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Verfahren und Vorrichtung zur anaeroben Abwasser4chlammbehandlung
Die Erfindung bezieht sich aur die Abwasserbehandlung und betrifft insbesondere
die anaerobe Schlammfaulung von Ab-
wässern. Die vorliegende ErfJ-ndung stellt
eine Weiterentwicklung des-Abwaseerbehandlungsverfahrens dar. das in der US-Patentschrift
2 777 815. von Tom H. Forrest. ausgegeben an 15. Januar 1957, beschrieben
ist.
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Das Rohabwasser enthält organische Substanz* die aus Fetten* Proteinen
und Kohlenwasserstoffen besteht; obwohl diese Stoffe nur einen sehr kleinen Prozentsatz
des Gesamtabv&Aservolumens ausmachen. stellen sich
die unangenehmsten
Bettandteile
des Abwassers heraus« Deshalb ist
es übliche
wie In der erwähnten PatentschrIft beschrieben. Stoffe% dIediese Bestandteile des
Abwassers enthaltene. aus dem Hohabwaa ter auszuscheiden. Diese-Abtrennung findet
zu Beginn des Abwaszerbehandlungsverfahrens statt. Diese belästigenden und oft unangenehmen
Bestandteilemerden dann biologisch abgebaut und In Gase umgewandelt, die kein Verarbe
itungsproblem darstellen, ja Im Gegentell,sogar nützliche Nebenprodukte der Abwasserbehändlungsanlage
sein können'
Die RollL aEir, .,§blaM£auluna |
Bei dem erfindungsgeengen ßyetom wierden4 wie In der erm |
wähnten Patentlchrift Von Po-rreit. die biologisch ebbau-m |
baren Fette, Proteine und Kohlen-wasserstoffe In Metharw* |
Kohlendioxid und Spurengaze,unizewande-It-mit Hilfe eine4 |
Faulungsprozegies. der in einem Schlajimfaulraum etatt- |
findets'Die organischen Festetoffe In dem Rohabwa44*t |
(welche die erwähnten biologisch abbaubaren Stoffe um4, |
£essen). werden aus dem Hohabwagner in einen eret» |
Klär- oder Absetzbecken abgeachieden und bildm etr*n |
liprimären Schlamm". Was, das Volumen betrifft. 4o stellt |
dieser primäre Schlamm einen ziemlich geringen Proient- |
satz des Gesamtabwassers dar und besteht in der Haagt- |
sache aus Wasser. Durch die Anwesenheit dieser or.gant«hen |
Stoffe bilden sich Jedoch Kolloide." die -die Abicheidung |
der Feststoffe des primären Schlamms aus dem Wasser (Ent- |
wässerung) schwierig machen, Die Entwässarung i&t folg- |
lieh nicht durchführbar, wenn man lediglich einfache Klärbecken
oder dorgle-Ichen verwendet,
Es hat sich herausgestellt. daß unter den organischen
4
ßtoffen in dem-primären Schlammt der-aus dem ersten Klärbecken entnommen
wirds die biologiscli abbaubaren (flüchtigen.) -organischen Bestandteile. nämlich
die Fette. Proteine und Kohlenwasserstoffet nicht nur für die ekelerregende Wirkung
des Abwassers verantwortlich sIndg sondern auch als Xolloide und feine Suspengionen
existierent welche die Entwäs4erung schwierig und zeitraubend gestalten. Atuefga
e des Paulungsprozesses ist es, die biologisch abbaubarent organischen Stoffe in
dem primären Schlamm In IteLcht#verarbeit:bare oder sogar nutzbare Gase umzuwandeln.
In.der erfindungsgemäßen System erfolgt diese Umwandlung durch anaerobe.Faulunga
die aus den Fetteni Proteinen und-Kohlenwas4erstoffen in dem primären #ichlamm Methan-
und--Kählendioxidgase macht.
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.Anagggk2 Liäulung, der, j2glMärei-i öclilaMs Die anaerobe-Faulung
wird von mindestens zwei Hauptgruppen von Bakt#,riei-i In dem Schlamm durchgefWirt.-nämlich
vcn -
solchen, die «a1.9 "Gruppe III-Bakterien bezeichnet werden sollen. und
vor. den sogenannten_'lGruppe IIII-Bakterien oder methanbildenden Bakterient Diese
Bakterien arbeiten nachei-nander in der Weise..daß die Gruppe-I-Bakterien
die
Fette. Proteine und 1,-ohlenwasserstoffe in Fettsäuren #vorherrschend) und andere
Stoffe umwandeln; danach verwandeln die Gruppe-II-Bakterien oder methanbildenden
Bakterlan di.e von der Bakteriengruppe I erzeugten Fettsäuren in Methan und Kohlendioxid.
Bei der letztgenannten Umwandlung wird auch etwas Wasser erzeugt. Dieser fortschrei-'tende
Prozess verarbeitet nicht nur di-e ekelerregenden organischen Stoffe'in dem primären
Schlamm. sondern beseitigt dadurch auch diejenigen Stoffe, die hauptsächlich für
die Behanderung der Schlammentwässerung verantwortlich sind. Wenn also der so behandelte
8chlamm den Faulraum verläßt. kann er leicht in Wasser und nichtstörende Feststoffe
getr ennt werden. beispielsweise durch Absetzen in einem Tank oder dergleichen.
der den aus dem Faulraum kommenden Faulschlamm aufnimmt.
