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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur anaeroben Abwasserbehandlung, insbesondere mit einem 2-Zonen-Hochlast-Schlammbettreaktor. Derartige Vorrichtungen dienen vorwiegend zum Reinigen von Abwasser, insbesondere von größeren Mengen stark belasteten Abwassers mit einem hohen CSB (chemischen Sauerstoff-Bedarf).
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Die Schlammbettreaktor-Technik ist ein Verfahren der anaeroben Abwasserbehandlung, wobei granulierter Schlamm, sogenannte Schlammpellets, zum Einsatz kommt. Bei den Schlammpellets handelt es sich um Biomassen-Aggregate, die aufgrund ihrer Größe (Durchmesser bis mehrere Millimeter) und ihrer kompakten Form sehr gute Absetzeigenschaften besitzen.
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Ein Schlammbettreaktor wird von unten nach oben durchströmt, wodurch die Schlammpellets suspendiert werden. Der Klarwasserabzug erfolgt im Kopf des Reaktors. Zusätzliche Turbulenzen im Reaktor entstehen durch die Biogas-Entwicklung beim anaeroben Abbau. Um die Turbulenzen weiter zu erhöhen, wird bei einigen Reaktorbauformen ein Teil des gebildeten Biogases und/oder des behandelten Abwassers gezielt rezirkuliert. Je höher die abbaubare CSB-Fracht, die dem Reaktor zugeführt wird, desto höher ist die Turbulenz im Reaktorraum, bedingt durch höhere Aufströmgeschwindigkeiten bei größeren Volumenströmen oder durch vermehrte Gasbildung bei hohem CSB.
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Neben den sogenannten „kompakten“ Schlammbettreaktoren, die durch ein niedriges Verhältnis von Höhe zu Durchmesser geprägt sind, sind auch Reaktoren mit „expandiertem“ Schlammbett bekannt. Das sind hochbauende Reaktoren, die durch ein hohes Verhältnis von Höhe zu Durchmesser geprägt sind. Die Vorteile gegenüber kompakten Schlammbettreaktoren liegen in der - aufgrund der erhöhten Bauform vergrößerten - Gesamtschlammmenge, bezogen auf das Gesamtvolumen des Reaktors, sowie in der Möglichkeit, höhere Aufströmgeschwindigkeiten zu erreichen. Durch die erhöhte Aufströmgeschwindigkeit erfolgt eine bessere Durchmischung der Schlammpellets mit der Folge, dass sich die Aktivität in Bezug auf den anaeroben Abbau erhöht.
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Stand der Technik
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Bekannte Limitierungen der Reaktoren mit expandiertem Schlammbett sind in der Druckschrift
EP 0 640 059 B1 beschrieben. Aufgrund der im Vergleich zur Höhe geringen Grundfläche des Reaktors akkumuliert mit zunehmender Höhe das aufsteigende Biogas. Kleinste Gasblasen können sich an die Schlammpellets bzw. an Bruchstücke hiervon heften und somit deren Sedimentationsfähigkeit herabsetzen. In der Folge kann unerwünschter Weise aktive Biomasse durch Flotation bis in die oberen Reaktorzonen transportiert und aus dem Reaktor ausgetragen werden. Um dies zu verhindern, muss das Biogas in tieferen Reaktorzonen entnommen und flotierende Biomasse zurückgehalten werden. Hierzu können eine oder mehrere Sedimentationszonen eingerichtet werden. Dem gegenüber steht die Forderung, dass gleichzeitig eine ausreichende Durchmischung des Reaktors notwendig ist, um die gewünschte Abbauleistung zu gewährleisten.
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Der in
EP 0 640 059 B1 beschriebene Reaktor ist konstruktiv sehr aufwendig: die im Reaktor zum Abtrennen des Biogases installierten Trennelemente erfahren im mit Biogas gefüllten Zustand einen hohen Auftrieb, wodurch hohe Kräfte an der Reaktorwand aufgenommen werden müssen. Im Besonderen gilt dies für die im Reaktor vorgesehenen Gashüte. Die statischen Anforderungen sind in den Fällen besonders groß, in denen der Reaktor für große Abwassermengen konzipiert wird und entsprechend hohe Gasmengen abgeleitet werden müssen.
