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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur anaeroben
Reinigung 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 betreffende Gassammelhaube befindliche Öffnung mit
einem Innenraum des Gassammelkastens verbunden ist.
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Durch
die Anordnung von Trennwänden
unterhalb der Gassammelhaube, gelingt es, Aktiv-Pellets weitgehend
zurückzuhalten
und überschüssige Pellets
schonend in den Gassammelraum zu leiten und von dort in den Bodenbereich
zurückzuführen.
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Eine
derartige Vorrichtung und ein Verfahren dient der so bezeichneten
anaeroben Reinigung von Abwasser nach dem UASB-(upflow-anaerobicsludge-blanket)
Verfahren.
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In
dem sogenannten UASB-Reaktor findet die Umwandlung von gelösten organischen
Substanzen (Substrat) in Methan statt. Diese Umwandlung wird mit
Hilfe von Methanbakterien vollzogen. Neuere Entwicklungen haben
die Methanbakterien in Form von pelletisiertem Schlamm erzeugt.
Dazu wird in den Bodenbereich des Reaktors das Substrat eingeleitet.
Die Pellets bilden ein Pellets-Bett im Bodenbereich. Dieses wird
von dem Substrat umströmt
und beginnt damit, Methan zu produzieren. Einige der Pellets (Aktiv-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
zu erliegen, da bald keine Bakterien mehr im Reaktor vorhanden wären. 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.
Diese Einrichtungen werden auch als 3-Phasentrennung (Gas, Wasser,
Schlamm) bezeichnet.
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Durch
den Prozess der Gasbildung und infolge von Bakterienwachstum kommt
es darüber
hinaus je nach Gestaltung der 3-Phasen-Trenneinrichtung zu einer
Anreicherung und einem Austrag bestimmter Pellet-Arten.
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Bei
den meisten Auffanghauben, ist das Volumen unterhalb der Hauben
begrenzt. Sind diese Hauben mit schwimmenden Pellets gefüllt, so
werden neu hinzu kommende Pellets nicht mehr zurückgehalten sondern schwimmen
an den Auffanghauben vorbei an die Reaktoroberfläche und werden mit dem abfliessenden
Wasser aus dem Reaktor ausgetragen.
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Diese
Aktiv-Pellets sind jedoch besonders wertvoll für den anaeroben Abbauprozess,
da sie eine erheblich höhere
Aktivität
an der Pelletoberfläche
aufweisen, als die im Reaktor absinkenden Pellets. Im Bodenbereich
eingeleitet, können
die Aktiv-Pellets in mehrfacher Weise positiv wirken. Zum einen
befinden sich dann die Pellets mit der höchsten Aktivität an der
Stelle, wo die Substratkonzentration am höchsten ist, im Zulaufbereich
des Reaktors. Zum anderen bewirkt die Einleitung der Aktiv-Pellets
in das Pellet-Bett eine gleichmässige
Auflockerung des Pellet-Bettes. Durch diese gleichmässige Auflockerung
ist wiederum ein gleichmäßiges Umströmen der Pellets
mit dem Substrat möglich.
Es werden Kurzschlußströmungen vermieden,
die Leistungsfähigkeit des
Reaktors steigt erheblich.
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Die
besondere Effizienz des Reaktors wird deshalb durch Einbauten erreicht,
welche nicht nur die Methanbakterien im Reaktorsystem zurückhalten,
und das entstehende Gas ableiten sondern auch möglichst alle aktiven Pellets
im System halten und in den Bodenbereich des Reaktors leiten können.
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Viele
Systeme sind jedoch nicht geeignet, die Aktiv-Pellets im System
zuhalten. So sind Systeme wie z.B. in der
DE 40 42 223 A1 oder
CA 2386035 A1 mit
sogenannten umgekehrten Trichtern als Auffangsystem eingerichtet.
