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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum anaeroben Abbau von biochemischen
Abfällen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum anaeroben
Abbau von biochemischen Abfällen, welche Proteine und Fette enthalten.
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Stadtnüll enthält im allgemeinen einen hohen Anteil an Abfällen, die
aus dem Haushalt oder dergleichen stammen, und der Anteil an überschüssigem Aktivschlamm
ist durch die neuere Entwicklung von Anlagen für die Zusatzbehandlung zur Beseitigung
von Abwässern und Abfallösungen aus Viehzuchtfarmen noch erhöht worden. Bekanntlich
erzeugen diese biochemischen Abfälle unangenehme Gerüche und ihre Handhabung ist
sehr mUhsam. Es ist sehr wichtig, diese biochemischen Abfälle in wirksamer Weise
aufzuarbeiten, ohne eine Verschmutzung der Umwelt zu verursachen.
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Zur Zeit werden diese biochemischen Abfälle hauptsächlich durch Verbrennen,
Einfüllen in Deponien und Versenken im Meer beseitigt.
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Das Lagern in Deponien und das Versenken im Meer führen Jedoch zur
Verunreinigung des Bodens und des Wassers. Außerdem verursacht die Verbrennung Schwierigkeiten
im Hinblick auf die Beseitigung von Rauch, schlechten Gerüchen und Verbrennungsasche.
Bei Jeder dieser bekannten Methoden ist es unvermeidlich, daß eine Sekundärverschmutzung
auftritt.
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Als ein Verfahren zur Aufbereitung von konzentrierten biochemischen
Abfällen ist seit langer Zeit ein Verfahren zum anaeroben Abbau bekannt. Im Hinblick
auf das Vermeiden des Auftretens von Umweltverschmutzungen und aufgrund der erzielten
Energieersparnis ist dieses anaerobe Abbauverfahren sehr vorteilhaft, weil der abgebaute
Schlamm, welcher den Abbaurückstand darstellt, wirksam als Düngemittel verwendet
werden kann und das gebildete Methangas als Energiequelle für die Abbauvorrichtung
angewendet werden kann. Die
ses Verfahren ist Jedoch darin nachteilig,
daß zur vollständigen Durchführung des Abbaus eine sehr lange Dauer erforderlich
ist.
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Es ist bekannt, daß dieser anaerobe Abbau hauptsächlich durch zwei
Reaktionen erzielt wird. Eine dieser Reaktionen ist eine Verflüssigungsreaktion,
bei der in dem Abfall enthaltene organische Substanzen unter der Einwirkung von
anaeroben verflüssigenden Bakterien (Fäulnisbakterien) in flüchtige Fettsäuren mit
niederem Molekulargewicht umgewandelt werden, wie Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure,
und die andere Reaktion besteht in der Umsetzung der so gebildeten organischen Säuren
zu Methan mit Hilfe von gasbildenden Bakterien (Methanbakterien). Im allgemeinen
schreitet der anaerobe Abbau in Gegenwart sowohl der verflüssigenden, als auch der
gasbildenden Bakterien oder während des Vorgangs des Energieaustausches zwischen
den verflüssigenden und den gasbildenden Bakterien langsam fort. Für den anaeroben
Abbau ist daher im allgemeinen eine derart lange Behandlungsdauer, wie von 30 bis
50 Tagen, notwendig.
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Wegen dieser Nachteile wurde das übliche anaerobe Abbauverfahren immer
weniger angewendet und zur Zeit wird es nur zur Behandlung von Rohabwässern eingesetzt.
Die vorstehend erwähnten Eigenschaften einer Verhinderung der Umweltverschmutzung
und der auftretenden Energieersparnisse werden Jedoch erneut in Betracht gezogen
und es wurden bereits Versuche unternommen, die Behandluhgswirksamkeit des Verfahrens
des anaeroben Abbaus zu verbessern. Im Zug einer solchen Verbesserung hat die Anmelderin
kürzlich anaerobe Abbauverfahren entwickelt und vorgeschlagen, bei denen den Abfällen
bzw. Abwässern eine Säure zugesetzt wird und die Abfälle dann unter sauren Bedingungen
erhitzt werden, um die Viskosität des Abfallschlamms zu vermindern (US-Patentanmeldung
651 586 vom 22.
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Januar 1976 und US-Patentanmeldung 685 901 vom 12. Mai 1976).
