DE19742734C2 - Anlage zur anaeroben Behandlung von organisch belasteter Abwässer - Google Patents
Anlage zur anaeroben Behandlung von organisch belasteter AbwässerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur anaeroben Behandlung
organisch belasteter Abwässer, bestehend aus
- - einem Behälter,
- - einem Zulauf in den Behälter und
- - einem Ablauf aus dem Behälter sowie
- - einer Regeleinrichtung zur Steuerung des Durchflusses eines Abwasserstroms in der Anlage,
wobei
- - der Behälter in mehrere Reaktorräume unterteilt ist,
- - die einzelnen Reaktorräume durch in den Behälter ein bringbare Trennwände, die wechselweise vom Boden und von der Decke des Behälters angeordnet sind, gebildet wer den, so dass von einem Reaktorraum zu anderen ein mäan derförmiger Durchfluss des Abwasserstroms entsteht,
- - die einzelnen Reaktoräume durch ein System von einzelnen je nach Bedarf abschaltbaren Leitungen miteinander ver bunden sind, und
- - in dem Bereich der Decke des Behälters Elemente zum Auf fangen des durch den Klärprozess entstehenden Gases vor gesehen sind, die mit einem Leitungssystem zum Transport des Gases verbunden sind,
Bei biologischen Verfahren zur Reinigung organisch belaste
ter Abwässer unterscheidet man im allgemeinen zwischen
aeroben und anaeroben Verfahren, je nachdem ob die zum Ein
satz kommenden Mikroorganismen zur Aufrechterhaltung ihres
eigenen mikrobiellen Abbauprozesses Sauerstoff benötigen
oder nicht.
In kommunalen Kläranlagen kommen überwiegend aerobe Verfah
ren zum Einsatz. Anaerobe Verfahren haben sich vor allem in
den Fällen durchgesetzt, bei denen organisch hochbelastete
Abwässer anfallen.
Der anaerobe Abbau zu Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2)
findet in der Natur als Endabbau organischer Substanz in
Sedimenten von Seen und Flüssen statt. Die wesentlichen
Schritte des Abbaus sind:
- - Spaltung von Polymeren in lösliche niedermolekula re Bestandteile durch den Prozeß der Hydrolyse;
- - Bildung von niederen Fettsäuren, Alkoholen, CO2 und H2 in der sogenannten acidogenen Phase;
- - Bildung von Acetat, Kohlendioxid (CO2) und Wasser stoff (H2) in der sogenannten acetogenen Phase;
- - Bildung von Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2).
Voraussetzung für den vollständigen Abbau ist, daß für die
jeweils beteiligten Organismen gute Bedingungen vorliegen,
so daß sich keine Zwischenprodukte, wie beispielsweise län
gerkettige Fettsäuren, anhäufen können. Besonders wichtig
ist, daß für die nur langsam wachsenden methanbildenden
Bakterien zum einen ein neutraler pH-Wert und zum anderen
eine gleichbleibende Temperatur von ca. 32°C gehalten
wird. Ferner sollte ein Redoxpotential von kleiner als
-200 mV vorliegen.
Bei der anaeroben Abwasserbehandlung haben sich verschiede
ne Reaktortypen bzw. Verfahrensführungen etabliert. Die
wichtigsten Typen sind:
- - Rührkessel (mit oder ohne externer Schlammrückführung),
- - Schlammbettreaktor (mit Schlammrückhalt durch interne Ab scheider),
- - Festbettreaktoren (mit Schlammrückhalt auf mit Bakterien besiedelten Flächen).
Die Behälter werden vorzugsweise als hohe stehende Zylinder
ausgeführt, sind isoliert und beheizt. Sie werden mit Rühr
werken und/oder Umwälzpumpen durchmischt. Für den gesamten
Klärprozeß ist es häufig notwendig, daß dem eigentlichen
Haupt-Klärprozeß ein sogenannter Vorversäuerungsprozeß vor
geschaltet wird, um je nach Art des Abwassers zu erreichen,
daß die organischen Inhaltsstoffe des Abwassers in für
Methanbakterien verfügbare Substrate umgewandelt werden.
Hierfür sind gasdichte Hydrolyse- bzw. Vorversäuerungsbe
hälter vorgesehen. Im Anschluß an den Klärprozeß werden je
nach Anwendungsgebiet die Abwasser aerob nachbehandelt, um
etwaige Geruchsbelästigungen zu vermeiden.
