DE102009043846A1

DE102009043846A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion

Info

Publication number: DE102009043846A1
Application number: DE102009043846A
Authority: DE
Inventors: Herking Heinrich Schulze; Sascha Fütterer; Karl Erich Göppinger
Original assignee: Schmack Biogas GmbH
Current assignee: Schmack Biogas GmbH
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion umfassend die Schritte a) Einbringen der Gärreste in eine Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen, b) Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und eine von groben Feststoffen abgereicherte Phase, c) Austrag der in Schritt b) erhaltenen mit groben Feststoffen angereicherten Phase, d) Überführen der in Schritt b) erhaltenen von groben Feststoffen abgereicherten Phase in eine Vorrichtung zur Mikrofiltration, e) Trennung der von groben Feststoffen abgereicherten Phase in ein Mikrofiltrat und in eine Retentat-Phase, f) Überführen der in Schritt e) erhaltenen Retentat-Phase in einen Retentat-Dekanter, f) Zugabe eines Flockungshilfsmittels in den Retentat-Dekanter und Vermischen des Flockungshilfsmittels mit der in Schritt e) erhaltenen Retentat-Phase, g) Trennung der in Schritt e) erhaltenen Retentat-Phase in eine mit Feststoffen angereicherte Phase und eine von Feststoffen abgereicherte Phase, h) Austrag der in Schritt g) erhaltenen mit Feststoffen angereicherten Phase, i) Rückführen der in Schritt g) erhaltenen von Feststoffen abgereicherte Phase in die Vorrichtung zur Mikrofiltration und j) Ablauf des in Schritt e) erhaltenen Mikrofiltrats.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gärrestaufbereitung.
Stand der Technik
Biogasanlagen erzeugen Methan durch einen mikrobiellen Abbauprozess von organischen Substanzen. Das Biogas entsteht dabei in einem mehrstufigen Prozess der Vergärung oder Faulung durch die Aktivität von anaeroben Mikroorganismen, das heißt unter Ausschluss von Luftsauerstoff.
Als Rohstoffe für die Erzeugung von Biogas kommen meist lokal verfügbare Pflanzen mit einem hohen Gehalt an Zucker oder Stärke zum Einsatz. In Europa sind dies vor allem Mais- und Getreidekörner sowie Zuckerrüben, in Nordamerika Mais und in Lateinamerika Zuckerrohr oder -melasse.
Um eine effiziente Vergärung der Biomasse sicher zu stellen, muss das als Rohstoff eingesetzte pflanzliche Material, insbesondere die darin enthaltene organische Trockensubstanz (oTS), für eine anschließende Verwertung aufgeschlossen werden. Dies geschieht durch Hydrolyse, was einer Verflüssigung der organischen Trockensubstanz entspricht.
Der Hydrolyse nachgeschaltetete Stoffwechselprozesse sind die Acidogenese, Aceogenese und Methanogenese. In der Acidogenese werden die Hydrolyseprodukte (z. B. Mono-, Disaccharide, Di-, Oligopeptide, Aminosäuren, Glycerin, langkettige Fettsäuren) intrazellulär zu kurzkettigen Fett- oder Carbonsäuren, wie beispielsweise Butter-, Propion- und Essigsäure, zu kurzkettigen Alkoholen wie zum Beispiel Ethanol und zu den gasförmigen Produkten Wasserstoff und Kohlendioxid verstoffwechselt.
In der sich anschließenden Acetogenese werden diese organischen Säuren und Alkohole von den acetogenen Bakterien aufgenommen und nach β-Oxidation als Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid wieder ausgeschieden. In der Methanogenese schließlich reduzieren die methanogenen Bakterien Kohlendioxid mit Wasserstoff zu Methan und setzen Essigsäure zu Methan und Kohlendioxid um.
Am Ende dieser mehrstufigen Reaktionen verbleiben nicht weiter verstoffwechselbare Abbauprodukte, Pflanzenfaserreste sowie anorganische Salze als Rückstand im Biogasreaktor. Diese häufig in großen Mengen entstehenden Gärreste müssen umweltgerecht entsorgt werden. Betreiber von Biogasanlagen stehen dabei vor dem Problem, für die Entsorgung der Gärreste in der Regel einen Flächennachweis vorlegen zu müssen, sofern die Gärreste als Dünger ausgebracht werden.
Bedingt durch den hohen Wassergehalt der Gärreste sind die Volumina des zu entsorgenden Materials sehr groß. Durch Entwässerung der Gärreste kann das Entsorgungs-Volumen drastisch verringert werden. Gleichzeitig kann das so gewonnene Wasser einer Reinigung und Aufbereitung unterzogen werden und entweder als Brauchwasser Verwendung finden oder in die Kanalisation eingeleitet werden.
Bei den Gärresten aus der Biogasproduktion handelt es sich zum Teil um krude und aggressive Substanzen, weshalb eine Vielzahl einzelner, aufeinander abgestimmter Verfahrensschritte notwendig ist, um einen stabilen, störungsfreien Entwässerungsprozess zu gewährleisten. Da die Zahl der Biogasanlagen unterschiedlichster Größen und Kapazitäten in den letzten Jahren stetig gestiegen ist, besteht ein Bedarf an einfachen, skalierbaren und kostengünstigen Verfahren zur Gärrestaufbereitung.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion bereitzustellen, das eine kostengünstige Aufbereitung der Gärreste durch einen stabil ablaufenden Prozess ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion gemäß Anspruch 1 und durch die Anlage zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion zur Verfügung umfassend die Schritte

a) Einbringen der Gärreste in eine Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen,
b) Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und eine von groben Feststoffen abgereicherte Phase,
c) Austrag der in Schritt b) erhaltenen mit groben Feststoffen angereicherten Phase,
d) Überführen der in Schritt b) erhaltenen von groben Feststoffen abgereicherten Phase in eine Vorrichtung zur Mikrofiltration,
e) Trennung der von groben Feststoffen abgereicherten Phase in ein Mikrofiltrat und in eine Retentat-Phase,
f) Überführen der in Schritt e) erhaltenen Retentat-Phase in einen Retentat-Dekanter,
f₀) Zugabe eines Flockungshilfsmittel in den Retentat-Dekanter und Vermischen des Flockungshilfsmittels mit der in Schritt e) erhaltenen Retentat-Phase,
g) Trennung der in Schritt e) erhaltenen Retentat-Phase in eine mit Feststoffen angereicherte Phase und eine von Feststoffen abgereicherte Phase,
h) Austrag der in Schritt g) erhaltenen mit Feststoffen angereicherten Phase,
i) Rückführen der in Schritt g) erhaltenen von Feststoffen abgereicherte Phase in die Vorrichtung zur Mikrofiltration und
j) Ablauf des in Schritt e) erhaltenen Mikrofiltrats.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden aus den Gärresten sukzessive die festen Bestandteile abgetrennt. Dem Gärrückstand wird somit immer mehr Wasser entzogen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Gärrest nach dem Entfernen aus dem Reaktor zur Biogasherstellung in eine Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen eingebracht und die in den Gärresten enthaltenen groben Feststoffe, wie beispielsweise Pflanzenfasern oder Spelzen werden abgetrennt. Die Feststoffe werden an der Austragsöffnung der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen ausgeworfen und können von dort über ein Förderband oder eine Förderschnecke abgezogen werden. Anschließend kann der Feststoff auf Felder verbracht, weiter getrocknet oder anderweitig verwendet werden.