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Nach diesen Verfahren können Abwässer mit hohen Konzentrationen eingesetzt
werden und es wurde bestätigt, daß dann, wenn der pH-Wert auf einen niedrigeren
Wert vermindert wird,bessere Ergebnisse erzielt werden und die Dauer des Abbaus
merklich verkürzt werden kann. Diese Verfahren haben Jedoch den Nachteil, daß nach
der vorstehend erwähnten Vorbehandlung der pH-Wert zur DurchfUhrung
des
Abbaus durch anaerobe Gärung wieder auf etwa 5 bis etwa 7 erhöht werden sollte.
Zur Einstellung des pH-Werts muß daher ein Neutralisationsmittel zugesetzt werden.
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Verfahren zum anaeroben Abbau sind beispielsweise in folgenden Literaturstellen
beschrieben : den US-Patentschriften 2 029 702, 3 468 794, 3981 800, 3838199, 3959
125, 3649 534, zu 649 3459659, 3 772 191 und 3 105 041 sowie Journal WPCF, 47, Nr.
1, Seiten 30 bis 45, Januar 1975.
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Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Aufarbeitung
von biochemischen Abfällen zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorstehenden Nachteile
der üblichen Methoden ausgeschaltet werden können und durch das eine hohe Wirksamkeit
des Abbaus ohne Zugabe eines Neutralisationsmittels erreicht werden kann.
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Hauptbestandteile von biochemischen Abfällen sind Kohlenhydrate, Fette
und Proteine und es ist bekannt, daß die Menge und Reinheit des pro Gewichtseinheit
aus den Jeweiligen Bestandteilen erzeugten Methangases in der Reihenfolge Fette,
Proteine und Kohlenhydrate größer und höher werden. Die Anmelderin hat festgestellt,
daß bei dem Abbau von biochemischen Abfällen die Reaktion von Proteinen und Fetten,
deren Zersetzung schwierig ist, den geschwindigkeitsbestimmenden Faktor darstellt
und daß die Gesamtgeschwindigkeit des Abbaus dadurch vermindert wird. Durch zahlreiche
Untersuchungen wurde festgestellt, daß dann, wenn die als Ausgangsmaterialien vorliegenden
biochemischen Abfälle unter alkalischen Bedingungen einer Wärmebehandlung unterworfen
werden, der anschließende anaerobe Abbau gefördert und beschleunigt werden kann.
Die Erfindung beruht auf diesen Untersuchungen.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum anaeroben Abbau
von biochemischen Abfällen, bei dem eine die biochemischen Abfälle enthaltende wässrige
Lösung mit Hilfe den anaeroben Abbau bewirkender Bakterien behandelt werden. Dieses
Verfahren ist
dadurch gekennzeichnet, daß der wässrigen Lösung von
biochemischen Abfällen Alkali zugesetzt wird und die biochemischen Abfälle unter
Erhitzen zersetzt werden, wonach der anaerobe Abbau durchgeführt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen
ausführlicher erläutert. Zu biochemischen Abfällen, welche erfindungsgemäß aufbereitet
werden sollen, gehören überschüssiger Aktivschlamm, Müll, unbehandelte Kloakenabwässer
menschlicher und tierischer Herkunft, Abwässer, die bei Alkoholdestillationsvorgängen
entstehen,und konzentrierte Abwässer aus Anlagen der Nahrungsmittelindustrie. Die
Erfindung läßt sich vorzugsweise auf die Behandlung dieser biochemischen Abfälle
anwenden, die einen hohen Anteil an schwierig zersetzlichen Bestandteilen, wie Fette
und Proteine, enthalten.
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Diese biochemischen Abfälle werden pulverisiert, so daß grobe und
großteilige Feststoffe zu einer Korngröße zerteilt werden, die für die alkalische
Zersetzung unter Erhitzen geeignet ist, und die Abfälle werden, den Erfordernissen
entsprechend, mit Wasser verdünnt. Die Abfälle werden somit in Form einer wässrigen
Lösung oder einer wässrigen Aufschlämmung aufgearbeitet.
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Erfindungsgemäß wird Alkali in einer solchen Menge zugesetzt, da der
pH-Wert der Lösung mindestens etwa 8,0, vorzugsweise mindestens 8,5 beträgt. Im
allgemeinen wird Jedoch die Menge des zugesetzten Alkali, die zur Einstellung des
vorstehend erwähnten pH-Werts dient, in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der
Art des biochemischen Abfalls, der Zusammensetzung und Konzentration der organischen
Bestandteile und der Art der alkalischen Verbindung bestimmt. Die Menge an Alkali,
die normalerweise zu dem vorstehenden pH-Wert führt, liegt im Bereich von 0,1 bis
30 Gew.-% (Gewicht/Gewicht), bezogen auf den eingesetzten biochemischen Abfall (berechnet
in trockener Form). Wenn der pH-Wert niedriger als etwa 8,0 ist, tritt die thermische
Zersetzung durch das Alkali nicht ausreichend ein und es werden keine guten Ergebnisse
erzielt.