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Zweck -der ErfindunF-Die Umwandlung der aus Fetten. Proteinen
und ICohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe organischer Feststoffe in dem primären
Schlamm zu Fettsäuren (und zwar hauptsächlich Säuren aus der.Gruppe mit niedrigem
Molekulargewicht) und noch elementareren Verbindungen oder Grundstoffen mit Hilfe
der Gruppe-I-Bakterien bietet
bei zweckmäßigej: Durchführunekeine ernsten
Schwierigkeiten. insbesondere dann nicht'. wenn man gemäß der Lehre des erwähnten
Patentes das Faulraumgas-noch einmal durch den Faulraum zirkulieren läßt,Der einschränkende
bakterielle Stoff-
w echselvorgang #n dem Faulraum ist vermutlich derjenige |
des Abbaus und der Umwandlung der Fettsäuren und anderer |
von der Gruppe 1 erzeugten Elemente In geth4n und Kohlen- |
dIoxid_bei gleIchzeMger Erzeugung von Wasser mit
Hilfe |
der Gruppe-II-Bakterien, |
Wie schonrerwUmte arbeiten die Bakterien der beiden Grup- |
pen naeholnander, vas.Ihre Wirkungen betrifft. indem dje |
methanbildenden Bakterien di e-von den Gruppe-I-Bakterien |
er-zeugten Produkt e angreifen. Wenn also unter dieser |
Gegebenheit in einem üblichen Faulraum der Methenbildungege |
Prozeß normalerweise oder von sich aus langsamer verläuft |
als der-von der Gruppe 1 bewirkte Prozeßt hat
offensteht- |
lieh eine Lrhöhung der In einem Mitraum von,den- sethen- |
U,ldenden Bakterien entwickelten 6anrAenge eine Verkürsung |
der Verwellzeit In-dem Faulraum oder bei gleichbleibender |
Verwellzeit eine Steigerung der verarbeiteten Schadttoft.- |
menge.zur Folge* Diese Verbet49tung:wUrdt auch qtne Vor- |
kleinerung des Faulraums ermötlichens falls eine neue An- |
lajo InMallIert worden »ölle Die VOVIIO$Onde'
ErtUAM |
erzielt diesen Fortschritte |
er |
Die.Ertind,ung/r'eicht die erwähnten Vorbei94trumon dOurche |
daß die mothanbildenden Bakterion in den Y$i4»tun |
einer blologlich nutzbaren IM*rigltqatll* Z th M |
der dien Bakterien aus den Stoffen In dent primären Sehbm |
des Paulraums unmittelbar verfügbaren Energie versorgt |
werdeng in einem Maße", dag die direkt verfUg4are Energie |
Ubertriffto Die Erfindung verwandelt den-primären
Sohl*= |
in einen "Superachlum". deig,-ein; Schlakm ritt einer vor- |
.mehrten verfügbaren Energlemenges Dies bewirkt entweder |
eine Steigerung der Regenerierungsrate der methainbilden- |
den Baktertentamille oder eine Zunahme der Stoffwechsel- |
rate der einzelnen Bakterien oder auch beides. Diese
Ein- |
zelheiten sind nicht bekennt; bekannt Ist jedoch, daß |
ein nach der Lehre der Erfindung arbettender Paulraum |
weniger Zeit zur Umwandlung. der von-der Gruppe 1 erzeugten |
PottaKuren in 14ethan-md Kohlendlexid benütigt als der |
gleiche Paulraum ohne Mv*n4=.# der Erfindung bei sontt |
gleichen Bedingungen* |
Daa be4te derieeit bekannt4, V-ert4)igen 'aut AullbWX der |
Erfindung besteht darin. einen ßuptr"hl»M durch Eine, |
letten einer tufbauenden (*ndbo1-14ohm) ßubetann in der |
IPOVM von xol»kulat140 li*8»«4tort. to"). #M,
den ichlem- |
4u 4oh*tteno Ole Wtrtoei»It U8444 lbrtüwtno wird er«, |
höhte wenn 41*44r Schrt.tt bot eineia feulraum nach
Art, |
foij#htg,en 4,st rorro*t»Patonten ammonft wirdg
bei d« |
44» Pstulram *in Zerttguwr eintöbsub tote der
zur |
,gon#Z$rkuU#ton von 044 durob den In den PauȊum |
Bei dem derzeit wirt schaftlichsten Verfahren zur Ausübung der
Erfindung wird der Superschlamm durch Gewinnen von Wasserstoffgas aus dem den Faulr.aum
verlassenden Gasstrom vor dessen Rückleitung durch den Faulraum. gebildet. Hierzu
wird ein Teil dieses zur Rückleitung bestimmten Faulraumgases (eventuell auch das
gesamte Gas) außerhalb des Faulraums durch eine Gasumbildungseinrichtung geschickt.
in der das Faulraumgas In Wasserstoff. Kohlenmonoxid und anderen untergeordnete
Gase aufgespalten wird. Diese Gase werden zu dem Hauptgasstrom zurückgefiUirt, bevor
dieser erneut In den Faulraum geleitet wird. Im Rahmen'de7s allgemeinen Erfindungsgedankens
kann. wenn Aasserstoff als aufbauende Substanz verwendet wird. dieser auch von einer
eigenen Vorratsquelle zugeführt werden. Iii Anlagen, bei denen.das von dem Faulschlamm
entwickelte Gas wie bei dem Forrest"Patent nach einmal durch den Faulraum. geschickt
vird.i, kann. ve
. nn eine eigene Wesserstoffquelle verwendet wird& der
Wasserstoff in den Zum Faulraum. zurückströmenden Gässtrom eingeleitet-werden, wie
dies auch mit dem durch Aufspalten des Fatilraumgases erzeugten Wasserstoff geschieht.
Weitere Einzelheiten in der Ausübung der Erfindung gehen aus der'nachfolgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnungen hervor. L-le zeigen.
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Pig, 1 ein Blückschema einer Abvasserbehandlungsanlage, das
einen BetrIebsablauf in dem Faulraum des primären Schlammes zeigt;
Fig.
2 eine Skizze einer Abwasserbehandlungsanlage mit einem erfindungsgemäß betriebenen.
Faulraum für den primären Schlamm; Fig- 3 ein Diagramm. das die Gaserzeugung
eines Kontrolltaulraumes und eines nach der Lehre der Erfindung betriebenen Faulraumes
unter Beschickung mit verschiedenen organischen Schadstoffen zu vergleichen gestattet.
