DE10152751A1

DE10152751A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Biofiltraten aus biotechnologisch behandelten Substraten und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10152751A1
Application number: DE10152751A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Auerbach; Werner Becker; Joerg Walpuski
Original assignee: LRZ LANDHANDELS- und RECYCLING-ZENTRUM GmbH; AUGUST FREBE GmbH; LRZ LANDHANDELS und RECYCLING; WABIO BIOTECHNIK GmbH
Current assignee: Wabio Technologie De GmbH
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2003-05-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Biofiltraten aus biotechnologisch behandelten Substraten durch Ansäuerung des Biofiltrates sowie Kopplung einer wenigstens einstufigen Vakuum- Umlaufverdampfung zur Gewinnung eines Nährstoff-/Störstoffkonzentrates mit einer nachgeschalteten wenigstens einstufigen Kondensationsstufe und einem anschließenden konditionierenden Nachbehandlungsprozeß zur Gewinnung eines verregnungs- oder direkteinleitungsfähigen Wassers. Zur Durchführung des Verfahrens werden in einer Anordnung Biofiltrat-Vorratsbehälter, Säure- Vorratsbehälter, Voraufheizer, Verdampfer, Kondensator, Kühler, Vakuumpumpe, Kondensat-Sammelbehälter und Konzentrat- Sammelbehälters sowie Dosiersysteme für das aufzubereitende Biofiltrat und für die Prozeßsäure miteinander gekoppelt.
Die Anordnung sowie das durchzuführende Verfahren werden insbesondere für die Aufbereitung von Biofiltraten bei gleichzeitiger Gewinnung von Wässern benötigt, die durch weitgehenden Entzug der Nährstoffgehalte gekennzeichnet sind. Solche technischen Lösungen finden in der Abwasseraufbereitung, in der Lebensmittelindustrie und in der Abfallwirtschaft Anwendung.
Markantes Kennzeichen von Biofiltraten, die in der Regel aus Substraten mit biogenen Inhaltsstoffen mittels mechanischer Phasentrennung gewonnen werden, ist der vergleichsweise hohe Gehalt an lebenden Bakterien und gelösten Kalium- und Stickstoffverbindungen. Insbesondere der in Biofiltraten enthaltene Ammoniak führt bei Temperaturerhöhung bekanntermaßen zu Emissionen, die im entscheidenden Maße der thermischen Aufbereitung mit bekannten Mitteln entgegenstehen.
Aus Kostengründen muß in vielen Fällen auf das Ausfällen der Stickstoffverbindungen und/oder auf das sogenannte Strippen des in Biofiltraten enthaltenen Ammoniaks vor einer Verdampfung des in Biofiltraten enthaltenen Wassers verzichtet werden.
Zur Lösung dieses Problems wurden bereits vielfältige Anstrengungen unternommen.
Zielstellung dieser Bemühungen war insbesondere der rationelle Einsatz der erforderlichen thermischen Energie, gemessen am spezifischen Energieverbrauch je Mengeneinheit an gewonnenem Kondensat in Wasserqualität. Die unter dieser Maßgabe entwickelten technischen Lösungen finden sich in bekannten vielstufigen Verdampfungssystemen, die zudem unter den Bedingungen eines mehr oder weniger starken Vakuums betrieben werden.
Auch bekannte Verfahren der Membrantechnik versagen ohne ausreichende Vorbehandlung der Biofiltrate auf Grund der Tatsache, daß in den Biofiltraten neben den aus der Vergärung stammenden aktiven Bakterien große Mengen kolloidal gelöster Stoffe enthalten sind. Insbesondere diese Kolloide sind problematisch, da sie wegen ihrer kleinen Abmessungen mit herkömmlichen Filtern kaum abgetrennt werden können und andererseits für die Anwendung der Mikrofiltration zu große Abmessungen besitzen. An Membranen zeigen sich sehr schnell Foulingeffekte durch die Kolloide und ein unübersehbares Biofouling auf den Membranoberflächen durch die aktiven Bakterien. Die hohe Nährstoffkonzentration in den Biofiltraten ermöglicht trotz angewendeter Pasteurisierung die ständige Neuansiedlung von Bakterien.
