DE2827474A1

DE2827474A1 - Biomasse mit hohem stickstoff- und phosphorgehalt

Info

Publication number: DE2827474A1
Application number: DE19782827474
Authority: DE
Inventors: Marshall Louis Spector
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-06-22
Publication date: 1979-02-15
Also published as: FR2398700B1; JPS6366516B2; DE2827474C2; CA1117042A; FR2398700A1; JPS5424774A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft die Umwandlung von Phosphor- und Stickstoffgehalten in BOD-enthaltender Flüssigkeit zueinem Pflanzen- oder Tiernährmittel oder zu einer hochenergetischen Biomasse, die für die Fermentationsindustrie geeignet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung Tierfutter mit hohem Nährmittelgehalt, die aus N-, P- und BOD-enthaltenden Mischungen erzeugt werden, beispielsweise Kohlehydratsuspension oder -lösungen. Ferner betrifft die Erfindung die Herstellung von hochwirksamen Düngelmitteln durch die Behandlung von BOD-enthaltendem Abwasser. Außerdem befaßt sie sich mit einer aktiven dichten Biomasse, die zur Durchführung von Fermentationsverfahren geeignet ist.

Die Verwendung von biologischem Schlamm als Düngemittel ist bekannt, wobei diese Verwendung mit mehr oder weniger Erfolg durchgeführt wird (Miloganite-Düngemittel, das von der Stadt Milwaukee erzeugt wird). Verschiedene andere Städte sowie Abwasserbehandlungsunternehmen haben versucht, Abwasserschlamm zu kompostieren oder als Düngemittel einzusetzen. Der Düngemittelwert von nichtergänzten Schlämmen, wie sie bisher eingesetzt werden, ist jedoch ajtgrund der Tatsache minimal, daß der Phosphorgehalt, ausgedrückt als elementarer Phosphor, von ungefähr 1 bis ungefähr 2 Gew.-% variiert (vgl. C. J. Rehling und E. Truog "Activated Sludge-Milorganite; Constituents, Elements and Growth Producing Substances", I und E Chemistry, Analytical Edition, Band 11, Nr. 5, Seiten 281 bis 283).

Erfindungsgemäß wird das Produkt, das als Tiernährmittel (beispielsweise für Geflügel, Fische oder Krebse), als Pflanzennährmittel (Düngemittel) oder zur Durchführung von Fermentationsverfahren verwendet werden kann, in der Weise erzeugt, daß zuerst eine gemischte Flüssigkeit durch Vermischen von aktivierter Biomasse mit einer Nahrungsmittel-

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quelle in Form einer BOD-enthaltenden Flüssigkeit unter anaeroben Bedingungen, d. h. im wesentlichen frei von NO

mit einer Konzentration von weniger als 0,7 ppm gelöstem Sauerstoff (DO) gebildet wird. Vorzugsweise liegt der DO-Gehalt unterhalb 0,5 ppm, wobei ein DO-Gehalt von weniger als 0,4 ppm üblich ist. Es ist wichtig, den DO-Gehalt in der anaeroben Zone unterhalb der angegebenen Grenze innerhalb der ganzen Zone sowie während der ganzen Behandlungsperiode zu halten. Isolierte Teile der anaeroben Zone mit höheren DO-Gehalten sind zu vermeiden. In ähnlicher Weise sind intermittierende Zeitspannen mit höheren DO-Werten zu vermeiden. Während dieser anfänglichen anaeroben Behandlung wird die Bildung einer nichtfilamentösen Biomasse bewirkt. Die Bildung der nichtfilamentösen Biomasse ist ein Hinweis auf die Aufrechterhaltung anaerober Bedingungen, d. h. niedriger DO-Werte. Umgekehrt ist die Bildung einer filamentösen Biomasse ein Hinweis darauf, daß keine anaeroben Bedingungen aufrechterhalten werden. Dies gilt insbesondere für die früheren Abschnitte bei dem anaeroben Verfahren.

Wird kontinuierlich nach einem Fließschema gearbeitet, dann erfordert die Bildung des jeweiligen Mikroorganismus (der BOD unter anaeroben Bedingungen zu sorbieren vermag), und zwar bevorzugt vor andereu Mikroorganismentypen, die Aufrechterhaltung von anaeroben Bedingungen in der Anfangszone, damit sich dieser Mikroorganismus zu entwickeln vermag. Isolierte Zonen mit höherem DO-Gehalt oder die Aufrechterhaltung eines höheren DO-Gehaltes in der Zone während einer intermittierenden Periode beeinflußt in nachteiliger Weise die Entwicklung derartiger Mikroorganismen. Nachdem sich der gewünschte Mikroorganismus durch die Aufrechterhaltung von anaeroben Bedingungen eingestellt hat, können etwas höhere DO-Werte während kurzer Zeitspannen toleriert werden, läßt man jedoch Bedingungen höherer DO-Werte während einer beträchtlichen Zeitspanne zu, dann ist die Wirkung insofern nachteilig, als die gewünschten Mikroorganismen ausgewaschen und durch eine gewöhnliche Biomasse ersetzt werden.

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Die Nahrungsmittelquelle muß ferner Stickstoff, Phosphor und Kalium in ausreichenden Mengen bezüglich der BOD-Konzentration enthalten, damit stöchiometrisch die gewünschten Konzentrationen an diesen Elementen in dem Produkt erzeugt werden können. Zu diesem Zweck werden ungefähr 30 bis ungefähr 100 % des entfernten BOD in das Produkt umgewandelt. Gewöhnlich beträgt der Phosphorgehalt wenigstens ungefähr 2 Gew.-% (ausgedrückt als elementarer Phosphor), der Kaliumgehalt (ausgedrückt als elementares Kalium) beträgt wenigstens ungefähr 1 Gew.-% und der Stickstoffgehalt (ausgedrückt als elementarer Stickstoff) wenigstens ungefähr 5 Gew.-%, bezogen auf das getrocknete Produkt. Die Nahrungsmittelquelle enthält natürlich (wenn auch manchmal nur in Spurenmengen) andere Elemente, die normalerweise zur Äufrechterhaltung von Leben erforderlich sind, wie Schwefel, Magnesium, Zink, Calcium, Mangan, Kupfer oder dgl. Die vollständige Liste dieser Elemente ist bekannt und läßt sich noch durch Eisen und Natrium ergänzen (eine Liste dieser Elemente findet man in "Botany - A Functional Approach", 3. Auflage von W. H. Muller, Macmillan Publishing Co., Inc. N.Y.). Im allgemeinen werden diese Elemente in ausreichendem Maße in Grundwasser vorgefunden.

Die während dieser Stufe eingesetzte aktivierte Biomasse ist die gleiche Biomasse, die später bei diesem Verfahren erzeugt wird. Die Verwendung einer derartigen Biomasse ist für die selektive Erzeugung von nxchtfilamentosen Mikroorganismen wesentlich, welche erhebliche Mengen an BOD unter anaeroben Bedingungen zu sorbieren vermögen. Man nimmt an, daß die Energie für einen aktiven Transport von BOD-Gehalten aus wäßriger Lösung in die Zellwände auf die Hydrolyse von Polyphosphaten zurückgeht, die entweder innerhalb oder an den Zellwänden gelagert sind, wobei gleichzeitig anorganisches Phosphat von der Biomasse in die wäßrige Phase überführt wird. Man nimmt an, daß die Einwirkung von BOD-enthaltenden Lösungen auf diese besondere Biomasse unter anaeroben Bedingungen eine Vermehrung von Spezies begünstigt,

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welche dahingehend befähigt sind, Polyphosphate zu lagern, da diese Spezies besonders geeignet sind, die verfügbare Nahrung unter anaeroben Bedingungen zu sorbieren.

