen Modulblock 6, in dem die Module seriell oder parallel angeordnet sind, sowie einer Temperiereinrichtung 7, die erforderlichen mess- und regeltechnischen Einrichtungen, wie Druck-, Temperatur-, Durchflussmessung, ein Rückspülsystem für die MF und die verbindenden Rohrleitungssysteme.
Die dritte Stufe enthält die Zirkulationspumpe 8, den Modulblock 9, in dem die Module seriell oder parallel angeordnet sind sowie eine Temperiereinrichtung 10, die erforderlichen mess- und regeltechnischen Einrichtungen, wie Druck-, Temperatur- und Durchflussmessung, ein Rückspülsystem für die MF und die verbindenden Rohrleitungssysteme. Weiterhin ist in der dritten Stufe die Konzentratregelungseinrichtung 12, mit der die gewünschte Konzentration an Feststoffen eingestellt wird, angeordnet. Die Ableitung des Konzentrates erfolgt zur externen Weiterverarbeitung in einen UF-Konzentratbehälter. Die Filtratableitung 11 erfolgt in einen UF-Lagertank 38 über ein Entlüftungssystem 13 und eine Mengenmesseinrichtung 14.
Das UF-Modulsystem ist mit einem 19-Kanal-Rohrbündelmodul mit 1/2"-Polymer­ membranen bestückt.
Die Reinigung der UF-Anlage erfolgt durch Säure aus der Säuredosierstation 16 und UO-Wasser aus dem UO-Behälter 17 bei pH 2-4.
Das UO-System zur Aufarbeitung des bei der UF anfallenden Filtrates ist als ein- oder mehrstufiges System konzipiert, wobei jede Stufe mehrstufig aufgebaut sein kann.
Die erfindungsgemäße Anlage wird am Beispiel einer zweistufigen Anlage erläutert.
Die erste Stufe besteht aus einer Speisepumpe 20, einer Vorfiltrationseinheit 21, zwei Druckaufbaupumpen 22, der Zirkulationspumpe 23, dem UO-Modulblock 24, der parallel angeströmt wird, einer Temperiereinrichtung 25 und einem Druckregelsystem 26 zum Aufbau des erforderlichen Druckes.
Weiterhin sind in der ersten Stufe ein Reinigungssystem, bestehend aus zwei Behältern 27 und einer Reinigungspumpe 28 sowie einem Entlüftungssystem 29 integriert.
Weiterhin enthält die erste UO-Stufe die erforderlichen mess- und regeltechnischen Einrichtungen, wie Druck-, Temperatur-, Durchflussmessung bzw. -regelung, Niveauregelung sowie das verbindende Rohrleitungssystem.
Der UO-Modulblock 24 besteht aus Spiralmodulen mit einer Spaltbreite von 0,4-2,0 mm.
Als Membranen werden Polymermembranen mit einer hohen NH4 +-Rückhaltung eingesetzt.
Die Pumpenkombination 22 und 23 gewährleistet einen Systemdruck von 20-70 bar, vorzugsweise 40-60 bar.
Das Konzentrat wird über die Druckregelungseinheit 26 in das Konzentratentlüftungs­ system 29 in den UO-Konzentrat-Lagertank geleitet.
In der erfindungsgemäßen ersten UO-Stufe sorgt ein Entlüftungssystem 29 für das Konzentrat und das Permeatentlüftungssystem 28 für die Entfernung von Luft und austretenden CO2.
Mit dem integrierten Reinigungssystem 27 erfolgt bei Leistungsabfall der Anlage eine Reinigung mit sauren Reinigern, die die abgelagerten Kristalle auflösen.
Das in der ersten UO-Stufe anfallende Permeat, das noch einen relativ hohen Gehalt an organischen Bestandteilen und NH4 +-Stickstoff enthält, wird in der zweiten Stufe weiter aufgearbeitet zu Wasser mit höchster Reinheit.
Die zweite Stufe besteht aus einer Speisepumpe 30, einer Druckaufbaupumpe und/oder einer Zirkulationspumpe 31, dem Modulblock 32, der Temperiereinrichtung 33, dem Druckregelsystem 34, der pH-Regeleinheit 35, 36 mittels Säure und Lauge und dem Entlüftungssystem 39.
Weiterhin enthält die zweite UO-Stufe die erforderlichen mess- und regeltechnischen Einrichtungen, wie Druck-, Temperatur-, Durchflussmessung bzw. Regelung, Niveau­ regelung sowie das verbindende Rohrleitungssystem.
Der UO-Modulblock 32 besteht aus Spiralmodulen mit einer Spaltbreite von 0,4-1,6 mm.
Als Membranen werden Polymermembranen mit einer hohen NH4 +-Rückhaltung eingesetzt.
Die Pumpenkombination gewährleistet einen Systemdruck von 10-30 bar, vorzugsweise 15-20 bar
Das Konzentrat wird über die Druckregelungseinheit 34 in den UF-Filtrat-Lagertank 38 geleitet.