Die Aufgabe der Erfindung besteht im Schaffen einer technischen Lösung für die Aufbereitung von Biofiltraten, mit deren Hilfe die Mängel des bekannten Standes der Technik überwunden werden können. Insbesondere geht es um das Bereitstellen einer technisch und wirtschaftlich unaufwendigen Lösung, die unter den besonderen Bedingungen der ausreichenden Verfügbarkeit von billiger niedrigkaloriger Anfallwärme funktionsfähig sein soll.
Da die überwiegende Anwendung der zu schaffenden Lösung in der Abwasser- und Bioabfallbehandlung stattfindet, ist die neue Vorgehensweise möglichst bedienungsarm und robust zu gestalten. Schließlich wird angestrebt, den Einsatz von erforderlichen chemischen Zusatzstoffen bei der Durchführung des zu schaffenden Verfahrens auf ein Mindestmaß zu begrenzen. Zu schaffen ist eine technische Lösung, mit deren Hilfe eine möglichst vollständige Verwertung des in den Biofiltraten enthaltenen Nährstoffpotentials ermöglicht wird. Dazu muß das Rückgewinnen gelöster organischer und anorganischer Stoffe aus den Biofiltraten sichergestellt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 18 gelöst. Die vorteilhaften Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Danach sieht ein Verfahren zur Aufbereitung von Biofiltraten aus biotechnologisch behandelten Substraten ein Ansäuern des aufzubereitenden Biofiltrates und den Einsatz einer wenigstens einstufigen Vakuum-Umlaufverdampfung zur Gewinnung eines Konzentrates vor, wobei das Konzentrat durch eine hohe Nährstoff- und Störstoffanreicherung gekennzeichnet ist.
Der Vakuum-Umlaufverdampfung ist eine wenigstens einstufige Kondensationsstufe für die Behandlung der bei der Verdampfung entstehenden Destillate nachgeschaltet. Das gewonnene Kondensat wird in einem Nachbehandlungsprozeß konditioniert, um dabei ein Wasser zu gewinnen, das wegen seiner geringen Nährstoff und Schadstoffbelastung unproblematisch verregnungsfähig oder in ausgewählten Fällen in öffentliche Gewässer direkt einleitungsfähig ist. Das der Aufbereitung zugeführte Biofiltrat wird im allgemeinen aus der mechanischen Phasentrennung von Substraten gewonnen, die zuvor einer biotechnologischen Behandlung ausgesetzt waren.
Bei dieser Behandlung wird sichergestellt, daß die im Biofiltrat enthaltenen Stickstoffverbindungen zu wenigstens 70% in Ammonium umgewandelt werden.
Bevorzugt wird die biotechnologische Vorbehandlung des Biofiltrates mittels anaerober Methangärung vorgenommen, bei dem der überwiegende Anteil der enthaltenen Stickstoffverbindungen in wasserlösliches Ammonium umgewandelt wird.
Dem Verdampfer, der bei einem absoluten Druck von maximal 0,5 bar betrieben wird, werden die Biofiltrate im Form eines Biofiltrat-Säure- Gemischs zugeführt, wobei durch Zugabe eines entsprechenden Säurepotentials der pH-Wert auf eine Größe von maximal 6 eingestellt wird. Durch das stetige Abdampfen von Destillaten wird im Verdampfer, dem Gebrauchswärme in Form von Niederdruckdampf in einem Temperaturbereich von bis zu 125°C, in Form von Heißwasser in einem Temperaturbereich von bis zu 130°C oder in Form von Warmwasser in einem Temperaturbereich von bis zu 100°C zugeführt wird, ein Biofiltrat-Säure-Gemisch mit einem Trockensubstanzgehalt von wenigstens 12 Masse-% erzeugt. Durch die Entnahme von Konzentrat aus dem Verdampfer werden dem Prozeß in adäquater Menge die mit dem Biofiltrat und der Prozeßsäure zugeführten Nähr- und Schadstoffe entzogen. Unter der Voraussetzung, daß im Verdampfer überwiegend ein Medium in Konzentratqualität enthalten ist, können der Verdampfungsstufe die aufzubereitenden Biofiltrate und die erforderlichen Mengen an Prozeßsäure jeweils auch direkt zudosiert werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß im Zuge der anaeroben Vorbehandlung der biogenen Substrate, aus denen die Biofiltrate gewonnen werden, die Konzentrationen an wasserlöslichem Ammonium im Biofiltrat auf Werte von wenigstens 1000 mg/l erhöht werden.
