DE102014206698B4 - Process for removing pollutants from water and for fermentation of sorbent material - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus Wässern, wobei es sich bei den Schadstoffen um biologisch schwer oder nicht abbaubare organische Verbindungen handelt, wobei die schadstoffbelasteten Wässer einer Sorptionsstufe zur Adsorption der Schadstoffe zugeführt werden, die Sorptionsstufe mindestens einen Hauptfilter mit Biomassen aus nachwachsenden Rohstoffen als Sorptionsmaterial umfasst, das mit Schadstoffen angereicherte Sorptionsmaterial zur Vorbehandlung mit Enzymen versetzt wird, die die Schadstoffe und das Sorptionsmaterial hydrolysieren, das derart vorbehandelte Sorptionsmaterial als Substrat in einer Biogasanlage anaerob zu Biogas vergoren wird und der bei der Vergärung entstehende Gärrest nachbehandelt wird.Process for removing pollutants from water, the pollutants being organic compounds that are difficult to biodegrade or not biodegradable, the polluted waters being fed to a sorption stage for adsorption of the pollutants, the sorption stage comprising at least one main filter with biomass from renewable raw materials as sorption material , the sorption material enriched with pollutants is mixed with enzymes for pretreatment, which hydrolyze the pollutants and the sorption material, the sorption material pretreated in this way is anaerobically fermented as a substrate in a biogas plant and the digestate resulting from the fermentation is post-treated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus Wässern durch Adsorption der Schadstoffe an Sorptionsmaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen, wobei es sich bei den Schadstoffen um aerob biologisch schwer oder nicht abbaubare organische Verbindungen handelt. Das mit Schadstoffen beladene Sorptionsmaterial wird in einer Biogasanlage anaerob vergärt und dient somit als Substrat oder Co-Substrat zur Biogasgewinnung. Das Verfahren ist insbesondere für schadstoffbelastete Wässer mit relativ geringen Schadstoffkonzentrationen geeignet, insbesondere für Wässer mit geringen Konzentrationen an Arzneimittelrückständen, Reinigungsmittelrückständen, Rückständen von Pflanzenschutzmitteln, Lösungsmitteln und Industriechemikalien.The invention relates to a method for removing pollutants from water by adsorbing the pollutants on sorbent materials from renewable raw materials, the pollutants being organic compounds which are difficult to aerobically biodegradable or which are not biodegradable. The sorption material loaded with pollutants is fermented anaerobically in a biogas plant and thus serves as a substrate or co-substrate for biogas production. The method is particularly suitable for polluted water with relatively low concentrations of pollutants, especially for water with low concentrations of pharmaceutical residues, cleaning agent residues, residues of pesticides, solvents and industrial chemicals.

Es ist bekannt, dass organische Spurenstoffe aus Wässern mittels Filtrations-, Ab- und Adsorptionsverfahren sowie Oxidationsverfahren, beispielsweise Membranfiltration, Aktivkohlefiltration und Ozonisierung, eliminiert werden können. Als Sorptionsmittel in adsorptiven Wasseraufbereitungsanlagen werden Aktivkohlen unterschiedlicher Art, Adsorberpolymere und oxidische Adsorbentien genannt. Aktivkohlen werden in Form von Pulverkohle, Kornkohle und permeablen, synthetischen Kollektoren angewendet. Als Adsorberpolymere sind Ionenaustauscher wie Lewatit® EP 63 bekannt. Als oxidische Adsorbentien sind Kieselgel, Alumosilikate, Aktivtonerden und granuliertes Eisenhydroxid zu nennen. Eisenhydroxid dient z. B. zur Adsorption von Arsen, Schwermetallen und Phosphaten. Aktivkohle eignet sich z. B. für die Entfernung von Lösungsmitteln, Pflanzenschutzmitteln, Geschmacksstoffen und Färbungen.It is known that organic trace substances can be eliminated from water by means of filtration, absorption and adsorption processes and oxidation processes, for example membrane filtration, activated carbon filtration and ozonization. Different types of activated carbon, adsorber polymers and oxidic adsorbents are mentioned as sorbents in adsorptive water treatment plants. Activated charcoals are used in the form of powder charcoal, grain charcoal and permeable, synthetic collectors. Ion exchangers such as Lewatit® EP 63 are known as adsorber polymers. Silica gel, aluminosilicates, active alumina and granulated iron hydroxide are to be mentioned as oxidic adsorbents. Iron hydroxide is used e.g. B. for the adsorption of arsenic, heavy metals and phosphates. Activated carbon is suitable e.g. B. for the removal of solvents, pesticides, flavors and colorings.