Eine Anlage für eine anaerobe Abwasserreinigung ist aus der
deutschen Zeitschrift "gwf Wasser Abwasser" 135 (1994),
Seiten 590 bis 594 bekannt, die aus einem sogenannten Kas
kadenreaktor bzw. Behälter mit mehreren Kammern bzw. Reak
torräumen und einer mäanderförmigen Strömungsführung be
steht, wobei die einzelnen Reaktorräume durch ein Leitungs
system mit einer Pulsatoranlage zur Förderung einer Pellet
bildung der Biomasse und Erneuerung von Kontaktflächen ver
bunden sind.
Die wesentlichen Nachteile dieser bekannten Anlage für eine
anaerobe Abwasserreinigung sind, dass:
- - die Anlage nicht transportierbar ist und
- - sie keinen modularen Aufbau aufweist, bei dem weitere Reaktorräume angeschlossen werden können, um eine stufenweise Erweiterung der Anlage zu ermöglichen und der Schmutzfracht entsprechend anzupassen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine leicht trans
portierbare Anlage zur anaerob biologischen Reinigung orga
nisch belasteter Abwässer aus verschiedenen Industriepro
zessen zu schaffen, die sowohl erweiterbar als auch anpass
bar ist, damit eine Behandlung von Abwässern mit unter
schiedlichen Durchflussmengen und unterschiedlichen Sub
stratqualitäten bei nahezu konstant bleibenden Klärwirkung
möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß
- - die vollständige Anlage in einem Normcontainer montiert ist,
- - die Anlage eine modulare Bauweise aufweist, indem an dem Behälter zumindest an einer Seite ein Anschlusselement vorgesehen ist, um einen weiteren Behälter mit weiteren Reaktorräumen anzuflanschen und
- - das System von einzelnen abschaltbaren Leitungen die Re aktorräume so miteinander verbindet, dass ein Fluid kreislauf von einem Reaktorraum zu einem beliebigen da vorliegenden Reaktorraum entstehen kann, um eine Erhö hung bzw. Reduzierung der Reaktorräume eines Vorversäue rungs- bzw. Methanisierungsbereichs zu erreichen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß auf
einfache Weise organisch belastete Abwässer gereinigt wer
den können. Die Anlage hierfür ist sehr kompakt aufgebaut
und in einem Normcontainer in einfachster Art
und Weise einbringbar, wobei der Container beispielsweise
zum Transport auf einem Lastkraftwagen geeignet ist.
Ferner ist die Anlage selbst aus wenigen einfachen, zum
überwiegenden Teil aus Normteilen bestehenden Bauelementen
herstellbar. Die zur Unterteilung des Behälters in einzelne
sogenannte Reaktorräume vorgesehen Trennwände bestehen aus
einem beliebigen Material und sind wechselweise an der Wan
dung bzw. an Boden und Decke des Behälters angebracht, wo
bei das eine freie Ende der Trennwände, das der Befestigung
gegenüberliegt, im Abstand von der Wandung angeordnet ist,
so daß die benachbarten Reaktorräume fluidmäßig miteinander
verbunden sind und der durch die Zufuhrleitung zugeführte
Abwasserstrom mäanderförmig durch den Behälter
geführt wird.
Ferner ist vorteilhafterweise jeder Reaktorraum oder jede
Kammer über eine Leitung, in die jeweils ein Sperrelement
geschaltet ist, mit einem zentralen Leitungssystem verbun
den. Diese Leitung ist mit dem Leitungssystem so gekoppelt,
daß ein Kreislauf de Reaktorinhalts von einem Reaktorraum
zu einem beliebigen davorliegenden Reaktorraum entsteht,
wobei sich der bereits teilweise geklärte Abwasserstrom mit
dem noch nicht geklärten und der Anlage hinzugefügten Ab
wasserstrom vermischt, so daß eine Konzentrationsreduzie
rung des neu hinzufließenden Abwasserstroms eintritt.
Dadurch kann - aufgrund dieser Anordnung der Leitungen und
des weiteren Leitungssystems - je nach Art des Abwassers
der Methanisierungsbereich vergrößert werden, wenn kein
Vorsäuerungsprozeß notwendig ist (einstufiger Prozeß). Um
gekehrt kann die Reaktorkammeranzahl für den Vorsäuerungs
prozeß vergrößert werden, um ein entsprechendes Abwasser
für den Methanisierungsprozeß vorbereiten zu können (zwei
stufiger Prozeß).