Dieser Konzentrierungsprozeß verläuft parallel zu einer Minderung der Ammoniakkonzentration im Biofiltrat als eine Vorraussetzung für den emissionsarmen Betrieb des Aufbereitungsprozesses für das Biofiltrat. Das erforderliche Säurepotential zur Gewährleistung eines pH-Wertes von maximal 6 im Verdampfer wird durch den Einsatz von Mineralsäuren praktisch beliebiger Konzentration, vorzugsweise Schwefel-, Phosphor- und/oder Salpertersäure, zugeführt.
Im Falle des Einsatzes schadstoffarmer Biofiltrate werden auf diese Weise Konzentrate gewonnen, die sich durch einen zusätzlich erhöhten Gehalt an den Pflanzennährstoffen Schwefel, Phosphor und/oder Stickstoff auszeichnen.
Es ist auch möglich, als das erforderliche Säurepotential sogenannte Biosäuren zum Einsatz zu bringen, wie sie beispielsweise in Form von schwacher Schwefelsäure aus der biotechnologischen Biogasentschwefelung gewonnen wird. Diese Anwendungsvariante kommt insbesondere zum Einsatz, wenn die Gärrückstände von Methanreaktoren in Biogasanlagen zu Biofiltraten führen und die anfallenden Biogasmengen in durch Mikroorganismen besiedelten Tropfkörperapparaten entschwefelt werden.
Bevorzugt werden als Säurepotential Gemische aus Biosäuren und Mineralsäuren eingesetzt, wobei nach vollständigem Verbrauch der anfallenden Biosäure die Mineralsäuren in der noch erforderlichen Ergänzungsmenge zum Einsatz kommen. In einer besonderen Ausführungsform wird als Mineralsäurekomponente Abfallschwefelsäure eingesetzt.
Es ist vorgesehen, nach Erreichen des eingeschwungenen Prozeßzustandes die Säurezugabe zum Prozeß auf das Maß zu reduzieren, das etwa dem im aus der Verdampfungsstufe ausgetragenen Konzentrat enthaltenen Säurepotential entspricht.
Im Interesse eines rationellen Einsatzes von Nutzwärme wird das aufzubereitende Biofiltrat vor dem Eintritt in die Verdampfungsstufe voraufgeheizt, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens hierfür die fühlbare Wärme der aus dem Verdampfer abgeführten Destillate und/oder die fühlbare Wärme der aus dem Verdampfer abgeführten Konzentrate eingesetzt werden.
Das aufzubereitende Biofiltrat kann der Verdampfungsstufe intermittierend oder stetig zugeführt werden.
Zur Vermeidung von Unstetigkeiten bei der Aufrechterhaltung des Prozeßdruckes wird bevorzugt die Biofiltratzugabe parallel zur Konzentratabführung jeweils verstärkt und im Übrigen der Menge der aus der Verdampfungsstufe abgeführten Destillate angepaßt.
Erste Konzentratmengen werden der Verdampfungsstufe nach dem Anfahren des Prozesses erst entnommen, nachdem die gewählte Konzentratqualität erreicht worden ist.
Die Entnahme des Konzentrates kann danach sowohl intermittierend als auch stetig vorgenommen werden.
Zur Voraufheizung des Biofiltrates vor dem Eintritt in die Verdampfungsstufe werden bevorzugt Rohrbündel-, Platten- und/oder Doppelrohrwärmetauscher eingesetzt.
Es ist grundsätzlich möglich, das Voraufheizen des Biofiltrates mit dem Kondensieren der zur Voraufheizung eingesetzten Destillate unmittelbar zu verbinden. Dazu wird der angewendete Wärmetauscher gleichzeitig als Voraufheizer und als Kondensator genutzt.
Das Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die anfallenden Kondensate mit verschiedenen an sich bekannten Techniken nachbehandelt werden können. Die Nachbehandlung kann bedarfsweise in einem Schönungsteich als ein naturnahes Gewässer, in dem gleichermaßen Sedimentationsprozesse und Sauerstoffanreicherungsprozesse parallel zum Entzug von verbliebenen Nährstoffkomponenten stattfinden.