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Fig. 1 ist ein Blockschema derAbwasserströmung durch eine Anlage
mit einem erfindungsgemäßen Faulraum. Als passender Rahmen für die vorliegende Erfindung
soll kurz ein typisches Abwasserbehandlungssystemä aus-gehend von dem Rohabwasser,
beschrieben werden. Das Rohabwaeser gelangt in ein erstes Klär- oder Absetzbecken.
dessen Einzelhäiten nicht Gegenstand der Erfindung sind, In diesem Bekken lagern
sieh gewisse Stoffe ohne weiteres ab" die-dann gesammelt und als "primärer Schlamm"
abgeführt'verden.
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Der primäre Schlamm macht etwa 1 Vol-% des Rohabwassers aus
und kann aus dem Klärbecken mit in der Fachwelt bekannten Verfahren entfernt werden.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen. daß die Prozentangaben sich. soweit nichts
anderes erwähnt. auf Volumenprozent beziehen; diese sind jedoch nicht exakt. weil
die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials (Rohabwasser) etwaz variiert. Der Rest.des
Rohabwassers. etwa 99 %. umfaßt wässerige Lösungen
.und
Suspensionen, dL'e in eine Belebtschlammanlage oder zu einem Rieselfilter gepumpt
werden.
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Der in den Faulraum eingebrachte primäre Schlamm wird nun gemäß der
Erfindung behandelt. Die Faulschlammbecken und Ausrüstungen des Faulraums sind an
und für sich gebräuchliehe Einheiten.
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In Fig. 1 Ist der primäre Schlamm In dem Faulraum durch_ ein
Kästchen dargestellt; für die Skizze der Fig. 1 Ist der primäre Schlamm als
Grundlage mit 100 % angesetzt. obwohl er nur 1 % des Rohabwassers
ausmacht. Wie aus dem Schema ersichtlich, besteht der pr-imäre Schlamm aus einer
wässerigen Suspension von Fastatoffen (5 Gew. In Wasser (95
Diese Feststoffe
dUrfen nicht mit den Lösungen und Suspensionen verwechselt werden, die aus dem Rohabwasser
in dem ersten Absetzbecken zu der Belebtschlammanlage. den llieselfiltern oder anderen
Behandlungseinrichtungen abgeleitet wurden und welche nicht Gegenstand der Erfindung
sind.
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, V rie aus Fig. 1 ersichtlich, bestehen die festen
Bestandteile des primären Schlaihms (nun mit 100 ;1'ol angesetzt) aus etwa
20 fo iner-ter Masse, etwa Schlacke. Sand usw..
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und organischer Masse. die in dem Schema als organische Feststoffe
bezeichnet sind. Zu den organischen Feststoffen gehört eine Gruppe von biologisch
nicht abbaubaren, relativ harmlosen Feststoffen, die nach dem Faulprozeß anderer.
organischer
Stoffe sich ohne weiteres absetzen und keine weitere Schwierigkeit in-dem Faulprozeß
darstellen. Was die organischen Kolloide betrifft. die nunmehr mit 100 %
angesetzt
sind. so sind 50 % davon biologisch nicht abbaubar. Die'se Feststoffe schließen
organische Stoffes wie Zellulose. Lignin. Keratine usw. ein. Die biologisch nicht
abbaubaren organischen Feststoffe. die anorganischen Stoffe und die Schlacke von
den abgebauten organischen Stoffen bilden den Feststoffbestandteil eines Schlamms.
der als "Faulschlamm" bezeichnet wird und den Hauptaus-' stoß des Faulraums bildet.
Der Faulschlamm. der aus etwa 4 % Feststoffen und 96,% Wasser besteht. kann
in ein-Absetzbecken gepumpt werden. wo er entwässert wird, und weiter zu Schlammteichen,
wie in der Forrest-Patentschrift dargelegt.
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Die anderen 50 5 der organischen Feststoffe sind biologisch
abbaubar und werden oft als flUchtige Bestandteile bezeichnet. Die Umwandlung dieser
Bestandteile bildet die Aufgabe der Erfindung. Eie schon erwähnt.-umschließt die
Gruppe dieser Feststoffe. die hauptsächlich aus Fetten, Proteinen und Kohlenwasserstoffen
bezteht, solche Substanzen, die_ die äkelerregenden Eigenschaften des Abwassers
verursachen und auch eine kolloi.dale Suspension anderer.Feststoffe in dem Faulraum
bewirken. Der Faulprozeß vermindert dann (le kolloidale-Suspension und verbessert
die £lntwässerungseigenschaften des verbleibenden Schlamms-,
Die
Hauptaufgabe -des Faulraums Ist der Abbau der bilogisch Übbaubürenorganischen Feststoffeo
Wie schon erwähnt, erfolgt dieser durch bakteriellen ßtottwechsels der diese -Pestatoffe
vergärt, reduzierte und In Gase und Flüssigkeiten umwandelt.
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Wie auch bereits erwähnt, Ist die Umwandlung der Fette. Proteine und
Kohlenwasserstoffe In Faulgase eine Kettenreakt Ion, deren erster Schritt von der
Bakteriengruppe I durchgeführt wird. Dieie Bakterien atsimilleren#die biologisch
abbaubaren Fentstoffe und wandeln sie unter Bildung.von interzellularen Ubergangssubstanzen
in Festsäurän. Alkohole. verschiedene Gase und andere Elemente und Verbindungen
um& wie das Schema der Fig. 1 zeigte Das .Entprodukt der Stoffwechseltätigkeit
der Bakteriengruppe I sind hauptsächlich Fettsäuren, und zwar insbesondere diejenigen
mit niedrigem Holekulargewicht. Unter diesen iste wie sich herausgestellt hat% bei
der Umwandlung von ,Fetten. Proteinen und Kohlenwasserstoffen dieEssigsäure als
Endprodukt vorherrschend.
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Zu den erzeugten Alkoholen gehören ;kthylalkohol und Nthylalkohol.