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Daneben sieht das in
EP 0 640 059 B1 beschriebene Prinzip des Reaktorbetriebs vor, dass ein Teil der Trennelemente vollständig mit Biogas gefüllt sein muss, damit durch überströmendes Biogas eine Zirkulationsströmung erreicht wird. Die Kräfte können also nicht dadurch reduziert werden, dass versucht wird, das Biogasvolumen in den Trennelementen gering zu halten. Jedes Trennelement besitzt zudem eine separate Leitung, um das Biogas abzuleiten, was die Konstruktion ebenfalls aufwendig werden lässt.
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Das Prinzip des in
EP 0 640 059 B1 beschriebenen Reaktors sieht vor, dass jedes Trennelement bzw. die daran angeschlossene Biogasleitung ein Drosselorgan besitzt. Das Drosselorgan dient zur Einstellung der beschriebenen Überströmung der Trennelemente mit Biogas, um eine Zirkulationsströmung und damit eine Durchmischung in der über dem Trennelement befindlichen Reaktorzone zu erzeugen. Eine ausreichende Durchmischung ist für den anaeroben Betrieb eine zwingende Voraussetzung. Da während des Reaktorbetriebs jedoch keine Messung der Zirkulationsströmung erfolgt, ist es schwierig, die zur Ausbildung der Zirkulationsströmung notwendige Biogasmenge zu bestimmen bzw. herauszufinden, ob sich überhaupt eine Zirkulationsströmung in allen dafür vorgesehene Bereichen einstellt.
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Die Rückhaltung der zum Betrieb des Reaktors notwendigen aktiven Biomasse wird bei dem in
EP 0 640 059 B1 beschriebenen Reaktor dadurch erreicht, dass gasblasenarme Sedimentationsräume erzeugt werden, in denen die Schlammpellets sedimentieren können. Ungelöst ist hierbei jedoch, wie die Rückhaltung von kleinen Partikeln (z.B. Bruchstücken der im Reaktor befindlichen Schlammpellets) erfolgen soll. Bedingt durch die Aufwärtsströmung im Reaktor - auch in den Sedimentationsbereichen - reichen die Bedingungen zur Sedimentation dieser Partikel in der Regel nicht aus, so dass es zu einem Austrag aktiver Biomasse kommen kann und damit die Abbauleistung über die Zeit reduziert wird.
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Aufgabe
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Reaktor sowie insbesondere die Gasabtrennung konstruktiv einfacher zu gestalten. Daneben soll die Durchmischung des Reaktors sowie der Rückhalt von aktiver Biomasse optimiert werden.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
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Die Verwendung der Einzahl soll die Mehrzahl nicht ausschließen, was auch im umgekehrten Sinn zu gelten hat, soweit nichts Gegenteiliges offenbart ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anlage zur anaeroben Abwasserbehandlung vorgeschlagen, mit einem Reaktor, einem Zulauf, der das zu behandelnde Abwasser dem Reaktor zuführen kann, und mit mindestens einem Gaskragen zum Auffangen von Gas, welches bei der anaeroben Behandlung des Abwassers entstehen kann. Dieser Gaskragen ist an der Innenwand des Reaktors derart umlaufend angeordnet, dass er aufsteigendes Gas auffangen kann, und hat mindestens eine Gasentnahme-Einrichtung zur Entnahme von aufgefangenem Gas. Ferner sind eine Mehrzahl von gewinkelten Leitelementen zum Auffangen und Ableiten von aufsteigendem Gas und ein Ablauf, der das behandelte Abwasser aus dem Reaktor ausleiten kann, vorhanden. Dabei sind die gewinkelten Leitelemente nach unten offen, und die Enden der gewinkelten Leitelemente sind derart gestaltet, dass aufgefangenes Gas an diesen Enden entweichen kann. Die Enden der gewinkelten Leitelemente sind unterhalb eines Gaskragens angeordnet, und die gewinkelten Leitelemente und der mindestens eine Gaskragen sind derart angeordnet, dass sie zusammen die gesamte horizontale Querschnittsfläche des Innenraums des Reaktors überdecken.
