DE19742734C2

DE19742734C2 - Anlage zur anaeroben Behandlung von organisch belasteter Abwässer

Info

Publication number: DE19742734C2
Application number: DE1997142734
Authority: DE
Inventors: Michael Schuster; Heribert Kraemer
Original assignee: Biosystem Ges fur Anwend GmbH; LOMMA GERAETETECHNIK GmbH
Current assignee: Schwarting Biosystem 78467 Konstanz De GmbH
Priority date: 1997-09-27
Filing date: 1997-09-27
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2017-09-28
Also published as: DE19742734A1

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

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,

wobei

- 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,

dadurch gekennzeichnet, dass

- 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.