Sollte die Größe des Methanisierungsbereichs oder des Vor
säuerungsbereichs nicht ausreichen, so sind an einer Seite
des Behälters Flanschelemente vorgesehen, an die einzelne
oder wiederum in Behältern angeordnete Reaktorkammern modu
lar und je nach Bedarf angefügt werden können.
Für den Betrieb der Anlage ist auf einer Seite, vorteilhaf
terweise auf der den Flanschelementen gegenüberliegenden
Seite ein Maschinenraum vorgesehen, in dem die entsprechen
den Aggregate, wie beispielsweise Förderpumpe oder Wärme
tauscher enthalten sind. Vorteilhafterweise ist dieser Ma
schinenraum ebenfalls in dem Container vollständig enthal
ten. Ferner kann in dem Maschinenraum eventuell eine Vor
filtrationsanlage neben der für den beschleunigten Klärvor
gang notwendigen Heiztechnik untergebracht werden. Es ist
aber auch denkbar, daß diese Einrichtungen separat angeord
net sind, damit die gesamte Größe des Containers für die
Klärung des Abwassers genutzt werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Klärprozeß besteht die Möglich
keit, eine pH-Messung vorzusehen. Diese pH-Messung ist vor
zugsweise im zusätzlichen Leitungssystem vorgesehen. Der
pH-Wert kann dann gemessen werden, wenn der bereits teil
weise geklärte Abwasserstrom durch das zusätzliche Lei
tungssystem fließt, bevor dieser dann zusammen mit dem - je
nach Bestätigung des Sperrventils teilweise - ungeklärten
Abwasserstrom wieder zurück in den Reaktorraum geführt
wird.
Der gesamte Behälter ist vorteilhafterweise isoliert und
wird beheizt. Zur Einsparung des Energiebedarfs kann zur
Vorerwärmung des zu klärenden Abwassers auf die optimale
Reaktortemperatur (30-35°C) mittels eines Wärmetauschers
das zulaufende Abwasser durch das ablaufende gereinigte Ab
wasser erwärmt werden. Die Erwärmung des Behälters selbst
erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Gasbrenners, der das
bei dem Klärprozeß entstehende und an der Decke des Behäl
ters abgefangene Gas und bei Bedarf auch Gas aus einer ex
ternen Quelle verwendet.
Die weiteren Vorteile der Anlage sind damit zum einen, daß
zur Klärung des Abwassers sehr wenig Energie benötigt wird
und zum anderen, daß keine Geruchsbelästigung eintritt, da
der Behälter gasdicht verschlossen ist und auch wenig Platz
zum Aufstellen des Behälters benötigt wird, da der notwen
dige Raum zur Klärung des Wassers u. a. durch die Anordnung
der Trennwände und des damit verbundenen meanderförmigen
Durchflusses des Abwasserstroms durch den Behälter optimal
ausgenutzt ist.
Zur Verstärkung des Klärprozesses in der Metanisierungspha
se sind vorteilhafterweise Festbettreaktoren vorgesehen.
Diese haben die Funktion die an sich langsam wachsenden und
säureempfindlichen Bakterien auf Einrichtungen im System
zurückzuhalten und zu verhindern, daß diese durch die Strö
mungsgeschwindigkeit des Abwasserstroms aus dem System her
ausgespült werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei
spiels der Erfindung und den Zeichnungen hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbei
spiels einer Kompaktkläranlage, teilweise im
Schnitt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Kom
paktkläranlage gemäß Fig. 1, wobei der Abwasserstrom
durch den Behälter strömt,
Fig. 3 eine schematische Ansicht des Aufbaus der Kompakt
kläranlage, wobei der bereits teilweise geklärte Ab
wasserstrom zusammen mit dem neu in den Behälter
fließenden Abwasserstrom mehrfach durch bestimmte
Kammern des Behälters strömt.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Kompaktkläranlage 1
besteht im wesentlichen aus einem Behälter 2, in dem der
Klärprozeß erfolgt und einem Maschinenraum 3, in dem die
gesamte Versorgungstechnik für den Klärprozeß untergebracht
ist.