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Im Vergleich zu den in
EP 0 640 059 B1 beschriebenen Gashüten hat der Einsatz dieser gewinkelten Leitelemente den Vorteil, dass sich das aufsteigende Gas auf mehrere Bauteile verteilt und damit im Vergleich wesentlich geringere Auftriebskräfte pro Bauteil wirken. Als gewinkelte Leitelemente können daher einfache Bleche zum Einsatz kommen, wobei die Blechstärken niedrig ausfallen können, außerdem ist die Fixierung im Reaktor deutlich leichter: Einfach gestaltete Querträger reichen aus.
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Schlammpellets, die durch an ihnen heftende Gasblasen flotieren oder durch Turbulenzen nach oben befördert werden, werden durch die gewinkelten Leitelemente effektiv zurück gehalten.
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Als gewinkelte Leitelemente können beispielsweise einfache gekantete Bleche zum Einsatz kommen. Typischerweise werden die gewinkelten Leitelemente an einfachen Trägern montiert, die quer durch den Innenraum des Reaktors verlaufen.
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Durch diese Anordnung aus Gaskragen und gewinkelten Leitelementen wird das Innere des Reaktors im Wesentlichen in zwei Bereiche unterteilt: einen unteren Bereich mit hoher Turbulenz, in dem die anaerobe Behandlung des Abwassers erfolgt und Biogas entsteht, und einen oberen Bereich mit möglichst niedriger Turbulenz, in dem die Biomasse sedimentieren kann.
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Die vorgeschlagene Anlage ist konstruktiv einfach, sorgt für eine gute Durchmischung im unteren Bereich und damit eine gute Abbauleistung im anaeroben Reaktor. Gleichzeitig wird Biomasse effektiv zurück gehalten, da sie im oberen Bereich sedimentieren kann.
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Vorzugsweise werden die gewinkelten Leitelemente in mindestens zwei horizontalen Ebenen angeordnet. Benachbarte Leitelemente innerhalb einer Ebene haben dabei einen Abstand quer zu ihrer Längsachse, der knapp ihrer Breite entspricht. Der Abstand kann zum Beispiel 90 % der Breite eines gewinkelten Leitelements entsprechen. Dadurch entstehen Lücken zwischen den Leitelementen, durch die sichergestellt wird, dass die Flüssigkeit im Inneren des Reaktors zwischen den Leitelementen aufsteigen kann, wobei sich beim Vorbeiströmen an den Rändern der Leitelemente eine gewisse Turbulenz bildet. Leitelemente in der darüber liegenden Ebene sind genau über diesen Lücken angeordnet. Eine Anordnung mit zwei Ebenen ist besonders einfach und daher bevorzugt.
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Die gewinkelten Leitelemente erfüllen ihren Zweck am besten, wenn das Verhältnis der Länge der gewinkelten Leitelemente zu ihrer Breite mindestens 8 zu 1, bevorzugt mindestens 10 zu 1 beträgt. Bei einer typischen Reaktorgröße, die beispielsweise einen Durchmesser von 10 m haben kann, sollten mindestens 8, bevorzugt mindestens 12 gewinkelte Leitelemente vorhanden sein. Unter diesen Bedingungen haben die Leitelemente eine optimale Form und Anzahl, um einerseits genügend Vorbeiströmmöglichkeiten zu bieten, um eine hinreichende Turbulenz im Reaktor zu erreichen, und andererseits aufsteigendes Biogas auffangen und effektiv zum Gaskragen hin ableiten zu können.
