DE290126C

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Publication number: DE290126C
Application number: DENDAT290126D
Authority: DE
Publication date: 1900-01-01

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

In der Behandlung von Abwässern, sowohl städtischer als solcher von Fabriken, hat sich von jeher das Bestreben gezeigt, die sich sowohl bei getrennter als ungetrennter Schlammbehandlung speziell in den Faulkammern entwickelnden Faulgase nutzbar zu machen.

Alle nach dieser Richtung vorgenommenen Versuche haben keinerlei für die Praxis brauchbaren Resultate ergeben. Insbesondere ist es

ίο nicht gelungen, die Faulgase in solchen Mengen zu gewinnen oder zu erzeugen, daß eine in Betracht kommende industrielle Verwertung derselben zu Heiz-, Beleuchtungs- oder Kraftzwecken möglich geworden wäre (s. Dr. Dunbar, Leitfaden für die Abwässerreinigungsfrage, München, Oldenburg 1912, 2. Aufl., S. 203 oben).

Die Erklärung für die Tatsache, daß es bis jetzt unmöglich war, diese Gase in einer gewerblich verwertbaren Menge zu gewinnen, besteht

darin, daß weder beim getrennten noch beim ungetrennten Betrieb die in den Faulkammern sich abspielenden biologischen Vorgänge wissenschaftlich genügend aufgeklärt sind, und weil man die Voraussetzungen nicht kannte, unter welchen die Entwicklung der Faulgase in solchem Umfang erfolgen könnte, daß eine lohnende Ausnutzung derselben zu industriellen Zwecken möglich geworden wäre.

Diese Bedingungen wurden wissenschaftlich erforscht, und den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun ein Verfahren, um bei der Behandlung von Abwässern einen Gärungsprozeß künstlich hervorzurufen und sowohl bei getrennter wie bei ungetrennter Schlammbehandlung die Entwicklung von Methan oder Wasserstoffgas künstlich zu beeinflussen und zu fördern, derart, daß große Mengen industriell verwertbarer Kraft- und Leuchtgase gewonnen werden.

Bei den besonderen Verfahren der getrennten Schlammbehandlung, welche sich in der letzten Zeit in der Praxis eingeführt haben, erzielt man durch die schnellere Schlammverzehrung noch den erheblichen Vorteil, daß der Schlammraum in kleineren Dimensionen ausgeführt werden kann, wodurch sich die Kosten der Anlage verringern.

Obgleich das vorliegende Verfahren selbstverständlich in den bestehenden, »Faulkammern« genannten Behältern durchgeführt wird, so ist dasselbe doch kein Faul-, sondern ein Gärungsverfahren mit allen Merkmalen des Gärungsprozesses.

Die Neuerung nach der vorliegenden Erfindung beruht auf der folgenden wissenschaftlichen Erkenntnis, welche sowohl für den getrennten (Schlammverzehrungs-), als für den gemeinsamen Betrieb (gewöhnliches Faulverfahren ohne getrennte Absonderung des Schlammes) Geltung hat:

In jedem Schlamm der Abwässer befindet sich, wie allgemein bekannt, ein gewisser Gehalt von organischen Substanzen.

Bei dem üblichen Faulverfahren (gemeinsamen Betrieb und beim getrennten Betrieb) wird nur ein geringer Teil dieser fäulnisfähigen Substanzen durch die in dem Schlamm anwesenden Anaerobenbakterien vergast.

Diese Vergasung ist demzufolge bei beiden: Betrieben eine unvollkommene.

Die Unvollkommenheit der Vergasung ist darauf zurückzuführen, daß die Anaerobenbakterien in ihren Lebensbedingungen durch andere Bakterien, welche andere Prozesse hervorrufen, teilweise beinflußt werden.

Die erwähnte wissenschaftliche Erkenntnis besteht nun darin, daß er solche Anaerobenbakterien in den Schlamm sowohl des getrennten als des gemeinschaftlichen Betriebes einführt, und besondere Lebensbedingungen für deren Entwicklung schafft, welche Heiz-, Leucht- und Kraftgase, speziell also Methan und Wasserstoff erzeugen.

Diese Methan bzw. Wasserstoff erregenden Anäerobenbakterien entwickeln sich verschieden, entsprechend der Natur und Temperatur des Abwassers. .

ao Handelt es sich z. B. um Abwasser der Papierfabrikation, so fördert man gemäß der vorliegenden Erfindung die Entwicklung solcher Anaerobenbakterien, welche speziell im Abwasser der Papierfabrikation gedeihen.

Man wird hierbei auch darauf Rücksicht nehmen, ob die Abwässer aus einem Papierfabrikationsbetriebe herrühren, in welchem die Aufschließung des Rohmaterials zu Zellstoff mit Kalk oder mit anderen Stoffen bewirkt wird.

