DE10314933A1

DE10314933A1 - Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser

Info

Publication number: DE10314933A1
Application number: DE2003114933
Authority: DE
Inventors: Peter Rossmanith
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: DE10314933B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser in einem Reaktor (19), dem das zu reinigende Abwasser über eine Zulaufleitung (21) zugeführt und das gereinigte Abwasser über eine Ablaufleitung (12) abgeführt wird, wobei sich im Reaktor (19) zumindest eine Gassammelhaube (1) befindet, die über eine sich oberhalb des Firstes (2) der Gassammelhaube befindliche Öffnung (8) mit einem Innenraum eines Gassammelkastens (4) verbunden ist, soll der First (2) nahe der Öffnung (8) geöffnet und auf den First (2) in diesem Bereich ein Gasüberleitungskasten (7) aufgesetzt sein, der das Gas zur Öffnung (8) hin leitet, und andererseits die Öffnung (8) in einen Gasüberleitungskasten (7) in dem Gassammelkasten (4) einmüden und die Ansaugöffnungen außerhalb der Gas/Wasser-Grenzfläche 13 liegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser in einem Reaktor, dem das zu reinigende Abwasser über eine Zulaufleitung zugeführt und das gereinigte Abwasser über eine Ablaufleitung abgeführt wird, wobei sich im Reaktor zumindest eine Gassammelhaube befindet, die über eine sich oberhalb des Firstes der Gassammelhaube befindliche Öffnung mit einem Innenraum eines Gassammelkastens verbunden ist.
Stand der Technik
Eine derartige Vorrichtung und ein Verfahren dient der so bezeichneten anaeroben Reinigung von Abwasser nach dem UASB- (upflow-anaerobicsludge-blanket) Verfahren. In dem sogenannten UASB-Reaktor findet die Umwandlung von gelösten organischen Substanzen in Methan statt. Diese Umwandlung wird mit Hilfe von Methanbakterien vollzogen. Neuere Entwicklungen haben die Methanbakterien in Form von pelletisiertem Schlamm erzeugt. Diese Pellets haben die Eigenschaft, bei starker Methanproduktion im Reaktor aufzusteigen und erst nach einiger Zeit wieder abzusinken. Die Wachstumsgeschwindigkeit der Methanbakterien ist sehr langsam. Bei einem gewöhnlichen Behälter ohne jede Rückhaltevorrichtungen würde die Bakterienmasse schneller ausgeschwemmt als sie nachwachsen könnte. Der Umwandlungsprozess käme zum Erliegen, da bald keine Bakterien mehr im Reaktor vorhanden wären.
Die hohe Effizienz des Reaktors wird deshalb durch Einbauten erreicht, welche die Methanbakterien zurückhalten, das entstehende Gas jedoch möglichst frei von Schlammpartikeln und Wasser ableiten können.
Die im Aufstromverfahren betriebenen Biogasreaktoren besitzen im oberen Teil des Reaktors mindestens eine Auffanghaube oder ein System von mehreren, gestaffelt übereinander angeordneten Auffanghauben für das bereits im Bodenbereich des Reaktors entstehende Biogas. Diese Auffanghauben sammeln das Biogas und leiten es in einen Gassammelraum. Aufgestiegene Pellets werden ebenfalls aufgehalten und können von dort wieder absinken. Die drei Phasen Gas, Wasser, Pellets werden dabei getrennt. Die Einrichtung wird daher als Drei-Phasen-Trennung bezeichnet. Die Drei-Phasen-Trenneinrichtung besteht aus nicht verrottbarem Material, vorzugsweise Kunststoff.
Die bekannten Gassammelhauben haben den Nachteil, dass der Übergang von der Gassammelhaube zu dem Gassammelraum keine perfekte Trennung von Gas und Schlamm erlaubt. Die Ursache liegt vor allem darin, dass der Querschnitt des Überganges nur begrenzt klein ausführbar ist und durch die Anordnung des Überganges unterhalb der Haube, die Grösse der Öffnung durch den Querschnitt der Sammelhaube begrenzt ist.