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Vorzugsweise weisen die gewinkelten Leitelemente einen Winkel zwischen 50° und 70°, bevorzugt 60° auf. Dadurch wird erreicht, dass absinkende Schlammpellets nicht auf der Oberseite der Leitelemente liegen bleiben, sondern seitlich herunter rutschen und so wieder in den unteren Bereich des Reaktors gelangen können. Zudem wird das Auffangen und Ableiten des Biogases erleichtert.
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Um das durch die gewinkelten Leitelemente aufgefangene Biogas gleichmäßig abzuleiten, ist es wünschenswert, dass die gewinkelten Leitelemente waagerecht angeordnet sind.
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Für den Fall, dass die Leitelemente nicht ganz genau waagerecht montiert werden konnten, ist es vorteilhaft, wenn an jedem gewinkelten Leitelement quer zu seiner Längsausdehnung ein Trennelement angeordnet ist, welches den Bereich unterhalb des gewinkelten Leitelementes vollständig in zwei gleich lange Bereiche teilt. Dies sorgt dafür, dass das abgeleitete Gas trotzdem gleichmäßig auf den darüber liegenden Gaskragen verteilt wird.
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Um das Zurückhalten der aktiven Biomasse zu verbessern, weist jedes gewinkelte Leitelement an seinen beiden Enden jeweils ein Abschlusselement auf, welches im Wesentlichen dreieckig ausgeführt ist, wobei das Abschlusselement sich vom Winkel des gewinkelten Leitelements ausgehend höchstens über die gesamte Höhe des gewinkelten Leitelements erstreckt. Die untere Kante des Abschlusselementes kann gezackt ausgeführt sein, um den Gasaustritt noch gleichmäßiger zu verteilen.
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Ferner weist jedes gewinkelte Leitelement auf der Innenseite von jedem Abschlusselement dazu beabstandet ein Trennelement auf, wobei das Trennelement trapezförmig und so im gewinkelten Leitelement angeordnet ist, dass es in der Spitze einen Bereich freilässt. Dabei liegt die Oberkante des Trennelements vorzugsweise oberhalb der gezackt ausgeführten Unterkante des Abschlusselements.
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Dies führt dazu, dass sich zunächst ein gewisses Gasvolumen im gewinkelten Leitelement sammeln muss und das Trennelement, dessen Oberkante sich oberhalb der Flüssigkeit im angesammelten Gasvolumen befindet, überströmen muss, bevor dieses Gas über den zackenförmigen Bereich des Abschlusselements in den darüber liegenden Gaskragen entweichen kann.
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Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die beim Übertritt des Gases vom gewinkelten Leitelement in den Gaskragen entstehende Turbulenz zu möglichst wenig Querströmung führt, welche ansonsten Schlammpellets mitreißen und in den Bereich oberhalb der Leitelemente transportieren könnte.
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Vorzugsweise überdeckt der mindestens eine Gaskragen die halbe horizontale Querschnittsfläche des Innenraums des Reaktors. Auf diese Weise wird ein guter Kompromiss zwischen dem Einsammeln von Gas und dem Ermöglichen des Aufsteigens von Gas und damit der für die Abbauleistung benötigten Turbulenz erreicht.
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Die Entnahme von entstehendem Biogas aus dem Reaktor kann dadurch verbessert werden, dass ein zweiter Gaskragen unterhalb der gewinkelten Leitelemente an der Innenwand des Reaktors derart umlaufend angeordnet ist, dass er aufsteigendes Gas auffangen kann, wobei an dem zweiten Gaskragen mindestens eine Gasentnahme-Einrichtung zur Entnahme von aufgefangenem Gas vorgesehen ist. Dadurch wird auch eine Überfüllung des oberen Gaskragens vermieden.
