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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur anaeroben Stabilisierung von pumpbaren organischen Reststoffen gemäß Anspruch 1.
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Solche Anlagen werden z.B. auf Kläranlagen eingesetzt, um Klärschlämme, die organische Reststoffe darstellen, unter Bildung von brennbarem Biogas (Methan und Kohlendioxid) so weit zu stabilisieren, dass nach der Behandlung ein weiterer natürlicher Abbau von organischen Inhaltsstoffen mit einer entsprechenden Geruchsbildung weitestgehend unterbleibt. Diese anaerobe Stabilisierung ist z.B. als Klärschlamm-Faulung bekannt. Auch andere organische Reststoffe wie hochkonzentrierte Abwässer werden anaerob stabilisiert (hier auch als Reinigung bezeichnet). Die Reststoffe werden in einen geschlossenen, sauerstofffreien Behälter gegeben und für eine vorbestimmte Dauer behandelt, wobei Mikroorganismen einen überwiegenden Teil der organischen Bestandteile zu dem Biogas und Wasser umsetzen.
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Auf Kläranlagen sind zur anaeroben Stabilisierung der Klärschlämme Faulbehälter eingesetzt. Diese Faulbehälter weisen entweder eine kreiszylindrische Form mit kegelstumpfartigem Boden und/oder Decke oder bevorzugt eine Eiform auf. Diese Formen sind bautechnisch sehr aufwändig und entsprechend teuer zu fertigen. Die Faulbehälter werden im Betrieb mittels z.B. Rührwerken oder Gaseinpressung durchmischt; die Klärschlämme werden auf eine bestimmte Temperatur von z.B. 35°C erwärmt. Auf diese Weise werden gute Wirkungsgrade erzielt.
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Aus der
DE 510 794 ist ein Faulbehälter mit quadratischem Querschnitt bekannt, wobei die Ecken weitgehend gerundet sind. Der Faulbehälter ist nicht beheizt und nicht durchmischt, so dass die Effizienz der Faulung gering ist. Die Gefahr von Ablagerungen ist sehr groß, so dass der Faulbehälter relativ häufig geleert und gereinigt werden muss.
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Die
DE 27 28 585 A1 beschreibt einen Behälter zur anaeroben Abwasserreinigung. In den Behälter ist eine Nachklärkammer integriert. Der Behälter kann quaderförmig sein. Er ist nicht durchmischt und entsprechend wenig effektiv, weil die in der Beschreibung angegebene „Mammutpumpe“ nicht funktionieren kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur anaeroben Stabilisierung von pumpbaren organischen Reststoffen zu schaffen, die für kleinere Reststoff-Mengen wirtschaftlich einsetzbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Der geschlossene Behälter ist quaderförmig. Quaderförmig definiert hier die Grundform, von der geringfügige Abweichungen wie angeschrägte Ecken und/oder leichte Neigungen von Decke und Boden zulässig sind. Diese Bauform ist einfach zu fertigen und kann in Kombination mit anderen Bauten einer Kläranlage besonders flächensparend angeordnet werden. Quaderförmige Behälter zur anaeroben Klärschlammstabilisierung oder zur anaeroben Abwasserreinigung sind zwar aus der Patentliteratur bekannt. Sie sind aber in der Praxis bisher nicht verwirklicht, weil der Fachmann hier Betriebsprobleme bei der Durchmischung und somit bei der Prozessstabilität sowie der Effektivität erwarten würde. Entsprechend sind in den beschriebenen quaderförmigen Behältern keine Mittel zur Durchmischung eingesetzt mit der Folge, dass die biologischen Abbauprozesse nur langsam und ungleichmäßig ablaufen. Daher galt es, dieses Vorurteil der Fachwelt zu überwinden. Denn wegen des sehr hohen Investitionsbedarfs für die eiförmigen oder kreiszylinderförmigen Faulbehälter und die relativ großen erforderlichen Flächen insbesondere in Verbindung mit den zugehörigen Maschinenräumen wird die anaerobe Klärschlammstabilisierung mit ihren energetischen Vorteilen auf kleineren Kläranlagen bis circa 40.000 Einwohnerwerte bislang nicht oder nur vereinzelt eingesetzt. Vielmehr wird hier noch bevorzugt die aerobe Schlammstabilisierung verwendet, die einen sehr hohen Energiebedarf für den erforderlichen Sauerstoffeintrag aufweist.