Es wird auch etwas Ammoniak erzeugt% der aber ebenso wee6 wie eine kleine
Menge von.molekularem-Wasserstoff. die evzeugt wird-% nicht alls abze,g,#abenes
Faulraumgas in Erscheinung tritt. sondern von den Bahterien, im Faulraum als i-#'iner,-,-equelle
assiml-liert wird. Außerdem produziert
die Bakteriengruppe I auch
Kohlendioxid. Ein Teil diese s
Kohlendioxids wird'von den methan-bildenden
Bakterlen'aseimiliert. ein-Teil er'scheint in der Abgasleltungfür die entwickelten.Faulrau'mgases
Bgkte belle MethanbildUne Man nimmt an" daß die methantLdenden Bakterien
die für-die .Methanproduktion notwendige Zellenergie den organischen Säuren auf
folgendem Wege entnehmen: Co 2 + 4H 2 CH4 + 2H0H 6o,6 keal
Es ist zu beachten. daß diese Reaktion von Kohlendioxid und molekularem Wasserstoff
zur Erzeugung von Miethan ein aufbauender StoffW'echsel oder Anabolismus ist und
daher e in energieliefernder Prozeß für die bakteriellen Zellen.
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.Er stellt den Bakterien Zellenergie zur Verfügung. entweder für deren
Wiederbildung oder zur Erhöhu-ag der Umwandlungsrate anderer Substanzen. auch in
abbauenden Stoffwechselreaktionen. Die genauen Einzelheiten der Nutzbarmachung dieser
Energie -sind nicht bekannt. aber ihre Auswirkungen sind es und werden von der Erfüdung
in Dienst gestellt& Wenn die methanbildenden Bakterien genUge-,-id i #iiergie
aufgenommQin:ha-ben, beispielsweise aus dem cben angegebenen
.#Prozeet
sind diese Bakterien in der Lage, die verschiedenen von der Bakteriengruppe I erzeugten
organischen Säuren umzuwandeln. Die Reaktion der Methan-bildenden Bakterien mit-Essigsäure
verläuft vermutlich nach der folgenden abbauenden (katabolischen) Reaktion:
CH 3 COOH + 2H0H Co 2 + 8H (-) 66',l kcal (ES-Sigsäure)
Diese Reaktion ist eine Dissimilation. da sie Energieabr c#abe von den Bakterienzellen
fordert. Das Kohlendio,id, das aus obiger Reaktion gewonnen wird und auch im Überschuß
in.dem Faulraum vorhanden sein mag, und der aufdiese Ueise erzeugte Wasserstoff
werden nach der früher, angegebenen aufbauenden (anabolischen) Iteaktion in Methan
umgewandelt.
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,2,s gibt noch andere Stoffwechselreaktionen mit Fettsäuren. beispielsweise
eine mit der Ameisensäure. die aufbauend Lst; aber die 'Ü-'ssi-#-säurereakti-or#iber-wiegt.
Der Gesamteffekt aller Fettsäuren, beispielsweise Ameisensäure, ist katabolisch
(abbauend) und dies ist ein wichtiger einschränkender Faktor in bisherigen Faulräumen,
weil die von der Bakteriengruppe I produkierte Stoffmenge, die für die methanbildenden
B2kterien energiespendend (anabolisch) ist. relativ begrenzt ist.
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Zusammenfassend sei also festge-stellt: da Essigsäure das hauptsächliche
Stoffvechselprodukt der Bakteriengruppe I ist und da deren Umwandlung (Dis2imilation)
in Methan.Zellenergie
abzieht (Katabolismus), liegt auf der Hand,
warum die methanbIldenden Stoffe als Ursache für die unerwünscht langen'VLaufzeiten
In dem Faulprozeß bei einer vorgegebenen Menge an flüchtigen organischen F*eststoffen
anzusehen sind. Die Alkohole, der Ammoniak und das-Kohlendioxid. die ebenfalls von
der Bakterlengruppe I erzeugt werden,. -werden. vermutlich von den-mathallbildenden
Bakterien als Zwischenprodukü bei der Methanerzeugung metabolisch assimiliert und
er-scheinen daher nicht in den Faulraumgasen.
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Was den von der Gruppe I erzeugten Wasse5rstoff betrifft, so -wird
dieser als Zellenergiequelle (anabolisch) für die methanbildenden Bakterien von
diesen vollständig assimiliert; daher erscheint in den Standard-Paulprozesse-a k--in
'dasserstoffgas in der Analyse der Faulgase.
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Beladunzseffe,Ict Der Ausdruck "Beladen", der hier mit Bezug auf den
anaeroben Faulprozeß gebraucht wird. betrifft die zugeführte Menge von "flüchtigen"
organischen Feststoffen. die auf dem Wege über den primären Schlamm in einen vorgegebenen
Faulraum gelangen. Diese Beladung mit flüchtigen Feststoffen wird gewöhnlich etwa
in-. Gewichts.einheiten flüchtiger Feststoffe pro Kubikmeterder Faulraumkapazität
oder äh-nl,![-ch au.ggedrückt Da--. d,ex, in- e inen. Faulraum eingespeiste
primäre Schlamm. %-,vi-Isser enthält und da die
Schlacke biologisch
und die biologisch nicht abbaubaren organischen Feststoffe inert sind'und unverändert
durch den Faulraum-gehent, is t fUr-die Beurteilung des Leistungsvermögens eines
Faulraums die Beladung mit flüchtigen .6 organischen Feztstoffen und die Erzeugung
von Faulgas ausschlagg-ebend.
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Da die Umwandlungvin viologisch abbaubaren organischen Stoffen In
Faulraumgage eine Reihenwirkung ist% die mit der Tätigkeit der methanbildenden Bakterien
endigt. und da die Bakteriengruppe !.anscheinend etwa zweimal so schne;Ll arbeitet
vie.die methanbildenden Bakterien, produziert die Bakteriengruppe I bei normaler
Funktion organische Säuren in größerer Menge pro Zeiteinhelt als von den methanbildenden-Bakterien
In Gas umgewandelt werden kann.