Hier sind die Aufströmgeschwindigkeiten
in der 3-Phasentrennung so hoch, dass gerade die spezifisch größeren Aktiv-Pellets aus
dem System ausgetragen werden. Zurück bleiben die sehr feinen
Pellets, die sich am Boden ablagern und undurchdringliche Schichten
von Pellets bilden. Aufgrund dieser negativen Selektion kommt es zu
einer erhebliche Leistungseinbuße
des Reaktors.
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Ähnliches
lässt sich
an Anlagen, die nach der
US
005855785 A errichtet sind, nachweisen. Hier wird ein unzureichender
Lamellenabscheider als Trennsystem eingesetzt. Aktiv-Pellets sind
jedoch zumindest zeitweise leichter als Wasser und durchschwimmen
diese Trenneinrichtung.
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In
Anlagen der
EP 0170 332 werden
zwar Pellets von den Sammelhauben aufgefangen, aufgrund der Mindesthöhe des Reaktors
von 14 m, werden diese jedoch im Steigrohr bei gleichzeitiger Einleitung
des Biogases extrem nach oben beschleunigt und gegen die Auffangeinrichtung
geschleudert. Infolgedessen werden die Aktiv-Pellets in ihrer Struktur zerstört. Auch
diese Einrichtung ist daher nicht in der Lage, große Aktiv-Pellets
im Reaktorsystem anzureichern.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Modul und ein Verfahren zur
anaeroben Abwasserreinigung vorzustellen, bei dem sowohl die aufsteigenden
Pellets durch Sammelhauben zurückgehalten
werden können
als auch Aktiv-Pellets
gezielt in den Gassammelraum geleitet und von dort schonend in den
Bodenbereich zurück
geführt
werden können, so
daß die
oben beschriebenen Vorteile erreicht werden können.
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Lösung der
Aufgabe
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Die
erfindungsgemäße Lösung der
Aufgabe liegt darin, ein System gefunden zu haben, bei dem die in
einem nach dem UASB-Prinzip arbeitenden Anaerob-Reaktor aufsteigenden Pellets innerhalb der
Gassammelhauben durch im Querschnitt der Hauben und vorzugsweise
im rechten Winkel zur Firstachse verlaufenden mindestens zwei Trennwände weitgehend
zurückgehalten
werden, wobei mindestens eine Trennwand bis in den First hineinreicht und
die andere Trennwand nicht ganz in den First hineinreicht so dass
zwischen Trennwandoberkante und Firstinnenkante ein Durchgang für das Gas
entsteht und keine der mindestens beiden Trennwände bis an die Unterkante der
Gassammelhaube reicht sodass darüber
hinaus aus den Gassammelhauben austretende Aktiv-Pellets in den
Gassammelraum geleitet werden, von wo aus sie in den Bodenbereich des
Reaktors schonend zurückgefördert werden
können.
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Auf
diese Art und Weise können
zum einen eine maximale Menge an Pellets unterhalb der Hauben gesammelt
werden, andererseits können
zusätzlich
die überschüssigen Pellets
in den Gassammelraum geführt
und in den Bodenbereich zurückgeleitet werden.
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Figurenbeschreibung
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Weitere
Vorteile, Merkmale, Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnung; diese zeigt in
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1 eine teilweise perspektivische
Ansicht einer erfindungsgemässen
Vorrichtung zur anaeroben Reinigung von Abwasser;
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2 einen schematisch dargestellten Querschnitt
durch eine erfindungsgemässe
Vorrichtung gemäss 1 mit den im Querschnitt
der Gassammelhaube 1 vorzugsweise im rechten Winkel zur Firstachse
verlaufenden Trennwand 7 und 14 und gegebenenfalls
auch 17, wobei mindestens eine Trennwand 7 bis
in den First hineinreicht und die andere Trennwand 14 nicht
ganz in den First 2 hineinreicht so dass zwischen Trennwandoberkante
und Firstinnenkante ein Durchgang für das Gas entsteht und keine
der mindestens beiden Trennwände 7 (17) und 14 bis
an die Unterkante 3 der Gassammelhaube 1 reicht
und die Unterkante mindestens einer Trennwand 14 tiefer
liegt als die Gas-Wasser Grenzschicht 13, so dass falls
der Raum zwischen Gas-Wassergrenzschicht 13 und Unterkante
der Trennwand 14 bereits mit aufschwimmenden Pellets gefüllt ist
und noch mehr Pellets in den Gassammelraum aufschwimmen, diese zusätzlichen
Pellets über
die Unterkante der Trennwand 14 und die Auslassöffnung 8 in
den Gassammelraum 4 geleitet werden;
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3 eine schematisch dargestellte
Frontansicht einer Vorrichtung gemäss 1;
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4 bis 6 schematisch dargestellte Querschnitte
durch weitere Ausführungsbeispiele
von erfindungsgemässen
Vorrichtungen zur anaeroben Reinigung von Abwasser.
