DE102019106206A1 - Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern - Google Patents

Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern Download PDF

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Abstract

Die Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern, mit einem Einlass für die Abwässer (1), einer ersten Dosierstation (3) für Fällungsmittel (Säure und Eisen(III)-Chlorid), einem Turbomischer (8) für die Polymerdosierung, nachgeschaltet einem Flockungssystem (9) für die Flockenbildung/-formung und zuletzt einem Separator (10) mit einem Auslass für die feste Fraktion (11) und die flüssige Fraktion (12), wobei die Anlage über eine zentrale Steuereinheit (13) gesteuert wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass vor der Dosierstation (8) für Polymer zwei weitere Dosierstationen (3) zum Einmischen von Säure und danach von dreiwertigen Eisenionen angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern, mit einem Einlass für die Abwässer (1), einer ersten Dosierstation (3) für Fällungsmittel (Säure und Eisen(III)-Chlorid), einem Turbomischer (8) für die Polymerdosierung, nachgeschaltet einem Flockungssystem (9) für die Flockenbildung/-formung und zuletzt einem Separator (10) mit einem Auslass für die feste Fraktion (11) und die flüssige Fraktion (12), wobei die Anlage über eine zentrale Steuereinheit (13) gesteuert wird.
  • Stand der Technik
  • Es geht um eine Anlage zum Trennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen landwirtschaftlichen oder industriellen und kommunalen Abwässern. Dazu gehören Gülle, Gärreste, landwirtschaftliche Abwässer, Klärwerksabwässer sowie Abwässer und Emulsionen aus Industrieproduktionen.
  • Üblicherweise treten in solchen Prozessen immer wieder Einmischungsprobleme mit den chemischen Komponenten auf, die entweder zu früh, zu spät oder gar nicht reagieren und dann die nachgelagerte mechanische Abtrennung erschweren oder unmöglich machen. Weiterhin sind das regelmäßige Eindosieren von Fällungsmittel und die Nachreaktion in anderen Verfahren nicht aufeinander abgestimmt, was zu Trennungsproblemen führt und die Ergebnisse verschlechtert oder den Fällungsmittelaufwand erheblich erhöht.
  • Aufgabe und Lösung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung: Es sollen die oben genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor der Dosierstation (8) für Polymer zwei weitere Dosierstationen (3) zum Einmischen zunächst von Säure und danach dreiwertigen Eisenionen angeordnet sind.
  • Unter anderem werden die folgenden Vorteile erreicht:
  • In der Anlage werden die flüssigen im Wasser gelösten und/oder ungelösten Teilchen herausgetrennt und über die Trennungseinrichtung sehr effizient aus der Flüssigkeit separiert. Bei den Abwässern können über die Zugabe verschiedenster Fällungsmittel die in den Abwässern enthaltenen Nährstoffe, organischen und/oder anorganischen Substanzen von der flüssigen in die feste Phase überführt werden. Über die technische Einrichtung kann in der speziell angeordneten Aufbauweise dieser technischen Hilfsmittel unter Zugabe der chemischen Komponenten erstmals eine derart einfache Trennung von den o. a. Flüssigkeiten vorgenommen werden. Dabei ist zu beachten, dass die Art und Weise der Dosierung und die Reihenfolge der Zugabe der chemischen Komponenten zur Fällung den ausschlaggebenden Faktor für den Erfolg der technischen Trennung geben.
  • Mit der Erfindung werden folgende Probleme gelöst, bzw. es werden folgende Vorteile erzielt:
    1. 1) Überführung von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus der flüssigen Phase in die feste Phase über das optimale Einstellen der Parameter in Verbindung mit der angewendeten Technik, mit Hilfe des Flockungssystems in Verbindung mit den vorgeschalteten Dosierstationen.
    2. 2) Hohe Konzentration von Nährstoffen in einer transportwürdigen Festphase, was zur Senkung der Transportkosten bezogen auf die Nährstoffgehalte führt, mit Hilfe des Flockungssystems und der Verwendung eines speziellen Separators.
    3. 3) Geringerer Verbrauch an Fällungsmitteln als in herkömmlichen Verfahren, mit Hilfe der Dosierstationen, die das Einmischen der Fällungsmittel in einer bestimmten Reihenfolge ermöglicht und zu einer unmittelbaren Reaktion mit dem zu fällenden Medium führt.
    4. 4) Die Anlage ist durch ihre einfache und kompakte Bauweise und der Tatsache, dass sie auch mobil ist, schnell und überall einsetzbar.
    5. 5) Die benötigte Hardware ist kommerziell erhältlich, wurde aber in der Verbindung der einzelnen Komponenten neu und erstmalig so eingesetzt, was zu den besagten Effekten führt und die Anwendungsgebiete sehr umfangreich macht.