Die gemischte Flüssigkeit, die bei der anaeroben Behandlung anfällt, wird anschließend mit einem Sauerstoff-enthaltenden Gas unter solchen Bedingungen kontaktiert, die dahingehend ausgewählt werden, daß ein gelöster Sauerstoffgehalt von wenigstens ungefähr 1 ppm aufrechterhalten wird. Diese Kontaktierung bewirkt eine Oxidation des zuvor von der Biomasse in der gemischten Flüssigkeit sorbierten BOD, wodurch erheblich der innere BOD-Gehalt herabgesetzt wird und Energie erzeugt wird. Während dieser Sauerstoffbehandlung oder aeroben Behandlung wird die Energie, die durch die Hydrolyse von Polyphosphaten bei der anaeroben Behandlung aufgewendet wird, freigesetzt und erneut Polyphosphat gebildet, und innerhalb der Biomasse angereichert, wodurch Phosphatgehalte aus dem wäßrigen Teil der gemischten Flüssigkeit entfernt werden. Diese oxidierte gemischte Flüssigkeit wird dann in eine überstehende Flüssigkeit und in eine dichtere Biomasse aufgetrennt. Wenigstens ein Teil dieser abgetrennten Biomasse wird als aktivierte Biomasse während des anfänglichen anaeroben Vermischens mit BOD-enthaltender Flüssigkeit verwendet. Ein anderer Teil (gewöhnlich der Rest) der abgetrennten Biomasse wird als Produkt gewonnen. In den Fällen, in denen ein Tier- oder Pflanzennährmittel erzeugt werden soll, kann die dichte Biomasse getrocknet und/oder pasteurisiert werden, um sie in eine Form zu überführen, die bei der Anwendung einfacher und sicherer zu handhaben ist. Jedoch kann es manchmal vorzuziehen sein, eine lebende feuchte Biomasse dem Erdboden zuzusetzen, um die Trocknungskosten zu vermeiden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Samen mit der lebenden Biomasse zum Zeitpunkt des Aussäens zu vermischen. Die bei diesem Verfahren erzeugte lebende Biomasse weist eine ungewöhnlich hohe Dichte infolge des massiven PolyphosphateinSchlusses sowie die Fähigkeit auf, während langer Zeitspanne infolge der Energie lebensfähig zu sein, die in dem Polyphosphat enthalten ist. Diese

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ORIGINAL INSPECTED

Eigenschaften machen das erfindungsgemäße Produkt für die Fermentationsindustrie äußerst geeignet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die besonders geeignet für eine Abwasserbehandlung ist, bei welcher eine Stickstoffbeseitigung gewünscht wird, kann ein Teil der gemischten Flüssigkeit anschließend an die Sauerstoffbehandlung oder aerobe Behandlung in eine sauerstoffarme Zone recyclisiert werden, die sich zwischen der anaeroben und der Sauerstoffbehandlung befindet, wobei die Recyclisierung unter sauerstoffarmen Bedingungen erfolgt. Diese Recyclisierung bezweckt eine Denitrifikation von Nitriten und/oder Nitraten, die durch die Oxidation von Ammoniak bei der Sauerstoff behandlung erzeugt werden. Unter dem Begriff "sauerstoffarm" sind Bedingungen zu verstehen, bei denen der größte Sauerstoffgehalt der gemischten Flüssigkeit auf einen Gehalt von nicht mehr als 0,7 ppm (vorzugsweise weniger als 0,5 ppm und insbesondere weniger als 0,4 ppm) gehalten wird, wobei Nitrate und/oder Nitrite dem Anfangsabschnitt der sauerstoffarmen Behandlung zugesetzt werden. Wie im Falle der anaeroben Behandlung ist es bei der sauerstoffarmen Behandlung wichtig, daß der DO-Gehalt in der sauerstoffarmen Zone unterhalb der angegebenen Grenze in der ganzen Zone sowie während der ganzen Behandlungsperiode gehalten wird. Isolierte Teile mit höheren DO-Gehalten oder intermittierende Zeitspannen mit höheren DO-Gehälten sind zu vermeiden, da sonst ein Denitrifikationsverlust auftritt und keine guten Schlammeigenschaften erzielt werden, wie dies dann der Fall ist, wenn übermäßiger DO in.der anaeroben Zone vorliegt. Als Regel kann gelten, daß bei der anaeroben oder sauerstoffarmen Behandlung ein sauerstoffenthaltendes Gas nicht absichtlich derartigen Behandlungen zugeführt werden soll. Im Gegensatz dazu wird ein sauerstoffenthaltendes Gas absichtlich der Sauerstoff- oder Aerobenbehandlung zugeführt.

Die Konzentration der gesamten Nitrate und/oder Nitrite in der gemischten Flüssigkeit, die der sauerstoffarmen Behand-

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lung erneut zugeführt wird, liegt normalerweise oberhalb 2 ppm, ausgedrück als elementarer Stickstoff. Die Nitrate und/oder Nitrite werden bei der sauerstoffarmen Behandlung zu elementarem Stickstoffgas reduziert. Die Nitrate und/ oder Nitrite, die der sauerstoffarmen Zone zugeführt werden, werden in der Weise erhalten, daß mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit, die bei der Sauerstoffbehandlung oder Aerobenbehandlung erhalten wird, der sauerstoffarmen Behandlung erneut zugeführt wird. Diese Arbeitsmethode stellt eine Möglichkeit dar, den Stickstoffgehalt der ablaufenden Flüssigkeit herabzusetzen, wenn das Produkt auf die Behandlung von BOD-enthaltendem Abwasser zurückgeht.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das erfindungsgemäße Produkt entweder chargenweise oder kontinuierlich hergestellt werden kann. Wird ein kontinuierliches Verfahren ausgeführt, dann fällt in den Rahmen der Erfindung eine erste anaerobe Kontaktierungszone, in welcher BOD-enthaltender Zulauf mit Recyclisierungsbiomasse unter anaeroben Bedingungen zur Erzeugung der gemischten Flüssigkeit sowie zum Sorbieren von BOD aus der wäßrigen Phase kontaktiert wird. Die gemischte Flüssigkeit aus der ersten anaeroben Zone kann dann einer anschließenden Sauerstoff- oder Aerobenzone zugeführt werden, wo sie unter Sauerstof^bedingungen behandelt wird. Das Material aus der Sauerstoffzone kann dann einer Absetzzone (oder einer Kläreinheit) zugeführt werden, in der sich die dichtere Biomasse von der überstehenden Flüssigkeit absetzt. Ein Teil der Biomasse wird aus der Absetzzone entfernt und als Produkt gewonnen, während ein anderer Teil der abgesetzten Biomasse erneut der ersten anaeroben Zone zugeleitet wird.

Wird die sauerstoffarme Zwischenbehandlung angewendet, dann kann eine sauerstoffarme Zone zwischen der anaeroben Zone und der Sauerstoff zone vorgesehen und in der Weise, in das System eingegliedert sein, daß die ablaufende gemischte Flüssigkeit aus der anaeroben Zone in die sauer-

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stoffarme Zone gelangt, wobei die behandelte gemischte Flüssigkeit von der sauerstoffarmen Zone in die Sauerstoffzone fließt und ein Teil der mit Sauerstoff angereicherten gemischten Flüssigkeit aus der Sauerstoffzone erneut in die sauerstoffarme Zone zurückgeleitet wird.