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Eine gleichmäßigere Entnahme des Biogases wird dadurch erreicht, dass an jedem Gaskragen eine Anzahl von Trennelementen angebracht ist, wobei die Anzahl der Trennelemente der Anzahl der Gasentnahme-Einrichtungen des Gaskragens entspricht und die Trennelemente den Auffangbereich des Gaskragens in gleich große Teilbereiche unterteilen, und wobei jeder dieser Teilbereiche jeweils einer Gasentnahme-Einrichtungen zugeordnet ist. Bevorzugt hat jeder Gaskragen zwei Gasentnahme-Einrichtungen.
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Zur Erhöhung der Turbulenz und Verbesserung der Durchmischung im unteren Reaktorbereich kann ein Teil des über die Gaskragen abgeleiteten Biogases im unteren Reaktorbereich wieder eingeleitet werden. Dazu hat die Anlage eine Mehrzahl von Gas-Einpresslanzen zum Einbringen von Gas in den Reaktor, wobei die Gas-Einpresslanzen in gleichmäßigen Abständen an der Wand im unteren Bereich des Reaktors angeordnet sind, sowie eine Gasrückführungs-Einrichtung, welche die Gasentnahme-Einrichtungen mit den Gas-Einpresslanzen verbindet.
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Optimale Strömungsverhältnisse im Inneren eines typischen Reaktors, die eine ausreichende Turbulenz gewährleisten, werden dadurch erreicht, dass sechs Gas-Einpresslanzen eingesetzt werden.
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Um feine Biomasse-Partikel, welche im oberen Reaktorbereich nicht sedimentieren, zurückzuhalten, ist am Ablauf des Reaktors ein Lamellen-Feinabscheider angebracht. Zusätzlich ist oberhalb davon eine weitere Gasentnahme-Einrichtung angebracht.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Anaerobreaktor einer erfindungsgemäßen Anlage;
- 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Anaerobreaktor einer erfindungsgemäßen Anlage, oberhalb der Ebene, in der die gewinkelten Leitelemente angeordnet sind, wobei zur besseren Verständlichkeit die gewinkelten Leitelemente in einer räumlichen Darstellung wiedergegeben sind; und
- 3 eine schematische Darstellung eines gewinkelten Leitelements.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Anaerobreaktor 100, der in zwei Bereiche unterteilt ist, einen unteren, turbulenten Bereich 110, in dem die anaerobe Abwasserbehandlung stattfindet, und einen oberen, ruhigen Bereich 160, in dem die Biomasse sedimentieren kann. Die Unterteilung ergibt sich durch die vorzugsweise in zwei Ebenen angebrachten gewinkelten Leitelemente 120, welche von einfachen Trägern 130 gehalten werden können. Vorzugsweise sowohl unterhalb als auch oberhalb dieser gewinkelten Leitelemente 120 sind Gaskragen 140 montiert, welche mit Gasentnahme-Vorrichtungen 150 versehen sind. Im oberen Bereich, an dem Ablauf (nicht dargestellt), kann zudem ein Lamellen-Feinabscheider 170 vorhanden sein, der den Austrag feinster Biomasse-Partikel, die möglicherweise nicht ausreichend sedimentieren konnten, verhindert.
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Im unteren Bereich 110 mit hoher Turbulenz erfolgt der anaerobe Abbau und damit auch die Biogasbildung. Das Prinzip des Reaktors 100 beruht darauf, dass das im unteren Bereich 110 entstehende Biogas über in der Mitte des Reaktors 100 installierte gewinkelte Leitelemente 120 (die auch als Zackenwehre bezeichnet werden können) sowie radial umlaufende Gaskragen 140 möglichst schnell und vollständig entnommen wird.
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Das entstehende Biogas im Randbereich des Reaktors 100 sowie ggf. eingepresstes Biogas wird vorzugsweise über den unteren Gaskragen 140 aufgefangen und abgeleitet. Mittig aufsteigendes Biogas wird von den gewinkelten Leitelementen 120 aufgefangen und in einen zweiten, oberhalb der gewinkelten Leitelemente 120 befindlichen Gaskragen 140 geleitet.