Es ist auch bekannt, dass Biosorbentien Schwermetalle aus Wässern eliminieren. Standardgemäß werden Biosorptionsverfahren für große Wasserströme mit relativ geringen Schadstoffkonzentrationen eingesetzt.It is also known that biosorbents eliminate heavy metals from water. Biosorption processes are used as standard for large water flows with relatively low concentrations of pollutants.

Zum Beispiel beschreibt DE 196 03 959 C1 ein Verfahren zum Behandeln von biologisch belastetem Abwasser, insbesondere von Haushaltsabwasser. Diese Erfindung betrifft vorrangig die Reinigung des Abwassers mittels eines grobkörnig ausgebildeten Filterbettkerns für dosierte Abwassermengen. Im Filterbett selbst wird durch zyklisches Einlassen des Abwassers Umgebungsluft angesaugt, die beim Nachströmen des Abwassers das Filterbett wieder verlässt. Die Mikroorganismen erhalten durch die angesaugte Umgebungsluft den Sauerstoff.For example describes DE 196 03 959 C1 a method for treating biologically contaminated waste water, in particular household waste water. This invention primarily relates to the purification of wastewater by means of a coarse-grained filter bed core for metered amounts of wastewater. In the filter bed itself, ambient air is sucked in by the cyclical admission of the waste water, which leaves the filter bed again when the waste water flows in. The microorganisms receive oxygen from the ambient air they suck in.

DE 196 48 860 C1 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser, bei dem organisch gering belastete Abwässer der anaeroben Gärung zugänglich gemacht werden, mit Integration einer Pflanzenkläranlage als Biomasse produzierende Einheit (2. Stufe) zwecks Zuführung der Biomasse in die Anaerobstufe (1. Stufe) zur Erhöhung der organischen Belastung des anfallenden Abwassers, wodurch für die anaerobe Methangärung eine ausreichende Belastung geschaffen wird. DE 196 48 860 C1 describes a process for the purification of wastewater, in which organically less polluted wastewater is made available for anaerobic fermentation, with the integration of a plant-based sewage treatment plant as a biomass-producing unit (2nd stage) for the purpose of feeding the biomass into the anaerobic stage (1st stage) to increase the organic Pollution of the waste water produced, which creates sufficient pollution for the anaerobic methane fermentation.

DE 10 2011 006 753 B3 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Arsenverunreinigungen mittels eines Biokompositmaterials, bestehend aus S-Layer-Proteinen, aus insbesondere metallbindenden Mikroorganismen und Nanopartikeln, bevorzugt Metalloxiden und / oder Metallcarbonaten, auch unter Verwendung von Trägermaterialien wie Filtermaterialien, Kunststoff, Metall, Keramik oder Glas. Im Biokompositmaterial werden Oberflächenproteine von Bakterien mit Eisen- und Titanoxid-Nanopartikeln kombiniert. DE 10 2011 006 753 B3 describes a method for removing arsenic impurities by means of a biocomposite material, consisting of S-layer proteins, in particular metal-binding microorganisms and nanoparticles, preferably metal oxides and / or metal carbonates, also using carrier materials such as filter materials, plastic, metal, ceramic or glass. In the biocomposite material, surface proteins from bacteria are combined with iron and titanium oxide nanoparticles.

DE 689 08 458 T2 betrifft ein mikrobiologisches Reinigungsverfahren von Abwässern, die vergärbare Zucker enthalten, das auf der Verwendung von Hefen unter aeroben Bedingungen basiert. DE 689 08 458 T2 relates to a microbiological purification process for waste water containing fermentable sugars based on the use of yeast under aerobic conditions.