Bei einem chargeweisen Verfahren wird eine BOD-enthaltende wäßrige Lösung mit einer aktivierten Biomasse vermischt, die bei einem vorangegangenen Zyklus erhalten wird, wobei die gemischte Flüssigkeit gebildet wird, die dann zuerst unter anaeroben Bedingungen behandelt wird.

Anschließend an die anaerobe Behandlung wird die gemischte Flüssigkeit in dem gleichen Gefäß, jedoch unter Sauerstoffbedingungen, behandelt. Das Material wird nach der Sauerstoff behandlung in eine überstehende klare Flüssigkeit und in eine dichtere Biomassephase aufgetrennt, wobei wenigstens ein Teil der Biomassephase als Produkt gewonnen wird.

Das jeweilige nach den vorstehend beschriebenen Verfahrensstufen erhaltene Produkt besitzt einen vergleichsweise hohen Phosphorgehalt. Dies gilt beispielsweise insbesondere dann, wenn ein Vergleich zwischen den Phosphorgehalten, wie sie in typischer Weise in Abwasserschlämmen erhalten werden, und dem Gehalt an elementaren Phosphor angestellt wird, der in typischer Weise erzielt wird, wenn Wasser als BOD-enthaltender Zulauf für das erfindungsgemäße Produkt verwendet wird. Wie vorstehend erwähnt, weisen in typischer Weise herkömmliche Abwasserschlämme einen Phosphorgehalt zwischen ungefähr 1 und ungefähr 2 Gew.-% (ausgedrückt als Phosphor) auf, während erfindungsgemäß, bezogen auf die gleiche Basis (trocken) Phosphorgehalte von ungefähr 5 bis ungefähr 10 Gew.-% erzielt werden. Diese hohen Werte gehen auf die Tatsache zurück, daß das Verfahren, das zur Herstellung des erfindungsgemäßen Produktes angewendet wird, alles lösliche und hydrolysierbare Phosphat in dem Zulauf durch Einbau in die biologisch aktiven Spezies,.die als

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Biomasse verwendet werden, zu entfernen vermag. Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß diese hohen Phosphatgehalte durch Einbringung eines löslichen und hydrolysierbaren Phosphats aus dem BOD-Zulauf in die Biomasse erzeugt werden und als solche in und/oder an den Zellwänden der Biota überwiegend als massive Einschlüsse von Polyphosphat angesammelt werden. Das Vorliegen von anorganischen Polyphosphaten in der Biologie ist ein weitverbreitetes, jedoch noch wenig erforschtes Phänomen (vgl. "Inorganic Polyphosphates in Biology: Structure, Metabolism and Function", F. M. Harold, Bacteriological Reviews, Band 30 (4), Seiten 772 - 794, 1966). Die Methode, absichtlich große Konzentrationen an Polyphosphat in Biomassen einzuführen, die zur Behandlung von BOD-enthaltenden Lösungen eingesetzt werden, war bisher nicht bekannt.

Das erfindungsgemäße Produkt besitzt im allgemeinen einen Stickstoffgehalt, der wesentlich höher ist, beispielsweise zwischen 6 und ungefähr 8 Gew.-%, ausgedrückt als elementaⁱrer Stickstoff, bezogen auf Trockenbasis, liegt, und zwar im Gegensatz zu Stickstoffgehalten von weniger als ungefähr 5 und bis herab zu ungefähr 3 %, wie sie für bekannte Abwasser schlämme angegeben werden. In ähnlicher Weise kann der Kaliumgehalt des erfindungsgemäßen Produktes vergleichsweise hoch sein, d. h. oberhalb ungefähr 1 %, ausgedrückt als K₂O, liegen, und zwar im Vergleich zu Werten von ungefähr 1 % oder weniger, wie sie für Düngemittel angegeben werden, die in Abwasserbehandlungsanlagen erzeugt werden (beispielsweise Milorganite).

Die besonders hohen Phosphorgehalte des erfindungsgemäß hergestellten Produktes gehen auf einen im wesentlichen vollständigen Einbau von Phosphor aus dem BOD-enthaltenden Zulauf zu der Biomasse zurück. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß der Phosphorgehalt der Biomasse eine Funktion der Masse an Phosphor, die dem System verfügbar ist, sowie der Masse der erzeugten Biomasse ist. Wie aus den

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nachfolgenden Beispielen hervorgeht, schwankt der Phosphorgehalt, ausgedrückt als Gew.-% P, in Aufwärtsrichtung von ungefähr 5 Gew.-% und kann beträchtlich höher sein und beispielsweise bis zu ungefähr 20 Gew.-% oder mehr im Falle eines hohen Phosphat:BOD-Verhältnisses in der Nahrungsmittelquelle des Zulaufes sein.

Das feuchte erfindungsgemäße Biomasseprodukt ist ungewöhnlich. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein Düngemittel aus Abwasser erzeugt wird, da nur eine geringe oder überhaupt keine Neigung der Biomasse oder des Schlamms gemäß vorliegender Erfindung besteht, während des Trocknungsverfahrens einen unangenehmen Geruch zu entwickeln. Man nimmt an, ohne sich dabei an eine bestimmte Theorie binden zu wollen, daß Energie, die von dem hohen Polyphosphatgehalt der Biomasse freigesetzt wird, für die Aufrechterhaltung von Leben in der Biomasse bis zu der abschließenden Pasteurisierung verantwortlich ist. Auf diese Weise wird ein Zerfall oder eine Verfaulung von toter Biomasse weitgehend vermieden. Diese Theorie wird durch mikroskopische Untersuchungen der Biomasse gestützt, welche zeigen, daß Phosphor in Form von massiven Einschlüssen innerhalb der Zellwände gelagert ist.

Wird das erfindungsgemäße Biomasseprodukt als Düngemittel verwandet, dann ist der Phosphor in der Biomasse ebenso wie der fixierte Stickstoff den Pflanzen verfügbar. Infolge der Tatsache, daß Stickstoff weitgehend als Protein und der Phosphor weitgehend als P.olyphosphat gebunden ist, ist das erfindungsgemäße Düngemxttelprodukt "von besonderem Wert, da die Bestandteile langsam freigesetzt werden.

Im Falle von Tier- oder Fischfutter kann der BOD-Gehalt des Zulaufs aus Kohlehydraten, wie Glukose, Rohrzucker, Stärke oder Abfallflüssigkeit bei der Herstellung von Papierstoff und Papier bestehen. Das BOD-enthaltende Nahrungsmittel enthält natürlich auch die zuvor erwähnten anorganischen

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Materialien.

Ferner ist das erfindungsgemäße Biomasseprodukt in der Fermentationsindustrie infolge seiner hohen Dichte (zur leichten Abtrennung) sowie seines hohen Energiegehaltes geeignet.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen nähererläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines kontinuierlichen Fließverfahrens gemäß vorliegender Erfindung, wobei anaerobe sowie Sauerstoffzonen verwendet werden;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, welche die Verarbeitung der bei einem kontinuierlichen Fließverfahren erhaltenen Biomasse zeigt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die ein kontinuierliches Fließverfahren zeigt, bei dessen Durchführung anaerobe, sauerstoffarme sowie Sauerstoffzonen verwendet werden;

Fig. 4 eine schematische Ansicht, welche eine charg^nweise Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt.