Unter „groben Feststoffen” werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Feststoffe mit einer Korngrößenverteilung x₅₀ größer 30 μm verstanden. Es soll an dieser Stelle ausdrücklich klar gestellt werden, dass in dem Verfahrensschritt „Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und eine von groben Feststoffen abgereicherte Phase natürlich nicht sicher gestellt werden kann, dass wirklich jedes Feststoffteilchen mit einer entsprechenden Korngröße abgetrennt wird. Bei fest/flüssig-Trennverfahren ergibt sich immer eine Korngrößenverteilung, deren Schwerpunkt bei der erfindungsgemäßen „Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und eine von groben Feststoffen abgereicherte Phase für die im wesentlichen aus groben Feststoffen bestehende Phase deutlich über einem x₅₀-Wert von 30 μm liegt, für die von groben Feststoffen abgereicherte Phase aber deutlich unter einem x₅₀-Wert von 30 μm. Mit deutlich geringerem Anteil finden sich aber auch in beiden Phasen Feststoffteilchen der jeweils anderen Größenklasse.
Zur weiteren Abtrennung von Feststoffen wird die von groben Feststoffen abgereicherte Phase in eine Vorrichtung zur Mikrofiltration gepumpt. In der Vorrichtung zur Mikrofiltration werden bevorzugt Porenmembranen mit Porengrößen von 0,1 μm bis 10 μm, besonders bevorzugt 0,4 μm eingesetzt. Die Mikrofiltration erfolgt bevorzugt mittels einer Druckdifferenz über eine Mikrofiltrationsmembran und erzeugt ein Mikrofiltrat, in dem lediglich noch Feststoffteilchen mit einer Korngröße kleiner 0,1 μm enthalten sind. Die Druckdifferenz wird dabei durch die Erzeugung eines Unterdruckes auf der Filtratseite erreicht. Das Filtrat dringt durch die Membranporen und wird in einem Zwischenreaktor gespeichert.
Besonders bevorzugt weist das Mikrofiltrat Feststoffbestandteile einer Korngröße kleiner 0,4 μm auf und in der Retentat-Phase sind Feststoffbestandteile mit einer Korngrößenverteilung x₅₀ zwischen 15 und 20 μm anwesend.
Bevorzugt werden wesentliche Prozessparameter der Anlage wie Zulaufmenge, Filtratmenge und Unterdruck kontinuierlich gemessen, kontrolliert und ausgewertet.
Ebenfalls bevorzugt wird durch das Einblasen von Luft an der Außenseite der Mikrofiltrationsmembran eine hohe Turbulenz erzeugt, was einer Membranverschmutzung entgegenwirkt. Daneben kann eine Verstopfung der Membranen durch eine periodische Rückspülung verhindert werden. Hierbei wird beispielsweise in bestimmten Zeitabständen die Fließrichtung des Filtrates umgekehrt und Filtrat in die Membrankapillare gefördert. Durch den dabei entstehenden Überdruck wird Filtrat durch die Membranporen nach außen gedrückt und eventuell vorhandene Ablagerungen werden fortgespült.
Bevorzugt werden die Membranen nach längerer Betriebszeit chemisch gereinigt. Dazu werden beispielsweise alkalische oder saure Reinigungschemikalien in einen Reinigungstank gegeben und mit Wasser zu einer 1%igen bis 2%igen Reinigungslösung verdünnt. Anschließend wird die Reinigungslösung an einem Ende in die Membrankapillare gefördert. Durch den inneren Überdruck fließt die Lösung durch die Membranporen nach außen und nimmt dabei vorhandene Verschmutzungen mit.
Anschließend perlt die Reinigungslösung außen an den Membranen ab, fließt nach unten und löst dabei vorhandene Ablagerungen. Am Ende der Reinigung bleibt der gesamte Membranstapel bis zur erneuten Inbetriebnahme des Membranmoduls in Reinigungslösung stehen. Überschüssige Reinigungslösung, die nicht durch Poren nach außen dringt, fließt am anderen Ende der Kapillare ab, wird zurück in den Reinigungstank und anschließend wieder zu den Membranen gefördert.
Erfindungsgemäß wird die in der Vorrichtung zur Mikrofiltration entstehende, Feststoffteilchen mit einer Korngrößenverteilung x₅₀ zwischen 15 und 20 μm enthaltende Phase, das Retentat, aus der Vorrichtung zur Mikrofiltration ausgeschleust und in einen Retentat-Dekanter überführt. Zusätzlich wird ein Flockungshilfsmittel in den Retentat-Dekanter gegeben und anschließend das Flockungshilfsmittel mit der Retentat-Phase vermischt.
Die Hauptbestandteile des Retentat-Dekanters sind Einlauf, Trommel und Schnecke. Durch ein zentral angeordnetes Einlaufrohr wird die Retentat-Phase in den Einlaufraum des Retentat-Dekanters geleitet. Das Flockungshilfsmittel wird bevorzugt über ein Mischrohr in den Einlaufraum des Retentat-Dekanters eingeleitet und bevorzugt im Einlaufraum intensiv mit dem Retentat vermischt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Schlammflocken erst beim Eintritt in den eigentlichen Trennraum gebildet werden, was zu optimalen Polymerverbrauchswerten führt. Das Flockungshilfsmittel bewirkt eine weitere Verbesserung des Kläreffekts und der Wasserabgabefähigkeit der Retentat-Phase. Als Flockungshilfsmittel kommen insbesondere bevorzugt Polyelektrolyte zum Einsatz.
In dem folgenden Verfahrensschritt der Retentat-Trennung werden die ausgeflockten Feststoffe aus dem Retentat isoliert und anschließend aus dem System ausgeschleust. Dadurch wird eine Anreicherung feinster Feststoffpartikel in der Anlage verhindert.