Andere Verfahren haben den Nachteil, dass die Ansaugöffnung des Übergangsrohres direkt in die Grenzfläche Gas/Wasser ragt. Der Gasübertritt in den Gassammelraum wird stark behindert. Im Extremfall kann es infolge hoher Turbulenzen zum Übertritt von Biomasse in den Gassammelraum kommen. In der EP-A-0 244 029 ist ein Modul beschrieben, bei dem die Gasübergangsöffnung unterhalb der Gassammelhaube liegt. Durch diese Anordnung ist jedoch die Größe der Öffnung gezwungenermaßen begrenzt. Sie kann nicht größer sein, als der Haubenquerschnitt selbst. Ein anderer unangenehmer Effekt ist die Tendenz zur Schaumbildung. Gasführungsrohre werden verstopft und es kann zu unkontrolliertem Gasaustritt kommen. Besonders problematisch ist dies, weil die Systeme der Drei-Phasen-Trennung nach einem Befüllen des Reaktors nicht mehr ohne erheblichen Aufwand erreichbar und somit zu reinigen sind.
Dies ist zum Beispiel bei der DE-A-44 39 802 der Fall. Die dortige Ansaugöffnung ragt genau in den aufgestiegenen Pelletschlamm. Innerhalb des dortigen Rohres ist jedoch Biogas und es kann zu einer Antrocknung des Schlammes und einem Verschließen der dortigen Ansaugöffnung kommen. Besonders nachteilig ist dies im Falle der Einleitung von Fett oder Eiweiß enthaltendem Substrat.
In der EP-A-0 170 332 wird ein System gezeigt, bei dem keine exakte Trennung von Gas, Schlamm und Wasser möglich ist.
Bekannterweise müssen solche Reaktoren auch eine Mindesthöhe von ca. 14 m aufweisen. Sonst würde der Schlamm nicht angehoben werden können. Diese Mindesthöhe entfällt bei der vorliegenden Erfindung, da die Trennung der drei Phasen perfekt gelingt. Es können daher auch Reaktoren mit nur 2 m Höhe errichtet werden.
Aufgabe
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein System zu finden, dass die oben beschriebenen Nachteile vermeidet.
Lösung der Aufgabe
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe liegt darin, dass der First nahe der Öffnung geöffnet und auf den First in diesem Bereich ein Gasüberleitungskasten aufgesetzt ist, der das Gas zur Öffnung hin leitet, und andererseits die Öffnung in einen Gasüberleitungskasten in dem Gassammelkasten einmündet.
Hierdurch können die drei Phasen Gas, Wasser und Schlamm unterhalb der Gassammelhaube mit einer hohen Trennschärfe durch eine Art Gassyphon getrennt werden, wobei die Ansaugöffnung ausserhalb der betreffenden Gas/Wasser-Grenzschicht liegt.
Insbesondere ist durch die Einführung des Gases aus der Gassammelhaube oberhalb des Firstes keine Begrenzung der Öffnungsgrösse für den Gasübergang in den Gassammelraum mehr vorhanden. Die Schaffung eines Gassyphons ermöglicht dazu eine exakte Trennung von Gas, Wasser und Schlamm. Durch den Abstand von der Gassammelöffnung zur Gas/Wasser-Oberfläche unterhalb der Gassammelhaube von mindestens 20 mm, wird auch bei Schwankungen der Wasseroberfläche, insbesondere bei Auftreffen von Gasblasen, eine tatsächliche Trennung von Gas und Wasser/Schlamm zu erreichen.
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine teilweise perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser;
2 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss 1;
3 eine schematisch dargestellte Frontansicht einer Vorrichtung gemäss 1;
4 bis 6 schematisch dargestellte Querschnitte durch weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemässen Vorrichtungen zum Reinigen von Abwasser.
Gemäss den 1 und 2 wird eine Gassammelhaube 1, die nach unten geöffnet und an einer Seite mit einer Seitenwand 9 versehen ist, an einem Gassammelkasten 4 angebracht, vorzugsweise angeschweißt, zumindest über eine Schweissnaht 5.
Zumindest auf einer Seite der Gassammelhaube 1 ist auf dessen First 2 ein Gasüberleitungskasten 6 oberhalb des Firstes und der Gassammelhaube angebracht, vorzugsweise angeschweißt mit einer Schweißnaht 11. Dieser Kasten ist unten geöffnet und an drei Seitenwänden sowie oben geschlossen. Er ist ebenfalls an dem Gassammelkasten 4 angebracht, vorzugsweise angeschweißt. Die Wand des Gassammelkastens 4 ist gleichzeitig eine Wand des Gasüberleitungskastens 6.
Gasüberleitungskästen können sowohl aus rechteckigen Kästen als auch aus Halbrohren mit einer oberen Abdeckung bestehen.