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Die gewinkelten Leitelemente 120 sind dabei in mindestens zwei Ebenen übereinander so angeordnet, dass das aufsteigende Biogas vollständig aufgefangen wird, jedoch Flüssigkeit an ihnen vorbeiströmen kann.
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In 2 ist eine schematische Querschnittansicht durch den Reaktor oberhalb der Anordnung der untersten Ebene der gewinkelten Leitelemente 120 zu sehen. Darunter ist vorzugsweise, wie oben beschrieben, ein Gaskragen 140 angeordnet, der aufsteigendes Biogas aus dem Randbereich des Reaktors auffangen und ableiten kann. In der untersten Ebene der gewinkelten Leitelemente 120 sind diese parallel und zueinander beabstandet angeordnet. Bei der bevorzugten Anordnung mit zwei Ebenen aus gewinkelten Leitelementen entsprechen die Abstände jeweils knapp der Breite der gewinkelten Leitelemente, so dass die obere Ebene (in 2 nicht dargestellt) jeweils die Lücken in der unteren Ebene abdeckt und umgekehrt. Bei mehr als zwei Ebenen können die Abstände entsprechend größer gewählt werden. Entstehendes Biogas, das vertikal aufsteigt, wird also von den gewinkelten Leitelementen 120 oder dem Gaskragen 140 aufgefangen und abgeleitet, während Flüssigkeit um die gewinkelten Leitelemente herumströmen und weiter aufsteigen kann.
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3 stellt die bevorzugte Ausgestaltung der gewinkelten Leitelemente 120 dar. Verdeckte Elemente sind hierbei durch gepunktete Linien dargestellt. Die gewinkelten Leitelemente bzw. Zackenwehre 120 können z.B. durch ein Winkelblech (gekantetes Blech) gebildet werden und sind nach unten hin offen. Der Winkel zwischen den beiden Seiten der gewinkelten Leitelemente 120 beträgt vorzugsweise ca. 60°. In der Mitte des gewinkelten Leitelements trennt ein Trennelement 320 das gewinkelte Leitelement 120 in zwei gleich große Bereiche. Hierdurch wird erreicht, dass das abgeleitete Gas gleichmäßig auf den darüber liegenden Gaskragen verteilt wird. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Zackenwehre 120 nicht vollständig horizontal im Reaktor installiert werden konnten. Ohne das mittig installierte Trennelement 320 würde das Gas in diesem Fall nur an einer Seite in den Gaskragen übertreten.
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An die Enden des gewinkelten Leitelements 120 ist jeweils ein dreieckiges Abschlusselement 300 angebracht, welches im unteren Bereich gezackt ist und maximal die Größe des Querschnitts des gewinkelten Leitelementes 120 besitzen darf. Besser ist eine Höhe des Abschlusselements 300, die in etwa drei Vierteln der Höhe des gewinkelten Leitelements 120 entspricht. Dieses bewirkt, dass sich zunächst ein gewisses Gasvolumen im Zackenwehr 120 sammeln muss, bevor dieses über den zackenförmigen Bereich des Abschlusselements 300 in den darüber liegenden Gaskragen abgeleitet wird.
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Daneben ist in einem gewissen Abstand von den Abschlusselementen 300 jeweils ein weiteres, trapezförmiges Trennelement 310 installiert, welches aufgrund seiner Trapezform das gewinkelte Leitelement 120 im oberen Bereich nicht vollständig verschließt. Die Oberkante des Trennelements liegt oberhalb der gezackt ausgeführten Unterkante des Abschlusselements.
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Das Gas, welches im mittleren Bereich des Zackenwehres 120 aufgefangen wird, kann über diesen Durchlass in den äußeren Bereich des Zackenwehres 120 sowie über das gezackte Abschlusselement 300 in den Gaskragen strömen. Diese Gasführung bewirkt, dass durch die beim Übertritt des Gases vom gewinkelten Leitelement 120 in den Gaskragen entstehende Turbulenz zu möglichst wenig Querströmung führt, welche ansonsten Pellets mitreißen und somit unerwünscht Biomasse in den Bereich 160 oberhalb der gewinkelten Leitelemente 120 transportieren könnte. Schließlich strömt das Gas in einem Bereich über das Trennelement 310, der vollständig mit Gas gefüllt ist und nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt steht.