Die Trommel des Retentat-Dekanters besitzt bevorzugt eine konisch-zylindrische Form und rotiert mit einer Drehzahl, die variabel auf die jeweilige Aufgabe abgestimmt ist. Im Trennraum setzen sich die in der Retentat-Phase enthaltenen Feststoffe unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft an der Innenwandung der Trommel ab. Die Schnecke des Retentat-Dekanters dreht sich mit einer geringen Differenzdrehzahl relativ zur Trommel und fördert die abgesetzten Feststoffe zum konisch verengten Trommelende.
Um einen hohen Trockensubstanzgehalt zu erzielen, ist die richtige Gestaltung der Schnecke sehr wichtig. Gezielte konstruktive Maßnahmen bewirken im konischen Teil des Retentat-Dekanters einen Presseffekt. Die besten Trennergebnisse werden bei maximaler Aufenthaltszeit der Feststoffe in der Trommel erreicht. Bevorzugt wird dies wird durch extrem niedrige Differenzdrehzahlen der Dekanterschnecke ermöglicht. Ein drehmomentstarker und fein geregelter Schneckenantrieb erlaubt die für die Hochentwässerung erforderliche erhöhte Feststoffbeladung.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante fließt die geklärte Flüssigkeit zum zylindrischen Ende der Trommel und läuft dort über Öffnungen im Trommeldeckel ab. In diesen Öffnungen befinden sich sehr exakt justierbare Wehrscheiben, mit denen die Teichtiefe in der Trommel eingestellt wird. Die von Feststoffen abgereicherte Phase wird im Ablaufgehäuse aufgefangen und drucklos in die Vorrichtung zur Mikrofiltration rückgeführt.
Die mit Feststoffen angereicherte Phase werden durch Austrittsöffnungen am konischen Ende der Trommel in das Feststoffgehäuse abgeschleudert, nach unten ausgeworfen und können von dort über ein Förderband oder eine Förderschnecke abgezogen werden. Anschließend kann der Feststoff auf Felder verbracht oder weiter getrocknet oder anderweitig verwendet werden.
In einem letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in der Vorrichtung zur Mikrofiltration neben dem Retentat entstehende, Mikrofiltrat aus der Anlage ausgeschleust.
Durch die erfindungsgemäß in Form des Feststoffaustrags aus dem Retentat-Dekanter vorgesehene zweite Feststoffsenke wird eine starke Verminderung des Feststoffgehalts erreicht. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird eine deutlich erhöhte Effizienz der Gärrestaufbereitung erreicht.
Bevorzugt wird die in der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen erhaltene von groben Feststoffen abgereicherte Phase nicht direkt in die Vorrichtung zur Mikrofiltration überführt, sondern in einen Sammelbehälter eingebracht. In dieser Ausführungsform wird die im Retentat-Dekanter erhaltene von Feststoffen abgereicherte Phase im Ablaufgehäuse des Retentat-Dekanters aufgefangen, drucklos in den Sammelbehälter abgeleitet und dort mit der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen erhaltenen von groben Feststoffen abgereicherten Phase vermischt. Die im Sammelbehälter Mischphase wird in die Vorrichtung zur Mikrofiltration überführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das in der Vorrichtung zur Mikrofiltration erzeugte Mikrofiltrat in eine Vorrichtung zur Filtrat-Konditionierung überführt und dort konditioniert. Durch die Konditionierung wird das Mikrofiltrat in einen Zustand gebracht, der die Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose ermöglicht.
Bei der Vorrichtung zur Filtrat-Konditionierung handelt es sich bevorzugt um einen speziell gestalteten Reaktionstank mit Schwefelsäure-Dosieranlage. Zur Konditionierung wird dem Mikrofiltrat im Reaktionsbehälter mittels der Schwefelsäure-Dosieranlage mengenproportional Schwefelsaure zugesetzt. Diese bevorzugte, der Umkehrosmose vorgeschaltete Zwischenreaktion ist aus zwei Gründen in die Anlage integriert. Erstens werden Salze durch Säurezugabe in eine besser lösliche Form überführt. Dies vermindert die Gefahr, dass die Salze in der Umkehrosmoseanlage ausfallen und diese verschmutzen. Zweitens wird Ammonium-Stickstoff in eine besser abscheidbare Form überführt.
Je nach Gärrestzusammensetzung können dem Mikrofiltrat neben der Säure bevorzugt weitere „antiscaling” Chemikalien zugegeben werden. Dadurch werden beispielsweise diverse Salzionen mittels Komplexbildnern zu Micellen komplexiert und damit das Ausfallen von Salzkristallen minimiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugte Ausführungsform wird das konditionierte Mikrofiltrat durch einen Feinfilter geleitet und in eine Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose überführt. Bevorzugt weist der Feinfilter eine Trenngrenze von 25 μm auf. Eventuell verbliebene Feststoffe oder Ausfällungen können dadurch abgetrennt werden. Dies dient zum Schutz der Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose.
Anschließend erfolgt eine Trennung des konditionierten Mikrofiltrats in ein insbesondere mit Nährstoffen und Salzen angereichertes Konzentrat und ein im wesentlichen aus Wasser bestehendes Permeat. Dieser Verfahrensschritt wird auch als permeatgestufte Umkehrosmose bezeichnet und erfolgt bevorzugt in zwei Stufen, einer ersten Filtrat-Stufe und einer zweiten Permeat-Stufe.
Bevorzugt erzeugt in der Filtrat-Stufe eine Hochdruckpumpe den erforderlichen Druck, welcher in einer bevorzugten Verfahrensvariante von einem Druckmesser angezeigt wird. Besonders bevorzugt wird ein Druck von 70 bis 80 bar eingestellt. Die Filtrat-Stufe ist beispielsweise in einem Feed- & Bleed-System aufgebaut. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gewährleistet eine Kreislaufpumpe eine ausreichende Turbulenz in den Membranmodulen der Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose. Besonders bevorzugt werden wesentliche Prozessparameter wie Druck, Durchfluss und Qualität der gereinigten Flüssigkeit, dem Permeat, und der aufkonzentrierten Phase, dem Konzentrat, kontinuierlich gemessen, kontrolliert und ausgewertet.
Das vor allem mit Nährstoffen und Salzen angereicherte Konzentrat wird aus der Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose ausgetragen und kann z. B. als Nährstoffträger auf Felder verbracht werden. Bevorzugt wird das Permeat der Filtrat-Stufe zur weiteren Reinigung der zweiten Stufe der permeatgestuften Umkehrosmose, der Permeat-Stufe, zugeführt.