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Es sind Mittel zum Erwärmen und Mittel zum Durchmischen der Reststoffe angeordnet. Hiermit lassen sich die Betriebsbedingungen für den anaeroben Abbau optimieren. Bekanntlich laufen anaerobe Abbauprozesse bei einer weitestgehend konstanten Temperatur am stabilsten ab, wobei mesophile und thermophile Temperaturbereiche bestehen, in denen sich jeweils angepasste Bakteriengruppen mit ihren speziellen Abbauprozessen ausbilden. In der Praxis hat sich für Klärschlämme eine Temperatur von 35°C als günstig in Bezug auf Energieeinsatz für die Erwärmung und auf die Prozessstabilität erwiesen. Die Temperatur kann mit den Mitteln zum Erwärmen eingestellt und weitestgehend konstant gehalten werden. Die Durchmischung bewirkt eine gleichmäßige Verteilung von aktiven Bakterien und organischen Reststoffen. Insgesamt wird bei einer angemessenen Aufenthaltszeit der organischen Reststoffe in dem Behälter ein sehr guter Abbau mit einer entsprechenden hohen Ausbeute an Biogas erzielt. Die Reststoffe können effektiv und wirtschaftlich stabilisiert werden.
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Eine Wand eines Maschinenhauses ist durch eine Wand des Behälters gebildet. Hierdurch ist einerseits der Platzbedarf für die gesamte Anlage sehr gering. Andererseits werden Baukosten eingespart, und eine Wärmeabstrahlung des Behälters und des Maschinenhauses werden verringert, weil gegenüber einzeln stehenden Bauten die Außenflächen kleiner sind. Weiterhin können zur anaeroben Stabilisierung gehörende Aggregate in unmittelbarer Nähe zum Behälter angeordnet werden. Somit können erforderliche Rohrleitungen optimal verlegt werden und fallen kürzer aus.
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Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
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Die oben genannten Vorteile wirken sich besonders stark dann aus, wenn die gemeinsame Wand eine Längswand des Betriebsgebäudes ist.
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Bevorzugt sind zwei Behälter angeordnet, die eine gemeinsame Wand aufweisen. Hierdurch kann die anaerobe Stabilisierung zweistufig gefahren werden. Dies hat den Vorteil einer sehr stabilen Prozessführung, also einer hohen Betriebssicherheit; der Abbau der organischen Substanzen erfolgt weitergehend als bei einem einstufigen Verfahren, verbunden mit einer höheren Ausbeute an Biogas. Im Fall von Wartungs- oder Instandsetzungsarbeiten kann einer der Behälter als einstufige Stabilisierung weiter betrieben werden, so dass eine Verarbeitung der organischen Reststoffe sichergestellt bleibt. Der Mehraufwand für diese zweistufige Prozessführung ist mit einer Zwischenwand, einer zusätzlichen Pumpe, einem zusätzlichen Wärmetauscher und entsprechenden Rohrleitungen minimal.
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In einer Ausbildung der Erfindung umfassen die Mittel zum Durchmischen einen Kompressor und in dem mindestens einen Behälter angeordnete Düsen. Dies stellt eine effektive Möglichkeit der erforderlichen Umwälzung des Behälterinhalts dar.
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Der Kompressor ist hierbei vorteilhaft auf dem oberen Abschluss des Behälters in einer Kammer angeordnet. Dies erlaubt eine optimale Verlegung der erforderlichen Rohrleitungen bei gleichzeitigem effektivem Schutz der Ausrüstung vor Wettereinflüssen.
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Bevorzugt umfassen die Mittel zum Durchmischen in dem mindestens einen Behälter ein Rührwerk. Das bedeutet, dass jedem der Behälter ein eigenes Rührwerk zugeordnet ist. Das Rührwerk ist preiswert und verbraucht für den Betrieb wenig Energie.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind auf einem Boden des Behälters Böschungselemente aufgebracht. Dies verbessert die Strömungsverhältnisse in dem Behälter, wobei der Behälter selbst weiterhin einfach konstruiert ist.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Grundriss des Behälters quadratisch. Quadratisch umfasst hier ebenfalls rechtwinklige Grundrisse mit gleichen Seitenlängen und angeschrägten Ecken. Dieser Grundriss verbessert die Strömungsverhältnisse in dem Behälter weiter. Eine Seitenlänge des Quadrats beträgt bis zu 12 m.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung beträgt eine Füllstandshöhe der Reststoffe in dem Behälter bis zu 10 m. Für diese Größen ist die Anlage besonders geeignet und die Durchmischung effektiv.
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Bevorzugt sind die Reststoffe Klärschlämme. Denn die Anlage ist besonders für eine Nachrüstung auf bestehenden kleineren Kläranlagen geeignet, um von einer aeroben auf eine anaerobe Stabilisierung der Klärschlämme umzustellen.
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Die Erfindung wird anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Beispiels weiter erläutert. Es zeigen
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1 einen Grundriss einer erfindungsgemäßen Anlage mit zwei Behältern,
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2 einen Längsschnitt A-A der Anlage,
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3 einen Querschnitt B-B der Anlage,
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4 eine Ansicht auf eine Längsseite der Anlage und
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5 eine Ansicht auf eine Breitseite der Anlage.