Auf gleicher oberer Höhe wie der Gasüberleitungskasten 6 ist innerhalb des Gassammelkastens 4 ein Gasüberleitungskasten 7 angebracht, vorzugsweise angeschweißt. Dieser ist ebenfalls an der Unterseite offen, oben und an zumindest drei Seitenwänden geschlossen. Die vierte Seitenwand wird ebenfalls durch die Wand des Gassammelkastens gebildet. Die Unterkante 18 des Gasüberleitungskastens 7 liegt mindestens 20 mm tiefer als die Unterkante 17 des Gasüberleitungskastens 6.
Die Wand des Gassammelkastens 4 hat eine Durchlassöffnung 8 unterhalb der beiden Gasüberleitungskästen 6 und 7 und oberhalb der Gassammelhaube 1 und des Firstes 2 und oberhalb de Ansaugöffnung 36.
Der Gassammelkasten 4 ist zumindest mit einem Gasauslassstutzen 10 versehen.
Sowohl Gassammelhaube als auch Gassammelkasten sind in einem Reaktionsbehälter 19 (Reaktor) untergebracht. Der Reaktor 19 wird zumindest im Bodenbereich über eine Zulaufleitung 21 mit dem substrathaltigen Wasser beschickt. Er enthält zumindest eine Ablaufleitung 12 mit zumindest einer Ablaufsammelrinne 20, wodurch sich im Reaktor eine Gas/Wasser-Grenzfläche 16 bildet.
Eine oder mehrere Gassammelhauben 1 werden mit dem Gassammelkasten 4 verbunden, vorzugsweise verschweißt mit der Schweissnaht 5. Mehrere Gassammelhauben können übereinander angebracht werden und dabei seitlich versetzt angeordnet werden. Sie bilden so ein Gassammelsystem 24.
In einem Reaktor können gemäss den 3 und 4 zwei oder mehrere Gassammelsysteme übereinander mit einer gewissen Distanz voneinander angeordnet sein. Sie bilden so ein oberes Gassammelsystem 24a mit der oberen Gassammelhaube 1a, dem oberen Gasüberleitungskasten 6a und 7a, den Gas/Wasser-Grenzflächen 13a und 14a, der Durchlassöftnung 8a und der Gas/Wasser-Grenzfläche 15a unterhalb vom oberen Gassammelkasten 4a sowie der Ansaugöffnung 36a.
Das untere Gassammelsystem 24b ist ausgestattet mit der unteren Gassammelhaube 1b, dem unteren Gasüberleitungskasten 6b und 7b, den Gas/Wasser-Grenzflächen 13b und 14b, der Durchlassöffnung 8b und der Gas/Wasser-Grenzfläche 15b unterhalb vom unteren Gassammelkasten 4b sowie der Ansaugöffnung 36b.
Zumindest bei dem oberen Gassammelkasten 4a liegt die Gas/Wasser-Grenzfläche dann auf dem gleichen Niveau wie die Gas/Wasser-Grenzfläche 16 des Reaktors. Zumindest der obere Gassammelkasten 4a ist mit einem Gasauslassrohr 10 versehen.
Unterhalb der Gassammelhaube 1a bildet sich ebenfalls eine Gas/Wassergrenzfläche 13a und unterhalb des Gasüberleitungskastens 7a bildet sich eine Gas/Wassergrenzfläche 14a aus. Beide liegen auf dem gleichen Niveau, da sie durch eine Art Gassyphon miteinander verbunden sind.
Unterhalb der Gassammelhaube 1b bildet sich ebenfalls eine Gas/Wasser-Grenzfläche 13b und unterhalb des Kastens zur Gasüberleitung 7b bildet sich eine Gas/Wasser-Grenzfläche 14b aus. Beide liegen auf dem gleichen Niveau, da sie durch eine Art Gassyphon miteinander verbunden sind.
Bei der Anordnung von zwei oder mehreren Gassammelsystemen 24a und 24b übereinander, kann zumindest die untere mit zumindest einem Gasübergangskasten 22 versehen sein. In diesem Fall bildet sich auch innerhalb des unteren Gassammelkastens 4b eine Gas/Wasser-Grenzfläche 27 und unterhalb des Gasüberleitungskastens 22 eine Gas/Wasser-Grenzfläche 11 aus. Beide liegen auf gleichem Niveau, da sie mit einer Art Gassyphon verbunden sind. Der Gasüberleitungskasten 22 mündet in eine Steigleitung 25. In dieser Leitung kann das Gas im Reaktor nach oben geführt und in den oberen Gassammelkasten 4a geleitet werden. Die Steigleitung 25 kann mit einem Kondensatventil versehen sein, damit gegebenenfalls anfallendes Kondenswasser abgeleitet werden kann und die Leitung 25 ausschließlich mit Gas gefüllt ist.