Bevorzugt weist die Permeat-Stufe eine geringere Zahl an Modulen auf als die Filtrat-Stufe, da das Wasser vor diesem Verfahrensschritt bereits weitestgehend gereinigt ist und nur noch geringe Stoffmengen abgetrennt werden müssen. Beispielsweise ist die Stufe als Feed- & Bleed-System aufgebaut, und eine Kreislaufpumpe sorgt für die notwendige Turbulenz.
Bevorzugt wird der in der Permeat-Stufe erhaltene Konzentratstrom in den Zulaufstrom der Filtrat-Stufe zurückgeleitet, so dass in der Permeat-Stufe kein separates Konzentrat anfällt. Besonders bevorzugt werden in der Permeat-Stufe der Druck vor, in und nach der Vorrichtung zur Durchführung der zweiten Stufe der permeatgestuften Umkehrosmose die Leitfähigkeit sowie die Durchflussmenge des Permeats gemessen.
Als letzter Schritt dieser bevorzugten Ausführungsform wird das in der Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose erhaltene Permeat aus der Anlage ausgeschleust.
Besonders bevorzugt wird das Permeat aber nicht ausgeschleust, sondern in eine Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung überführt und konditioniert. Bevorzugt besteht die Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung aus einem Reaktionstank mit Natronlauge-Dosieranlage, durch die dem Permeat Natronlauge zur Neutralisierung zugegeben wird. Das konditionierte Permeat wird aus der Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung ausgetragen und kann beispielsweise durch Einleiten in das Abwassersystem entsorgt werden.
Um die Geruchsbelastung durch das Konzentrat der Umkehrosmose zu minimieren, kann es sinnvoll sein, das in der Vorrichtung zur Mikrofiltration entstehende Mikrofiltrat in eine Vorrichtung zur Ultrafiltration zu überführen und anschließend eine Trennung des Mikrofiltrats in ein im wesentlichen feststofffreies Ultrafiltrat und eine mit Feststoff angereicherte UF-Retentat-Phase durchzuführen. Das erhaltene Ultrafiltrat wird dann in eine Vorrichtung zur Filtrat-Konditionierung überführt.
Das Mikrofiltrat gelangt dabei auf Ultrafiltrationsmodule, dass heißt außen auf die Ultrafiltrationskapillare. Durch den äußeren Überdruck dringt das Mikrofiltrat durch die UF-Poren in das Innenrohr der Kapillare und wird dort als Ultrafiltrat abgeführt.
Besonders bevorzugt werden innerhalb der Vorrichtung zur Ultrafiltration wesentliche Prozessparameter wie Zulaufmenge, Filtratmenge und Unterdruck kontinuierlich gemessen, kontrolliert und ausgewertet.
In einer bevorzugten Varfahrensvariante ist die Vorrichtung zur Ultrafiltration als sogenannte Semi-Dead-End Anlage verschaltet oder sie arbeitet ebenso bevorzugt im sogenannten Dead-End Modus. Im Dead-End Modus wird das erhaltene Retentat nicht zurückgeführt und aus dem System ausgeschleust.
Im Semi-Dead-End Modus wird ein geringer Teil der Zulaufmenge an dem Retentataustritt der UF-Module abgelassen und strömt zurück auf die Saugseite der Pumpe. Bevorzugt werden dabei zwischen 0% und 5% der Zulaufmenge abgelassen. Durch diesen Rückführungsschritt wird einer Verstopfung der Membranen entgegengewirkt, da aufgrund der Strömung die Inhaltsstoffe besser in Schwebe bleiben.
Besonders bevorzugt können neben dem Semi-Dead-End Modus drei weitere im folgenden näher erläuterte Prozessschritte durchgeführt werden, durch die Membranverschmutzungen minimiert werden. Beispielsweise wird bei einem sogenannten „Forward Flush” der Retentatausgang voll geöffnet und somit der gesamte Zulauf axial zu den Membrankapillaren durch das Modul gespült. Damit werden Anreicherungen auf der Zulaufseite des Moduls ausgeschwemmt.
Als weiterer Schritt zur Membranpflege wird zum Beispiel ein sogenannter „Air Scrub” durchgeführt. Hierbei wird bei vollständig geöffnetem Retentatausgang Luft von unten in die Module geblasen. Die aufsteigende Luft sorgt zusammen mit der in den Modulen vorhandenen Flüssigkeit für eine hohe Turbulenz und eine hohe Schwingung der Kapillarrohre. Dadurch werden Anhaftungen gelöst.
Schließlich wird etwa durch einen sogenannten „Reverse Flow” das Filtrat aus dem Filtrattank entnommen, zurück in die Innenseite der Membrankapillare und durch die Membranporen gefördert. Außen an den Membrankapillaren anhaftende Verschmutzungen werden dabei gelöst.
Die drei genannten Schritte laufen beispielsweise nacheinander ab. In größeren Zeitabständen wird der „Reverse Flow” bevorzugt mit der Zudosierung von Chlorbleichlauge unterstützt, um das Wachstum von Keimen in der Vorrichtung zur Ultrafiltration zu verhindern.
Insbesondere bevorzugt wird zusätzlich zu allen genannten Maßnahmen die Vorrichtung zur Ultrafiltration nach längerer Betriebszeit chemisch gereinigt. Dazu werden beispielsweise alkalische oder saure Reinigungschemikalien in einen Reinigungstank gegeben und mit Wasser zu einer 1%igen bis 2%igen Reinigungslösung verdünnt. Anschließend wird die Reinigungslösung in die Module gefördert, strömt dort außen an den Membrankapillaren vorbei, tritt am Retentatausgang aus und fließt zurück in den Reinigungstank. Membranverschmutzungen werden durch den chemischen Angriff der Reinigungslösung gelöst und durch die Strömung aus dem Modul ausgetragen.
Die während der Schritte „Forward Flush”, „Air Scrub” und „Reverse Flow” an den Retentatausgängen austretende Flüssigkeitsmenge ist weniger als 5% der Filtratmenge. Dieser Flüssigkeitsaustrag wird üblicherweise gesammelt und dem Substrat für die Fermenter zugegeben.
Je nach Einleitervorschrift oder Gärrestzusammensetzung ist das Permeat nach Durchführung der permeatgestuften Umkehrosmose noch nicht genügend aufbereitet. In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird in diesem Fall der Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose ein Ionenaustauscher nachgeschaltet.
Bei den noch vorhandenen Verunreinigungen kann es sich nur noch um elektrisch geladene Moleküle oder sonstige Ionen, z. B. gelöste Salze handeln. Diese Ionen werden bei Berührung mit bestimmten festen Materialien, den Ionenaustauschern, von diesen aufgenommen. Dafür werden andere Ionen gleicher Ladung in äquivalenter Menge ins Wasser abgegeben. Ionen, die der Umwelt schaden können und deshalb als umweltgefährdend eingestuft sind, können gegen unbedenkliche Ionen ausgetauscht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das in der Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose erhaltenene Permeat in einen Ionenaustauscher überführt und ein ionenausgetauschtes Permeat hergestellt. Das ionenausgetauschte Permeat wird in eine Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung überführt.