DE 10 2010 001 907 A1 beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Biogas und gleichzeitiger Metallgewinnung aus Bergbauwässern mittels Mikroalgen. DE 10 2010 001 907 A1 contains a method and a device for the production of biogas and simultaneous metal extraction from mining water using microalgae.

Mit der Aufbereitung von Sorptionsmaterialien in Ziegeleien beschäftigt sich DE 10 2007 057 401 A1 . Das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas wird über ein aufbereitetes Sorptionsmittel, insbesondere Kalksplit, geleitet. Die Rückgewinnung des Sorptionsmaterials erfolgt mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser.Deals with the processing of sorption materials in brickworks DE 10 2007 057 401 A1 . The flue gas produced during combustion is passed over a processed sorbent, in particular lime grit. The sorption material is recovered with a liquid, preferably water.

Die Nachteile der genannten, herkömmlich angewendeten Sorptionsmaterialien zur Adsorption von Schadstoffen aus Wässern sind deren begrenzte Verfügbarkeit und der Aufwand ihrer Entsorgung bzw. Regenerierung. Dazu kommt, dass die herkömmlichen Wasseraufbereitungsverfahren zur Entfernung dieser Schadstoffe aus wässrigen Strömen für geringe Konzentrationen an Schadstoffen nicht geeignet sind.The disadvantages of the aforementioned, conventionally used sorption materials for adsorbing pollutants from water are their limited availability and the expense of their disposal or regeneration. In addition, conventional water treatment methods for removing these pollutants from aqueous streams are not suitable for low concentrations of pollutants.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, ein Verfahren zur Reinigung von schadstoffbelasteten Wässern mittels Adsorption bereitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet.The object of the present invention was therefore to provide a method for cleaning polluted water by means of adsorption which overcomes the disadvantages of the prior art.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus Wässern mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bereitgestellt, wobei es sich bei den Schadstoffen um biologisch schwer oder nicht abbaubare organische Verbindungen handelt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet ist, dass die schadstoffbelasteten Wässer einer Sorptionsstufe zur Adsorption der Schadstoffe zugeführt werden, wobei die Sorptionsstufe mindestens einen Hauptfilter mit Biomassen aus nachwachsenden Rohstoffen als Sorptionsmaterial umfasst, das mit Schadstoffen angereicherte Sorptionsmaterial als Substrat in einer Biogasanlage anaerob zu Biogas vergoren wird und der bei der Vergärung entstehende Gärrest nachbehandelt wird.According to the invention, a method for removing pollutants from water is provided with the features according to claim 1, the pollutants being organic compounds which are difficult to biodegrade or which are not biodegradable. The procedure is characterized by that the polluted waters are fed to a sorption stage for adsorption of the pollutants, the sorption stage comprising at least one main filter with biomass from renewable raw materials as sorption material, the sorption material enriched with pollutants as a substrate in a biogas plant anaerobically fermented to biogas and the fermentation residue resulting from the fermentation is post-treated.

Bei den Wässern handelt es sich insbesondere um schadstoffbelastete Oberflächen- oder Grundwässer, um schadstoffbelastete Wässer aus Krankenhäusern, Pflege- und Altersheimen, der kosmetischen und pharmazeutischen Industrie und der Landwirtschaft. Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren große Wasserströme mit relativ geringen Schadstoffkonzentrationen aufbereitet werden. Die Schadstoffkonzentrationen der Wässer liegen häufig bei kleiner 1mg/l.The waters are in particular polluted surface or groundwater, polluted waters from hospitals, nursing and old people's homes, the cosmetic and pharmaceutical industry and agriculture. In particular, large water flows with relatively low concentrations of pollutants can be treated with the method according to the invention. The pollutant concentrations in the water are often less than 1 mg / l.