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Wie aus den Figuren ersichtlich umfasst eine Anlage zur anaeroben Stabilisierung von pumpbaren organischen Reststoffen in einer bevorzugten Ausführungsform zwei geschlossene quaderförmige Behälter 1, 2, ein Maschinenhaus 3 und einen nicht dargestellten Gasspeicher.
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Die Behälter 1, 2 sind im Wesentlichen gleich, haben einen quadratischen Grundriss und weisen eine gemeinsame Wand 4 auf. Das heißt, sie grenzen unmittelbar aneinander, wobei die gemeinsame Wand 4 als einzige Wand 4 gebildet ist. Eine einzige Bodenplatte erstreckt sich unter und eine einzige Decke über beiden Behältern 1, 2. Die Behälter 1, 2 sind außen thermisch mit einem geeigneten Dämmstoff isoliert und dann verkleidet. In Außenwände der Behälter 1, 2 sind an geeigneten Stellen Durchbrüche angeordnet für Mannlöcher, Sichtfenster und Rohrleitungen, die alle gas- und wasserdicht in die Durchbrüche eingebaut sind.
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Auf dem Boden jedes der Behälter 1, 2 sind Böschungselemente 5 derart aufgebracht, dass ein leichtes Gefälle von z.B. 10 % zur Mitte des Bodens gebildet ist. In dieser Mitte endet ein Saugrohr einer Umwälzleitung.
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In jedem der Behälter 1, 2 ist an einer dem Maschinenhaus 3 zugewandten Seite in vorbestimmter Höhe eine Ablaufrinne 21 angeordnet. Die Ablaufrinne 21 eines ersten der Behälter 1 ist hierbei höher als die des zweiten Behälters 2, so dass sich entsprechend unterschiedliche Flüssigkeits-Spiegel in den Behältern 1, 2 einstellen. Die Ablaufrinnen 21 sind an eine Ablaufleitung zu einem Faulschlammbecken angeschlossen, wobei die Ablaufleitung der Ablaufrinne 21 des ersten Behälters 1 mittels einer Verzweigung und Schiebern alternativ in den zweiten Behälter 2 oder zu dem Faulschlammbecken geleitet werden kann.
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In jedem Behälter 1, 2 ist als Mittel zum Durchmischen ein Rührwerk 22 mit einem Antrieb angeordnet.
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Zur Ableitung von während des Betriebs entstehendem Biogas ist auf jedem Behälter 1, 2 ein Dom 23 zur Gasentnahme angeordnet. Die Dome 23 sind mittels einer Gasleitung über eine Schaumfalle und eine Flammensperre an den Gasspeicher angeschlossen.
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An einer Längsseite der Behälter 1, 2 ist das Maschinenhaus 3 derart angeordnet, dass eine Außenwand des Maschinenhauses 3 durch eine Längswand 30 der Behälter 1, 2 gebildet ist.
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In dem Maschinenhaus 3 sind zu der anaeroben Stabilisierung gehörende Aggregate wie Pumpen 6, 7, 8, zwei Wärmetauscher 9, eine Eindickmaschine 10 und Mittel zum Nutzen von Biogas 11 sowie Rohrleitungen angeordnet. So weit die Rohrleitungen in die oder aus den Behältern 1, 2 geführt sind, sind sie – mit Ausnahme von Faulgasleitungen – durch die gemeinsame Längswand 30 der Behälter 1, 2 mit dem Maschinenhaus 3 in dieses geführt.
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Die Pumpen umfassen eine Dünnschlammpumpe 6, eine Dickschlammpumpe 7 für eingedickten Rohschlamm und drei Umwälzpumpen 8 für Faulschlamm. Die Umwälzpumpen 8, von denen eine als Stand-by vorgesehen ist, sind saugseitig an die Saugrohre der Umwälzleitungen und druckseitig über die Wärmetauscher 9 an die Behälter 1, 2 angeschlossen. Hierbei ist die Umwälzleitung mittels Bypass-Leitungen und Schiebern derart ausgerüstet, dass im Normalbetrieb jedem der Behälter 1, 2 eine der Umwälzpumpen 8 sowie einer der Wärmetauscher 9 zugeordnet ist und Faulschlamm für jeden der Behälter 1, 2 separat im Kreislauf führbar ist. Bei Stör- oder Wartungsfällen ist es durch entsprechende Stellungen der Schieber möglich, einem der Kreisläufe eine andere der Umwälzpumpen 8 zuzuordnen.
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Die Dickschlammpumpe 7 ist saugseitig an die Eindickmaschine 10 und druckseitig alternativ an einen der Behälter 1, 2 angeschlossen; entsprechende Rohrleitungen sind mittels Schiebern absperrbar.