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Falls doch Pellets in den Bereich 160 oberhalb der Zackenwehre 120 transportiert werden, bewirkt die gewinkelte, nach oben spitze Ausführung dieser gewinkelten Leitelemente 120, dass absinkende Pellets nicht auf der Oberseite der gewinkelten Leitelemente liegen bleiben, sondern abrutschen und so in den unteren Bereich 110 des Reaktors zurück gelangen können.
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Die Ableitung des Biogases aus den Gaskragen 140 erfolgt geregelt über Gasentnahmen 150, bevorzugt lediglich zwei pro Gaskragen 140. Um sicherzustellen, dass eine gleichmäßige Beaufschlagung der zwei Gasentnahmen 150 erfolgt, besitzen die Gaskragen 140 jeweils eine entsprechende Anzahl Trennstege (nicht gezeichnet), die den Gaskragen in jeweils gleich große Bereiche unterteilen, die den Gasentnahmen zugeordnet sind.
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Zur Erhöhung der Turbulenz bzw. Verbesserung der Durchmischung im unteren Reaktorbereich 110 kann ein Teil des über die Gaskragen 140 abgeleiteten Biogases im unteren Reaktorbereich wieder eingeleitet werden. Hierzu sind ringförmig im unteren Bereich des Reaktors in gleichmäßigen Abständen vorzugsweise sechs Einpresslanzen vorgesehen (nicht gezeichnet).
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Das im Biogasreaktor anfallende Gasvolumen wird im Abzug der Gaskragen über eine Volumenstrommessung gemessen. Unterschreitet das entstehende Gasvolumen einen vorgegebenen Wert, muss davon ausgegangen werden, dass eine ausreichende Durchmischung im unteren Reaktorbereich 110 nicht mehr gewährleistet ist. Um die ausreichende Durchmischung sicherzustellen, wird ein Teil des aus dem Biogasreaktor abgeleiteten Biogases mit Hilfe eines Gasverdichters (nicht gezeichnet) im Verhältnis 1:4 im Vergleich zur maximalen Gasausbeute über die Einpresslanzen wieder im unteren Reaktorbereich 110 zugeführt. Das einzupressende Biogas wird hierbei vorzugsweise von dem Gasvolumenstrom abgezweigt, welcher die Gaskragen 140 verlässt.
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Der Reaktor soll baulich so konzipiert sein, dass eine besonders hohe Turbulenz im Bereich der Gaskragen 140 und Zackenwehre 120 (mittlerer Reaktorbereich) erreicht wird. Hierzu wird der Reaktorquerschnitt für aufsteigende Flüssigkeit durch die eingebauten Gaskragen 140 und die gewinkelten Leitelemente 120 auf die Hälfte verringert und die Aufströmgeschwindigkeit in diesem Bereich verdoppelt. Typischerweise soll im oberen 160 und unteren 110 Reaktorbereich eine Aufströmgeschwindigkeit von 4 m/h erreicht werden. Durch die Verkleinerung des Querschnitts durch die Gaskragen 140 sowie Zackenwehre 120 ergibt sich in diesem Bereich eine Aufströmgeschwindigkeit von mindestens 8 m/h. Zusammen mit dem bei der Biogaserzeugung entstehenden Gasauftrieb entsteht somit neben der hohen Turbulenz im unteren Reaktorbereich 110 eine besonders hohe Turbulenz im mittleren Reaktorbereich. Diese bewirkt, dass Pellets, welche durch die Strömung und Turbulenz aus dem unteren in den mittleren Reaktorbereich mitgerissenen wurden, mit hoher Geschwindigkeit an die gewinkelten Leitelemente 120 prallen. Hierdurch lösen sich die an den Pellets anhaftenden Gasblasen, wodurch die Pellets nicht weiter flotieren, sondern sedimentieren können.