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Als Alkalien können beispielsweise Oxide, Hydroxide und Carbonate
von Alkalimetallen, wie Natrium und Kalium, und Erdalkalimetallen, wie Calcium und
Magnesium, verwendet werden. Unter diesen Verbindungen sind die Hydroxide von Natrium
und Kalium sowie Calciumhydroxid besonders wirksam zum Beschleunigen des Abbaus
von Fetten und sie werden daher bevorzugt eingesetzt.
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Die wässrige Lösung von biochemischen Abfällen, der die alkalische
Verbindung zugesetzt worden ist, wird dann auf etwa 30 bis etwa 1600C erhitzt und
vom wirtschaftlichen Standpunkt aus und im Hinblick auf andere Faktoren wird bevorzugt,
daß das Erhitzen bei einer Temperatur von etwa 30 bis etwa 100 C durchgeführt wird.
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Wenn die Temperatur niedriger als etwa 300C ist, schreitet die Zersetzung
der Abfälle nicht leicht fort und wenn die Temperatur höher als etwa 1600C ist,
wird der nachfolgende anaerobe Abbau ungünstig beeinflußt. Aus diesem Grund werden
zu niedrige oder zu hohe Temperaturen nicht bevorzugt. Die Dauer der Wärmebehandlung
bei der vorstehend angegebenen Temperatur läßt sich in Abhängigkeit von dem pH-Wert
und der Temperatur weitgehend variieren. So muß beispielsweise bei einem pH-Wert
von 8 und einer Temperatur von 300C das Erhitzen mindestens 3 Stunden durchgeführt
werden und bei einem pH-Wert von 14 und einer Temperatur von 1000C muß das Erhitzen
mindestens eine Minute vorgenommen werden. Wenn die Wärmebehandlung bei einem hohen
pH-Wert und bei hoher Temperatur während langer Dauer, beispielsweise bei einem
pH-Wert von 14 und einer Temperatur von 1600C während mindestens 30 Minuten, durchgeführt
wird, so bilden sich Zersetzungsprodukte, welche den fermentativen Abbau hemmen
und B-Vitamine, die wichtige Wachstumsfaktoren für anaerobe Bakterien darstellen,
werden völlig zersetzt. Derartige Behandlungsbedingungen sind daher nicht bevorzugt
und unter solchen Bedingungen von hohem pH-Wert und hoher Temperatur sollte die
Dauer des Erhitzens innerhalb von 10 Minuten gehalten werden. Die Methode des Erhitzens
ist nicht besonders kritisch und es können beliebige bekannte Methoden angewendet
werden. So erfolgt beispielsweise das Erhitzen durch eine Heizvorrichtung oder einen
Wärmeaustauscher, die am äußeren Umfang eines Wärmebehandlungstanks
oder
im Inneren des Tanks angeordnet sind, oder durch direktes Einblasen von Wasserdampf
in die Lösung. Das Rühren erfolgt nach einer Methode, die in geeigneter Weise unter
den dafür bekannten Methoden gewählt wird, wobei der Wassergehalt des Rohmaterials
und die Menge des zugesetzten Wassers in Betracht gezogen werden.
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Wenn beispielsweise der Wassergehalt 75 bis 85 Gew.-% (Gewicht/ Gewicht)
beträgt, so werden gute Ergebnisse durch Rühren bzw. durch Mischen in einem rotierenden
Zylinder erzielt.
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Durch die vorstehend erläuterte Behandlung werden Fette, Proteine
und ähnliche Bestandteile, die in biochemischen Abfällen vorliegen, in zufriedenstellender
Weise zersetzt und die Molekulargewichte von makromolekularen Verbindungen, wie
Proteinen, werden vermindert und Fette werden unter Bildung von höheren Fettsäuren
zersetzt. Die so gebildeten Fettsäuren bewirken eine Verminderung des pH-Werts der
biochemischen Abfälle.
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Die so behandelten biochemischen Abfälle werden dann der Abbaubehandlung
in Gegenwart von anaerob abbauenden Bakterien unterworfen. Diese Behandlung erfolgt
im allgemeinen durch Rühren bzw.