Unter Anwendung der aus der konventionellen Abwasserklärtechnik bekannten Methoden kann die Nachbehandlung der gewonnenen Kondensate auch mittels Nitrifizierung und Denitrifizierung durchgeführt werden.
Es ist auch möglich, die Nachbehandlung der gewonnenen Kondensate mittels Membrantechnik durchzuführen. Vorzugsweise kommen dazu Techniken, wie Ultra- und/oder Nanofiltration und/oder Umkehrosmose, zum Einsatz.
Schließlich kann die Nachbehandlung der gewonnenen Kondensate separat oder zusätzlich zu anderen Maßnahmen mittels Pflanzenkläranlagentechnik durchgeführt werden.
Die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens bestehen zusammengefaßt in der nun bestehenden Möglichkeit, Biofiltrate kostengünstig und mit hoher Effektivität in Nährstoffkonzentrate und in eine für verschiedene wirtschaftliche Anwendungen nutzbare wäßrige Komponente oder in ein Abwasser aufzutrennen, das unmittelbar vorhandenen natürlichen Gewässern ohne deren qualitative Beeinträchtigung zugeführt werden kann.
Dazu werden die besondere Form der vorgeschalteten anaeroben Behandlung mit einer weitgehenden Umwandlung der im Substrat enthaltenen organischen Stickstoffverbindungen in die Ammoniumform ebenso genutzt, wie die bei der biotechnologischen Biogasreinigung anfallenden Säurepotentiale und die bei der energetischen Nutzung der gewonnenen Biogasmengen anfallenden Wärmemengen. Durch die bestehende Möglichkeit der unmittelbaren Verbindung des Prozesses der Biofiltratgewinnung im Zuge der physikalischen Phasentrennung der Gärrückstände mit der Biofitrataufbereitung können die dort anfallenden Konzentratmengen bedarfsweise qualitätserhöhend der festen Phase zugeführt werden. Andererseits läßt sich das Konzentrat bei Gewährleistung einer erforderlichen Mindesttemperatur oder in verdünnter Form auch direkt als hochwertiger Flüssigdünger einsetzen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sieht die Kopplung eines Biofiltrat-Vorratsbehälters, eines Säure- Vorratsbehälters, eines Voraufheizers, eines Verdampfers, eines Kondensators, eines Kühlers, einer Vakuumpumpe, eines Kondensatsammelbehälters, eines Konzentratsammelbehälters sowie die Dosiersysteme für das aufzubereitende Biofiltrat und für die Prozeßsäure vor. Das Dosiersystem für die einzusetzende Prozeßsäure wird dazu im Anlagenbereich vom Biofiltrat-Vorratsbehälter bis zum Verdampfer angeordnet. Der Voraufheizer für das aufzubereitende Biofiltrat und eine erste Kondensationsstufe sind in einer gemeinsamen Anlagenkomponente angeordnet. Als Verdampfer kommt eine mit Heizflächen und Fluidisierungseinrichtungen ausgestattete Behältertechnik zum Einsatz.
In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung sind die Dosiersysteme für das aufzubereitende Biofiltrat und für die Prozeßsäure direkt am Verdampfer angeordnet.
Weiterhin ist es möglich, als gemeinsame Anlagenkomponente für den Voraufheizer und einen ersten Kondensator einen Rohrbündel-, Platten- oder Doppelrohrwärmetauscher einzusetzen.
Vorzugsweise ist der Verdampfer eine mantelbeheizte Rührmaschine. Weiterhin ist vorgesehen, daß der die verfügbare Anfallwärme im Temperaturbereich bis 95°C nutzende Verdampfer mit dem Kühlsystem eines Blockheizkraftwerkes in Verbindung steht.
Der Verdampfer selbst ist mit Sensoren für die Bestimmung der Temperatur, des pH-Wertes, des Trockensubstanzgehaltes, des Dampfdruckes und/oder des Ammoniumgehaltes ausgestattet.