Die Steigleitung 25 kann auch über die Gas/Wasser-Grenzfläche 12 des Reaktors hinaus geführt werden. Sie wird dann weitergeführt in einer zumindest teilweise waagerechten Querleitung 28 (siehe 5 und 6) und in ein Sinkleitung 29 bis zu einer Auslassöffnung 30 im Bodenbereich des Reaktors 19.
Die Steigleitung 25 kann mit zumindest einer Ansaugleitung 31 verbunden sein, über eine Ansaugöffnung 33. Die Ansaugöffnung 33 der Ansaugleitung 32 liegt dann unterhalb der Gas/Wasser-Grenzfläche 12 wahlweise auch unterhalb des oberen Gassammelkastens 4a oder unterhalb des Gassammelsystems 24a. Die Steigleitung 25 ist in diesem Fall mit Flüssigkeit gefüllt. Im Fall eines Übertritts von Gasblasen aus dem unteren Gassammelkasten 4b in die Steigleitung 25 entsteht durch einen Gashebeeffekt die Wirkung einer Pumpe. Flüssigkeit aus dem Bereich der Ansaugöffnung 33 wird durch die Ansaugleitung 31 angezogen, gelangt über Öffnung 32 in die Steigleitung 25 und die Querleitung 28, die Sinkleitung 29 und die Austrittsöffnung 30 in den Bodenbereich des Reaktors.
Das Gas kann über die Gasaustrittsleitung 34, die mit der Führungsleitung 28 und zumindest dem Gasauslassstutzen 10 eine Strömungsverbindung hat, aus dem Reaktor abgeführt werden.
Die Steigleitung 25 kann zumindest teilweise aus dem Reaktor 19 herausgeführt, mit einem Absperrventil versehen und wieder in den Reaktor 19 hineingeführt werden. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsaufstiegs in dem Steigrohr verändert werden. Bei einem vollständigen Verschliessen des Absperrventils füllt sich das Steigrohr 25 unterhalb des Absperrventils 34 mit Gas, solange bis das Gas über das Ansaugrohr in den oberen Gassammelkasten 4a geleitet wird.

Claims

Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser in einem Reaktor (19), dem das zu reinigende Abwasser über eine Zulaufleitung (21) zugeführt und das gereinigte Abwasser über eine Ablaufleitung (12) abgeführt wird, wobei sich im Reaktor (19) zumindest eine Gassammelhaube (1) befindet, die über eine sich oberhalb des Firstes (2) der Gassammelhaube befindliche Öffnung (8) mit einem Innenraum eines Gassammelkastens (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der First (2) nahe der Öffnung (8) geöffnet und auf den First (2) in diesem Bereich ein Gasüberleitungskasten (7) aufgesetzt ist, der das Gas zur Öffnung (8) hin leitet, und andererseits die Öffnung (8) in einen Gasüberleitungskasten (7) in dem Gassammelkasten (4) einmündet und die Ansaugöffnung ausserhalb der Gas/Wasser-Grenzfläche 13 liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterkante (17) des Gasüberleitungskasten (6) höher liegt, als eine Unterkante (18) des Gasüberleitungskasten (7).
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenunterschied der beiden Kanten (17 und 18) etwa 20 mm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkante (18) des Gasüberleitungskastens (7) auf Höhe einer Gas/Wasser-Grenzfläche (13) unterhalb der Gassammelhaube (1) liegt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gassammelhauben (1) jeweils zu einem Gassammelsystem (24a, 24b) zusammengefasst und innerhalb eines Behälters angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassammelsysteme (24a, 24b) über zumindest eine Steigleitung (25) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigleitung (25) mit einer Ansaugleitung (31) verbindbar ist, und über eine Querleitung (28) in eine Sinkleitung (29) übergeht, die mit einer Ausströmöffnung (30) ausmündet, wodurch nach Art eines Gashebeeffekts Flüssigkeit von Reaktoroberseite ansaugbar und wieder in den Bodenbereich einleitbar ist.