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Bewegen der Lösung bei vorbestimmter Temperatur unter anaeroben Bedingungen
während mehrerer Tage. Es ist bekannt, daß die den anaeroben Abbau bewirkenden Bakterien
verflüssigende Bakterien und gasbildende Bakterien umfassen. Die Abbaubehandlung
kann sowohl in Gegenwart von verflüssigenden Bakterien, als auch von gasbildenden
Bakterien vorgenommen werden, wobei die Verflüssigung und die Gasbildung gleichzeitig
fortschreiten (einstufiges Komposit-Parallelfermentationsverfahren). Es ist außerdem
möglich, eine Verfahrensweise anzuwenden, gemäß der die Abbaubehandlung zuerst in
Gegenwart von verflüssigenden Bakterien und danach in Gegenwart von gasbildenden
Bakterien vorgenommen wird (zweistufiges Fermentationsverfahren).
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Für die Zwecke der Erfindung können bekannte verflüssigende Bakterien
angewendet werden, beispielsweise Bakterien der Genera Clostridium, Bacillus, Escherichia
und Staphylococcus. Diese Bakterien können für sich oder in Kombination eingesetzt
werden. Im
allgemeinen werden Jedoch bessere Ergebnisse erzielt,
wenn zwei oder mehrere Arten von verflüssigenden Bakterien angewendet werden. Der
Abbau durch verflüssigende Bakterien kann vorzugsweise bei einer Temperatur von
etwa 30 bis etwa 700C und einem pH-Wert von etwa 4 bis etwa 6 vorgenommen werden
und die optimalen Bedingungen werden in Abhängigkeit von der Art des Abwassers und
den zu verflüssigenden Verbindungen sowie von den verflüssigenden Bakterien gewählt.
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In dieser VerflUssigungsstufe werden makromolekulare Verbindungen
in niedermolekulare Verbindungen umgewandelt und die so gebildeten niedermolekularen
Verbindungen werden weiter zu flüchtigen Fettsäuren zersetzt. Die so durch die Verflüssigungsreaktion
gebildeten Säuren werden durch das in der ersten Wärmebehandlungsstufe zugesetzte
Alkali, welches als Neutralisationsmittel wirkt, in wirksamer Weise neutralisiert.
Wenn ein Überschuß an Alkali angewendet wird und der vorstehende pH-Bereich nicht
aufrechterhalten werden kann, so wird zur Neutralisation eine Säure zugegeben. Wenn
die Menge an Alkali unzureichend ist, wird frisches Alkali zugefügt, um den pH-Wert
in dem vorstehend angegebenen bevorzugten Bereich zu halten. Natürlich können zu
den zuzusetzenden Alkalien auch Salze schwacner Säuren gehören, wie Calciumcarbonat.
Das Rühren und das Aufrechterhalten der erforderlichen Temperatur können mit Hilfe
von Verfahrensweise erfolgen, die normalerweise bei üblichen anaeroben Abbauverfahren
angewendet werden.
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Die Zusammensetzung des durch Verflüssigung der biochemischen Abfälle
gebildeten Gases schwankt weitgehend in Abhängigkeit von der Art des Rohmaterials
und den Behandlungsbedingungen. Im allgemeinen enthält Jedoch das Gas 75 bis 95
, C02 und geringe Mengen N2, H2 und H2S. Im Fall des zweistufigen Fermentationsverfahrens
wird dieses Gas zur Verdünnung des CH4-reichen Gases mit hohem Energiegehalt verwendet,
welches in der nachfolgenden Gasbildungsstufe gebildet wird, oder wird nach der
Entschwefelung an die Atmosphäre abgeleitet. Natürlich kann dieses Gas auch anderen
beliebigen
Anwendungszwecken zugeführt werden.
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Bei Anwendung des einstufigen Fermentationsverfahrens, bei dem biochemische
Abfälle in Gegenwart sowohl der verflüssigenden Bakterien, als auch der gasbildenden
Bakterien abgebaut werden, erfolgt die Gasbildung gleichzeitig mit der vorstehend
beschriebenen Verflüssigung und im Fall des zweistufigen Fermentationsverfahrens
wird der behandelte Abfall nach der vorstehenden Verflüssigungsstufe in die Gasbildungsstufe
eingeführt. Die Gasbildungsstufe in dem einstufigen Fermentationsverfahren ist nicht
wesentlich verschieden von der bei dem zweistufigen Fermentationsverfahren.