Als Ionenaustauscher finden beispielsweise gekörnte, feste Kunstharze Verwendung, die in Wasser unlöslich sind. Die Harze werden dazu in Stahl oder GFK Behälter gefüllt und mit der zu reinigenden Flüssigkeit überströmt. Nach vollständiger Beladung der Harze ist ihre Bindekapazität erschöpft und der Ionenvorrat ist komplett ausgetauscht. Danach wird das Material entweder mit verdünnter Säure oder Lauge regeneriert. Anschließend steht das Harz wieder für den Prozess zur Verfügung. Das dabei entstehende Regenerat wird dem Konzentrat der ersten Stufe der permeatgestuften Umkehrosmose zugeführt.
Bei Gärresten mit hoher Feststoffbelastung werden in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gärreste in einen Zulauf-Dekanter eingebracht und die Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und ein von groben Feststoffen abgereichertes Zentrat mit Hilfe eines Zulauf-Dekanters durchgeführt. Dabei werden die in den Gärresten enthaltenen Feststoffe zu einem hohen Anteil abgetrennt. Der Zulauf-Dekanter ist im wesentlichen wie der Retentat-Dekanter aufgebaut und funktioniert wie dieser.
Um einen hohen Trockensubstanzgehalt zu erzielen, ist in diesem Fall die richtige Gestaltung der Schnecke sehr wichtig. Gezielte konstruktive Maßnahmen bewirken im konischen Teil des Zulauf-Dekanters einen Presseffekt. Die besten Trennergebnisse werden bei maximaler Aufenthaltszeit der Feststoffe in der Trommel erreicht. Bevorzugt wird dies durch extrem niedrige Differenzdrehzahlen der Dekanterschnecke ermöglicht. Ein drehmomentstarker und fein geregelter Schneckenantrieb erlaubt die für die Hochentwässerung erforderliche erhöhte Feststoffbeladung.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante fließt die geklärte Flüssigkeit zum zylindrischen Ende der Trommel und läuft dort über Öffnungen im Trommeldeckel ab. In diesen Öffnungen befinden sich sehr exakt justierbare Wehrscheiben, mit denen die Teichtiefe in der Trommel eingestellt wird. Die Flüssigkeit wird im Ablaufgehäuse aufgefangen und drucklos abgeleitet. Üblicherweise wird die Flüssigphase als Zentrat bezeichnet. Dieses Zentrat gelangt im freien Gefälle in einen Sammelbehälter. Dieser dient als Vorlagebehälter für den nachfolgenden Verfahrensschritt.
Die Feststoffe werden durch Austrittsöffnungen am konischen Ende der Trommel in das Feststoffgehäuse abgeschleudert, nach unten ausgeworfen und können von dort über ein Förderband oder eine Förderschnecke abgezogen werden. Anschließend kann der Feststoff auf Felder verbracht oder weiter getrocknet oder anderweitig verwendet werden.
Bevorzugt werden Gärresten mit niedriger Feststoffbelastung in einen Pressschneckenseparator eingebracht und die Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und einen von groben Feststoffen abgereicherte Dünnschlamm-Phase mit Hilfe des Pressschneckenseparators durchgeführt. Dadurch werden die in den Gärresten enthaltenen groben Feststoffe wie Pflanzenfasern oder Spelzen abtrennt.
Der Pressschneckenseparator fördert das zu entwässernde Produkt in einer zylindrischen Siebtrommel mittels einer Schnecke gegen die mit Gewichten beschwerten Austragsklappen. Die grobkörnigen Gärrestbestandteile werden an den Austrittsklappen abgepresst und bilden dort einen Feststoff-Kuchen. Die Flüssigkeit gelangt durch die Spalten der Siebtrommel in den Mantelraum und läuft dort ab. Die Spaltbreite der Siebtrommel liegt zwischen 250 μm und mehreren Millimetern. Üblicherweise wird die Flüssigphase als Dünnschlamm-Phase bezeichnet. Dieser Dünnschlamm gelangt im freien Gefälle in einen Sammelbehälter. Dieser dient als Vorlagebehälter für den nachfolgenden Verfahrensschritt. Der Feststoff fällt an der Austragsklappe aus und kann dann wieder auf Felder verbracht oder weiter getrocknet oder/und anderweitig verwendet werden.
Je nach Zusammensetzung des Gärrestes bzw. der über einen Pressschneckenseparator erhaltenen Dünnschlamm-Phase kann es notwendig sein, die Dünnschlamm-Phase weiter aufzubereiten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird daher die aus dem Pressschneckenseparator ausgetretene Dünnschlamm-Phase in eine Wendelfilteranlage überführt, die Dünnschlamm-Phase in ein feststoffarmes Filtrat und eine feststoffangereicherte Phase getrennt und die feststoffangereicherte Phase ausgetragen. Das feststoffarme Filtrat wird in einen Sammelbehälter überführt.
Die Dünnschlamm-Phase wird dabei über ein Verteilerrohr auf mehrere Filtersäulen verteilt und dort von der Wendel aufgenommen und nach oben transportiert. Die Wendel ist zumindest abschnittsweise von einem perforierten Filterrohr umgeben, durch welches das Filtrat abfließen kann. Das Filtrat wird durch eine Ablaufpumpe abgezogen, welche mit ihrem Saugvermögen zudem den Filtratfluss unterstützt. Der Unterdruck ist für den Trockensubstanzgehalt der Feststoffe maßgebend und kann am Manometer abgelesen und durch den Vakuumregler eingestellt werden.
Die Lochung des die Wendel umgebenden Filterrohres liegt bevorzugt in einem Bereich von 30 μm bis 300 μm. Besonders bevorzugt wird ein Wendelfilter mit einer Lochung von 80 μm bis 150 μm eingesetzt. Insbesondere bevorzugt arbeitet der Wendelfilter mit einer Lochung von 100 μm.
Die Feststoffe werden in der Wendel auf dem Weg nach oben eingedickt und entfeuchtet. Am oberen Ende werden sie über die Feststoffrutsche ausgeworfen und können von dort über ein Förderband oder eine Förderschnecke abgezogen und zusammen mit dem Feststoff des Pressschneckenseparators auf Felder verbracht oder weiter getrocknet oder/und anderweitig verwendet werden.