Bei den biologisch schwer oder nicht abbaubaren organischen Verbindungen handelt es sich im Sinne der Erfindung insbesondere um Arzneimittelrückstände,
Reinigungsmittelrückstände, Rückstände von Pflanzenschutzmitteln, Lösungsmittel und Industriechemikalien. Als Arzneimittelrückstände sind beispielhaft Carbamazepin, Natrium-Diclofenac oder Sulfamethoxazol zu nennen.
The organic compounds, which are difficult to biodegrade or not biodegradable, are in particular pharmaceutical residues in the context of the invention,
Detergent residues, residues of pesticides, solvents and industrial chemicals. Carbamazepine, sodium diclofenac or sulfamethoxazole are examples of drug residues.

Als Sorptionsmaterialien werden Biomassen aus nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt, die anaerob zu Biogas vergoren werden. Insbesondere kommen als Biomassen aus nachwachsenden Rohstoffen zellulosehaltiges oder stärkehaltiges Pflanzenmaterial oder Gemische dieser Materialien in Frage. Besonders bevorzugt kann als Biomasse Algenbiomasse, z. B. Chlorellapulver, oder Hefen-Biomasse eingesetzt werden oder als stärkehaltiges Pflanzenmaterial Getreide, wie z. B. Weizen oder Mais, verwendet werden.Biomass from renewable raw materials, which are fermented anaerobically to form biogas, are used as sorption materials. In particular, cellulosic or starchy plant material or mixtures of these materials come into consideration as biomasses from renewable raw materials. Algae biomass, e.g. B. Chlorella powder, or yeast biomass can be used or as starchy plant material cereals, such. B. wheat or corn can be used.

Es ist bevorzugt, das Sorptionsmaterial oder das Gemisch dieser Materialien im Hauptfilter schichtweise anzuordnen.It is preferred to arrange the sorbent material or the mixture of these materials in layers in the main filter.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden in der Sorptionsstufe zwei parallel geschaltete Hauptfilter verwendet, um jeweils nach Erreichen der Schadstoff-Beladungskapazität des Sorptionsmaterials des einen Hauptfilters die Wässer über den parallelen Hauptfilter mit frischem Sorptionsmaterial leiten zu können, um eine kontinuierliche Verfahrensführung zu gewährleisten.In a preferred embodiment of the method, two main filters connected in parallel are used in the sorption stage in order to be able to pass the water through the parallel main filter with fresh sorbent material after reaching the pollutant loading capacity of the sorbent material of the one main filter in order to ensure a continuous process.

In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Sorptionsstufe einen Hauptfilter, dem wahlweise ein Vorfilter und/oder ein Nachfilter zugeordnet ist. Vorzugsweise wird ein Nachfilter benutzt. Bei Wässern mit nahezu gleichmäßigem Gesamtinhaltsstoffspektrum bezüglich Art und Konzentration kann auf Vor- und/oder Nachfilter verzichtet werden.In another embodiment of the method, the sorption stage comprises a main filter to which a pre-filter and / or a post-filter is optionally assigned. A post filter is preferably used. Pre- and / or post-filters can be dispensed with in the case of water with an almost uniform total range of substances in terms of type and concentration.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden als Vorfilter und/oder Nachfilter in der Sorptionsstufe vorzugsweise Pflanzenkläranlagen eingesetzt.According to a preferred embodiment of the method, the prefilter and / or postfilter in the sorption stage is preferably a plant based sewage treatment system.

Das mit Schadstoffen angereicherte Sorptionsmaterial, das als Substrat im Vergärungsprozess dient, wird vor der Vergärung in der Biogasanlage vorbehandelt. Damit kann der nachfolgende Vergärungsprozess beschleunigt werden. Das mit Schadstoffen beladene Sorptionsmaterial wird bei der Vorbehandlung mit Enzymen versetzt. Die Vorbehandlung erfolgt mit Enzymen, die die Schadstoffe und das Sorptionsmaterial hydrolysieren. Insbesondere werden Enzyme eingesetzt, die die Schadstoffe spalten.The sorption material enriched with pollutants, which serves as a substrate in the fermentation process, is pretreated in the biogas plant before fermentation. This can accelerate the subsequent fermentation process. The sorption material loaded with pollutants is treated with enzymes during the pretreatment. The pretreatment is done with enzymes that hydrolyze the pollutants and the sorbent material. In particular, enzymes are used that break down the pollutants.