Der Behälter 2 ist durch Trennwände 4 in einzelne Reaktor
räume 5 unterteilt, wobei bei diesem in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiel die Trennwände 4 wechsel
weise an Boden 6 und Decke 7 des Behälters 2 angebracht
sind und das freie Ende 8 der Trennwände 4 jeweils von der
Decke 7 bzw. vom Boden 6 des Behälters 2 beabstandet ist.
Dadurch ist es möglich, daß der Abwasserstrom (Pfeile 9),
der über eine Zufuhrleitung 10 in den Behälter 2 geführt
wird, mäanderförmig durch den Behälter 2 geführt wird und
so der Raum des Behälters 2 für den Klärungsprozeß optimal
ausgenutzt wird.
An dem der Zufuhrleitung 10 gegenüberliegenden Seite ist
eine Ablaufleitung 11 vorgesehen, die bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel weiter zu einem Wärmetauscher 12 geführt
wird. Dadurch wird bewirkt, daß der Abwasserstrom, der zu
der Zufuhrleitung 10 geführt wird, durch das bereits ge
klärte und warme gereinigte Wasser erwärmt wird.
Zudem führen von jedem einzelnen Reaktorraum 5 Leitungen 17
weg, die in ein zentrales Leitungssystem 13, das unabhängig
von den Zufuhr- und Abfuhrleitungen 10 bzw. 11 ist, münden.
Jede der Leitungen 17 ist mit einem Sperrventil 14 ausge
stattet, das von einer zentralen Stelle aus bedienbar ist.
Die Leitungen 17 sind mit dem Leitungssystem 13 so gekop
pelt, daß von jedem Reaktorraum 5 der Abwasserstrom (Pfeile
9) rückführbar in einen beliebigen in Durchflußrichtung da
vorgelegenen Reaktorraum 5 ist. Dadurch kann bewirkt wer
den, daß die einzelnen Reaktorräume 5 in Abhängigkeit von
der Verschmutzung und Art des Abwassers entweder als Vor
versäuerungsbereich oder als Methanisierungsbereich verwen
det werden können.
Ferner ist im besagten Leitungssystem 13 eine Mess- und Re
geltechnik-Einheit 15 zusammen mit einer Pumpe 18 vorgese
hen, die beispielsweise dem pH-Wert des bereits geklärten
Abwassers bestimmt und dann entsprechend eine in der Zeich
nung nicht dargestellte Dosierpumpe ansteuert, um in Abhän
gigkeit vom pH-Wert eine Säure oder Lauge hinzufügen zu
können, damit die auf dem Festbett angesiedelten Bakterien
nicht zerstört werden.
In Fig. 3 ist ein Beispiel einer solchen Unterteilung eines
Behälters 2 in zwei Bereiche, nämlich in einen Vorversäue
rungsbereich V und einen Methanisierungsbereich M darge
stellt, wobei der Methanisierungsbereich M aufgrund der
Schaltung der entsprechenden Sperrventile 14 mehrfach
(kreislaufartig) vom Abwasserstrom zusammen mit dem neu in
den Behälter 2 geführten Abwasserstrom durchflossen wird.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß in Abhängigkeit
der Art und Qualität des Abwassers der Behälter 2 beliebig
in einen Vorversäuerungsbereich V und einen Methanisie
rungsbereich M oder nur in einen Methanisierungsbereich M
oder nur in einen Vorversäuerungsbereich V aufgeteilt wer
den, indem je nach Stellung der einzelnen Sperrventile 14
eine beliebige Anzahl von Reaktorräumen kreislaufartig
durchflossen werden.
Zudem ist bei diesem in den Fig. 1-3 dargestellten Aus
führungsbeispiel im Bereich der Decke eine in den Zeichnun
gen nicht näher dargestellte Auffangeinrichtung für das
während des Klärprozesses entstehenden Gases vorgesehen.
Über weitere Leitungen 16 kann das so aufgefangene Gas zur
Weiterverwendung abtransportiert werden.
Eine Möglichkeit in der Verwendung des durch den Klärprozeß
entstandenen Gases besteht darin, das Gas dazu zu verwen
den, um den Behälter aufzuheizen. Hierzu ist im Maschinen
raum 3 eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Heiz
anlage vorgesehen, die u. a. dieses Gas verbrennt. Ferner
sind in dem Maschinenraum 3 die gesamte Steuer- und Regel
technik untergebracht, die zum Betrieb der Kompaktkläranla
ge benötigt wird.