    6. 6) Geringe Energiekosten
    7. 7) Es kann kontinuierlich ohne Pufferung des gefällten Mediums in der Anlage gearbeitet werden.
    8. 8) Das Flockungssystem nimmt durch die Optimierung der Einmischenergie und der Drehzahl Einfluss auf die Flockenbildung; dadurch wird die Fällungsintensität positiv beeinflusst.
  • Es ist im Allgemeinen schwierig, die Fällungsmittel so einzudosieren, dass man mit einem möglichst geringen Aufwand an Betriebsmitteln arbeiten kann. Durch das erfindungsgemäße schonende und effiziente Einmischen der jeweiligen Fällungsmittel über die technische Einrichtung kann jeder einzelne Schritt unmittelbar nacheinander durchgeführt werden und ermöglicht bei geringem technischem Aufwand einen hohen Durchsatz. Die technische Schwierigkeit bestand darin, eine optimale Agglomeration der zu fällenden Feststoffe in der Gülle/Abwässern im Durchflussverfahren zu erreichen. Dieses wird einerseits durch die Zusammensetzung der jeweiligen Gülle/Abwässer beeinflusst, was in der Folge schon im laufenden Prozess zu physischen Reaktionen führen kann, was zur Folge hat, dass durch Sedimentation oder Flotation der Feststoffe in dem Medium die Reaktion nicht mehr sauber erfolgen kann. Durch die Mischeinheit wird dieser Effekt erfindungsgemäß verhindert und im Nachgang durch die Zugabe eines Polymers stabilisiert; im weiteren Verlauf wird durch die technische Einrichtung „FlocFormer®“ das Medium für die Separation und Entwässerung auf das richtige Maß gebracht, was zu einer sehr schnellen und schonenden Entwässerung führt, die zudem auf dem Separator mit sehr geringem Energieaufwand und Verschleiß erfolgt.
  • Erfindungsgemäß sehr wichtig ist, die Gülle/Abwässer homogen im Prozess zu halten und die Einmischung der Fällungsmittel und Fällungshilfsmittel in der richtigen Reihenfolge durchzuführen, so dass die daraus resultierende Flocke sich ordentlich ausbilden kann und stabilisiert wird, damit eine schnelle schonende Entwässerung erfolgen kann, die gegenüber anderen Verfahren in Bezug auf den Verbrauch an Fällungsmitteln deutlich geringer ist.
  • Von Vorteil ist die einfache und kompakte Bauweise der Anlage. Im Prozess kann über Bauteile und bestimmte Einstellungsparameter das Flockenbild im Durchfluss optimiert und aber auch ganz verändert werden. Die Anlage ist mit einem neuartigen Sensor (mit in 10 integriert) ausgestattet, welcher im Durchfluss das Flockungsbild bestimmen und kontrollieren kann. Die Anlage zählt als mobile Einheit und ist ohne großen Aufwand schnell einsetzbar.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.
  • Es zeigen
    • 1 ein Fließdiagramm der erfindungsgemäßen Anlage und
    • 2 eine Anlage nach dem Stand der Technik.
  • Als Flockungssystem wurde das System „FlocFormer®“ (Kegelmischer) für Polymer-initiierte Trennprozesse des Herstellers aquen aqua-engineering GmbH, Clausthal-Zellerfeld eingesetzt. Es lässt sich optimal den Schlamm- und Prozess-Bedingungen anpassen. Vier Freiheitsgrade ermöglichen die Behandlung von variierenden Volumen- und Massenströmen und eine hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Schlämme und Entwässerungsmaschinen. Die Steuereinheit zur Steuerung der Freiheitsgrade ist Bestandteil des Systems, über den Touchscreen lassen sich die Parameter einstellen und überwachen. Industrieübliche Datenschnittstellen zu übergeordneten Steuerungssystemen binden den FlocFormer® in den Prozessablauf ein.
  • Die Überwachung des Prozess findet vorzugsweise mittels einer speziellen Apparatur, einem Flockenparameter-Messsystem statt. Eingesetzt wurde das System FlocSense des Herstellers aquen aqua-engineering GmbH. Das photooptische online-Messverfahren FlocSense auf Basis einer CCD - Kamera bewertet die Flocke anhand empirischer Korrelationen.
  • Der FlocSense bietet die Möglichkeit den laufenden Prozess zu überwachen und eine Meldung bzw. Störung herauszugeben, und/oder die Pumpen zu verstellen.