Die Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen zeigt eine Vorrichtung zur Behandlung von aktiviertem Schlamm-Abwasser. Zur Behandlung zufließendes Abwasser, und zwar entweder abgesetztes Abwasser aus* eineSÄ primären Sedimentationstank oder einem anderen Gefäß ^ wird über die Leitung 10 in den Tank 12 eingeleitet, der eine anaejrobe Zone darstellt. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, tejzifejt Unterteilungen 14 innerhalb des Tanks 12 die Zone in eine Reihe von miteinander:: verbundenen hydraulischen Stufen 16, 18 und 20 ein, die dazu vorgesehen sind, einen stufenweise^ Fluß durch die durch den Tank

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12 definierte Zone zu ermöglichen. Jede der hydraulischen Stufen ist mit einer Rühreinrichtung 22 versehen. Die Fig. 1 zeigt eine Unterteilung des Tanks 12 in drei Stufen, wobei jede eine Rühreinrichtung enthält, es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß auch eine größere oder kleinere Anzahl von Stufen verwendet werden kann.

Man kann verschiedene Methoden anwenden, um die durch den Tank 12 gebildete Zone unter anaeroben Bedingungen zu halten, beispielsweise durch Bedecken des Tanks und/oder Erzeugung einer Abschirmung aus Kohlendioxid, Stickstoff oder einem anderen Inertgas. Die in Fig. 1 wiedergegebene Methode besteht,darin, ein Stickstoffspülgas zu verwenden, das in die gemischte Flüssigkeit eingeblasen und durch diese hindurchgeperlt wird. Durch die Leitung 24 wird Stickstoff in jede der Stufen 16, 18 und 20 durch den Boden des Tanks 12 eingeleitet. Durch diese Methode werden anaerobe Bedingungen mit einem DO-Gehalt von weniger als 0,7 ppm aufrechterhalten. Ein NO -Gehalt von weniger als 0,3 ppm und vorzugsweise weniger als 0,2 ppm wird auf andere Weise aufrechterhalten.

Die anaerob behandelte gemischte Flüssigkeit wird durch die Leitung 26 in einen Tank 28 geleitet, wo die gemischte Flüssigkeit unter sauerstoffhaltigen Bedingungen behandelt wird. Wie aus dieser Figur zu ersehen ist, werden drei Unterteilungen 30 verwendet, um die durch den Tank 28 gebildete Zone in vier in Reihe geschaltete und miteinander verbundene hydraulische Stufen 32, 34, 36 und 38 aufzuteilen. Die Belüftung der Flüssigkeit in dem Tank 28 erfolgt durch Einblasen von Luft in den Bodenteil einer jeden hydraulischen Stufe des Tanks 28 unter Verwendung der Verteiler 40. Beim Betrieb dieser Zone wird der gelöste Sauerstoffgehalt oberhalb ungefähr 1 ppm gehalten, damit eine ausreichende Sauerstoffmenge für den Stoffwechsel von BOD vorliegt und die Energie für die Phosphataufnahme durch die Biomasse zur Verfügung gestellt wird. Wahlweise kann Sauerstoff oder

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eine mit Sauerstoff angereicherte Luft durch die Verteiler

40 eingeleitet werden. Werden Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder ein Gas, das Sauerstoff mit beliebiger Reinheit enthält, verwendet, dann können geeignete Einrichtungen zum Bedecken der ganzen aeroben oder Sauerstoff zone oder eines Teils derselben vorgesehen sein. Gegebenenfalls kann anstelle der Verteiler die mit Sauerstoff belieferte Zone durch mechanische Belüfter gebildet werden, oder zumindest kann ein Teil mit derartigen mechanischen Lüftern versehen sein.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, ist der Tank 28 in vier hydraulische Stufen eingeteilt, wobei jedoch eine größere oder kleinere Anzahl an Stufen gegebenenfalls verwendet werden kann. Es ist jedoch vorzuziehen, einige Tanks zu verwenden, da beobachtet wurde, daß die Phosphataufnahme durch die Biomasse eine Reaktion erster Ordnung bezüglich der Konzentration an löslichem Phosphat ist. Daher werden geringe Phosphatgehalte in dem flüssigen Ablauf und entsprechend hohe Phosphatwerte in der Biomasse am wirtschaftlichsten bei einer Ausgestaltung mit stufenweisem Fluß erhalten.

Anschließend an die Sauerstoffbehandlung in dem Tank 28 wird die behandelte gemischte Flüssigkeit durch die Leitung

41 in eine Kläreinrichtung 42 überführt, wo man sie in eine überstehende klare Flüssigkeit 44 und in eine dichtere Biomasse 46 auftrennen läßt. Die überstehende Flüssigkeit 44 wird aus der Klärungsvorrichtung 42 durch die Leitung 48 abgezogen und aus dem System entfernt.

Die dichtere Biomasse 46 wird von dem Bodenteil der Klärungseinrichtung 42 durch die Leitung 50 entfernt, wobei der Strom der Leitung 50 in Ströme in der Leitung 52 und 54 aufgeteilt wird. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, wird der Strom in der Leitung 52 durch die Pumpe 56 und die Leitung 58 recyclisiert und erneut der ersten Stufe 16 des Tanks 12 zugeleitet, um BOD-enthaltenden Zulauf unter anaero-

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ben Bedingungen zu behandeln.

Die Fig. 2 zeigt die weitere Verarbeitung der Biomasse, die in dem Strom der Leitung 54 enthalten ist. Dieser Teil der Biomasse aus der Kläreinrichtung 42 von Fig. 1 wird in einen Eindicker 60 eingeführt, wo eine weitere Trennung in eine zweite überstehende flüssige Phase 62 und eine zweite noch dichtere Biomasse 64 bewirkt wird. Die zweite Phase der überstehenden Flüssigkeit 62 wird aus dem Eindicker 60 durch die Leitung 66 entfernt und über die Pumpe 68 sowie die Leitungen 70 und 72 in den Tank 12 der Fig. 1 zurückgeführt.

Die zweite dichtere Biomasse 64 wird aus dem Eindicker 60 durch die Leitung 74 entfernt und in das Filter 46 zur Bewirkung einer weiteren Trennung zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen eingeführt. Eine Zentrifuge, eine Filterpresse oder andere bekannte Vorrichtung zur Trennung von Flüssigkeiten von Feststoffen kann anstelle des Filters 76 verwendet werden. Gegebenenfalls können Filterhilfschemikalien dem Filter 76 durch die Leitung 78 zugeführt werden. Die in dem Filter 76 abgetrennte Flüssigkeit wird über die Leitung 80 und die Pumpe 82 entfernt und durch die Leitung 84 der Leitung 72 zugeführt, wo sie mit der zweiten überstehenden Flüssigkeit aus der Leitung 70 vereinigt und erneut dem anaeroben Tank 12 gemäß Fig. 1 zugeführt wird. Die in dem Filter 76 abgetrennten Feststoffe werden einem Trocknungssystem 88 durch die Leitung 90 zugeführt.

Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, werden Luft und Brennstoff in den Ofen 92 durch die Leitungen 94 und 96 eingeleitet. Die heißen Gase aus dem Ofen 92 werden durch die Leitung in ein Trocknungssystem 88 eingeführt, wo die heißen Gase dazu verwendet werden, eine abschließende Trocknung und Sterilisierung des festen Biomasseproduktes zu bewirken.