Um eine weitgehende NH4 +-Absenkung zu sichern, erfolgt in der zweiten UO-Stufe eine Senkung des pH auf Werte von pH 3-7, vorzugsweise 4-5 mit Säure mittels der Säuredosierung 35 und eine Neutralisation in der pH-Regeleinheit 36 oder durch Neutralisationsmittel wie CaCO3.
In der zweiten UO-Stufe sorgt ein Entlüftungssystem 39 für die Entfernung von Luft und austretenden CO2, das sich z. B. bei der Säuerung bilden kann.
Das bei der zweiten UO-Stufe anfallende Permeat (Rohwasser) enthält folgende Bestandteile:
  • - NH4+ 5-50 mg/l vorzugsweise < 20 mg/l
  • - PO4 3- 0-10 mg/l vorzugsweise < 5 mg/l
  • - K+ 5-50 mg/l vorzugsweise < 10 mg/l
Anlagen in anderer erfindungsgemäßer Ausführung können je nach
  • - Modultyp
  • - Pumpen
  • - Ausgangsmaterial
  • - verfahrenstechnischen Parametern
  • - Anforderungen an die Endprodukte, wie Düngekonzentrate und Wasser
ggf. auch mit eingeschränkter technischer Ausstattung der Anlage betrieben werden.
So können die Anlagen auch ohne bzw. mit wahlweiser Anordnung folgender Elemente genutzt werden:
  • - Entlüftungssysteme für Konzentrat und Permeat bei UF/MF und UO/NF
  • - Reinigungssysteme für UF/MF und UO/NF
  • - Säuerung und Neutralisation des Permeates bei der UO/NF- und pH-Regelung
  • - Mess- und regeltechnische Einrichtungen
  • - Behältertechnik
  • - Kühlung bzw. Temperierung
  • - Rückspülung bei der MF
Bei der Verarbeitung der Gülle bzw. des Biogas- Abwassers fallen folgende Produkte an:
  • - UF-Konzentrat
  • - UO-Konzentrat
  • - Wasser.
Die erfindungsgemäße Anlage ist vorgesehen zur Verarbeitung von folgenden Güllearten und Biogasabwässern:
  • 1. frische Gülle von Schwein, Rind, Mischgülle von Schwein, Rind, Geflügel und/oder Gülle anderer Tierarten und von unterschiedlichen Exkrementen
  • 2. Gülle nach Behandlung durch aerobe und anaerobe Fermentation, z. B. Biogasanlagen, Kläranlagen von Schwein, Rind, Geflügel oder Mischgülle von Schwein, Rind, Geflügel auch im Gemisch mit Cofermentaten, wie pflanzlichen Zusatzstoffen, (Gras, Stroh, Pflanzenrückstände oder fett-, eiweiß- und/oder kohlenhydrathaltige Rückstände), Schlachtabfälle,
  • 3. flüssige Rückstände der aeroben oder anaeroben Fermentation (Biogasanlagen, Kläranlagen) von Lebensmittelrückständen, Speiseresten, Abfällen der Lebensmittelindustrie auch im Gemisch mit frischer Gülle oder Biogasgülle, oder Fäkalien - in der vorliegenden Patentschrift als Biogasabwasser bezeichnet.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1
Speisepumpe
2
Zirkulationspumpe
3
erster Modulblock
4
Temperiereinrichtung
5
zweite Zirkulationspumpe
6
zweiter Modulblock
7
zweite Temperiereinrichtung
8
dritte Zirkulationspumpe
9
dritter Modulblock
10
dritte Temperiereinrichtung
11
Filtratableitung
12
Konzentratregeleinrichtung
13
Entlüftungssystem
14
Mengenmeßeinrichtung
15
Vorlaufbehälter
16
Säuredosierstation
17
Permeatableitung
18
Entlüftungssystem
19
Konzentratableitung
20
Speisepumpe
21
Vorfiltrationseinheit
22
Druckaufbaupumpe
23
Zirkulationspumpe
24
UO-Modulblock
25
Temperiereinrichtung
26
Druckregelsystem
27
Reinigungsystem
28
Permeat-Entlüftungssytem
29
Konzentrat-Entlüftungssystem
30
UO-2-Speisepumpe
31
Zirkulationspumpe
32
Modulblock
33
Temperiereinrichtung
34
Druckregelsystem
35
pH-Regeleinheit, Säuredosierung
36
pH-Regeleinheit, Neutralisation
37
Rohwasser-Lagertank
38
UF-Filtrat-Lagertank
39
Entlüftungssystem
40
-
42
Übergabesystem 1-3

Claims (9)

1. Anlage zur Aufbereitung von Gülle und Biogas-Abwasser nach Vorabtrennung der groben Bestandteile nach herkömmlicher Technik, wie Pressschneckenseparatoren, zu Düngekonzentraten und Wasser
bestehend aus Ultrafiltrations(UF)- oder Mikrofiltrations(MF)- und Umkehrosmose(UO)- oder Nanofiltrations(NF)-Anlage, wobei die UF-/MF-Anlage in ein- bis zwölfstufiger, vorzugsweise in ein- bis fünfstufiger Ausführung angeordnet ist,