Die am Verdampfer angeordneten Sensoren und die Dosiersysteme für das aufzubereitende Biofiltrat und für die Prozeßsäure sowie die Vakuumpumpe und die Entnahmepumpe für das Konzentrat stehen über eine Anlagensteuerung miteinander in Verbindung. Unter Berücksichtigung des Wärmeangebotes, der Vorlauftemperatur des dem Verdampfer zugeführten Biofiltrates und des Ammoniakgehaltes des aufzubereitenden Biofiltrates werden durch die Anlagensteuerung die Antriebe für die Dosiersysteme und Pumpen so aktiviert, daß die Entbindung von gelöstem Ammoniak durch entsprechende Säurezugabe auf das zulässige Maß beschränkt und das gewünschte Vakuum im System stabil aufrecht erhalten wird.
Der für die Bestimmung des freigesetzten Ammoniaks vorgesehene Sensor ist bevorzugt im vom erzeugten Destillat berührten Anlagenbereich angeordnet.
In einer besonderen Ausführungsform steht der Sensor zur Ammoniakbestimmung mit den Dosiersystemen für das aufzubereitende Biofiltrat und für die Prozeßsäure, mit der Entnahmepumpe für das Konzentrat, mit der Temperatursteuerung und/oder mit der Vakuumpumpe über die Anlagensteuerung in Verbindung.
Die Vorteile der vorgeschlagenen Anordnung bestehen zusammengefaßt darin, daß in Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwertung der zu gewinnenden Kondensate die Anordnung extrem einfach und kostengünstig realisiert werden kann. Im allgemeinen lassen sich mit der vorgesehenen Anordnung einstufig Kondensate gewinnen, die als schwach nährstoffhaltige Verregnungswässer für die Pflanzenproduktion eingesetzt werden können. In Verbindung mit wenigstens einer Nachbehandlungsstufe, wie eine membrantechnische Komponente zur Ammoniumabscheidung, eine konventionelle Nitrifizierungs- und Denitrifizierungsstufe oder eine Pflanzenkläranlage, lassen sich Kondensate mit einer Qualität gewinnen, die problemlos in natürliche Gewässer eingeleitet werden können.
Die entwickelte Anordnung berücksichtigt die besonderen Gegebenheiten, die beim Betrieb einer biotechnologischen Substrataufbereitungsanlage mit den dort anfallenden nährstoffreichen Biofiltraten und den gleichermaßen verfügbaren Anfallwärmemengen in Form von Warmwasser aus der Blockheizkraftwerkskühlung vorherrschen. Mit der vorgeschlagenen Anordnung kann der erforderliche Aufbereitungsprozeß überwiegend einstufig mit leicht beherrschbarer und robuster Anlagentechnik durchgeführt werden, wobei auf einen zusätzlichen Einsatz von Wärmeenergie weitgehend verzichtet werden kann.
Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In der beigefügten Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Verfahrensschema für das vorgeschlagene Aufbereitungsverfahren;
Fig. 2 das Blockschaltbild der vorgeschlagenen Anordnung mit der Positionierung des Dosiersystems für die Prozeßsäure am Vorratsbehälter für das Biofiltrat;
Fig. 3 das Blockschaltbild der vorgeschlagenen Anordnung mit der Positionierung der Dosiersysteme für das Biofiltrat und für die Prozeßsäure am Verdampfer;
Fig. 4 das Blockschaltbild der vorgeschlagenen Anordnung mit der Zwischenschaltung eines Biogasentschweflers in das Dosiersystem für das Biofiltrat;
Fig. 5 das Blockschaltbild der vorgeschlagenen Anordnung einschließlich der Kopplung mit Kondensatnachbehandlungseinrichtungen.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiel 1