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Demnach wird nachstehend die Gasbildungsstufe des zweistufigen Fermentationsverfahrens
erläutert.
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Die Aufschlämmung von biochemischen Abfällen, in der die Verflüssigung
vollständig durchgeführt worden ist, wird in einen geeigneten Gasentwicklungstank
eingeführt, in welchem die Aufschlämmung in Gegenwart von gasbildenden Bakterien
abgebaut wird, wobei ein methanreiches Gas erhalten wird. Für die Zwecke der Erfindung
können in wirksamer Weise gasbildende Bakterien verwendet werden, die üblicherweise
auf diesem Fachgebiet angewendet werden, beispielsweise Bakterien der Genera Methanosarcina,
Methanococcus und Methanobacterium. Um die Gasbildung mit hoher Wirksamkeit durchzuführen,
ist es erforderlich, den pH-Wert auf 7 bis 8 einzustellen, während unter anaeroben
Bedingungen bei erhöhter Temperatur von 30 bis 70 0C gerührt wird. Das Erhitzen
und das Rühren können mit Hilfe der gleichen Methoden erfolgen, wie sie vorstehend
im Hinblick auf den Verflüssigungsvorgang erläutert wurden.
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Die angegebene Einstellung des pH-Werts erfolgt durch Zugabe einer
Mineralsäure oder organischen Säure. Im allgemeinen enthält das gebildete Gas 60
bis 90 % CH4, 10 bis 40 % C02 und kleine Mengen an N2 und H2S. Das in der Gasbildungsstufe
gebildete Gas wird für sich oder in Kombination mit dem Gas, das in der Verflüssigungsstufe
erhalten wurde, nachdem erforderlichenfalls eine Entschwefelung durchgeführt worden
ist, in einem Gasaufbewahrungstank
aufbewahrt. Wie bei den üblichen
Verfahren kann das aufbewahrte Gas als Wärmequelle zum Aufrechterhalten der vorbestimmten
Temperatur in der Vorrichtung oder als Gas zum Belüften und Durchmischen des Gasbildungstanks
angewendet werden. Die Aufschlämmung, in der die Gasbildung vollständig durchgeführt
worden ist, wird dann beispielsweise in einen Abscheidungstank eingeführt, in welchem
die Aufschlämmung einer fest-flüssig-Trennung unterworfen wird und in eine überstehende
Flüssigkeit und Feststoffe aus einem Niederschlag und abgebautem Schlamm getrennt
wird. Die überstehende Flüssigkeit kann nach einer Nachbehandlung, wie einer Aktivschlammbehandlung,
verworfen werden. Wie die abgebauten Schlämme, die bei üblichen Verfahren erhalten
werden, wird der abgebaute Schlamm entwässert, getrocknet und als organisches Düngemittel
oder dergleichen,angewendet.
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Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf
die beigefügte Zeichnung erläutert. In dieser Zeichnung bedeutet Fig. 1 ein Fließschema,
welches eine Ausführungsform der Erfindung erläutert, bei welcher die Abbaubehandlung
durch das zweistufige Fermentationsverfahren durchgeführt wird.
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Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen
der Abbaudauer (Tage) und der Menge des gebildeten Gases bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren veranschaulicht.
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Das in Fig. 1 dargestellte Abbausystem enthält als Haupteinrichtungen
einen Tank 1 zur Aufnahme einer Lösung von biochemischen Abfällen, einen Wärmebehandlungstank
2, in welchem die Lösung der biochemischen Abfälle aus dem Aufnahmetank 1 in Gegenwart
von Alkali erhitzt und zersetzt wird, einen Verflüssigungstank 3, in welchem die
behandelte Flüssigkeit in Gegenwart von gasbildenden Bakterien anaerob abgebaut
wird, einen Abscheidungstank 7, in dem dS der Gasbildung unterworfene Flüssigkeit
einer Trennung durch Abscheidung unterworfen wird und einen Gasaufbewahrungstank
6 zur Lagerung der im Verflüssigungstank 3 und dem Gasbildungstank 4 gebildeten
Gase. In dem Tank für die alkalische Wärmebehandlung 2,
dem Verflüssigungstank
3 und dem Gasbildungstank 4 ist jeweils eine Rührvorrichtung angeordnet und die
in den Gasaufbewahrungstank einzuführenden Gase werden vorher durch eine Entschwefelungsvorrichtung
5 entschwefelt.