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Wie bei den gewöhnlichen Gärungsprozessen. beschränkt sich die Wirksamkeit
der Gruppe I von selbstt weil, sobald die Fettsäuren und Alkohole In der Faulraumlösung
eine gewisse Konzentration erreichen, die Bakterien der Gruppe 1
zerstört
oder In ihrer 'dirksamkeit gehemmt werden und nun keine oder nur noch eine geringe
Produktion organischer Säuren stattfindet.
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Die methanbildenden Bakterien arbeiten zwar langsamer als die Bakterlengruppe
I. w ancUi-i jedoch ohne Unterbrechung diese orgz#iiiseiien Säuren
in lltethan -und Kohlendloxid um. Folglich verhindern bis zu 4ner bestimmten Beladung
die methan -bildenden Eakterien. daß der pH-m-;lert der Faulr'au'mlösungen
weit
genug absinkt, um die Gruppe-I-Bakterien-wesentlich zu stören oder gar zu vernichten&
ppe Wenn die Gru -I-Bakterien für eine bestimmte Faulraum-9 beladung die biologisch
abbaubaren organischen Stoffe in-Fettsäuren und andere Bestandteile in X Tagen'umwandeln.
brauchen clte methanbill-denden Bakterien 2-X Tage, um diese Stoffe in Faulraumgas
und Wasser umzuwandeln.
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.-Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt
Die Erfindung
beschleunigt den gesamten Stoffwechselprozeß und macht damit die dem Verfahren eigentümliche
Diskrepanz zischen den Reaktionszeiten der Gru ppe-I-Bakterien undder methanbildenden
Bakterien weniger störend. Mit derz?it bekannten Verfahren kann nichts für eine
Verbesserung dieses 1 : 2 Zeitverhältnisses getan werden; aber der gesamte
Faulprozeß kann bis zu einer bes t'immten maximalen Belading - durch Anwendung
der Erfindung beschleunigt werden.
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Ets wurde dargelegt. wie Ziellenenergle von den methanbildenden Bakterien
e.,itnommen wird durch die Assimilation von Kohlendioxid und IV.asserstoff.
---t#?ias Wasserstoff stammt sicher aus.der Umwandlung der Fette usw. durch die
Gruppe-I-Bakterien i--'l r,-*ettsäuren. ziz- wurde auch bereits erwähnt, daß Jasserstoff
normalerweise in den Peulraumgas nicht in und man nimmt an. daß die methanbildenden
-Bakterien
diesen Wasserstoff assimillerent um entweder ihre Umwandlunggsrate oder ihre Regenerlerungsrate
zu erhöhen. Dieser Wasserstoff, der aus dem primären Schlamm selbst während des
ri-aulprozesses gewonnen wird und nicht Im Ausstoßgas eines normal arUtenden Faulraums
erscheint. hat keine #VJ-rkung auf das Verhältnis der äktivitätsraten (X und 2X)
der beiden Bakteriengruppen, wie Fig. 1 zeigt. Jedoch kann nach der Lehre
der Erfindung wie s.chon erwähnt. die Gasproduktion der methanbildenden Bakterien
In einem gegebenen Faulraum bei vorgegebener Beladung mit flüchtigen organischen
Feststoffen dadurch erhöht werden. daß man die mthanbildenden Bakterien mit einer
bequem verfügbaren (anabolischen) Zellenergiequelle versorgt. Gemäß der Erfindung
geschieht dies dadu:#ch, daß der Faulschalmm mit molekularem Wasserstoffgas angereichert
wird. So entsteht ein "S.uperschlamm". der etwa in der Hälfte der Zeit aufgeschlossen
uird, die für den primärenSchlamm in den leistungsfähigsten bisherigen Faulräumen
für Abmasserbehandlung erforderlich war.
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Wie schon erwähnt, ist es nicht bekannt, ob der auf diese ##jej-se
hergestellte Superschlamm methanbildende Bakterien enthält, die die Fettsäuren rascher
umwandeln, als sie dies in d-eiu normalen Schlamm tun, oder ob sie sich einfach
ras - cher re-rYanerleren als in normalem Fc!Iulschlamm. Dies ist jedoch
unvii:cht!.gl, weil im Ergebnis bei Anwendung der Er-i findung ein Superschlamm
mit einem vorgegebenen Gehalt an
flüchtigen organischen Stoffen
gebildet wird. der schneller als normal v'erarbeitet wird.
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Schematische Skizze der-Anlage Fig. 2 ist eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Abwasserbehandlungsanlage zur Verarbeitung von_
Superschlamm. Das Rohabwasser läuft in ein erstes Klär-oder Absetzbecken
10. das mit einem üblichen Kollektor 12 für den primären KSchlamm ausgestattet
ist. Der primäre Schlamm wird-mit Hilfe einer nicht gezeigten Vorrichtung In den
anaeroben Fztulraum 14 gepumpt oder sons-twie gefördert. Dieser Faulraum entspricht
vorzugsweise dem in dem Forrest-Patent offenbarten und weist einen üblichen Tank
mit einem Dach 16 zum J;inschluß des Faulratunga.-es auf.
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Der Faulschlamm mird aus dem Faulraum 14 mittels einer Pumpe
18 abgezogen und durch eine Leitung 19 in einen Behälter 20 geleitet,
der als Absetzbecken oder -Tank zur Abscheidung der Feststoffe aus dem 1vIasser
in dem Faulschlamm dient. Der Bahälter 20 ist eine übliche Ins-tallationseinheit.
Die überstehende Flüssigkeit kann zu einem anderen Teil der Behandlungsanlage rück.geleitet
iierden, Lun'dort in üblicher 'wIeise weiterverarbeitet zu werden. -Jenn der Behälter
- 20. -wie in -dem lusführungsbei-Ispie,1 darges'tellt, oben geschlossen
ist. kann alles ei.itwickelte Gas, zu d'em Methan und Kohlendioxid gehört. durch
Verbindungsleitungen 22
und 24 hoch-einmal dem Fatilraumumlauf
zugeführt werden; dies-ist Jedoch nicht erfindungsvesentlich.