Anwendungsgebiete sind in erster Linie biologisch abbaubare
organisch hochbelastete Abwasser- oder Abwasserteilströme
in der Industrie. Durch die gute Abbaubarkeit besonders ge
eignet sind Abwässer aus allen Bereichen der lebensmittel
verarbeitenden Industrie, der Getränkeindustrie, wie bei
spielsweise Brauereien und Spirituosenhersteller, Abwässer
aus Molkereien, der Futtermittelindustrie, der Zellstoffin
dustrie usw. Aber auch Abwässer aus anderen Industriezwei
gen, wie z. B. aus der pharmazeutischen Industrie können,
wenn die anaerob biologische Abbaubarkeit nachgewiesen wer
den kann, behandelt werden.
Auch die Nachrüstung einer bereits bestehenden Anlage mit
einer anaeroben Vorreinigung ist möglich und vor allem bei
einer Erhöhung der Abwasserfracht bei Betriebserweiterungen
eine kostengünstige Variante.
Claims (11)
1. Anlage zur Behandlung organisch belasteter Abwässer,
bestehend aus:
- - einem Behälter (2),
- - einem Zulauf in den Behälter (2) und
- - einem Ablauf aus dem Behälter (2) sowie
- - einer Regeleinrichtung zur Steuerung des Durchflusses eines Abwasserstroms in der Anlage,
- - der Behälter (2) in mehrere Reaktorräume (5) unter teilt ist,
- - die einzelnen Reaktorräume (5) durch in den Behälter (2) einbringbare Trennwände (4), die wechselweise vom Boden (6) und von der Decke (7) des Behälters (2) an geordnet sind, gebildet werden, so dass von einem Re aktorraum (5)zu anderen ein mäanderförmiger Durch fluss des Abwasserstroms (Pfeile 9) entsteht,
- - die einzelnen Reaktoräume (5) durch ein System von einzelnen je nach Bedarf abschaltbaren Leitungen (13) miteinander verbunden sind, und
- - in dem Bereich der Decke (7) des Behälters Elemente zum Auffangen des durch den Klärprozess entstehenden Gases vorgesehen sind, die mit einem Leitungssystem (16) zum Transport des Gases verbunden sind,
- - die vollständige Anlage (1) in einem Normcontainer montiert ist,
- - die Anlage (1) eine modulare Bauweise aufweist, indem an dem Behälter (2) zumindest an einer Seite ein An schlusselement vorgesehen ist, um einen weiteren Be hälter (2) mit weiteren Reaktorräumen (5) anzuflan schen und
- - das System von einzelnen abschaltbaren Leitungen (13) die Reaktorräume so miteinander verbindet, dass ein Fluidkreislauf von einem Reaktorraum (5) zu einem beliebigen davorliegenden Reaktorraum entstehen kann, um eine Erhöhung bzw. Reduzierung der Reaktorräume eines Vorversäuerungs- bzw. Methanisierungsbereichs zu erreichen.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in
der Leitung (13) die einen Reaktorraum mit einem weite
ren Reaktorraum verbindet, eine Pumpe (18) geschaltet
ist.
3. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in den Behältern (2) Halteelemente
an dem Boden (6) und der Decke (7) zur variablen An
bringung der Trennwände (4) vorgesehen sind.
4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Behälter (2) isoliert ist.
5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Behälter (2) beheizbar ist.
6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass Heiz- und Pumpanlagen Bestandteil
des Behälters (2) sind.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beheizung des Behälters (2) durch das während des
Klärprozesses entstandenen Gases erfolgt.
8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (12) zwischen
der Zulaufleitung (10) und der Ablaufleitung (11) vor
gesehen ist, um den zulaufenden Abwasserstrom durch den ablaufenden Abwasserstrom vorzuwär
men.
9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in mindestens einem Reaktorraum
(5) der Anlage ein Festbett vorgesehen ist.
10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine weitere Regeleinrichtung zur Betätigung der ab
schaltbaren Leitungen vorgesehen ist, die Sperrventile
(14) und Elemente zur Bedienung der Sperrventile (14)
umfasst, wobei jedes Sperrventil (14) einzeln unabhän
gig betätigbar ist.
11. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Betrieb der Anlage mit Über
druck erfolgt.
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DE1997142734 DE19742734C2 (de) | 1997-09-27 | 1997-09-27 | Anlage zur anaeroben Behandlung von organisch belasteter Abwässer |
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Effective date: 20120403 |