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Um den Rückhalt der Biomasse zu optimieren, soll im oberen Reaktorbereich 160 (oberhalb des Bereichs der Gasentnahme) eine möglichst turbulenzfreie Zone entstehen. Insbesondere grob partikuläre Biomasse wird über die installierten gewinkelten Leitelemente 120 zurückgehalten. Feinpartikuläre Biomasse, welche die Zackenwehre passiert hat und aufgrund der aufwärts gerichteten Strömung im oberen Reaktorbereich nicht sedimentieren kann, kann dann durch einen am Auslass des Reaktors installierten Lamellen-Feinabscheider 170 abgetrennt werden, wodurch ein weitestgehend feststofffreier Ablauf erreicht wird.
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Glossar
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anaerobe Abwasserbehandlung
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Anaerobe Abwasserbehandlung dient der weitgehenden Entfernung organischer Kohlenstoffverbindungen aus Abwasser. Dies geschieht durch mikrobiologische Abbauprozesse, die ohne Sauerstoff (anaerob) ablaufen. Dabei gewinnen Bakterien die für ihren Stoffwechsel erforderliche Energie aus der Umsetzung der organischen Kohlenstoffverbindungen zu organischen Säuren und in weiterer Folge hauptsächlich zu Methan (und evtl. anderen Kohlenwasserstoffen) und Kohlendioxid. Es entsteht also sogenanntes Biogas. Anaerobe Abwasserbehandlung wird bei hoch konzentrierten Abwässern eingesetzt, z.B. in der Lebensmittelindustrie, Landwirtschaft, Zellstoffindustrie, Tierkörperbeseitigung oder in Chemieparks.
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Gas-Einpresslanze
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Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um ein Rohr mit einem geeigneten Ventil, um ein Gas unter Druck in ein Medium, z.B. eine Flüssigkeit, einzuleiten.
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Gaskragen
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Dies ist eine Auffangvorrichtung für aufströmendes Gas, welche z.B. in einem Reaktor mit bevorzugt runder Grundfläche montiert sein kann. Dazu ist ein dachförmiger Vorsprung an der Innenseite der Wand angebracht, wobei die höchste Stelle des dachförmigen Vorsprungs sich am Übergang zur Wand des Reaktors befindet, und der dachförmige Vorsprung zum Inneren des Reaktors hin abfällt. Durch die Schräge wird erreicht, dass sich aufströmendes Gas an der höchsten Stelle - also direkt an der Wand - sammelt, von wo es mittels entsprechender Einrichtungen abgeführt werden kann. Der Name rührt daher, dass die Vorrichtung von der Anordnung her einem Kragen ähnelt.
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Reaktor (zur anaeroben Abwasserbehandlung)
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Dies ist im Wesentlichen ein geschlossener Behälter oder Tank, in den zu behandelndes Abwasser eingeleitet und aus dem behandeltes Abwasser ausgeleitet werden kann. Der Behälter oder Tank enthält, wenn er im Betrieb ist, außerdem Biomasse in Form von Bakterien, die im Abwasser befindliche organische Kohlenstoffverbindungen anaerob abbauen können, wobei Biogas entsteht. Die Bakterien sind im sogenannten anaeroben Bioschlamm enthalten, der z.B. als Pellets vorliegen kann.
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Bezugszeichen
- 100
- Anaerobreaktor
- 110
- unterer Bereich des Anaerobreaktors
- 120
- gewinkeltes Leitelement
- 130
- Träger
- 140
- Gaskragen
- 150
- Gasentnahme
- 160
- oberer Bereich des Anaerobreaktors
- 170
- Lamellen-Feinabscheider
- 300
- Abschlusselement
- 310
- trapezförmiges Trennelement
- 320
- Trennelement
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zitierte Literatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0640059 B1 [0005, 0006, 0007, 0008, 0009, 0014, 0055]