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Um den Faulprozeß in dem primären Schlamm wirksamer zu machen, vird
ein Teil des Faulschlamms von der Auslaßleitung-19 des Faulraums. die zu dem Behälter
20 führt, mittels einer Pumpe 30 In eine Zweigleitung 31 abgepumpt,
dann durch einen Erhitzer 32 geschickt und In einer,Leitung 33 zum
Faulraumtank zurückgeleitet. In dem Beispiel ist ein äußerer Erhitzer dargestellt*
es kann aber auch ein interner Erhitzer verwendet werden. Die Einzellieiten dieser
Phase des Faulungppr ozesses sind nicht erfindungswesentlich.
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In dem Faulraum des vorliegenden B21spiels ist. wie in der.erwähntenForrest--Patentschrift.
ein ortsfester Gaszerstäuber 34 am j-Jnde eines Rohres 36-angeordnet. das sieh durch
eine Of fhung im Dach des Faulraumtankes nach unte,i-bls in- die primäre Schlammasse
erstreckt. Die ge-
zamte Ini- Futilraum erzeugte Gasmenge (eti-la c"4
W-ld |
3 L ", vird aus dem Fc-ulraumta,.ilz durch eIne
LeitunE |
CC |
tfC abgeleitet. _A:i Teil des l,aulratui-gases w ird
rnit Hilf e |
einet ae 42 durch eine auciaeitung 44 noch eii-unal |
Zurückgeschickt. Die Leitung 44 erhält das Gas aus der |
Leit'ung [_L, iliber eine "#,#.jeigleJtu-ig 4üa und entläßt
es In |
das zum Zerstäuber j4 fW-irt. -"-3.n die Ziieigle'-- |
ttu-i.,z 4--,a 1.-steine Ableitung 46 fux das gewonnene Faulgas |
angeschlossen, die dieses
zu verschiedenen Stellen führt.
In der Ableitung 46 fst ein ftüc'kschlagventil. 48 vorgesehen, das in Fig. 2 schema'tisch
gezeigt ist. Es dient dazu..die Faulung anaerob zu halten, und verhindert. daß Luft
von dem Gebläse 42 in die Anlage hineinges'augt wird.
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Bildung Mon Superscj21a In der erfindungsg.emäßen Anlage. sieh
e Fig. 2 4-. Ist in dem Rücklaufsystem des Faulraums ein Gasumbilder 50 eing'ebauta-Der
Gasumbilder 50 kann-eine landelsübliche Votr,-ichtung sein. beispielsweise
ein "Surface Gas Generator". Modell RX, SRX4 ASRX usw.. hergestellt von der Surface
Combustion Division of Midland-Ross Corporation. Toledo. Ohio. USA.
Diese
Generatoren nehmen Kohlenwasserstoffe in änpfang, beispielsweise das-in dem Faulraumgas
enthaltene Methan.-Hit Hilfe eines Katalysators und Wärmeenergie spaltet der Gasumbilder
50 die Kohlenwasserstoffe In ein rudzierendes Gasgemisch auf. das vorzugsweise
in der-Hauptsache Wasserstoff enthält. de r gewöhnlich mit Kohlenmonoxid und untergeordneten
Gasen gemischt ist.
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Wie Fig. 2 zeigt. ist die Einlaßleitung 52 fü - r den-Gasumbilder
5C- eine zweite- Abzweigung vcn der , "lau,leasleitung 40 und die Ausfaßle ituriz
54 des Gasumbilders schickt das aufgespaltene Paulgas in die Rückleitung 44 oberhalli
des Gebläses 42.-.--'.111 'Aegel- oder Drosselventil 56 ist in der ersten
40a ein,-eb&ut. Dieves Ventil 56
,und der Gasumbilder
50 liegen also parallel zwischen der Fa-ulgasleitüng 40 und der Rückleitung
44. Der Gasumbilder 50 s ärgt für Zufuhr von Luft oder Sauerstoff.
die für den Aufspaltungsprozeß des Faulraumgases notwendig sind, und stellt die
R3aktionsmärme entweder als elektrische Wärme oder Verbrennungswärme zur Verfügung.
Das Drosselventil 56
steuert den Vorgang der Erzeugung von Superschlamm. Einzelheiten
dieses Steuerelementes sind nicht erfindungswesentlich. In & gezeigten
Ausführungsform wirddie 'Regelung durch die.Parallelschaltung des Ventils,56 und
des Gasumbilders 50 vereinfacht. Aufgabe des Ventils 56
ist es, die
Nutzproduktion von Faulgas in der Leitung 46 optimal zu-gestalten und dabei den
Wärmebedarf des Gasumbilders 50 für die Erzeugung des Superschlamms möglichst
zu halten. Bei einem nonml arbeitenden anaeroben Faulraum des Typ2, auf den die
Erfindung sich bezieht. tritt praktisch kein #j.-asserstoffgas in dem Faulgas der
Leitung' 40 in --i#rscheinix(ig. Dies rUhrt vermutlich daher. daß die Gruppe-I-Bakterlen
vor ihrer Behinderung durch die Säure-.konzentration organische Säuren in größerer
Menge pro Zeiteinheit herstellen als di3 mothanbildenden Bakterien durch Um#..i"#ndlung
von FettsUuren In Methan und Kohlendioxid umwandeln können. Foglljch suchen die
methanbildenden Bak-
terien tatsächlich In erhöhtem Maß zusätzliche (Duellen
c(uf-bau--iider Lnergie. Wie die oben erwähnte Formel zeigt"
stell-äh
Wasserstoff und Yohlendioxid zusammen eine bequem nutzbare #ue lle solcher Energie
dar. Kohlendioxid ist fast ständig im Überfluß in einem Faulraum vorhanden; vermutli.ch
ist daher der Wasserstoffgehalt der begrenzende Faktor und dies ha t auch das Exgebnis
im erfindungsgemäßen Betrieb eines Faulraums erwiesen.