Das Gas aus dem Trocknungssystem 88 wird durch die Leitung

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100 entfernt und dem Wärmeaustauscher 102 zur Wiedergewinnung der Wärme zugeleitet. Der abgekühlte gasförmige Strom wird dann aus dem Wärmeaustauscher 102 durch die Leitung 104 dem Zyklonseparator 106 zugeführt, wo evtl. vorhandene feine Feststoffteilchen aus dem gasförmigen Strom entfernt und aus dem Zyklon 106 durch die Leitung 108 abgezogen werden. Das im wesentlichen feststofffreie Gas wird aus dem Zyklonseparator 106 und aus dem System durch die Leitung 110 abgelassen.

Das abgetrennte feste Biomasseprodukt wird aus dem Trocknungssystem 88 durch die Leitung 112 entfernt und der Produktlagerungseinrichtung 114 zugeleitet. Wie aus Fig. 2 hervergeht, werden die feinen Feststoffteilchen, die aus dem gasförmigen Strom in dem Separator 106 abgetrennt worden sind, in die Leitung 112 durch die Leitung 108 eingeführt .

Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines kontinuierlichen Fließverfahrens, bei dem sich eine sauerstoffarme Zone zwischen der anaeroben Zone (Tank 12) und der Sauerstoffzone (Tank 28) des in Fig. 1 gezeigten Schemas befinden. Demgemäß werden die gleichen Teile sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Gemäß Fig. 3 wird zufließendes Abwasser durch die Einlaßleitung 10 dem Tank 12 zugeleitet, welcher die anaerobe Zone bildet. In ähnlicher Weise wird behandeltes Abwasser in der Kläreinrichtung 42 in eine erste überstehende Flüssigkeitsschicht 44 und eine dichtere Biomassephase 46 aufgetrennt, die aus der Kläreinrichtung 42 durch die Leitung 50 entfernt und dann in die Ströme 52 und 54 aufgeteilt wird. Wie in der Fig. 2 gezeigt wird, wird der Strom in der Leitung 54 in einen Eindicker 60 eingeführt und die Flüssigkeit, die in dem Eindicker 60 und dem Filter 76 abgetrennt wird, über die Leitung 72 dem Tank 12 erneut zugeführt (wie bereits in den Fig. 1 und 3 gezeigt).

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Wie dem durch Fig. 3 wiedergegebenen Fließbild zu entnehmen ist, wird das anaerob behandelte Abwasser aus dem Tank 12 durch die Leitung 26 entfernt und in den Tank 120, der eine sauerstoffarme Behandlungszone darstellt, eingeführt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Tank 120 in drei in Reihe geschaltete, miteinander verbundene hydraulische Stufen 122, 124 und 126 durch zwei Abteilungen 128 aufgeteilt.

Man kann verschiedene Methoden anwenden, um die durch den Tank 120 definierte Zone unter sauerstoffarmen Bedingungen zu erhalten, beispielsweise kann man den Tank mit einer Abschirmung aus Kohlendioxid, Stickstoff oder einem anderen Inertgas versehen. Die in Fig. 3 gezeigte spezifische Methode besteht in der Verwendung von Stickstoffgas, das der gemischten Flüssigkeit zugeführt und durch diese hindurchgeperlt wird. Durch die Leitung 25, die eine Verlängerung der Leitung 24 darstellt, wird Stickstoff in jede der Stufen 122, 124 und 126 durch den Boden des Tanks eingeleitet. Aufgrund dieser Methode wird der DO-Gehalt in der gemischten Flüssigkeit in dem Tank 120 auf weniger als 0,7 ppm gehalten. Jede der Stufen 122, 124 und 126 ist mit einer Rühreinrichtung 130 versehen, um ein ausreichendes Vermischen der Materialien in dem Tank 120 zu gewährleisten.

Wie ferner aus der Fig. 3 hervorgeht, besteht eine Innenumlauf leitung aus der Leitung 132, der Pumpe 134 und der Leitung 136. Wie diese Fig. zeigt, wird mit Sauerstoff angereicherte gemischte Flüssigkeit aus der letzten hydraulischen Stufe 38 des Tanks 28 durch die Leitung 132 entfernt und durch die Pumpe 134 und die Leitung 136 der ersten hydraulischen Stufe 122 der sauerstoffarmen Zone in dem Tank 120 zugeleitet. Auf diese Weise werden N(D enthaltende Materialien in Form von Nitriten und/oder Nitraten in die sauerstoffarme Zone eingeführt.

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Bezüglich aller anderen Merkmale ist das Äbwasserbehandlungssystem gemäß Fig. 3 dein in Fig. 1 gezeigten Abwasserbehandlungssystem ähnlich, bedingt jedoch eine überstehende Flüssigkeit 44, die aus der Kläreinrichtung 42 durch die Leitung 48 abgezogen wird und einen verminderten Stickstoffgehalt aufweist.

Die Fig. 4 zeigt ein chargenweise durchgeführtes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Biomasseproduktes. In dieser Figur ist der Zuführungsaufgabetrichter 210 mit einem Ventil 212 versehen, das in der Weise ausgestaltet ist, daß eine gemessene Menge an BOD-enthaltender Nahrungsmittelquelle in den Reaktionstank 214 gelangen kann. Eine Rühreinrichtung 216 ist in dem Tank 214 vorgesehen, um ein ausreichendes Vermischen des Inhalts des Tanks 214 zu gewährleisten. In der Nähe des Bodens des Tanks 214 befindet sich ein Gasverteiler 218, der wiederum mit einem äußeren Einlaßgasverteiler 220 in Verbindung steht. Wie ebenfalls aus dieser Figur hervorgeht, sind die mit einem Ventil versehene: Stickstoffeinlaßleitung 222 und die mit einem Ventil versehene Sauerstoffeinlaßleitung 224 mit dem Gasverteiler 220 verbunden.

An dem Boden des Tanks 214 befindet s?>-h eine mit einem Ventil versehene Leitung 22 6 zur Entfernung der Biomasse. Der Tank 214 ist ferner mit einer Einrichtung 228 zur Untersuchung des gelösten Sauerstoffs versehen, welche den Gehalt an gelöstem Sauerstoff des Materials in dem Tank 214 aufzuspüren und anzuzeigen vermag. Schließlich ist der Tank 214 mit einem Flüssigkeitsentfernungs- oder -auslaßsystern aus einer Leitung 230 versehen, deren Einlaßende in einem vorherbestimmten Abstand oberhalb des Bodens des Tanks 214 versehen, ist, wobei diese Leitung an ihrem anderen Ende mit der Pumpe 232 in Verbindung steht.