  • Der FlocSense überwacht im laufenden Prozess die Flockenstruktur, die sich über die Zugabe der Fällungsmittel in die Gülle/Gärreste gebildet haben. Durch die Aufteilung der gebildeten Flocke in die jeweiligen Anteile, die groß, klein oder mittelgroß sein können, wird der Flockungserfolg bestimmt. Verändert sich die Gesamtheit der Flockenstruktur, kann das der FlocSense über eine optische Einrichtung erkennen und bewerten und steuert dann den Prozess nach, so dass immer eine optimale Flockenstruktur, die für die jeweiligen Güllen vorher bestimmt wurden, erreicht werden. Dadurch wird der Verbrauch von Flockungshilfsmitteln optimiert und reduziert.
  • Arbeitsweise der Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern
  • Im Folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern im Detail erläutert:
  • Mit der Anlage können Güllen jeglicher Tierart, die in der Landwirtschaft anfallen, sowie Gärreste aus Biogasanlagen oder Klärwerks- oder Industrieabwässer, wie Kühlflüssigkeiten von Maschinen oder Abwässer aus industriellen Reinigungsprozessen, z.B. aus der Papierindustrie oder Waschwasser aus Reinigungsprozessen landwirtschaftlicher Maschinen und Fahrzeuge, auch Tiertransportfahrzeuge, verarbeitet werden. Den Anforderungen einer jeden Gülle muss hinsichtlich der verwendeten Fällungsmittel und Flockungsmittel oder Hilfsstoffe Rechnung getragen werden. Bei einer landwirtschaftlichen Gülle aus einem Schweinebetrieb wird die Gülle folgendermaßen im System verarbeitet:
  • Die Gülle wird aus einem unter der Tierhaltung gelagerten Bereich abgezogen oder aus einem außerhalb des Gebäudes befindlichen Güllelager abgezogen. Die Gülle wird mittels einer Pumpe (1) über einen Durchflussmengenmesser/-zähler (2) gefahren, um die verarbeiteten Mengen Gülle genau zu erfassen. Die Gülle wird im weiteren Verlauf durch einen Doppelzyklon (3) geleitet, wo die Gülle im unteren Bereich exzentrisch eingeleitet, in Rotation versetzt und im unteren Bereich des Zyklons über eine Dosierpumpe (4) im ersten Durchfluss des Doppelzyklons (3) mit Schwefelsäure versetzt wird, die mit Druck in den Güllestrom verabreicht wird, so dass erstens eine gute Verteilung der Schwefelsäure und zweitens eine sehr schnelle Reaktion im Reaktionsbehälter erfolgt.
  • Im weiteren Durchfluss des Doppelzyklons (3) gelangt das so vorbereitete Medium in den zweiten Zyklon der Einheit und wird dann über eine weitere Dosierpumpe (5) mit Eisen(III)-Chlorid versetzt. Die Vorgehensweise ist genau wie schon zuvor bei der Schwefelsäure. Die Reaktion der Gülle erfolgt innerhalb von Millisekunden und die Gülle ist „gefällt“. Es bildet sich sogleich eine Mikroflocke, die jedoch nicht stabil ist.
  • In der weiteren Durchleitung gelangt die vorgefällte Gülle zum Turbomischer (8). Hier wird über eine weitere Pumpe (6) ein Polymer auf Polyacrylamidbasis über den Turbomischer über Impellerflügel im Rohrdurchfluss über einen Durchflussmengenzähler (7) mit der vorgefällten Gülle vermischt. Das geschieht unter hohen Umdrehungszahlen. Da das Polymer eine Ladung aufweist und die gefällte Gülle ebenfalls, greift sich das Polymer, welches eine andere Ladung als die Gülle hat, die vorgefällten Partikel und verbindet diese so zu einer größeren Einheit/Flocke, die aber eine nicht definiert Größe hat. Diese Größe der sogenannten Flocke kann über den weiteren Verlauf in der Durchleitung des gefällten Mediums durch das Flockungssystem (9) definiert werden. Die Größe, die eine optimale Fällung herbeiführt, ist abhängig von der jeweiligen Gülle und des TS-Gehaltes (TS = Trockensubstanz) der Ursprungsgülle; jede Gülle hat eigene Anforderungen in Bezug auf das Verfahren. Tierische Güllen unterscheiden sich zu Gärresten, bei denen pflanzliche Anteile in nicht unerheblichen Teil mit vergoren wurden, erheblich und bedürfen anderer Fällungsmittelaufwendungen.