Da die Wendel senkrecht steht, gibt es keine Anlaufphase und es kann keine unseparierte Suspension aus dem Gerät auslaufen. Das Filtrat gelangt im freien Gefälle in einen Sammelbehälter. Dieser dient als Vorlagebehälter für den nachfolgenden Verfahrensschritt.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem eine Anlage zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion umfassend zumindest eine Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen, zumindest eine Vorrichtung zur Mikrofiltration und zumindest einen Retentat-Dekanter.
Die Ablauföffnung der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen mündet in die Vorrichtung zur Mikrofiltration. Dadurch wird die von groben Feststoffen abgereicherte Phase einfach und möglichst verlustfrei aufgefangen.
Die Mikrofiltrationseinheit besteht bevorzugt aus Mikrofiltrationsmodulen, MF-Turbulenzbehälter und Turbulenzgebläse. Die Form und die Dimensionen des Turbulenzbehälters erzeugen im Zusammenspiel mit der Zulaufmenge und der Luftmenge ein Turbulenzverhalten, das der Membranverschmutzung entgegenwirkt. In der erfindungsgemäßen Anlage werden bevorzugt Mikrofiltrationsmembranen mit einer Porengröße zwischen 0,01 μm und 10 μm, besonders bevorzugt 0,4 μm, eingesetzt.
Durch den Retentat-Dekanter wird dem Gärrest in effektiver Weise noch mehr Wasser entzogen. Dadurch wird der Wassergehalt und damit das Volumen der abgetrennten Feststoffe deutlich vermindert, wodurch eine kostengünstigere und einfachere Entsorgung dieser Feststoffe möglich wird.
Bevorzugt umfasst die Anlage zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion zusätzlich zumindest einen Sammelbehälter. In diesem Fall mündet die Ablauföffnung der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen in den Sammelbehälter. Dadurch wird die von groben Feststoffen abgereicherte Phase einfach und möglichst verlustfrei aufgefangen. Außerdem können Fraktionen aus späteren Verfahrensschritten problemlos in den Sammelbehälter rückgeführt und von dort wieder in die Anlage eingebracht werden. Aus dem Sammelbehälter befördert eine Pumpe die Mischphase in die Vorrichtung zur Mikrofiltration.
Bevorzugt wird die Mischphase in den Turbulenzbehälter der Mikrofiltrationseinheit befördert.
Bevorzugt umfasst die Anlage zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion zusätzlich zumindest eine Vorrichtung zur Filtrat Konditionierung. Durch die Vorrichtung zur Filtrat Konditionierung wird gewährleistet, dass das Filtrat auf die zur Weiterbehandlung notwendigen Bedingungen eingestellt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Filtrat Konditionierung einen Reaktionstank und eine Schwefelsäure-Dosieranlage. Dadurch wird sichergestellt, dass die Zugabe der notwendigen Säure mengenproportional erfolgt.
Besonders bevorzugt umfasst die Anlage zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion zusätzlich zumindest einen Feinfilter und zumindest eine dem Feinfilter nachgeschaltete Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose. Der Feinfilter weist bevorzugt eine Trenngrenze von 25 μm auf und stellt sicher, dass eventuell verbliebene Feststoffe oder Ausfällungen im Filtrat abgetrennt werden.
Bevorzugt umfasst die Anlage zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion zusätzlich zumindest eine Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung. In der Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung wird das Permeat so eingestellt, dass es bedenkenlos in die Abwasserentsorgung eingeleitet werden kann.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zur Permeatkonditionierung einen Reaktionstank, eine Natronlauge-Dosieranlage und eine Druckerhöhungsanlage. Der pH-Wert des Permeats wird mittels Natronlauge-Dosierung neutral eingestellt und somit den vorschriftsmäßigen Anforderungen zur Einleitung ins Abwassersystem angepasst. Die Druckerhöhungsanlage sorgt dafür, dass immer Permeat mit einem bevorzugten Rohrleitungsdruck von etwa 4 bar zur Verfügung steht. Dadurch wird ein reibungsfreier und unterbrechungsfreier Ablauf des Prozesses sichergestellt. Je nach Ansteuerung verschiedener Automatikventile wird das Permeat betriebsintern wiederverwendet oder ausgeschleust.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich eine Ultrafiltrationseinheit vorgesehen. Die Ultrafiltrationseinheit ist der Mikrofiltrationseinheit nachgeschaltet und gewährleistet die Erzeugung eines sterilen Ultrafiltrats. Eine Filtratpumpe fördert das Mikrofiltrat in die Ultrafiltrationsmodule, welche bevorzugt eine Porengröße von 0,01 μm bis 0,1 μm aufweisen.
Bevorzugt wird der Umkehrosmose ein Ionenaustauscher nachgeschaltet, um das Permeat der Umkehrosmose je nach Einleitervorschrift oder Gärrestzusammensetzung weiter aufzubereiten.
Bei der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen handelt es sich bevorzugt um einen Zulauf-Dekanter oder um einen Pressschneckenseparator. Besonders bevorzugt weist der Pressschneckenseparator eine Siebtrommel mit einer Spaltbreite von 250 μm bis 5 mm auf.
Bevorzugt ist der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen zusätzlich eine Wendelfilteranlage bestehend aus mehreren senkrecht stehenden Filtersäulen nachgeschaltet, wobei das die Wendel umgebende Filterrohr zumindest abschnittsweise eine Lochung von 30 μm bis 300 μm aufweist.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zur Mikrofiltration zumindest ein Mikrofiltrationsmodul, einen MF-Turbulenzbehälter und ein Turbulenzgebläse.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Filtrat Konditionierung zumindest einen Reaktionstank und eine Schwefelsäure-Dosieranlage.
Besonders bevorzugt umfasst die Vorrichtung zur Permeat Konditionierung zumindest einen Reaktionstank, eine Natronlauge-Dosieranlage und eine Druckerhöhungsanlage.
Die mit den bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion verbundenen Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Es wird daher auf die entsprechenden Textabschnitte verwiesen, die die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreiben. Diese Passagen spiegeln auch die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage wider.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der 1 näher erläutert werden. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt sein soll. Die 1 zeigt ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Wege zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt anhand eines Flussdiagramms den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion. Alle mit durchgezogenen Linien dargestellten Verfahrensschritte sind Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei den gestrichelt gezeichneten Verfahrensschritten handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen.