jede Stufe aus Zirkulationspumpe (2, 5, 8)- Modulblock (3, 6, 9), Temperiereinrichtung (4, 7, 10), mess- und regeltechnischen Einrichtungen zur Bestimmung bzw. Regelung von Druck, Temperatur, Durchfluss und Entlüftungssystemen (18) für Konzentrat und Permeat sowie Rückspülsystem sowie den verbindenden Rohrleitungen besteht,
das Konzentrat von Stufe zu Stufe durch ein Übergabesystem (40, 41, 42) weitergegeben wird, in der nächsten Stufe, die jeweils wieder aus Zirkulationspumpen (2, 5, 8), Modul­ block (3, 6, 9), Temperiereinrichtung (4, 7, 10), mess- und regeltechnischen Einrichtungen zur Bestimmung bzw. Regelung von Druck, Temperatur, Durchfluss und Entlüftungs­ systemen (18) für Konzentrat und Permeat sowie Rückspülsystem sowie den verbindenden Rohrleitungen besteht,
das Rückspülsystem der Mikrofiltration eine Zeit- oder durchflussgesteuerte Rückspülung der Membranen sichert,
die Umkehrosmose oder Nanofiltration als mindestens zweistufige Anlage ausgelegt ist, wobei die erste konzentratgestufte Stufe aus einer Speisepumpe (20), einer Vor­ filtrationseinheit (21), einer oder mehreren Druckaufbaupumpen (22), einer Zirkulations­ pumpe (23), dem Umkehrosmose/Nanofiltrations-Modulblock (24), einer Kühl- und Temperiereinrichtung (25), den erforderlichen mess- und regeltechnischen Einrichtungen, wie Druck-, Temperatur-, Durchflussmessung bzw. -regelung, Niveauregelung sowie dem verbindenden Rohrleitungssystem besteht,
die zweite permeatgestufte Stufe aus einer Speisepumpe (30), einer Druckaufbaupumpe und/oder einer Zirkulationspumpe (31), dem Modulblock (32), der Kühlung (33), dem Druck­ regelsystem (34) und der pH-Regeleinheit (35, 36), dem Entlüftungssystem (39) und den erforderlichen mess- und regeltechnischen Einrichtungen, wie Druck-, Temperatur-, Durch­ flussmessung bzw. -regelung, Niveauregelung und dem verbindenden Rohrleitungssystem besteht,
in der zweiten Stufe der Umkehrosmose eine Säuredosierung (35) mittels Säure, die eine Senkung des pH-Wertes auf Werte von pH 3-7, vorzugsweise 4-5 erreicht und eine Neutralisation mittels der pH-Regeleinheit (36) oder Neutralisationsmittel wie CaCO3, angeordnet sind.
2. Anlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungs-, mess- und regeltechnischen Einrichtungen, Temperierung, pH- Regulierung, Säuredosierung und Rückspülung nicht oder nur teilweise eingesetzt sind.
3. Ein Ultrafiltrations- oder Mikrofiltrations-Modulblock (3, 6, 9) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er vorzugsweise mit Rohrmembranen aus Polymeren oder Keramik oder anderem Membranmaterial bestückt ist.
4. Ein Ultrafiltrations- oder Mikrofiltrations-Modulblock (3, 6, 9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Plattenmodulen mit einer Spaltbreite von über 2 mm besteht.
5. Ein Umkehrosmose- oder Nanofiltrations-Modulblock (32) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise Polymermembranen mit einer hohen NH4 +-Rückhaltung eingesetzt sind.
6. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste konzentratgestufte Stufe als auch die zweite permeatgestufte Stufe in sich mehrstufig aufgebaut sind, wobei die einzelnen Unterstufen so aufgebaut sind wie die jeweilige erste und zweite Stufe.
7. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die UO-Anlage als drei- bis fünfstufige Anlage angeordnet ist.
8. Umkehrosmose-Modulblock (32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Plattenmodule, vorzugsweise mit einer Spaltbreite von 1,5-3,0 mm oder Spiralmodule mit einer Spaltbreite von 0,4-2,0 mm angeordnet sind.
9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung der UF/MF-Anlage und der UO/NF-Anlage vorrangig Säure aus einer Säuredosierstation (16) oder anderen Vorlagebehältern zugeführt wird, so dass der pH-Wert der Reinigungslösung 1-4, vorzugsweise 2-3 beträgt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100395200C (zh) * 2006-02-07 2008-06-18 三达膜科技（厦门）有限公司 一种基于二级膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法

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