Nach der chemischen Zusammensetzung der Abwässer wird man also das Impfmaterial wählen. :

Die Mittel, um die Lebensbedingungen der Kraftgas erzeugenden Bakterien künstlich zu steigern, sind die folgenden:

1. Einimpfung und Züchtung der betreffenden Bakterien;

2. Zusatz solcher chemischen Stoffe, welche die Lebensbedingungen dieser Bakterien zu fördern geeignet sind;

3. Erwärmung des ganzen Abwassers bei gemeinsamem Betrieb oder des Schlammes bei getrenntem Betrieb auf jenen Wärmegrad, bei welchem die betreffenden Bakterien ihre maximale Gasmenge erzeugen.

Nun besitzen aber die zu behandelnden Abwässer vielfach schon jene Temperaturgrade, welche zur Erzeugung der maximalen Gasmengen nötig sind; auch gibt es Abwässer, welche die geeigneten Nährsalze schon in sich enthalten. In solchen Fällen ist zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung nur die Einimpfung und Züchtung der betreffenden Bakterien erforderlich.

Die chemischen Stoffe, welche zur Förderung der Lebensbedingungen der Bakterien verwendet werden, sind anorganische Verbindungen im allgemeinen. Beispielsweise werden genannt Kalisalze, Phosphate, Kalk, Ammoniumsalze, Magnesium-, Eisen-/-Mangansalze usw.

Bei der getrennten Behandlung wird man diese Substanzen zweckmäßigerweise in die Faulraumabteilung, beim gemeinsamen Betrieb ι dagegen in das Abwasser einführen.

Die künstliche Erwärmung erfolgt durch alle geeigneten Erwärmungsmittel.

Beim getrennten Betrieb wird der Inhalt der Faulraumabteilung, beim gemeinsamen Betrieb das Abwasser auf die für die maximale Gasentwicklung geeignete Temperatur gehalten.

Beim Faulkammerbetrieb wurde bekanntlich die Tatsache durch Analysen konstatiert, daß sehr viel freier Stickstoff gebildet wird und in Gasform entweicht. Der Stickstoffgehalt der entweichenden Gase stejgt oft bis zu 69 Prozent (Report of the Massachusette State Board of Health, 1908, S. 496). Dadurch tritt der Prozeß der Methanerregung bei der Schlammzersetzung in den Hintergrund, und das hat den Nachteil, daß zu wenig industriell verwertbares Kraftgas entwickelt. wircL

Diese übermäßige Stickstoffentwicklung an einer ungeeigneten Stelle des Klärverfahrens muß auch als ein Stickstoffverlust und als ein Nachteil des gesamten Klärverfahrens angesehen werden, und zwar aus folgenden Gründen :

Zur Beseitigung der Fäulnisfähigkeit der Abwässer werden die Abflüsse der Faulkammern auf Oxydationskörper geleitet; die Nitrifikation von Ammoniak und organischen Stickstoffj verbindungen, welche zur Durchführung einer rationellen und energischen Oxydation erforderlich ist, um ein hochgereinigtes Wasser zu erhalten, kann nicht so energisch stattfinden, wenn die ursprünglichen und komplizierten Stickstoffverbindungen schon vorher größtenteils zu elementarem Stickstoff abgebaut wurden.

Der Zweck der gegenwärtigen Erfindung besteht nun auch darin, diese Stickstoffentwicklung im Stadium des Faulverfahrens zu hemmen, so daß die anwesenden Stickstoffverbindungen für die später notwendige Nitrifikation zur Verfügung bleiben.

Diese Hemmung der Stickstoffentwicklung erfolgt dadurch, daß die Lebensbedingungen der Kraftgas erzeugenden Bakterien, wie beschrieben, gefördert werden.

Daß die vorliegende Erfindung — wie vorhin bemerkt — kein Faulverfahren, sondern ein reines Gärungsverfahren ist, wird durch folgendes bewiesen:

a) bei allen diesen Faulverfahren werden die verschiedenartigsten Gase entwickelt, wie z. B. Schwefelwasserstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlensäure usw., die von anderen Zersetzungsprozessen herrühren, während

b) bei der vorliegenden Erfindung ausschließlich nur Methan und Kohlensäure bzw. Wasserstoff und Kohlensäure entstehen, und daß — wie schon ausgeführt — die eiweiß-

oder sonstigen stickstoffhaltigen Körper nicht zu freiem Stickstoff, sondern" zu Ammoniak reduziert werden.