Gemäß der Fig. 1 und 2 wird das Biofiltrat aus einer mechanischen Phasentrennung von Gärrückstand aus einer vorgeschalteten Biogasanlage in einem Biofiltrat-Vorratsbehälter 1 gesammelt. Aus der Entschwefelungseinrichtung für das in der vorgeschalteten Biogasanlage anfallende Biogas wird eine Biosäure bereitgestellt, die im Säure-Vorratsbehälter 2 gesammelt wird. Bedarfsweise wird fehlendes Säurepotential durch Mineralsäuren zugeführt. Bei Beginn der Anlageninbetriebnahme wird dem Biofiltrat aus dem Säure- Vorratsbehälter 2 im Biofiltrat-Vorratsbehälter 1 Säure in einem solchen Umfang zugesetzt, daß sich ein ph-Wert von etwa 4,9 einstellt. Das angesäuerte Biofiltrat wird daraufhin mittels Dosiersystem 10 für das Biofiltrat über den Voraufheizer 3 dem Verdampfer 4 zugeführt. Der Voraufheizer 3 ist im Ausführungsbeispiel ein Doppelrohrwärmetauscher, der nach Einsetzen des Anfalls von Destillat im Verdampfer 4 wesentliche Teile der fühlbaren Wärme des Destillates auf das dem Verdampfer 4 zugeführte angesäuerte Biofiltrat überträgt. Der Verdampfer 4 ist im Ausführungsbeispiel eine mantelbeheizte Rührmaschine, deren medienberührten Flächen glasemailliert beschichtet sind. Der Verdampfer 4 ist mit einem Füllstutzen für das angesäuerte Biofiltrat, mit einem Entnahmestutzen für das abzuführende Konzentrat und mit einem Stutzen für das abzuführende Destillat ausgerüstet. Darüber hinaus sind am Verdampfer 4 Meßstutzen für Temperatur-, Druck-, Viskositäts- und ph-Wert-Sensoren angeordnet. Der Heizmantel des Verdampfers 4 steht mit dem Kühlsystem des Blockheizkraftwerkes der vorgeschalteten Biogasanlage in Verbindung und erhält Heißwasser mit einer Vorlauftemperatur von 120°C. Der Verdampfer 4 steht weiterhin mittels einer Förderleitung für das Destillat mit dem Voraufheizer 3 in Verbindung. Danach gelangt das teilweise abgekühlte Destillat in den Kondensator 5, der mit im Kühler 6 gewonnenem Kühlwasser gekühlt wird.
An der Verbindungsleitung für das Destillat zwischen Voraufheizer 3 und Kondensator 5 ist eine Vakuumpumpe 5 angeordnet, mit deren Hilfe bei unausreichender Kondensation des Destillates das gewählte Vakuum in einer Höhe von 0,3 bar Absolutdruck aufrecht erhalten wird. In diesem Zusammenwirken der Komponenten wird nach Erreichen des Sollfüllstandes im Verdampfer 4 die Biofiltratbehandlung solange fortgesetzt, bis das sich im Verdampfer 4 anreichernde Medium die gewünschte Konzentratqualität aufweist. Nach Erreichen dieses Zustandes wird bei Aufrechterhaltung des Vakuums im System die Zugabe von Säure zum Biofiltrat-Vorratsbehälter 1 jeweils auf das Säurepotential reduziert, das bei Abführung von Konzentrat aus dem Verdampfer 4 mit Hilfe der Entnahmepumpe 12 in den Konzentratsammelbehälter 9 dem System entzogen wird. Die Überwachung des Vorgangs erfolgt mittels des pH-Wert-Sensors am Verdampfer 4.
Das im Kondensator 5 anfallende Kondensat gelangt in den Kondensatsammelbehälter 8.
Im Ergebnis dieser einstufigen Vakuumverdampfung wird bei Medientemperaturen im Verdampfer 4 von weniger als 75°C die Trennung des Biofiltrates in ein nährstoffreiches Konzentrat und in ein nährstoffarmes Kondensat erreicht. Die Neigung zur Entbindung von flüchtigem Ammoniak wird dabei durch das Ansäuern des aufzubereitenden Biofiltrates entscheidend reduziert. Dadurch bleibt das im Biofiltrat enthaltene pflanzenverfügbare Potential an Stickstoffverbindungen nahezu vollständig nutzbar.
Ausgehend von einem Biofiltrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 0,48 Masse-%, einem Ammoniumgehalt von 1740 mg/kg Trockensubstanz und einem CSB-Gehalt (CSB = chemischer Sauerstoffbedarf) von 3240 mg/kg Trockensubstanz wird ein Kondensat mit weniger als 0,05 Masse-% Trockensubstanz, einem Ammoniumgehalt von 45 mg/l und einem CSB-Gehalt von weniger als 80 mg/l erhalten. Die Qualität des gewonnenen Konzentrates ist durch einen Trockensubstanzgehalt von 18,5 Masse-% und durch einen Gehalt an Gesamtstickstoff in Höhe von 36,5 g/kg-Trockensubstanz gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiel 2

Gemäß der Fig. 1 und 3 wird ein Biofiltrat wie im Ausführungsbeispiel 1 aufbereitet. Allerdings wird das Dosiersystem 11 für die Zusatzsäure direkt mit dem Verdampfer 4 gekoppelt und damit das mit dem intermittierend entnommenen Konzentrat entzogene Säurepotential unmittelbar ersetzt.