Die Gärreste werden in Schritte a) in eine Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen eingebracht. Bei der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen handelt es sich um einen Zulauf-Dekanter, der bei der Aufbereitung von Gärresten mit hoher Feststoffbelastung eingesetzt wird. So wird beispielsweise die Feststoffseparation mit Hilfe eines Zulauf-Dekanters bei einer Feststofffracht von 300 kg/h durchgeführt. Durch Verwendung des Zulauf-Dekanters wird dabei in der ersten Feststoffsenke ein Abscheidegrad der Feststoffanteile von 55 bis 60% erreicht.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen danach die in 1 schematisch dargestellten Schritte b) Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und eine von groben Feststoffen abgereicherte Phase, c) Austrag der in Schritt b) erhaltenen mit groben Feststoffen angereicherten Phase, d) Überführen der in Schritt b) erhaltenen von groben Feststoffen abgereicherten Phase in eine Vorrichtung zur Mikrofiltration und e) Trennung der von groben Feststoffen abgereicherten in ein Mikrofiltrat und in eine Retentat-Phase.
In Schritt f) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in Schritt e) erhaltene Retentat-Phase in einen Retentat-Dekanter überführt. In Schritt g) wird dann die in Schritt e) erhaltene Retentat-Phase in eine von Feststoffen abgereicherte Phase und eine mit Feststoffen angereicherte Phase getrennt und in Schritt h) die in Schritt g) erhaltene eine mit Feststoffen angereicherte Phase ausgetragen. Durch Verwendung des Retentat-Dekanters wird dabei in dieser zweiten Feststoffsenke ein Abscheidegrad von 75% erzielt.
Anschließend werden die Schritte i) Rückführen der in Schritt g) erhaltenen von Feststoffen abgereicherten Phase in die Vorrichtung zur Mikrofiltration und j) Ablauf des in Schritt e) erhaltenen Mikrofiltrats durchgeführt.
Bevorzugt folgen dann die Schritte l) Konditionierung des Mikrofiltrats, m) Einleiten des in Schritt l) konditionierten Mikrofiltrats durch einen Feinfilter in eine Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose, n) Trennung des in Schritt l) konditionierten Mikrofiltrats in ein insbesondere mit Nährstoffen und Salzen angereichertes Konzentrat und ein im wesentlichen aus Wasser bestehendes Permeat, o) Austrag des in Schritt n) erhaltenen insbesondere mit Nährstoffen und Salzen angereicherten Konzentrats, p) Überführen des in Schritt n) erhaltenen Permeats in eine Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung, q) Konditionierung des in Schritt n) erhaltenen Permeats und r) Austrag des in Schritt q) erhaltenen konditionierten Permeats.
Zusätzlich kann ein Sammelbehälter zum Einsatz kommen, in dem die in Schritt g) erhaltene von Feststoffen abgereicherte Phase mit der in Schritt b) erhaltenen von groben Feststoffen abgereicherten Phase zur Bildung einer Mischphase vermischt werden. In Schritt d₂) wird die in dem Sammelbehälter enthaltene Mischphase in die Vorrichtung zur Mikrofiltration überführt.
Durch Verwendung von Zulauf-Dekanter und Retentat-Dekanter ergibt sich nach den beiden Feststoffsenken eine Arbeits-Trockensubstanz während der Mikrofiltration von 2 bis 6%.
Alternativ kann ein Pressschneckenseparator und eine nachgeschaltete Wendelfilteranlage als Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen Feststoffe in den Verfahrensschritten a), b), b₁), b₂) und b₃) eingesetzt werden. Diese Verfahrensvarianten werden bei der Aufbereitung von Gärresten mit niedriger Feststoffbelastung angewendet. So kann zum Beispiel die Feststoffseparation bei einer Feststofffracht von 3000,0 kg/h erfolgen.
Mit Hilfe des Pressschneckenseparators wird dabei in der ersten Feststoffsenke während des ersten Zulaufs ein Abscheidegrad von 30% erreicht. Anschließend wird in einem zweiten Zulauf der ersten Feststoffsenke über die Wendelfilteranlage ein Abscheidegrad von 10% erzielt.
In einer weiteren Feststoffsenke der Retentat-Trennung in Schritt g) wird mit Hilfe eines Retentat-Dekanters ein Abscheidegrad von 75% erzielt. Durch Verwendung von Zulauf-Dekanter und Retentat-Dekanter ergibt sich nach den beiden Feststoffsenken eine Arbeits-Trockensubstanz während der Mikrofiltration von 2 bis 6%. Wird nach der ersten Separationsstufe mittels Pressschneckenseparator keine Wendelfilteranlage nachgeschaltet, so beläuft sich die Arbeits-Trockensubstanz während der Mikrofiltration auf 2 bis 6%.
Als weitere Alternative kann in Schritt f₁) das in Schritt e) in der Vorrichtung zur Mikrofiltration erhaltene Mikrofiltrat in eine Vorrichtung zur Ultrafiltration überführt werden und anschließend in Schritt f₂) eine Trennung des in Schritt e) erhaltenen Mikrofiltrats in ein im wesentlichen feststofffreies Ultrafiltrat und eine mit Feststoff angereicherte UF-Retentat-Phase erfolgen. In Schritt j) wird in diesem Fall das in Schritt f₂) erhaltene Ultrafiltrat in eine Vorrichtung zur Filtrat-Konditionierung überführt.
In einer weiteren Verfahrensalternative wird in Schritt n₁) das in Schritt n) in der Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose erhaltene Permeat in einen Ionenaustauscher überführt und in Schritt n₂) ein ionenausgetauschtes Permeat hergestellt. In Schritt p) wird in diesem Fall das in Schritt n₂) erhaltene ionenausgetauschte Permeat in eine Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung überführt. Als Ionenaustauscher wird ein gekörntes Kunstharz verwendet, das in Wasser unlöslich ist. Das Harz wird dazu in einen Stahl-Behälter gefüllt und mit dem zu reinigenden Permeat überströmt. Die in dem Permeat vorhandenen Ionen, die eventuell der Umwelt schaden können und deshalb als umweltgefährdend eingestuft sind, werden von dem Ionenaustauscher aufgenommen und gegen andere unbedenkliche Ionen gleicher Ladung in äquivalenter Menge ausgetauscht.