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Gemäß den 1 und 2 wird eine Gassammelhaube 1,
die nach unten geöffnet
ist und an einer Seite mit einer Seitenwand 9 versehen
ist, an einen Gassammelkasten 4 angebracht, vorzugsweise
angeschweißt,
zumindest über
eine Schweissnaht 5.
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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 den Gassammelkasten 4 angebracht,
vorzugsweise angeschweißt.
Die Wand des Gassammelkastens 4 ist gleichzeitig die Wand des
Gasüberleitungskastens 6.
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Gasüberleitungskästen können sowohl
aus rechteckigen Kästen
als auch aus Halbrohren mit einer oberen Abdeckung bestehen.
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Die
Wand des Gassammelkastens 4 hat eine Durchlassöffnung 8 unterhalb
des Gasüberleitungskastens 6 und
oberhalb der Gassammelhaube 1 und des Firstes 2.
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Der
Gassammelkasten 4 ist zumindest mit einem Gasauslassstutzen 10 versehen.
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Sowohl
Gassammelhaube und Gassammelkasten sind in einem Reaktionsbehälter 19 (Reaktor) untergebracht.
Der Reaktor 19 wird zumindest im Bodenbereich über eine
Zulaufleitung mit dem substrathaltigem Wasser über eine Zulaufleitung 21 beschickt.
Er enthält
zumindest eine Ablaufleitung 12 mit zumindest einer Ablaufsammelrinne 20,
wodurch sich im Reaktor eine Gas/Wassergrenzfläche 16 bildet.
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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.
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In
einem Reaktor können
gemäss
den 3 und 4 zwei oder mehre Gassammelsysteme übereinander
mit einer gewissen Distanz voneinander angeordnet sein. Sie bilden
so das obere Gassammelsystem 24a mit der oberen Gassammelhaube 1a,
dem oberen Gasüberleitungskasten 6a,
der Gas/Wassergrenzfläche 13a,
der Durchlassöffnung 8a und
der Gas/Wassergrenzfläche 15a unterhalb
vom oberen Gassammelkasten 4a sowie der Trennwand 14a (17a)
und 7a.
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Das
untere Gassammelsystem 24b ist ausgestattet mit der unteren
Gassammelhaube 1b, dem unteren Gasüberleitungskasten 6b und 7b,
den Gas/Wassergrenzflächen 13b und 14b,
der Durchlassöffnung 8b und
der Gas/Wassergrenzfläche 15b unterhalb
vom unteren Gassammelkasten 4b sowie der Trennwand 14b (17b)
und 7b.
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Zumindest
bei dem oberen Gassammelkasten 4a liegt die Gas/Wasser
Grenzfläche
dann auf dem gleichen Niveau wie die Gas/Wassergrenzfläche 16 des
Reaktors. Zumindest der obere Gassammelkasten 4a ist mit
einem Gasauslassrohr 10 versehen.
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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/Wassergrenzfläche 15b und
unterhalb des Gasüberleitungskastens 22 eine Gas/Wassergrenzfläche 27 aus.