Der im erfindungsgemäßen Verfahren bei der Vergärung entstehende Gärrest wird zur Entfernung gegebenenfalls noch vorhandener Schadstoffe enzymatisch nachbehandelt, um die möglicherweise verbliebenen Schadstoffe zu hydrolysieren.The fermentation residue produced in the process according to the invention during fermentation is enzymatically aftertreated to remove any harmful substances that may still be present, in order to hydrolyze the possibly remaining harmful substances.

Bevorzugt kann ein Gärrest, der Spuren von biologisch schwer oder nicht abbaubaren organischen Schadstoffen enthält, einer Nachbehandlung derart unterzogen werden, dass er mittels hydrothermaler Karbonisierung (HTC) in eine energetisch oder stofflich verwertbare Biokohle überführt wird, die Gärrestnachbehandlung also als HTC-Anlage ausgelegt ist.A digestate that contains traces of organic pollutants that are difficult to biodegrade or not biodegradable can preferably be subjected to an after-treatment in such a way that it is converted into an energetically or materially usable biochar by means of hydrothermal carbonization (HTC), i.e. the digestate after-treatment is designed as an HTC system .

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der kontinuierlichen Aufbereitung von Wässern mit schwer abbaubaren Problemstoffen, die in geringen Konzentrationen gesundheits- und umweltschädlich sind. Die anfallenden problemstoffbelasteten Sorptionsmaterialien können in einem Vergärungsprozess vollständig verstoffwechselt werden und die als Endprodukt anfallende Biomasse kann bedenkenlos weiterbehandelt werden. Das Verfahren ist also Ressourcen schonend, da die vergleichsweise geringen Mengen an Reststoffen, die anfallen, stofflich und energetisch verwertbar sind.The advantage of the method according to the invention consists in the continuous treatment of water with problematic substances which are difficult to break down and which are harmful to health and the environment in low concentrations. The sorbent materials that are contaminated with problematic substances can be completely metabolized in a fermentation process and the biomass produced as an end product can be treated further without hesitation. The process is therefore resource-saving, as the comparatively small amounts of residual materials that arise can be used in terms of material and energy.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 näher erläutert, ohne sie darauf einzuschränken.A plant for carrying out the method according to the invention is described below with reference to 1 explained in more detail without restricting them to it.

Die Anlage zur Entfernung von Schadstoffen aus Wässern, wobei es sich bei den Schadstoffen um biologisch schwer oder nicht abbaubare organische Verbindungen handelt, weist eine Sorptionsstufe 1 mit mindestens einem Hauptfilter 1.3 auf, der mit einer Biogasanlage 2 verbunden ist, die mindestens einen Biogasfermenter 2.3 aufweist, wobei der Biogasfermenter 2.3 mit einer Gärrestnachbehandlung 3 verbunden ist, die mindestens einen Gärrestbehälter 3.2 aufweist.The system for removing pollutants from water, the pollutants being organic compounds that are difficult to biodegrade or not biodegradable, has a sorption stage 1 with at least one main filter 1.3 on that with a biogas plant 2 connected to the least a biogas fermenter 2.3 having, the biogas fermenter 2.3 with digestate after-treatment 3 is connected, the at least one digestate container 3.2 having.

In einer Ausführungsform der Anlage weist die Sorptionsstufe 1 zwei parallel geschaltete Hauptfilter 1.3 zum wechselseitigen Betrieb auf, die jeweils mit der Biogasanlage 2 verbunden sind.In one embodiment of the system, the sorption stage 1 two main filters connected in parallel 1.3 for mutual operation, each with the biogas plant 2 are connected.

In einer anderen Ausführungsform der Anlage weist die Sorptionsstufe 1 einen Vorfilter 1.2 und/oder einen Nachfilter 1.4 auf, die jeweils mit dem/den Hauptfilter/n 1.3 verbunden sind, wobei Vorfilter 1.2 und/oder Nachfilter 1.4 insbesondere eine Pflanzenkläranlage darstellen. Vorzugsweise weist die Anlage einen Nachfilter 1.4 auf.In another embodiment of the system, the sorption stage 1 a pre-filter 1.2 and / or a post filter 1.4 each with the main filter (s) 1.3 connected, being prefilter 1.2 and / or post-filter 1.4 in particular represent a herbal sewage treatment plant. The system preferably has a post-filter 1.4 on.