Während des Betriebs wird eine vorherbestimmte Menge an BOD-enthaltender Nahrungsmittelquelle aus dem Tank 210

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in den Tank 214 durch Betätigung des Ventils 212 eingeführt. Die Rühreinrichtung 216 bewirkt ein gründliches Vermischen des BOD-enthaltenden Zulaufes mit der zuvor hergestellten aktivierten Biomasse in dem Tank 214 zur Erzeugung einer gemischten Flüssigkeit. Die Einrichtung 228 zur Ermittlung von gelöstem Sauerstoff stellt den DO-Gehalt in der gemischten Flüssigkeit fest, damit eine Kontrolle gewährleistet ist. Während der anfänglichen anaeroben Behandlungsphase wird durch die mit einem Ventil versehene Leitung 222 Stickstoff in den Gasverteiler 220 eingeführt, der wiederum mit der Gasverteilungseinrichtung 218 in Verbindung steht, wobei Stickstoffgas nach oben durch die gemischte Flüssigkeit in dem Tank 214 geperlt wird. Auf diese Weise wird der gelöste Sauerstoffgehalt unterhalb der gewünschten Grenze gehalten, ist der DO-Gehalt zu hoch, so wird dies durch die DO-Einrichtung 228 festgestellt, wobei die Geschwindigkeit der Stickstoffeinführung erhöht werden kann.

Nach Beendigung der anaeroben Behandlungsphase wird mit der Einführung von Stickstoff durch die Stickstoffeinlaßleitung 222 aufgehört und Sauerstoff, und zwar entweder in Form von reinem Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft, über die mit einem Ventil versehene Sauerstoffeinlaßleitung 224 durch den Gasverteiler 220 in die Verteilungseinrichtung 218 eingeführt. Dabei wird Sauerstoff nach oben durch die gemischte Flüssigkeit in dem Tank 214 geperlt. Nach Beendigung der Sauerstoff- oder aeroben Behandlungsphase wird mit der Einführung von Sauerstoff-enthaltendem Gas durch die Einlaßleitung 224 aufgehört.

Nachdem mit der Einführung von Sauerstoff aufgehört worden ist, läßt man die gemischte Flüssigkeit in dem Tank 214 ruhen, um eine Trennung einer überstehenden flüssigen Phase von einer dichteren Biomassephase zu bewirken. Nachdem ein derartiges Absetzen stattgefunden hat, wird die Pumpe 232 eingeschaltet, um überstehende Flüssigkeit aus dem Tank 214 durch eine Auslaßleitung 230 abzuziehen. Die

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mit einem Ventil versehene Auslaßleitung 226 für Biomasse wird dann geöffnet, um einen Teil der dichteren Biomassephase aus dem Boden des Tanks 214 zu entfernen. Der restliche Teil der Biomassephase wird in dem Tank 214 zum Vermischen mit der nächsten Charge der zufließenden BOD-enthaltenden Nahrungsmittelquelle zurückgehalten.

Der Teil der Biomassephase, die über die mit einem Ventil . versehene Auslaßleitung 226 entfernt wird, wird in den Eindicker 234 eingeführt, um eine zweite und vollständigere Trennung in eine zweite überstehende Flüssigkeitsphase 236 und eine dichtere Biomassephase 238 zu bewirken. Die überstehende flüssige Phase wird aus dem System durch die Leitung 240 entfernt, während die Biomassephase durch die Leitung 242 der Trocknungszone 244 zugeleitet wird, in der praktisch das ganze Wasser entfernt wird. Das fertige getrocknete Biomasseprodukt wird aus der Zone 244 durch die Leitung 246 der Produktlagerungsvorrichtung 248 zugeleitet.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1

Zur Durchführung dieses Beispiels besteht die Methode, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Nährmaterials angewendet wird, das als Düngemittel geeignet ist, in einer ersten anaeroben Behandlung, der sich eine Sauerstoff- oder aerobe Behandlung anschließt. Die verwendete Vorrichtung besteht aus einer anaeroben Zone, die in fünf hydraulische Stufen aufgeteilt ist, von denen jede ein Volumen von 1,2 1 besitzt. Jede Stufe ist mit einer Rühreinrichtung versehen. Die erste Zone wird unter anaeroben Bedingungen durch Durchperlen von Stickstoff gehalten, wobei der gemessene DO-Gehalt während des Versuchs immer unter 0,15 ppm gehalten wird. Die Sauerstoff- oder aerobe Zone ist ebenfalls in fünf gleiche hydraulische Stufen mit jeweils einem Volumen von 3 1 aufgeteilt. Jede dieser Sauerstoffstufen wird unter Sauerstoff-

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bedingungen dur_ch Durchperlen von Luft gehalten, wobei der DO-Gehalt in allen Stufen oberhalb 1,8 ppm während dieses Versuchs bleibt. Ein Klärungs- oder Absetztank ist ebenfalls vorgesehen, der den Ablauf aus der Sauerstoffzone aufnimmt. In dem Klärtank erfolgt eine Trennung in eine überstehende klare Flüssigkeit und eine dichtere aktivierte Biomasse (Schlamm). Die überstehende Flüssigkeit wird dekantiert und aus dem System entfernt, während die Biomasse von dem Bodenteil der Klärvorrichtung entfernt und in zwei Portionen aufgeteilt wird. Eine Portion wird aus dem System entfernt und als Produkt verwendet, während die andere Portion des abgetrennten Schlammes erneut der ersten Stufe der anaeroben Zone zugepumpt wird.

Die zur Durchführung dieses Beispiels eingesetzte BOD-enthaltende Nahrungsmxttelquelle ist ein Stadtabwasser mit einem hohen Phosphorgehalt. Die Daten des Zulaufs gehen aus der folgenden Tabelle I hervor. Der Zulauf wird dem System in einer solchen Menge zugeführt, daß eine Zulaufdetentionszeit (IDT) von 3,66 Stunden aufrechterhalten wird. Der Teil des abgetrennten Schlamms, der erneut der ersten anaeroben Zone zugeführt wird, wird in einer Menge von ungefähr 18 Volumen-%, bezogen auf die Zulauffließgeschwindigkeit, recyclisiert. Auf diese Weise wird eine nominelle Verweilzeit (NRT) von 0,176 Stunden pro Stufe in der anaeroben Zone und von 0,442 Stunden pro Stufe in der Sauerstoffzone erzielt.

Der Teil des Schlamms oder der aktiven Biomasse, der nicht der ersten anaeroben Zone zugeführt wird, wird von der überstehenden Flüssigkeit abgetrennt, filtriert und 24 Stunden bei 105⁰C getrocknet. Die bei einer Untersuchung dieses Produktes erzielten Werte sind zusammen mit anderen Werten der abgetrennten überstehenden Flüssigkeit in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt.

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Tabelle I

Gesamt BOD₁. löslicher BOD- NH--N NO -N

Zulauf 236 197 24 0,03 17,4

(flüssig)

Ablauf 8,1 1,6 4,4 5,1 0,1

(flüssig)

Nährmittel C H N P S Si (trocken,
fest)
Gew.-% 28,42 5,71 5,46 6,81 0,48 0,60

Aus den Werten in der Tabelle I ist zu ersehen, daß das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Produkte angewendete spezifische Verfahren ein Nähmaterial mit einem relativ hohen Stickstoff- und Phosphorgehalt zu erzeugen vermag. Ferner sieht man, daß mit der Erzeugung eines derartigen Produktes erhebliche Mengen des Ammoniakgehaltes des Zulaufs in die annehmbarere Nitrit- und/oder Nitratform überführt werden, wobei das Verfahren auch eine im wesentlichen vollständige Entfernung des Phosphats aus dem Zulauf ermöglicht. Dieses Phosphat wird in dem trockenen festen Produkt gewonnen.