  • Im weiteren Verlauf des Verfahrens bei der Verarbeitung von Schweinegülle, gelangt diese Gülle dann von dem Flockungssystem im Durchlauf auf den Pressschneckenseparator mit integrierter Flockungsüberwachung (10). Die gefällte Gülle hat nach der Vermischung aller Komponenten und der Optimierung über das Flockungssystem andere physikalische Eigenschaften. Die Trockensubstanz, organisch wie anorganisch, wurde, soweit nicht wasserlöslich, in einer Flocke gebunden. Durch das Versetzen der Gülle mit den Flockungsmitteln, hat die Flocke die Eigenschaft sich zu entwässern. Im Pressschneckenseparator wird dieser Entwässerungsprozess durch das Verdichten der Trockensubstanz optimiert, so dass innerhalb kürzester Zeit eine stapelfähige Festphase (11) entsteht, in der die Nährstoffe, die nicht wasserlöslicher Art sind, überführt wurden. Das abgetrennte Nährwasser (12) läuft über einen Auslauf in ein Auffangbecken, wo es dann vom Landwirt mit der geeigneten Ausbringtechnik dem Acker zugeführt wird.
  • Alle Prozesse, die in einer gewissen Reihenfolge unter festgelegten Parametern geschehen, werden über eine zentrale Steuereinheit (13) gesteuert und überwacht. Bei auftretenden Fehlern, z.B. ein Medium wie z.B. Eisen(III)-Chlorid wird nicht zugeführt, stoppt die Steuerung den Prozess sofort und meldet diesen Fehler auch, was durch ein optisches und/oder akustisches Signal erfolgen kann oder auch via SMS an den Betreiber geschickt wird.
  • Das hier beschriebene Verfahren zum Trennen einer Schweinegülle hat zu folgenden Ergebnissen geführt. Der TS-Gehalt wurde von 3,7 % auf 1 % reduziert. Der OTS-Gehalt (organische Trockensubstanz) wurde von 2,6 % auf 0,3 % reduziert. Der Gesamtstickstoff wurde von 3,32 kg/ m3 auf 2,29 kg/m3 reduziert.
  • Hier ist anzumerken, dass die Reduzierung des Stickstoffs nur soweit erfolgen kann, wie es sich nicht um Ammoniumstickstoff handelt, denn diese Art von Stickstoff ist voll wasserlöslich und kann über das Verfahren nicht reduziert werden. Durch die Eisenfällung (2,26 l/m3) wird der Phosphor von der flüssigen in die feste Phase transferiert. Bei dem Verfahren wird bekannterweise der Phosphor durch die Eisensalze festgelegt. Dem wird im Verfahren durch die Zugabe von Schwefelsäure entgegengewirkt; durch die Zugabe von Säure 0,5 l/m3) werden so Festlegungen des pflanzenverfügbaren Phosphors verhindert. Zuletzt wird ein kationisches Polymere für die optimale und stabile Flockenbildung zugegeben (60 l/m3).
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rohsubstratpumpe
    2
    Durchflussmengenzähler
    3
    Dosierstation für Chemikalien und/oder Doppelzyklon
    4
    Dosierpumpe Säure
    5
    Dosierpumpe Eisen(III)-Chlorid
    6
    Polymerpumpe
    7
    Durchflussmengenzähler
    8
    Turbomischer
    9
    Flockungssystem
    10
    Separator mit integriertem Sensor für Flockenüberwachung
    11
    feste Fraktion
    12
    flüssige Fraktion
    13
    Steuerschrank
    112
    Ausgangsmaterial (z. B. Gülle, Gärreste)
    113
    Flockungsmittel, Polymere
    114
    Siebbandpresse
    115
    Flotation, Feinfilter
    116
    abgeschiedene Schlämme
    117
    Umkehrosmose und Ionentauscher
    118
    Wasser
    119
    Nährstoffkonzentrat
    120
    Feststoffe
    121
    Dünger

Claims (5)

  1. Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern, mit einem Einlass für die Abwässer (1), einer ersten Dosierstation (3) für Fällungsmittel (Säure und Eisen(III)-Chlorid), einem Turbomischer (8) für die Polymerdosierung, nachgeschaltet einem Flockungssystem (9) für die Flockenbildung/-formung und zuletzt einem Separator (10) mit einem Auslass für die feste Fraktion (11) und die flüssige Fraktion (12), wobei die Anlage über eine zentrale Steuereinheit (13) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Dosierstation (8) für Polymer zwei weitere Dosierstationen (3) zum Einmischen von Säure und danach von dreiwertigen Eisenionen angeordnet sind.
  2. Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polymer auf Polyacrylamidbasis eingesetzt wird.
  3. Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als dreiwertiges Eisenion Eisen(III)-Chlorid eingesetzt wird.
  4. Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Säure Schwefelsäure eingesetzt wird.
  5. Anlage zum Abtrennen von Nährstoffen, organischen und/oder anorganischen Substanzen aus flüssigen Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flockungssystem zur Überwachung und/oder Steuerung der Flockenstruktur eine photooptische online-Messeinheit aufweist, welches die Flockenstruktur erfasst und auswertet.
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