-
Eine B-edienungspbrson, die den Wasserstoffgehalt und auch die Abwesenheit
von Wasserstoff in dem FaulZ--as der Leitung 40 kennt, wozu etwa ein WasserstoffanzeIger
6ü diene n-mag, kann das Ventil 56 dann auf optimale Betriebsbedin»ngen
einstellen. Der 'WasserstoffanzeIger 60 ist ein übliches G,-iat. beispielsweise
ein Beckman Modell 7C Gasanalysator. des Typs. der die -,lärmeleitfähigkeit
mißt. Die Regeli--Lng geschieht folgendermaßen: Wenn die Anlage in Betrieb Ist und
der Gastunbilder 50
ar-beitet, wird das Drosselventil 56 langsam geschlossen,
wobei der idasserstoffanzeiger 60 beobachtet vird. Jim Anfang wird kein Wasserstoff
in dem Faulgas angezeigt. Jenn jedoch ein Strömungsmesser in die Faulgasleitung
40 eingebracht würde, könnte man feststellen. daß beim Schließ#zn d'es Drosselventils
56a wodurch mehr und mehr Faulga2 durch den Gasumbilder 50 geleitet
wird, die ilaultasstrümLi-nz in der Leitung 40 sich verstärkt.
-
Da beim Schlle'ßen des- Drosselventils
-_56 mehr- Faulge!s
über
den Ga,sumbilder.50 umgeleitet wird und dadurch die Wasserstoffeinspeisung durch
die Rückleitung 44.erhöht wird, erfordert dies eine vermehrte Wärmezufuhr zum Gasumbilder.HandelsÜbliche
Vorrichtungen des erwähnten Typs funktionieren dazu automatische Wenn der Gasumbilder
eine ausreichende Kapazität hat und der Faulraum normal
- arbeitet, wird
ein Punkt erreicht, bei dem der Wasserstoffanzeiger
60 die Anwesenheit einer
ziem-.lich kleinen Wa-sserstoffmenge oder die Zunahme um eine solche kleine Wasserstoffm,
enge in der Faulgasleitung 40 anzuze
- J--, gen beginnt. Di.es ist ein Signal.
daß der Faulraum Juperschlamm enthält und Wasserstoff Ist nun In dem FFulraumschlaffi
in einem optimalen Anteil verteilt. Da ein kleiner Uberschuß an Wasserstoff nun
rUckgeleitet wird, arbeiten die methanbildenden BakterJenrunmehr mit optimalem Wirkungsgrad
und uandelti die von der BF,1--terleiigruppe I erzeugten organischen Säuren in Failgas
und '.-lasser um. Pas in der LeittLng 44 rüvkgeleitete Gas noch mehr mit Wasserstoff
anzureichern. Mei#_le -#ltirmeenergie Iii dem G.-.sumbJ-lder 5)L; zu vergeuden*
In. einer der. -1-ehre der #bürf1.ndung arbeitenden wird die Verveil-zeit einer
vorgegebenen Ladung von primärem -chlL.iiun in dem Faulraum --wn biclogischen Abbau
aller
organischen Feststeoffe wesentlich h-ir----tllgesetzt; sie
kann |
ctwa nur die -derc-f.ar- den l'aulprozc3 de:ü gleichen,-- |
Ladung in einem Faulraum ohne Anwendung.v.Dn Supers-ohlamm betragenn
BetrJ--ebzveraleich Um die Auswirkungen des Superschla.mme auf den Faulprozeß 'beurteilen
zu können, wurde ein--Versuch geplant der einen Vergleich eines mit gesteuer-tem
Rücklauf arbeitenden Kontrollraums mit einem Faulraum desselben Typs aber mit Wasserstoffanreicherung
zur Erzeugung von Superschlamm bot. Die Art des Versuches ist in-Fig-
3 gezeigt. Die Faulräume wurden mit der gleichen Menge primärenSchlammes--auijeiner
städtischen Abwasseranlage gela den. Zu Beginn Jeder neuen Zeitspanne. etwa eines
jeden Tagest wurde ein Einheitsvolumen von Faulschlamm aus jedem Faulräum entnommen
u4nd durch das gleiche Volumen primären Schlamms ersetzt. Dieses wird als "Feststoffbelad.ung"
bezeichnet. Die Netto-Faulgasproduktion in Leitung 46. Figa- 2. (Volumen) wurde
filrjede Zeitspanne bestimmt. Dieses Verfahren wurde von Zeitraum zu Zeitraum durchgeführt
(die Prüfperioden betrugen jeweils einen 24-Stunden-Tag). Die Ergebnisse des Experiments
sind in V-ig.
3 dargestellt. Die Anfangsbeladung mit flüchtigen Feststoffen
wurde so gewählt, daß sie innerhalb de#? erwarteten: KapaziüL##.t des Kontrollfaul-
raumes lag. --Jine gewählte BeiadLrig #,iurde oft mehrere Test- |
perL-oden lang beibehalten. Nach einigen ,"i-ifanF-,-T)eri-oden |
(Z*i3* d m ofA 144 Tal- Lisv.) "vt3rde die Drladung
mit |
e- |
C.f |
flüchtigen--Fests't fen#er'-.Z3ht und dann d-"-ese2 Verfahren |
weiterverfolgt. Wid zu erwarten -war, wuchs die volumenmäßIge-
Nutzproduktion an Faulgas mit fortschreitendem Experlment für Jede Periode an. Die
Gasproduktion des-Kontrollfaulraumes erreichte nach
13 Tagen eine Spitze.
nachdem einen Tag langutt einem Schlamm gearbeitet wurle" dem eine Feststoffbeladung
vorm
37 Gewichtseinheiten pro Volumeneinheit des Faulraumes (Faulraumkapazität)
zugegeben worden war. Dann fiel
. die Netto-Faulgasproduktion steil ab und
zeigte damit an, daß die Konzentration an organischen Säuren In dem-Schlamm des
Kontrollfaulraumes genügend hoch war, um die Aktivität der Bakterlengruppe I zu
behindern.