Ausführungsbeispiel 3

Gemäß der Fig. 1 und 4 wird dem System zur Aufbereitung von Biofiltrat gemäß der Beschreibung im Ausführungsbeispiel 1 ein Biogasentschwefler 14 in Form eines speziellen Tropfkörperapparates zugeordnet, wobei dieser Biogasentschwefler zwischen dem Dosiersystem 10 für Biofiltrat und dem Voraufheizer zum Einsatz kommt. Das Biofiltrat dient dabei im Biogasentschwefler 14 als Nährlösung für die im Biogasentschwefler 14 tätigen Mikroorganismen. Der Biogasentschwefler 14 steht weiterhin mit dem Biogasfördergebläse 13 und dem Biogasspeicher 15 in Verbindung. Bei der Gewinnung des für die Hemmung der Ammoniakentbindung benötigten Säurepotentials aus dem im Biogas enthaltenen Schwefelwasserstoff wird gleichzeitig die erwünschte Schwefelabreicherung des Biogases für dessen anschließende energetische Verwertung erreicht. Die einzelnen Anlagenkomponenten stehen mit der Anlagensteuerung 16 in Verbindung. Bezugszeichenliste 1 Biofiltrat-Vorratsbehälter
2 Säure-Vorratsbehälter
3 Voraufheizer
4 Verdampfer
5 Kondensator
6 Kühler
7 Vakuumpumpe
8 Kondensat-Sammelbehälter
9 Konzentrat-Sammelbehälter
10 Dosiersystem für Biofiltrat
11 Dosiersystem für die Prozeßsäure
12 Entnahmepumpe für Konzentrat
13 Biogasfördergebläse
14 Biogasentschwefler
15 Biogasspeicher
16 Anlagensteuerung

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung von Biofiltraten aus biotechnologisch behandelten Substraten durch Ansäuerung des Biofiltrates sowie Kopplung einer wenigstens einstufigen Vakuum-Umlaufverdampfung zur Gewinnung eines Nährstoff- /Störstoff-konzentrates mit einer nachgeschalteten wenigstens einstufigen Kondensationsstufe und einem anschließendem konditionierenden Nachbehandlungsprozeß zur Gewinnung eines verregnungs- oder direkteinleitungsfähigen Wassers, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels biotechnologischer Behandlung die Stickstoffverbindungen im Biofiltrat zu wenigstens 70% in Ammonium umgewandelt werden,
daß im Verdampfer bei einem absoluten Druck von maximal 0,5 bar durch Säurezugabe ein pH-Wert im Biofiltrat-Säure-Gemisch von maximal 6 eingehalten wird,
daß im Verdampfer das Biofiltrat-Säure-Gemisch bis zu einem mittleren Trockensubstanzgehalt von wenigstens 12 Masse-% aufkonzentriert wird und
daß das Biofiltrat und die Prozeßsäure dem Verdampfer jeweils direkt zudosiert werden.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biotechnologische Vorbehandlung des Biofiltrates zur Umwandlung der enthaltenen Stickstoffverbindungen in wasserlösliches Ammonium mittel anaerober Methangärung vorgenommen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Biofiltrates an wasserlöslichem Ammonium bis auf Konzentrationen von wenigstens 1000 mg/l erhöht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Säurepotential Mineralsäuren, vorzugsweise Schwefel-, Phosphor- und/oder Salpetersäure, eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Säurepotential Biosäuren, vorzugsweise biotechnologisch gewonnene Schwefelsäure aus der Biogasentschwefelung, eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Säurepotential ein Gemisch aus Biosäuren und Mineralsäuren, vorzugsweise Abfallschwefelsäure, eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Säurezugabe im eingeschwungenen Prozeßzustand etwa auf den Umfang des in dem aus der Verdampfungsstufe ausgetragenen Konzentrat enthaltenen Säurepotentials reduziert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzubereitende Biofiltrat vor dem Eintritt in die Verdampfungsstufe voraufgeheizt wird.