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Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema wird die Lösung
des biochemischen Abfalls aus dem Aufnahme- bzw. Aufbewahrungstank 1 in dem Behandlungstank
2 in Gegenwart einer zugesetzten alkalischen Verbindung erhitzt und zersetzt, um
das Molekulargewicht von Fetten, Proteinen und dergleichen in den biochemischen
abfällen zu vermindern. Danach wird in dem Verflüssigungstank 3 der bakterielle
anaerobe Abbau durchgeführt, wobei ein Zersetzungsgas gebildet wird, das hauptsachlich
aus gasförmigem Kohlendioxid besteht. Die behandelte Flüssigkeit wird dann in den
Gasbildungstank 4 eingeleitet und wird erneut dem anaeroben bakteriellen Abbau in
Gegenwart von gasbildenden Bakterien unterworfen, wobei ein hauptsächlich aus Methan
bestehendes Zersetzungsgas gebildet wird. Die in dem Verflüssigungstank 3 und dem
Gasbildungstank 4 gebildeten Zersetzungsgase werden durch die Entschgefelungsvorrichtung
5 geleitet, in der die Gase entschwefelt werden, und die entschwefelten Gase werden
in dem Aufbewahrung stank 6 gelagert, während die behandelte Flüssigkeit aus dem
Gasbildungstank 4 in den Abscheidungstank 7 eingeführt und dort in eine überstehende
Flüssigkeit und einen Niederschlag getrennt wird. Die Verfahrensbedingungen werden
innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche in geeigneter Weise gewählt.
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Da die Verfahrensstufen der Verflüssigung von biochemischen Abfällen
und der Gasbildung aus diesen bei dem vorstehend erläuterten zweistufigen Gärungsverfahren
unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden können, ist es möglich, die biochemischen
Abfälle in wirksamer Weise abzubauen und die Behandlungsdauer merklich zu verkürzen.
Da ferner die in der Verflüssigungsstufe gebildeten flüchtigen Fettsäuren und dergleichen
durch das in der Vorbehandlungsstufe zugesetzte Alkali neutralisiert werden können,
ist
es nicht erforderlich, frisches Neutralisationsmittel zuzugeben.
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Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf
die nachstehenden Beispiele beschrieben, soll jedoch nicht auf diese beschränkt
sein.
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Beispiel 1 Zu 500 g überschüssigem Aktivschlamm (Feststoffkonzentration
= 1,5 ; Konzentration an organischen Substanzen = 62 %), der durch die Aufbereitun
von stadtischem Abwasser erhalten worden war, wurden unter Rühren 3 ml einer 30
zeigen wässrigen Lösung von Natriumhydroxid gegeben, wobei der pH-Wert auf 13,5
eingestellt wurde. Die Aufschlämmung wurde in einen rostfreien Becher übergeführt
und 10 Minuten unter Rühren auf 950C erhitzt. Danach wurde die Aufschlämmung auf
Raumtemperatur abgekühlt und der pH-Wert wurde durch Zugabe von konzentrierter Chlorwasserstoffsäure
auf 6,9 vermindert. Dann wurde 1 1 der Aufschlämmung in einen aus Glas bestehenden
Gärlmgstank eingeführt und mit 2 Gew. - (Gewicht/Gewicht) eines Impfschlammes angeimpft,
der durch fermentativen Abbau von Rohabwasser gebildet worden war und die verflüssigenden
sowie die gasbildenden Bakterien enthielt, und das Gas in dem Gärungstank wurde
durch gasförmigen Stickstoff ersetzt.
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Zum Vergleich wurden 500 g des Schlamms in gleicher Weise dem fermentativen
Abbau unterworfen, nachdem der pH-Wert durch Zugabe einer Lösung von Natriumhydroxid
auf 6,9 eingestellt worden war, ohne daß die vorstehend beschriebene Vorbehandlung
durchgeführt worden war. Die Änderungen der Menge des gebildeten Gases im Verlauf
der Zeit wurden untersucht, wobei die in Fig. 2 gezeigten Ergebnisse erzielt wurden.