Beispiel 2

Das gemäß diesem Beispiel erzeugte Produkt ist ein Nährmaterial, das als Tierfutter geeignet ist. Die zur Herstellung derartiger Produkte angewendete Methode besteht in der Anwendung einer ersten anaeroben Behandlung, der sich eine sauerstoffarme Behandlung und schließlich eine Sauerstoff- oder aeroben Behandlung anschließt. Die zur Durchführung verwendete Vorrichtung weist eine anaerobe Zone auf, die in drei hydraulische Stufen eingeteilt ist/ wobei jede Stufe ein Volu men von 1,2 1 besitzt und jeweils mit einer Rühreinrichtung

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versehen ist. Diese erste anaerobe Zone wird unter anaeroben Bedingungen durch Durchperlen von Stickstoff gehalten, wobei der gemessene DO-Gehalt während des Versuchs unterhalb 0,1
ppm gehalten wird. Die sauerstoffarme Zone ist ebenfalls in drei gleiche hydraulische Stufen mit jeweils einem Volumen
von 1,2 1 aufgeteilt. Jede dieser Stufen wird unter sauerstoffarmen Bedingungen mittels einer Stickstoffspülung aufrechterhalten, wobei der DO-Gehalt in allen diesen sauerstoffarmen Stufen unterhalb 0,1 ppm während des Versuches gehalten wird. Die Sauerstoff- oder aerobe Zone ist in vier gleiche hydraulische Stufen mit jeweils einem Volumen von 2 1 aufgeteilt. Jede der Sauerstoffstufen wird unter Sauerstoffbedingungen
durch Durchperlen einer Mischung aus Stickstoff und Luft gehalten, wobei ein Sauerstoffgehalt in dem Spülgas von ungefähr 18 % Sauerstoff aufrechterhalten wird. Der DO-Gehalt in allen diesen Stufen bleibt oberhalb 1,75 ppm während des ganzen Versuchs .

Wie in der Vorrichtung von Beispiel 1 ist ebenfalls eine Kläroder Absetzeinrichtung vorgesehen, die den Ablauf aus der Sauerstoff zone aufnimmt. In der Kläreinrichtung wird eine Trennung zwischen einer überstehenden klaren Flüssigkeit und einer dichteren aktivierten Biomasse durchgeführt. Eine Einrichtung zum Abdel vantieren der überstehenden Flüssigkeit sowie zur Entfernung aus dem System ist vorgesehen, während eine andere Vorrichtung die Biomasse von dem Boden der Kläreinrichtung entfernt. Diese Biomasse wird in zwei Portionen aufgeteilt, wobei eine aus dem System entfernt und als Produkt verwendet wird, während der andere Teil der Biomasse erneut der ersten Stufe der anaeroben Zone zugeführt wird.

Die zur Durchführung dieses Beispiels verwendete Vorrichtung enthält auch eine innere Umlaufleitung aus Leitungen und einer Pumpe, die derartig betrieben, werden, daß gemischte Flüssigkeit aus der letzten Stufe der Sauerstoffzone entfernt und erneut der ersten Stufe der sauerstoffarmen Zone zugeleitet wird.

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Die BOD-enthaltende Nahrungsmittelquelle, die zur Durchführung dieses Beispiels eingesetzt wird, besteht aus einer Glukoselösung. Die Werte des Zulaufs gehen aus der Tabelle II hervor. Der Zulauf wird der anaeroben Zone in einer solchen Menge zugeführt, daß eine Zulaufdetentionszeit (IDT) von 3,16 Stunden in dem ganzen Dreizonensystem aufrechterhalten wird. Der Teil des abgetrennten Schlamms, der erneut der ersten anaeroben Zone zugeleitet wird, wird in einer Menge.-Von 30 Volumen-%, bezogen auf die Zulauffließgeschwindigkeit, recyclisiert. Der Teil der gemischten Flüssigkeit, welche die letzte Stufe der Sauerstoffzone bildet, wird erneut der ersten Stufe der sauerstoffarmen Zone in einer Recyclisierungsmenge von 239 Volumen-%, bezogen auf die Zulauffließgeschwindigkeit, zugeleitet. Dabei wird eine nominelle Verweilzeit (NRT) von 0,192 Stunden pro Stufe in der anaeroben Zone, 0,074 Stunden pro Stufe in der sauerstoffarmen Zone und 0,123 Stunden pro Stufe in der Sauerstoff zone aufrechterhalten.

Der Teil der nicht erneut der ersten anaeroben Zone zugeführten Biomasse wird von der überstehenden Flüssigkeit abgetrennt,· filtriert und 24 Stunden bei 105⁰C getrocknet. Die bei der Untersuchung dieses Produkts erhaltenen Werte sind zusammen mit anderen Werten der abgetrennten überstehenden Flüssigkeit in der Tabelle II zusammengefaßt.

	(flüssig)	Gesamt	C	Tabelle II	H	löslicher BCO₁.	S	NH--N	NO -N	PO^P
	(flüssig)	(mg/D	39,57 '	BCD₅	5,97	(mg/D	o,	(mg/D	(mg/D	(mg/1
	Nährmittel	219			219		22	2,3	8,9
Zulauf	Gew.-%	3		1,4	4,6	1,3	1,0
Ablauf		,2	N P	Si	K	Mg
		8,40 5,95	06 0,4	1,94	1,43

Die Vierte in der vorstehenden Tabelle II zeigen die Erzeugung eines Nährmittels, das für einen Einsatz als Tierfutter geeignet ist und aus einem reinen Kohlehydratbeschickungsmaterial

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hergestellt wird. Dieses Produkt besitzt einen hohen Stickstoff-, Phosphor- und Kaliumgehalt und enthält zusätzlich eine erhebliche Menge an Magnesium (ein anderes lebenswichtiges Element). Diese wesentlichen Elemente liegen mit einem hohen Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalt vor, so daß ein Mittel zur Verfügung steht, das für eine Tierernährung sehr geeignet ist.

Beispiel 3

Das Produktmaterial, das bei der Durchführung dieses Beispiels erzeugt wird, eignet sich als aktivierte Biomasse zur Durchführung von Fermentationen. Die angewendete Methode besteht aus einem Chargenverfahren im Gegensatz zu den in Beispiel 1 und 2 beschriebenen kontinuierlichen Verfahren. Die verwendete Vorrichtung ähnelt der in Fig. 3 beschriebenen Vorrichtung.

Zur Durchführung dieses Beispiels wird eine abgemessene Menge einer Stickstoff-, Phosphor- und BOD-enthaltenden Nahrungsmittelquelle in einen Reaktionstank eingeführt. Während der ersten Behandlungsphase werden anaerobe Bedingungen innerhalb des Tanks durch Einführung von Stickstoff durch einen Verteiler, der sich an dem Boden des Tanks befindet, aufrechterhalten. Der gemessene DO-Gehalt wird während dieser auaeroben Phase im wesentlichen auf Null gehalten. Dann wird mit der Stickstoffspülung aufgehört und die Behandlung in einer zweiten aeroben oder Sauerstoffbehandlungsphase fortgesetzt. Die Sauerstoffbedingungen werden durch Durchperlen von Sauerstoff aufrechterhalten. Der DO-Gehalt wird während der Sauerstoffphase auf 5,0 gehalten.