Der kennzeichnende Unterschied zwischen diesen beiden Verfahren besteht also darin, daß das Faulverfahren die Entwicklung einer Anzahl von Gasen fördert, welche einer gewerblichen Verwertung nicht fähig sind, und daß die organischen Stoffe durch die verschiedenartigsten Prozesse, die in einer Faulkammer auftreten, nicht so vollständig abgebaut werden, während dagegen beim vorliegenden Gärungsverfahren gerade die Entwicklung von Kraftgasen gefördert wird, und dabei die anwesenden Kohlenstoffverbindungen fast alle in Methan und Kohlensäure übergeführt werden.

Der durch diese Erfindung erreichte technische

Fortschritt besteht darin, daß angesichts der Kompliziertheit der Zusammensetzung der Abwasser der Erfolg, reines Methan oder Wasserstoff zu gewinnen, nicht zu erwarten war.

Bisher war es nur möglich, mit einzelnen bestimmten Stoffen, wie z. B. Cellulose, eine Methangärung hervorzurufen; es war aber nicht möglich, aus Abwässern, in welchen eine Reihe von verschiedenartigen Stoffen vorkommen, eine Methan- oder Wasserstoffgärung hervorzurufen bzw. in solcher zielbewußten Weise zu beeinflussen, daß die maximale Kraftgasmenge zur Entwicklung gebracht wird. .

Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel für die praktische Durchführung des Verfahrens in Anwendung auf Abwässer aus der Papierfabrikation angegeben.

Den im normalen Betriebe entstehenden Abwässern werden, falls das Rohmaterial nicht schon mit Kalk aufgeschlossen wurde, Kalk in solchen Mengen zugeführt, bis eine Alkalität von etwa 400 mg Ca O pro Liter erreicht ist, und für den Fall, daß das Abwasser nicht schon die für Bakterienentwicklung günstigste Temperatur besitzt, wird das Abwasser auf den geeigneten Temperaturgrad, z. B..30° C, erwärmt. Das Abfallwasser wird sodann in einen Raum (gewöhnlich Faulraum genannt) mit gleichmäßiger Geschwindigkeit abgelassen, worin die anaeroben Methan- bzw. Wasserstoffbakterien eingeimpft waren, und wo eine aktive Gärung im Gange war.

. Der kaustische Kalk wird sofort durch die in den Abwässern in Lösung befindliche Kohlensäure neutralisiert, so daß dadurch eine sehr intensive Gärung ermöglicht wird.

Die gelösten organischen Stoffe werden größtenteils vergoren (ein kleiner Teil wird in ' Humus verwandelt), während die ungelösten organischen Stoffe fast ganz vergast werden.
j Durch die Menge zugeführten Kalks kann man die prozentuale Zusammensetzung der Gas-■ menge regeln.

^! Wünscht man Gas von hoher Verbrennungswärme, also von großem Methan- oder Wasserstoffgehalt, so 'wird man dem Abwasser mehr Kalk zusetzen. Dadurch kann, je nach dem erstrebten Zweck, ein größerer oder kleinerer Teil der Kohlensäure gebunden werden, wodurch ein Gas entweicht, das prozentual mehr Methan oder Wasserstoff enthält.

Schließlich sei noch bemerkt, daß es an sich bekannt ist, dem Abwasserschlamm Bakterien zuzuführen. Dieses ist aber bisher nur in der Absicht erfolgt, um den Fäulprozeß anzuregen. Es ist auch ferner bekannt, dem Schlämm des Abwassers Salze zuzuführen. Dies geschieht jedoch entweder, um den Schlamm in Gärung überzuführen, um eine Trennung der festen Bestandteile des Schlammes von den flüssigen Teilen derselben herbeizuführen (siehe engl. Patent 16237/1912), oder um eine Konzentration des Schlammes zu bewirken zwecks Erhöhung des Düngerwertes des letzteren (siehe engl. Patent 28328/1912).

Es ist aber noch nicht bekannt geworden:

a) dem Schlamm speziell solche anaeroben Bakterien zuzuführen, welche Methan oder Wasserstoff erzeugen,

b) unter gleichzeitiger Verwendung von Salzen und von Erwärmungsmitteln, welchen hierbei die Aufgabe zufällt, die Lebensbedingungen dieser Bakterien günstig zu beeinflussen und so g₀ die Methan- oder Wasserstoffbildung zu fördern, mit der gleichzeitigen Wirkung, die Stickstoffentwicklung zu verhindern.

Claims

Patent-Anspruch:

Verfahren zur Herstellung von Methan oder von Wasserstoff aus Abwässern, gekennzeichnet durch Einimpfung von Methan oder Wasserstoff erzeugenden, der _1Oo Natur des betreffenden Abwassers entsprechenden anaeroben Bakterien in den Schlamm der Abwässer oder in diese selbst, um die Entwicklung freien Stickstoffs zu verhindern, unter Durchführung der Me- i_Oj than- bzw. Wasserstoffgärung bei geeigneten Temperaturen und in Gegenwart geeigneter Nährsalze.