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion mit den Schritten: a) Einbringen der Gärreste in eine Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen, b) Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und eine von groben Feststoffen abgereicherte Phase, c) Austrag der in Schritt b) erhaltenen mit groben Feststoffen angereicherten Phase, d) Überführen der in Schritt b) erhaltenen von groben Feststoffen abgereicherten Phase in eine Vorrichtung zur Mikrofiltration, e) Trennung der von groben Feststoffen abgereicherten Phase in ein Mikrofiltrat und in eine Retentat-Phase, f) Überführen der in Schritt e) erhaltenen Retentat-Phase in einen Retentat-Dekanter, f₀) Zugabe eines Flockungshilfsmittel in den Retentat-Dekanter und Vermischen des Flockungshilfsmittels mit der in Schritt e) erhaltenen Retentat-Phase, g) Trennung der in Schritt e) erhaltenen Retentat-Phase in eine mit Feststoffen angereicherte Phase und eine von Feststoffen abgereicherte Phase, h) Austrag der in Schritt g) erhaltenen mit Feststoffen angereicherten Phase, i) Rückführen der in Schritt g) erhaltenen von Feststoffen abgereicherte Phase in die Vorrichtung zur Mikrofiltration und j) Ablauf des in Schritt e) erhaltenen Mikrofiltrats.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Schritt d) und als Schritt i) die Schritte d₁) Überführen der in Schritt b) erhaltenen von groben Feststoffen abgereicherte Phase in einen Sammelbehälter, i₁) Überführen der in Schritt g) erhaltenen von Feststoffen abgereicherten Phase in den Sammelbehälter und Vermischen der in Schritt g) erhaltenen von Feststoffen abgereicherten Phase mit der in Schritt b) erhaltenen von groben Feststoffen abgereicherten Phase zur Bildung einer Mischphase und d₂) Überführen der in dem Sammelbehälter enthaltenen Mischphase in eine Vorrichtung zur Mikrofiltration durchgeführt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, wobei als Schritt j) der Schritt j) Überführen des in Schritt e) erhaltenen Mikrofiltrats in eine Vorrichtung zur Filtrat-Konditionierung durchgeführt wird und nach Schritt j) der Schritt l) l) Konditionierung des Mikrofiltrats durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei nach Schritt l) die Schritte m) Einleiten des in Schritt l) konditionierten Mikrofiltrats durch einen Feinfilter in eine Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose, n) Trennung des in Schritt l) konditionierten Mikrofiltrats in ein insbesondere mit Nährstoffen und Salzen angereichertes Konzentrat und ein im wesentlichen aus Wasser bestehendes Permeat, o) Austrag des in Schritt n) erhaltenen insbesondere mit Nährstoffen und Salzen angereicherten Konzentrats und p) Ablauf des in Schritt n) erhaltenen Permeats durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei als Schritt p) der Schritt p) Überführen des in Schritt n) erhaltenen Permeats in eine Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung, durchgeführt wird und nach Schritt p) die Schritte q) Konditionierung des in Schritt n) erhaltenen Permeats und r) Austrag des in Schritt q) erhaltenen konditionierten Permeats durchgeführt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei nach Schritt e) und vor Schritt l) die Schritte f₁) Überführen des in Schritt e) erhaltenen Mikrofiltrats in eine Vorrichtung zur Ultrafiltration und f₂) Trennung des in Schritt e) erhaltenen Mikrofiltrats in ein im wesentlichen feststofffreies Ultrafiltrat und eine mit Feststoff angereicherte UF-Retentat-Phase durchgeführt werden und in Schritt j) das in Schritt f₂) erhaltene Ultrafiltrat in eine Vorrichtung zur Filtrat-Konditionierung überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das in Schritt f₂) erhaltene UF-Retentat ausgetragen oder in die Vorrichtung zur Ultrafiltration rückgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei nach Schritt n) und vor Schritt p) die Schritte n₁) Überführen des in Schritt n) erhaltenen Permeats in einen Ionenaustauscher und n₂) Herstellung eines ionenausgetauschten Permeats durchgeführt werden und in Schritt p) das in Schritt n₂) erhaltene ionenausgetauschte Permeat in eine Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung überführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in Schritt a) die Gärreste in einen Zulauf-Dekanter eingebracht werden und in Schritt b) die Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und ein von groben Feststoffen abgereichertes Zentrat mit Hilfe des Zulauf-Dekanters erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in Schritt a) die Gärreste in einen Pressschneckenseparator eingebracht werden und in Schritt b) die Trennung der Gärreste in eine mit groben Feststoffen angereicherte Phase und einen von groben Feststoffen abgereicherte Dünnschlamm-Phase mit Hilfe des Pressschneckenseparators erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei nach Schritt b) die Schritte b₁) Überführen der in Schritt b) erhaltenen Dünnschlamm-Phase in eine Wendelfilteranlage, b₂) Trennung der Dünnschlamm-Phase in ein feststoffarmes Filtrat und eine feststoffreiche Phase und b₃) Austrag der feststoffreichen Phase durchgeführt werden und in Schritt d₁) das in Schritt b₂) erhaltene feststoffarme Filtrat in einen Sammelbehälter überführt wird.
Anlage zur Aufbereitung von Gärresten aus der Biogasproduktion umfassend – zumindest eine Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen, – zumindest eine Vorrichtung zur Mikrofiltration und – zumindest einen Retentat-Dekanter.
Anlage nach Anspruch 12, wobei zusätzlich zumindest ein Sammelbehälter vorgesehen ist.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 12 und 13, wobei zusätzlich zumindest eine Vorrichtung zur Filtrat Konditionierung vorgesehen ist.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei zusätzlich zumindest ein Feinfilter und zumindest eine Vorrichtung zur Durchführung einer permeatgestuften Umkehrosmose vorgesehen sind.
Anlage nach Anspruch 15, wobei zusätzlich zumindest eine Vorrichtung zur Permeat-Konditionierung vorgesehen ist.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei zusätzlich eine Vorrichtung zur Ultrafiltration vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 17, wobei die Vorrichtung zur Ultrafiltration Ultrafiltrationsmodule mit einer Porengröße von 0,01 μm bis 0,1 μm aufweist.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei zusätzlich ein Ionenaustauscher vorgesehen ist.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei es sich bei der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen um einen Zulauf-Dekanter handelt.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei es sich bei der Vorrichtung zur Abtrennung von groben Feststoffen um einen Pressschneckenseparator handelt.
Anlage nach Anspruch 21, wobei der Pressschneckenseparator eine Siebtrommel mit einer Spaltbreite von 250 μm bis 5 mm aufweist.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 21 und 22, wobei zusätzlich eine Wendelfilteranlage bestehend aus mehreren senkrecht stehenden Filtersäulen vorgesehen ist, wobei das die Wendel umgebende Filterrohr zumindest abschnittsweise eine Lochung von 30 μm bis 300 μm aufweist.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 23, wobei die Vorrichtung zur Mikrofiltration zumindest ein Mikrofiltrationsmodul, einen MF-Turbulenzbehälter und ein Turbulenzgebläse umfasst.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 24, wobei die Vorrichtung zur Filtrat Konditionierung zumindest einen Reaktionstank und eine Schwefelsäure-Dosieranlage umfasst.
Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei die Vorrichtung zur Permeat Konditionierung zumindest einen Reaktionstank, eine Natronlauge-Dosieranlage und eine Druckerhöhungsanlage umfasst.