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Die Eindickmaschine 10 umfasst die Dünnschlammpumpe 6 für die Zufuhr von Rohschlamm, eine Flockungsmittelstation, ein Eindickungsaggregat sowie die Dickschlammpumpe 7 zum Ableiten von eingedicktem Rohschlamm in die Behälter 1, 2.
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Die Mittel zum Nutzen von Biogas 11 umfassen eine mit dem Biogas antreibbare Kraftmaschine, die mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist, und Mittel zum Nutzen von Abwärme als Heizmedium.
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Im Betrieb wird der anfallende Überschussschlamm und der Primärschlamm über separate Pumpen in einen Schlammsammelbehälter gefördert und als Rohschlamm zwischengespeichert. Aus dem Schlammsammelbehälter wird der Rohschlamm mittels der Dünnschlammpumpe 6 entnommen, mit Flockungsmitteln vermischt und in die Eindickungsaggregat gegeben. Der hier auf ca. 95 % Wassergehalt eingedickte Rohschlamm wird mit der Dickschlammpumpe 7 in den ersten Faulbehälter 1 gepumpt. Von dem Rohschlamm abgetrenntes Filtratwasser wird in den Zulauf der Kläranlage geleitet.
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Der Rohschlamm wird mit der der Dickschlammpumpe 7 quasi- kontinuierlich in den ersten Behälter 1 gepumpt. Der zugeführte Rohschlamm wird durch den dem ersten Behälter 1 zugeordneten Wärmetauscher 9 geführt und hierbei auf eine Betriebstemperatur von 35°C erwärmt. Ein der zugeführten Menge entsprechender Anteil an teilweise ausgefaultem Schlamm fließt über den Überlauf 21 des ersten Behälters 1 in den zweiten Behälter 2, wo wiederum eine entsprechende Menge an stabilisiertem (ausgefaultem) Schlamm über den Überlauf 21 des zweiten Behälters 2 in einen Faulschlamm-Sammelbehälter abläuft. Die beiden Behälter 1, 2 sind mittels der Rührwerke 22 durchmischt, die langsam drehend angetrieben werden; Wärmeverluste werden durch automatisches Ein- und Ausschalten der Umwälzpumpen 8 ausgeglichen, wodurch der umgewälzte Faulschlamm in den Wärmetauschern 9 erwärmt und so in den Behältern 1, 2 eine weitestgehend konstante Temperatur von 35°C eingehalten wird. Organische Bestandteile des Rohschlamms werden durch biologischen anaeroben Abbau weitestgehend zu Biogas und Wasser zersetzt. Eine Gesamtaufenthaltszeit des Schlamms in den Behältern 1, 2 ist auf 20 Tage ausgelegt.
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Das Biogas wird über eine Schaumfalle und eine Flammensperre in den Gasspeicher geleitet, so dass Differenzen zwischen Produktion und Bedarf ausgeglichen werden können. Das Biogas wird in den Mitteln zum Nutzen des Biogases 11 verwertet. Hierfür wird es zum Betrieb der Kraftmaschine, z.B. einem Gasmotor oder einer so genannten Mikroturbine, genutzt, wobei elektrischer Strom und Abwärme erzeugt werden. Der Strom wird auf der Kläranlage zum Betrieb von z.B. Pumpen und Belüftern verbraucht. Die Abwärme wird zur Beheizung der Behälter und von Gebäuden der Kläranlage sowie zur Warmwasserbereitung genutzt.
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Bei einer Betriebsstörung in einem der Behälter 1, 2 ist es möglich, den betriebsbereiten der Behälter 1, 2 weiter zu betreiben. Auf diese Weise kann der Klärschlamm weiter – zumindest teilweise – stabilisiert werden, wobei entsprechend Biogas erzeugt wird.
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Alternativ zu den Rührwerken 22 und nicht dargestellt umfassen die Mittel zum Durchmischen für jeden der Behälter 1, 2 vier Einpresslanzen für Biogas, die so angeordnet sind, dass jede der Einpresslanzen einem separaten Eckbereich des Behälter-Querschnitts zugeordnet ist.
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Die Einpresslanzen sind über Gasleitungen mit der Druckseite eines Gaskompressors verbunden. Der Gaskompressor, die Schaumfalle und die Flammensperre sind in einer Einhausung angeordnet, die auf den Behältern aufgestellt ist.
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Das Biogas wird direkt von den Behältern 1, 2 über die Schaumfalle abgezogen, in dem Gaskompressor verdichtet und über die Einpresslanzen zurück in die Behälter 1, 2 gepresst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 510794 [0004]
- DE 2728585 A1 [0005]