9. Verfahren nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das der Verdampfungsstufe zugeführte Biofiltrat unter Nutzung der fühlbaren Wärme der aus dem Verdampfer abgeführten Destillate voraufgeheizt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Biofiltrat der Verdampfungsstufe intermittierend oder stetig zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumverdampfungsstufe nach dem Anfahrprozeß erst nach Erreichen der gewählten Konzentratqualität im Verdampfer intermittierend oder stetig Konzentratmengen entnommen werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Voraufheizung des Biofiltrates vor dem Eintritt in die Verdampfungsstufe mittels Rohrbündel-, Platten- und/oder Doppelrohr-Wärmetauscher durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensstufe zur Voraufheizung des Biofiltrates gleichzeitig als eine erste Kondensationsstufe für die gewonnenen Destillate genutzt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlung des gewonnenen Kondensates in einem Schönungsteich durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlung des gewonnenen Kondensates mittels Nitrifizierung und Denitrifizierung durchgeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlung des gewonnenen Kondensates mittels Membrantechnik, vorzugsweise mittels Ultra- und/oder Nanofiltration und/oder Umkehrosmose, durchgeführt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlung des gewonnenen Kondensates mittels Pflanzenkläranlage durchgeführt wird.

18. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1 durch Kopplung eines Biofiltrat-Vorratsbehälters (1), eines Säure-Vorratsbehälters (2), eines Voraufheizers (3), eines Verdampfers (4), eines Kondensators (5), eines Kühlers (6), einer Vakuumpumpe (7), eines Kondensat-Sammelbehälters (8) und eines Konzentrat-Sammelbehälters (9) sowie der Dosiersysteme (10, 11) für das aufzubereitende Biofiltrat und für die Prozeßsäure, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dosiersystem (11) für die einzusetzende Prozeßsäure im Anlagenbereich vom Biofiltrat-Vorratsbehälter (1) bis zum Verdampfer (4) angeordnet ist,
daß der Voraufheizer (3) für das aufzubereitende Biofiltrat und eine erste Kondensationsstufe (5) in einer gemeinsamen Anlagenkomponente angeordnet sind und
daß der Verdampfer (4) eine mit Heizflächen und Fluidisierungseinrichtungen ausgestattete Behältertechnik ist.

19. Anordnung nach dem Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiersysteme (10, 11) für das aufzubereitende Biofiltrat und für die Prozeßsäure direkt am Verdampfer (4) angeordnet sind.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Anlagenkomponente für den Voraufheizer (3) und einen ersten Kondensator (5) ein Rohrbündel-, Platten- oder Doppelrohrwärmetauscher ist.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (4) eine mantelbeheizte Rührmaschine ist.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der die verfügbare Anfallwärme im Temperaturbereich bis zu 95°C nutzende Verdampfer (4) mit dem Kühlsystem eines Blockheizkraftwerkes in Verbindung steht.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (4) mit Sensoren für die Bestimmung der Temperatur, des pH-Wertes, des Trockensubstanzgehaltes, des Dampfdruckes und/oder des Ammoniumgehaltes ausgestattet ist.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die am Verdampfer angeordneten Sensoren und die Dosiersysteme (10, 11) für das aufzubereitende Biofiltrat und für die Prozeßsäure sowie die Vakuumpumpe (7) und die Entnahmepumpe (12) für das Konzentrat über eine Anlagensteuerung (16) miteinander in Verbindung stehen.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß im vom Destillat berührten Anlagenbereich wenigstens ein Sensor für die Bestimmung von Ammoniak angeordnet ist.

26. Anordnung nach dem Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Ammoniakbestimmung mit den Dosiersystemen (10, 11) für das aufzubereitende Biofiltrat und für die Prozeßsäure, mit der Entnahmepumpe (12) für das Konzentrat, mit der Temperatursteuerung und/oder mit der Vakuumpumpe (7) über eine Anlagensteuerung (16) in Verbindung steht.