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Aus den in Fig. 2 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß dann,
wenn die Wärmeabbaubehandlung als Vorbehandlung durchgeführt wurde (Kurve 9), die
Menge der durch den Abbau gebildeten Gase innerhalb von 17 Tagen bis auf einen Sättigungswert
angestiegen war, wenn Jedoch diese Vorbehandlung nicht durchgeführt wurde (Kurve
8), die
durch den Abbau gebildete Gasmenge erst dann bis zu einem
Sättigungswert angestiegen war, wenn die Behandlung während etwa 32 Tagen durchgeführt
worden war und daß darüber hinaus die Menge der gebildeten Gase geringer war. Es
ist daher leicht ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung von biochemischen
Abfällen in Gegenwart einer alkalischen Verbindung die Induktionsperiode für die
Gasbildung verkürzt wird und die Casbildungsgeschwindigkeit erhöht wird und daß
die Dauer des fermentativen Abbaus um mehr als 40 0/0' verkürzt werden kann. Das
beim Abbau gebildete Gas besteht aus 75,0 9Q CH4 und 25 °,h C02, wobei die Menge
von N2 und H2 als vernachlässigbar gering angenommen wird. Bei dem Vergleichsversuch
hatte das Abbaugas einen Gehait an 75,1 5' CH4 und 24,9 % C02. Im Hinblick auf die
Zusammensetzung des gebildeten Gases wurde somit kein wesentlicher Unterschied beobachtet.
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Beiseiel 2 Zu 6,25 kg Kiichenabfall (Feststoffgehalt = 21 5', Gehalt
an organischer Substanz in den Feststoffen = 92 94) wurden 6,25 1 Wasser gegeben
und das Gemisch wurde in einem Haushltsmischer unter Bildung einer Aufschlämmung
zerkleinert. Die Aufschlämmung wurde in einzelne Proben aufgeteilt, die jeweils
ein Gewicht von 500 g hatten, und eine geeignete Menge einer 40 r(igen Lösung von
Kaliumhydroxid wurde jeder Probe zugesetzt, um den pH-Wert im Bereich von 7 bis
14 einzustellen. Die '*Särmebehandltmg wurde während 0,5 bis 3 Stunden bei einer
Temperatur von 40 bis 120°C durchgeführt. Dann wurde die so behandelte Probe in
einen aus Glas bestehenden Abbautank mit einem Fassungsvermögen von 1 1 gegeben
und konzentrierte Säure wurde tropfenweise zugefügt, um den pH-Wert auf 7,4 einzustellen.
Schließlich wurde jede Probe mit 50 g eines Impfschlammes angeimpft, der durch anaeroben
Abbau einer Abfallaufschlämmung bei einem pH-Wert von 7,4 und einer Temperatur von
600C während 35 Tagen nach einer üblichen Methode hergestellt worden war und der
fermentative Abbauversuch wurde bei 600C unter Rühren mit 300 bis 450 Upm durchgeführt.
Der Zusammenhang zwischen der Abbauzeit (in Tagen) und der Menge des gebildeten
Methans
wurde untersucht, wobei die in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse
erzielt wurden.
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TABELLE 1 VorbehandlungsbedingunCen Probe pH Temperatur Zeit Abbau-
Ausbeute Nr. (°C) (Stunden) zeit an Ke-(0c) ~~~~~~~~~ (Tage) than (1) 1 unbehandelt
37 2,5 2 7,0 60 3 40 2,0 3 7,0 30 3 40 2,0 4 7,0 30 6 40 2,0 5 8,0 25 3 35 2,5 6
8,0 30 1 39 2,4 7 8,0 30 3 35 2,5 8 9,0 40 3 35 2,5 9 9,0 55 3 34 2,5 10 9,0 60
3 34 2,5 11 9,0 80 3 34 2,6 12 9,5 40 3 34 2,7 13 9,5 55 3 27 3,0 14 9,5 60 3 27
3,0 15 9,5 100 3 25 3,0 16 12,0 40 0,5 28 2,8 17 12,0 55 0,5 25 3,0 18 12,0 60 0,5
25 3,1 19 12,0 80 0,5 24 3,1 20 14 55 0,5 24 3,1 21 14 100 0,5 24 3,1 22 14 120
0,5 26 3,1 23 14 120 2,0 34 3,0 Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich,
daß bei dem erfindungsgemäßen anaeroben Abbau besonders gute Ergebnisse se bei einer
Temperatur von mindestens 300C und einem pH-Wert von
mindestens
8,0 erzielt werden. Wenn Jedoch die Behandlung bei 1200C und einem pH-Wert von 14
während 2 Stunden vorgenommen wird, so wird zwar eine hohe Ausbeute an Methan erzielt,
die Wirkung einer Verkürzung der Dauer des fermentativen Abbaus wird Jedoch nicht
beobachtet.