Die BOD-enthaltende.: Nahrungsmittelquelle, die zur Durchführung dieses Beispiels eingesetzt wird, besteht aus einem Stadtabwasser. Die bei einer Untersuchung dieses Zulaufs erhaltenen Werte gehen aus der Tabelle III hervor. Der Zulauf wird in einer solchen Weise dem System zugeführt, daß eine Gesamtzulaufdetentionszeit (IDT) von 1,5 Stunden und eine nominelle Verweilzeit (NRT) von 0,5 Stunden während der anaeroben Phase und 1,0 Stunde wäh-

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rend der Sauerstoffphase aufrechterhalten werden. Der Teil des abgetrennten Schlamms,, der bei diesem Beispiel für eine Verwendung während der ersten anaeroben Phase der nächsten Charge verwendet und der für eine Verwendung während der ersten anaeroben Phase dieser Charge von einer vorangegangenen Charge zurückgehalten wird, macht 50 Volumen-%, bezogen auf den gesamten zugeführten Zulauf, aus.

Der Teil des Schlamms oder der aktiven Biomasse, der nicht für eine Verwendung in der anfänglichen anaeroben Phase einer nachfolgenden Charge zurückgehalten wird, wird aus dem Tank abgezogen, filtriert und 24 Stunden bei 105⁰C getrocknet. Die bei der Untersuchung dieses getrockneten Produktes erhaltenen Werte sind zusammen mit anderen Werten der abgetrennten überstehenden Flüssigkeit in der Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle III

Gesamt BOD₅ löslicher BCE)₅ NH₃-N P(V-P (mg/1) (mg/1) (mg/1) (mg/1)

Zulauf (flüssig) 153 126 16,77 3,62

Ablauf (flüssig) 6,3 2,1 7,89 0,48

Nährmittel C F N PSSiKMg

Gewichtsprozent 39,13 5,62 7,1 3,96 0,88 1,95 1,01 0,71

Die vorstehenden Werte zeigen, daß ein Produkt mit einem hohen Stickstoff- und Phosphorgehalt bei Anwendung des chargenweise durchgeführten Verfahrens erhalten werden kann. Ferner ist festzustellen, daß das Produkt relativ hohe Stickstoff- und Phosphorwerte besitzt, obwohl die entsprechenden Stickstoff- und Phosphorwerte in dem Zulauf relativ niedrig sind.

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e e r s e 11 e

Claims

MTJXLER-BORE · DEUiEL · SCHÖN DR. WOLFGANG MÜLLER-BORIi (PATENTANWALT VON 1927- 197S) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CH EM. DR. ALFRED SCHÖN. D1PL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS. A 2558 AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC. Allentown, Pennsylvania 18104/USA Biomasse mit hohem Stickstoff- und Phosphorgehalt Patentansprüche

1. Biomasse mit hohem Stickstoff- und Phosphorgehalt, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach folgenden Maßnahmen erhältlich ist:

(a) Bildung einer gemischten Flüssigkeit durch Vermischen von aktivierter Biomasse mit einem Stickstoff-, Phosphor- sowie BOD-enthaltenden Zulauf unter anaeroben Bedingungen, so daß sie im wesentlichen frei von N0~ ist und einen gelösten Sauerstoffgehalt von weniger als 0,7 ppm aufweist, wodurch eine selektive Erzeugung ^vorinichtfilamentösen Mikroorganismen erfolgt, die BOD unter anaeroben Bedingungen zu sorbieren vermögen,

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irffSrCHEH 86 ■ SIEBERTSIR. 4 · POSTFACH 880720 · KABEL: JItTEBOPAT · TEl. (089) 4740 05 ■ TEI₁EX 3-21385

ORIGINAL INSPECTED

(b) Oxidation von BOD in der gemischten Flüssigkeit

zur Entfernung von BOD durch Kontakt mit Sauerstoffen thaltendem Gas unter Bedingungen, der derart ausgewählt sind, daß ein gelöster Sauerstoffgehalt von wenigstens 1 ppm aufrechterhalten wird,

(c) Absetzenlassen der oxidierten gemischten Flüssigkeit zur Abtrennung einer überstehenden Flüssigkeit von einer dichteren Biomasse,

(d) Verwendung eines Teils der abgetrennten Biomasse als aktivierte Biomasse zu einem anfänglichen Vermischen mit BOD enthaltendem Zulauf und

(e) Gewinnung eines anderen Teils der abgesetzten und abgetrennten Biomasse als Produkt.

2. Biomasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anaeroben Bedingungen derart ausgewählt werden, daß eine gewisse Sauerstoffkonzentration von weniger als ungefähr 0,5 ppm vorliegt.

3. Biomasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anaeroliPH Bedingungen durch Kontaktieren der gemischten Flüssigkeit mit Stickstoffgas aufrechterhalten werden.

4. Biomasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt als Pflanzen- oder Tiernährmittel eingesetzt wird und der BOD-enthaltende Zulauf Abwasser ist.

5. Biomasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf ferner Ammoniak enthält, wobei die gemischte Flüssigkeit" anschließend an die anaerobe-Behandlung sowie vor der Oxidationsbehandlung unter sauerstoffarmen Bedingungen bei einem gelösten Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 0,7 ppm behandelt wird und eine oxidierte

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gemischte Flüssigkeit mit einer Konzentration an Nitraten und/oder Nitriten von mehr als ungefähr 2 ppm, ausgedrückt als elementarer Stickstoff, während der sauerstoffarmen Behandlung zugemischt wird.

6. Biomasse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidierte gemischte Flüssigkeit, die der sauerstoffarmen Behandlung zugesetzt wird, in einer Menge zugegeben wird, die 100 bis ungefähr 400 Volumen-%, bezogen auf den frischen Zulauf, der bei der anfänglichen anaeroben Behandlung verwendet wird, entspricht.

7. Biomasse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aktivierte Biomasse, die der anaeroben Behandlung zugeführt wird, mit dem Zulauf in einer Menge vermischt wird, die ungefähr 10 bis ungefähr 50 Volumen-%, bezogen auf den Zulauf, entspricht.

8. Biomasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbehandlungszeit unter anaeroben Bedingungen sowie unter oxidierenden Bedingungen 3 Stunden nicht übersteigt.

Biomasse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbehandlungszeit unter anaeroben Bedingungen, sauerstoffarmen Bedingungen sowie oxidierenden Bedingungen 3 Stunden nicht übersteigt.

10. Biomasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt als lebender Mikroorganismus bei einer Fermentation eingesetzt wird und die Stufen (a) bis (e) chargenweise ausgeführt werden.

11. Biomasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensstufen in einem kontinuierlichen Fließverfahren in getrennten Zonen durchgeführt werden, und

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der Teil der abgetrennten Biomasse, der als aktivierte Biomasse eingesetzt wird, erneut der ersten anaeroben Zone zugeführt wird.

12. Biomasse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensstufen in einem kontinuierlichen Fließverfahren in getrennten Zonen durchgeführt werden, wobei der Teil der abgetrennten Biomasse, der als aktivierte Biomasse verwendet wird, erneut der ersten anaeroben Zone zugeführt wird, und oxidierte gemischte Flüssigkeit aus der Sauerstoffzone (oxic zone) erneut der sauerstoffarmen Zone (anoxic zone) zugeleitet wird.

13. Biomasse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzone eine Reihe von wenigstens zwei hydraulisch verschiedenen Abschnitten aufweist, die in Reihe in einer Flüssigkeitsfließverbindung stehen.

14. Biomasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der BOD-enthaltende Zulauf eine Kohlehydratlösung oder -suspension ist.

15. Biomasse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die anaerobe Zone eine Reihe von wenigstens zwei hydraulischen voneinander verschiedenen Abschnitten aufweist, die in Reihe durch eine Fließverbindung verbunden sind.

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