Beide liegen auf gleichem Niveau. Der Gasüberleitungskasten 22 mündet zumindest
in eine Steigleitung 25. In dieser Leitung kann das Gas
im Reaktor nach oben geführt und
zumindest in den oberen Gassammelkasten 4a geleitet werden.
Die Steigleitung 25 kann zumindest mit einem Kondensatventil versehen
sein, damit gegebenenfalls anfallendes Kondenswasser abgeleitet werden
kann und die Leitung 25 ausschließlich mit Gas gefüllt ist.
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Die
Steigleitung 25 kann auch über die Gas/Wassergrenzfläche 12 des
Reaktors hinaus geführt
werden. Sie wird dann weitergeführt
in einem zumindest teilweise waagerechten Querleitung 28 (siehe 5 und 6) und in eine Sinkleitung 29 bis
zu einer Auslassöffnung 30,
im Bodenbereich des Reaktors 19.
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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/Wassergrenzfläche 12 wahlweise
auch unterhalb des oberen Gassammelkastens 4a oder unterhalb
des Gassammelsystems 24a. Die Steigleitung 25 ist
in diesem Fall mit Flüssigkeit
gefüllt.
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Im
Fall eines Übertritts
von Gasblasen aus dem unteren Gassammelkasten 4b in die
Steigleitung 25, einsteht durch einen Gashebereffekt 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.
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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.
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Die
Steigleitung 25 kann zumindest teilweise aus dem Reaktor 19 herausgeführt, mit
einem Absperrventil 35 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 31 in den oberen Gassammelkasten 4a geleitet
wird.
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- 1
- Gassammelhaube
- 1a
- Gassammelhaubenobersystem
- 1b
- Gassammelhaubenuntersystem
- 2
- First
der Gassammelhaube
- 3
- Unterkante
der Gassammelhaube
- 4
- Gassammelkasten
- 4a
- oberer
Gassammelkasten
- 4b
- unterer
Gassammelkasten
- 5
- Schweißnaht (zwischen
Gassammelhaube, Gasüberleitungskasten
und
-
- Gassammelkasten)
- 6
- Gasüberleitungskasten
oberhalb der Gassammelhaube
- 6a
- 6 im
oberen System
- 6b
- 6 im
unteren System
- 7
- Trennwand
- 8
- Durchlassöffnung in
der Wand des Gassammelkastens
- 9
- Wand
der Gassammelhaube an Schmalseite
- 10
- Gasauslassstutzen
- 11
- Gas/Wassergrenzschicht
unterhalb von Gasübergangskasten 22
- 12
- Wasserablauf
- 13
- Gas/Wassergrenzschicht
unterhalb der Gassammelhaube
- 13a
- 13 im
oberen System
- 13b
- 13 im
unteren System
- 14
- Trennwand
- 15
- Gas/Wassergrenzschicht
unterhalb Gassammelkastens
- 15a
- 15 im
oberen System
- 15b
- 15 im
unteren System
- 16
- Gas/Wassergrenzschicht
oberhalb der Gassammelhauben
- 17
- Trennwand
- 18
- Abzugsöffnung für Aktiv-Pellets
- 19
- Reaktor
- 20
- Ablaufsammelrinne
- 21
- Zulaufleitung
- 22
- Gasübergangsöffnung vom
unteren Gassammelkasten zum
-
- Gasübergangskasten
- 23
- Gasübergangskasten
am Gassammelkasten 4b
- 24
- Haubensystem
- 24a
- oberes
Haubensystem
- 24b
- unteres
Haubensystem
- 25
- Steigleitung
- 26
- Kondensatablassventil
- 27
- Gas/Wassergrenzschicht
unterhalb Gassammelkasten 4b
- 28
- Querleitung
- 29
- Sinkleitung
- 30
- Umlaufausströmung
- 31
- Ansaugleitung
- 32
- Öffnung von
der Ansaugleitung zur Steigleitung
- 33
- Ansaugöffnung
- 34
- Gasaustrittsleitung
- 35
- Absperrventil