Dem Biogasfermenter 2.3 der Biogasanlage 2 ist vorzugsweise ein Behälter 2.1 zur Vorbehandlung des Schadstoff-belasteten Sorptionsmaterials vorgeschaltet, der aus dem Hauptfilter 1.3 mit dem Sorptionsmaterial gespeist wird.The biogas fermenter 2.3 the biogas plant 2 is preferably a container 2.1 upstream for the pretreatment of the polluted sorbent material from the main filter 1.3 is fed with the sorbent material.

Die Gärrestnachbehandlung 3 ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage als HTC-Anlage ausgelegt.The digestate treatment 3 is designed in a preferred embodiment of the system as an HTC system.

Das schadstoffbelastete Wasser wird über einen Zulauf 1.1 einer Sorptionsstufe 1 zugeführt. Es durchläuft einen Vorfilter 1.2, einen Hauptfilter 1.3 und einen Nachfilter 1.4.The polluted water is via an inlet 1.1 a sorption stage 1 fed. It goes through a pre-filter 1.2 , a main filter 1.3 and a post filter 1.4 .

Der Hauptfilter 1.3, der Sorptionsmaterial aus nachwachsenden Rohstoffen enthält, ist zweistufig ausgelegt, um bei Bedarf das beladene Sorptionsmaterial durch neues Sorptionsmaterial zu ersetzen. Eine nachgeschaltete Pflanzenkläranlage 1.4 fungiert als Polizeifilter für das im Hauptfilter 1.3 gereinigte Wasser aus dem Ablauf 1.5. Die Optionalität einer Pflanzenkläranlage ergibt sich aus Schwankungen hinsichtlich der Prozessbedingungen (z. B. Temperatur, pH-Wert) und der ständig wechselnden Zusammensetzung der Problemstoffe.The main filter 1.3 , which contains sorbent material from renewable raw materials, is designed in two stages to replace the loaded sorbent material with new sorbent material if necessary. A downstream plant-based sewage treatment plant 1.4 acts as a police filter for the one in the main filter 1.3 purified water from the drain 1.5 . The optionality of a plant-based sewage treatment system results from fluctuations in terms of process conditions (e.g. temperature, pH value) and the constantly changing composition of the problematic substances.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das schadstoffbelastete Wasser mit schichtweise angeordneten, ausgewählten Filtermaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen, die problemlos als Biomasse in einer Biogasanlage 2 verstoffwechselt werden können, behandelt. Die Vergärung des schadstoffangereicherten Sorptionsmaterials aus dem Ablauf 1.6 findet in der Biogasanlage 2 im Biogasfermenter 2.3 statt.In a preferred embodiment, the polluted water is layered with selected filter materials made from renewable raw materials, which can be used as biomass in a biogas plant 2 can be metabolized, treated. The fermentation of the polluted sorbent material from the drain 1.6 takes place in the biogas plant 2 in the biogas fermenter 2.3 instead of.

Vor der Vergärung im Biogasfermenter 2.3 wird das mit Schadstoffen beladene Sorptionsmaterial aus dem Ablauf 1.6 in einer Substratvorbehandlung 2.1 mit Enzymen aus einer Vorlage 2.1.1 behandelt, gegebenenfalls mit Co-Substraten aus einer Vorlage 2.1.2 versetzt und/ oder mit Nährstoffen aus einer Vorlage 2.1.3 ergänzt.Before fermentation in the biogas fermenter 2.3 the sorbent material loaded with pollutants is removed from the drain 1.6 in a substrate pretreatment 2.1 with enzymes from a template 2.1.1 treated, if necessary with co-substrates from a template 2.1.2 added and / or with nutrients from a template 2.1.3 added.