-
Der verbesserte FaulrauM. der den erfIndungegemäß erzeugten Superschlamm
enthielt. lieferte durchgehend in jeder Periode eine höhere Nutzgasproduktion als
der Kontrollfaulraum.
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Da,' die methanbildenden Bakterien und die Gruppe-I-Bakterien nacheinander
arbeiten zeigt dies an. daß die methanbildenden Bakterien wirksam die organischen
Säuren in Gas umwandelten und das dies wiederuni die '-,jirkung der Bakterien der
Gruppe 1
beschleunigte. Die Tatsache. daß vor Erreichen der Spitze erhöhte
Faulgasvolumina produziert -wurden, während die BeladÜngen mit flüchtigen Feststo:Pfen
fortgesetzt und *tatsächlich gesteigert vurden, zeigte an. daß die Bakterien In
beiden Faulrätunen praktisch mit optimalem Wirkungsgrad unter ihren speziellen Umweltbedingungen
arbeiteten.
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Wie Fig. 3 zeigt, trat die Spitze und der Abfall bei dem erfindungsgemäß
verbessertan'Faulraum erst ein. als dieser
Faulraum mit einer-täglichen
Feststoffbeladung von 50
Einheiten 6 Tage lang gearbeitet hatte und
an dem 31. Tag des Experiments. Der Kontroll-Faulraum war mit einer- Feststoffbeladung
von nur 37 Einheiten nur einen Tag lang betrieben worden, bevor er abfile*
Es ist augenscheinlich. daß ,der erfindungsgemäß verbesserte Faulraum seinen
Betrieb unbegrenzt mit einer Festestoffbeladung von 49 Einheiten bel.einer Nutzgaxproduktion
von 18-Einheiten hätte fortsetzen können. wie durch die gestri.chelt gezeichnete
Kurve in Fig- 3 oben rechts veranschaulicht ist.. Diese geringfügige Abnahme
der Bäladung stellt eine stetige Faulgasproduktion von 15 Volumeneinheiten
gegenüber weniger als 12 Einheiten für den Kontro'llfaulraum dar. Die brauchbare
Fest£toffbeladung des'verbesserten Faulraumes gemäß der Erfindung mit 49 Einheiten
liegt um 32 j# höher als die maximale Beladungdes Kontrollfaulraumes und
würde die ständige betriebsmäßi-ee Beladung des letzteren noch um einen größeren
Przentsatz. übertreffen.
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Das System der Fig. 2. bei dem Wasserstoffgas in das Rücklaufsystem
für das Faulgas eingeleit£t wird,mird, sobald ein stetiger Betriebszustand erre-iclt
Ist. unter der Annahme. daß es keine Restfluktuationen in der Natur des eingespeisten
primären Schlammes gibt. sich selbsttätig aus-gleIchen. Eine gewisse Faulgasmenge
wird ständig zurückgeleitet. indem sie aus der Leitung 40 mit Hilfe des Gebläses
42 abgezogen
.und durch die Rückleitung 44, die zu dem Zerstäuber-'#
führt, erneut in den Paultaum- eingeleltet wird. Diese 'RückleItung hat nur einen
geringen iginfluß auf die Nutz-Füalgasprodukt:Lon in der Leitung 46t -sobald In
der Leitung 40 sich-eih stetiger Zustand-,der Gasproduktion-eingestellt hat. Unter
diesen steetigen Gletöhgewichtsbedingungen'egibt es Immer eine verhältnismäßig konstante
Nutzfaalgasproduktion (hauptsächlich Methan und Kohlendioxid) In der Leitung 46.
Bei dem bevorzuzten.Ausführungsbeispiel der ErfIrdung. das in Figw 2 gezeigt Ist.
vird jedoch die Beladung mit flüchtigen Feststöffen gesteigert und die Gesamtgasmenge
in der Lei-. tung 40 über-trifft die Nutzgasproduktlon in der Leitung 46. Das bevorzugte
Verfahrpn zur Ausübung der Erfindung sieht die Verwendwig eines Faulmumes vor. der
mit einem Rücklaufsystem fUr das Paulgas und mit einer Zerstä:ubervorrichtung. beispielsweise
dem , Zerstäuber 34 der Fig. 2. versehen ist.
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Etn solcher FiAulraum'ist vollständig In der Forrest-Patent.schrift
beschrieben. Weiter iest es -.iieclcmäpig, Wasserstoffgas in das Zerstäubungssystem
einzuleiten und dieses Gas mit Hilfe eim Gasumbilders zu erzeugen. der a-.-1 die
Ruck-leitung für das Faulgas angeschlissen izt.
IL,1 all#,cmeinen ,ahnen- der 1-,#im jeeccii der Gas- |
di.rc#-- ei-rie Duelle für rel-vien oder |
fi,:*,r ein --'rc-r;ii-sch vc.---l '.iasserstcff iPit anderen
G##-sen ersetzt |
werden, wenn solche Wasserstoffgemische rationell verfügbar sind.
Auch liegt es im Umfang der Erfindungs die Gasrückleitung-und das Zerztäubersystem
unabhängig von der Zuleitung von molekularem Wasserstoff zum Paulraum aus einem
eigenen Vorrat betreiben zu können. Bei dieser Betriebsart wird Wasserstoffgas-durch
nicht gezeigte Mittel direkt in den Faulraumtank eingeführt und nicht, wie In Fig..
2 gezeigt% in die Rückleitungt Bei dem beschriebenen AuAführungsbelspiel ist der
In den Faulraum eingespeiste Schlamm als Oprimärer Schlamm" bezeichnet. Jedoch ist
die Herkunft des Schlammes für die Erfindung nicht wesentlich.
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In den beigefügten-Ansprüchen soll der Ausdruck'#tprimiirer-Schlamm"
einen Abwasserschlamm bedeuten, der auch vonanderen Quellen anstelle eines ersten
Absetzbeckens. beispielsweise von einem Durchltiftungstanki einem Rleselfilter oder
dergleichen stammen kann.