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Beispiel 3 Zu 0,5 kg Küchenabfall (Feststoffgehalt = 20 96, Gehalt
an organischer Substanz in den Feststoffen = 93 96) wurde 0,5 1 Wasser gegeben und
das Gemisch wurde mit Hilfe eines Haushaltsmischers unter Bildung einer Aufschlämmung
zerkleinert. Dann wurden 14 ml einer 20 siegen Lösung von Calciumhydroxid zugesetzt,
um den pH-Wert auf 11,5 einzustellen, und die Aufschlämmung wurde 15 Minuten lang
einer Wärmebehandlung bei 100 C unterworfen. Dann wurde die so behandelte Aufschlämmung
in einen Gärungstank mit einem Fassungsvermögen von 3 1 gegeben und 6,9 ml konzentrierte
Chlorwasserstoffsäure wurden zugefügt, um den pH-Wert auf 5,4 zu erniedrigen. Danach
wurden 50 g einer Impfkultur von verflüssigenden Bakterien, die durch Verflüssigung
einer Abfallaufschlämmung bei einer Temperatur von 400C und einem pH-Wert von 5,4
während 4 Tagen hergestellt worden war, zu der Aufschlämmung gegeben und die Verflüssigungsbehandlung
wurde bei einer Temperatur von 400C, einem pH-Wert von 5,4 und unter Rühren mit
einer Ceschwindigkeit von 350 Upm während 4 Tagen durchgeführt. Die Einstellung
des pH-Werts wurde mit Hilfe eines pH-Stats durchgeführt, wobei Calciumhydroxid
als alkalische Verbindung eingesetzt wurde. Das in der Verflüssigungsstufe gebildete
Gas bestand hauptsächlich aus gasförmigem Kohlendioxid, während kein Methan festgestellt
wurde. Die verflüssigte Aufschlämmung wurde bis zu einem pH-Wert von 7,5 neutralisiert
und 100 g einer Impfkultur von gasbildenden Bakterien, die durch Gärung von Küchenabfällen
und eines durch anaeroben Abbau von Rohabwasser erhaltenen Schlammes (400C, pH 7,5,
350 Upm, 30 Tage) gebildet worden war, wurde zu der Aufschlämmung gegeben. Die Gasbildungsbehandlung
wurde bei einer Temperatur von 400C, einem pH-Wert von 7,5 und einer RUhrgeschwindigkeit
von
350 Upm vorgenommen, bis die Gasbildung im wesentlichen beendet war. Zum Vergleich
wurde der Abbautest unter Verwendung von 1 kg Küchenabfallaufschlämmung durchgeführt,
die vorher keiner Alkalibehandlung unterworfen worden war, wobei die gleichen Bedingungen
wie vorher angewendet wurden. Die so erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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TABELLE 2 zum Abbau erforderliche Ausbeute an Zeit (Tage) Methan
(N1) erfindungsgemäßer Versuch (Beispiel 3) 18 37,2 Vergleichsversuch 35 32,0 Aus
den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß dann, wenn die biochemischen
Abfälle einer Vorbehandlung durch Erhitzen und Zersetzen in Gegenwart von Alkali
unterworfen werden, der Abbau der biochemischen Abfälle sehr wirksam erreicht werden
kann, und daß bei Anwendung des zweistufigen Fermentationsverfahrens, bei dem verflüssigende
Bakterien und gasbildende Bakterien unabhängig voneinander eingesetzt werden, die
Ausbeute an Methan merklich erhöht und die zum Abbau erforderliche Zeit verkürzt
werden kann.
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Wie aus den vorstehenden Erläuterungen ersichtlich ist, wird bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren durch das Merkmal, daß schwierig abzubauende Bestandteile,
wie Proteine und Fette, vorher unter Erhitzen in Gegenwart einer alkalischen Verbindung
behandelt werden und danach erst die fermentative Abbaubehandlung durchgeführt wird,
ermöglicht, daß die anaerobe Abbaubehandlung äußerst wirksam erfolgen kann und die
für den Abbau erforderliche Zeit merklich verkürzt werden kann. Die Menge der in
der Vorbehandlungsstufe der thermischen Zersetzung angewendeten alkalischen Verbindung
kann ausreichen für die Menge an Alkalien, die üblicherweise zur Neutralisation
von Fettsäuren in den Verflüssigungstank zugegeben
werden und es
ist nicht erforderlich, zusätzliches Alkali zuzugeben. Diese Wirkungen werden lediglich
durch die erfindungsgemässen Merkmale erreicht.