Der unbehandelte Gärrest wird über einen Zulauf 3.1 in Abhängigkeit der Qualität einer Gärrestnachbehandlung 3 zugeführt und im Gärrestbehälter 3.2 nachbehandelt. Der aufbereitete Gärrest aus dem Ablauf 3.3 wird stofflich oder energetisch verwertet. Bevorzugt kann der Gärrest aus dem Zulauf 3.1 in einer nachgeschalteten HTC-Anlage in eine energetisch oder stofflich verwertbare Biokohle überführt werden.The untreated digestate is fed through an inlet 3.1 depending on the quality of digestate aftertreatment 3 and in the digestate container 3.2 post-treated. The processed digestate from the drain 3.3 is recycled materially or energetically. The digestate can preferably be taken from the feed 3.1 be converted into an energetically or materially usable biochar in a downstream HTC system.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Beispiel 1 - Sorptionsmaterial ChlorellapulverExample 1 - Chlorella Powder Sorption Material

Ein mit den Arzneimittelrückständen Carbamazepin, Natrium-Diclofenac und Sulfamethoxazol belastetes Wasser (in der Summe 0,98 mg TOC) wird über den Zulauf 1.1 dem Hauptfilter 1.3 der Sorptionsstufe 1 zugeführt. Im Hauptfilter 1.3, der Chlorellapulver als Sorptionsmaterial enthält, werden die Problemstoffe aus dem zu reinigenden Wasser abgereichert.A water contaminated with the drug residues carbamazepine, sodium diclofenac and sulfamethoxazole (in total 0.98 mg TOC) is via the inflow 1.1 the main filter 1.3 the sorption level 1 fed. In the main filter 1.3 , which contains chlorella powder as sorption material, the problematic substances are depleted from the water to be purified.

Carbamazepin wird zu nahezu 100% aus dem Wasser abgereichert, Natrium-Diclofenac zu mehr als 90% und Sulfamethoxazol zu mehr als 25%.Carbamazepine is almost 100% depleted from the water, sodium diclofenac by more than 90% and sulfamethoxazole by more than 25%.

Nachfolgend wird das beladene Chlorellapulver in der Biogasanlage 2 bei ca. 28°C unter Lichtausschluss und einem Überdruck von ca. 100 hPa vergärt. Nach 20 Tagen ist eine Biogasmenge von mehr als 220 NL/ kgoTs entstanden. Der verbliebene Gärrest wird in der Gärrestnachbehandlung 3 aufbereitet.The loaded chlorella powder is then used in the biogas plant 2 Fermented at approx. 28 ° C with exclusion of light and an overpressure of approx. 100 hPa. After 20 days, a biogas amount of more than 220 NL / kg oTs has arisen. The remaining digestate is used in digestate post-treatment 3 processed.

Beispiel 2 - Sorptionsmaterial WeizenExample 2 - Wheat Sorption Material

Das Wasser gemäß Beispiel 1 wird in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben aufbereitet, als Sorptionsmaterial wird jedoch Weizenstreu verwendet. Es zeigt sich, dass Carbamazepin ebenfalls zu nahezu 100% aus dem Wasser abgereichert wird, Natrium-Diclofenac zu mehr als 65% und Sulfamethoxazol zu mehr als 20%. Nach 20 Tagen ist eine Biogasmenge von mehr als 470 NL/ kgoTs entstanden.The water according to Example 1 is prepared in the same way as described in Example 1, but wheat litter is used as the sorption material. It turns out that carbamazepine is also almost 100% depleted from the water, sodium diclofenac by more than 65% and sulfamethoxazole by more than 20%. After 20 days, a biogas amount of more than 470 NL / kg oTs has been generated .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
SorptionsstufeSorption level
1.11.1
Zulauf problemstoffbelastetes WasserInflow of polluted water
1.21.2
VorfilterPre-filter
1.31.3
HauptfilterMain filter
1.41.4
Nachfilter (Pflanzenkläranlage)Post-filter (sewage treatment plant)
1.51.5
Ablauf von Problemstoffen gereinigtes WasserPurified water runoff from problematic substances
1.61.6
Ablauf Problemstoff-angereichertes SorptionsmaterialProcess of problematic-enriched sorbent material
22
BiogasanlageBiogas plant
2.12.1
SubstratvorbehandlungSubstrate pretreatment
2.1.12.1.1
Vorlage EnzymeTemplate enzymes
2.1.22.1.2
Vorlage Co-SubstrateTemplate co-substrates
2.1.32.1.3
Vorlage NährstoffeTemplate nutrients
2.22.2
Zulauf vorbehandeltes SubstratFeed of pretreated substrate
2.32.3
BiogasfermenterBiogas fermenter
33
GärrestnachbehandlungDigestate aftertreatment
3.13.1
Zulauf unbehandelter GärrestFeed of untreated digestate
3.23.2
GärrestbehälterDigestate container
3.33.3
Ablauf aufbereiteter GärrestProcessed digestate drain

Claims (8)

Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus Wässern, wobei es sich bei den Schadstoffen um biologisch schwer oder nicht abbaubare organische Verbindungen handelt, wobei die schadstoffbelasteten Wässer einer Sorptionsstufe zur Adsorption der Schadstoffe zugeführt werden, die Sorptionsstufe mindestens einen Hauptfilter mit Biomassen aus nachwachsenden Rohstoffen als Sorptionsmaterial umfasst, das mit Schadstoffen angereicherte Sorptionsmaterial zur Vorbehandlung mit Enzymen versetzt wird, die die Schadstoffe und das Sorptionsmaterial hydrolysieren, das derart vorbehandelte Sorptionsmaterial als Substrat in einer Biogasanlage anaerob zu Biogas vergoren wird und der bei der Vergärung entstehende Gärrest nachbehandelt wird.Process for removing pollutants from water, the pollutants being organic compounds that are difficult to biodegrade or not biodegradable, the polluted waters being fed to a sorption stage for adsorption of the pollutants, the sorption stage comprising at least one main filter with biomass from renewable raw materials as sorption material , the sorption material enriched with pollutants is mixed with enzymes for pretreatment, which hydrolyze the pollutants and the sorption material, the sorption material pretreated in this way is anaerobically fermented as a substrate in a biogas plant and the digestate resulting from the fermentation is post-treated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hauptfilter der Sorptionsstufe ein Vorfilter und/oder ein Nachfilter zugeordnet ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the main filter of the sorption stage is assigned a pre-filter and / or a post-filter. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorfilter und/oder Nachfilter eine Pflanzenkläranlage dient.Procedure according to Claim 2 , characterized in that a plant based sewage treatment system is used as a pre-filter and / or post-filter. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sorptionsmaterial zellulosehaltiges Pflanzenmaterial oder stärkehaltiges Pflanzenmaterial oder Gemische dieser Materialien eingesetzt werden.Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that cellulose-containing plant material or starch-containing plant material or mixtures of these materials are used as sorption material. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Biomasse Algenbiomasse oder Hefen-Biomasse eingesetzt wird.Procedure according to Claim 4 , characterized in that algae biomass or yeast biomass is used as the biomass. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmaterial oder das Gemisch dieser Materialien im Hauptfilter schichtweise angeordnet wird.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the sorption material or the mixture of these materials is arranged in layers in the main filter. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sorptionsstufe zwei parallel geschaltete Hauptfilter verwendet werden, um jeweils nach Erreichen der Beladungskapazität des Sorptionsmaterials des einen Hauptfilters mit Schadstoffen die Wässer über den parallelen Hauptfilter mit frischem Sorptionsmaterial zu leiten.Method according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that two main filters connected in parallel are used in the sorption stage in order to pass the water over the parallel main filter with fresh sorbent material after the loading capacity of the sorption material of one main filter has been reached with pollutants. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der Vergärung entstehende Gärrest, der Spuren von biologisch schwer oder nicht abbaubaren organischen Schadstoffen enthält, durch Nachbehandlung mittels hydrothermaler Karbonisierung (HTC) in eine energetisch oder stofflich verwertbare Biokohle überführt wird.Method according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the fermentation residue produced during fermentation, which contains traces of organic pollutants that are difficult to biodegrade or not biodegradable, is converted into an energetically or materially usable biochar by post-treatment using hydrothermal carbonization (HTC).
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