DE4000834A1 - Verfahren und anlage zur biomethanisierung von organischen reststoffen - Google Patents
Verfahren und anlage zur biomethanisierung von organischen reststoffenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Anlage zur Biomethanisierung von or
ganischen Reststoffen, insbesondere dabei für
die biologische Behandlung von Brauereiabwässern
einschließlich dem Treber.
Brauereiabwässer zählen aufgrund ihrer Anreicherung
mit Naßtreber, Überschußhefe und Filterrückspülflüssig
keit zu den organisch extrem hoch belasteten Abwässern,
deren Reinigung incl. der dazu bislang üblichen Treber
trocknung zu Futterzwecken, Heferückgewinnung für
die Pharmaindustrie u. dgl. äußerst kostenintensiv
und somit unwirtschaftlich ist. Hinzu kommt noch,
daß der Produktionsanfall der letztgenannten Stoffe
erheblich höher als der Bedarf der rückgewonnenen
Produkte ist.
Mit der vorliegenden Erfindung soll zunächst einmal
generell der Nachweis erbracht werden, daß ein bio
logischer Abbau organisch extrem hochbelasteter Ab
wässer produktionstechnisch und wirtschaftlich möglich
ist.
Das dabei gewählte Verfahren besteht in einer mehr
stufigen, anaeroben Abwasserbehandlung. Der Energie
gewinn aus der Biogasproduktion und die starke Re
duktion der Schmutzfracht bei sehr geringem Energie
aufwand gegenüber bekannten aeroben Klärverfahren
stellen die wesentlichen wirtschaftlichen Gesichts
punkte dar. Der Nachteil eventuell längerer Verweil
zeiten wurde dadurch ausgeglichen, daß die Substrate
in der Konzentration verarbeitet werden, wie sie
in der Brauerei anfallen, ohne Vermischen mit sonsti
gen, kaum mit Schmutzfracht beladenen Abwässern.
Das Verfahren soll insbesondere berücksichtigen,
daß die Abwässer und die festen Braurückstände direkt
beim Verursacher behandelt werden, wobei eine kon
stante Konzentration und gleichmäßige Zusammensetzung
der Substrate gewährleistet ist. Dadurch ist es mög
lich, den Behandlungsprozeß auf das eingesetzte
Material zu optimieren und damit ein definiertes
Kohlenstoff-/Stickstoff-/Phosphat-Verhältnis einzu
stellen.
Die Lösung der mit vorliegender Erfindung gestellten
Aufgabe ist im Hauptanspruch angegeben. Die Unter
ansprüche beinhalten Schritte zur weiteren Ver
fahrensoptimierung. Der prinzipielle Anlagenaufbau
ist zudem aus den Patentansprüchen, den Zeichnungen
und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Es zeigen zur Erläuterung der Erfindung:
Fig. 1 das Verfahrensschema der
erfindungsgemäßen Anlage und
Fig. 2 das Reaktorsystem als Aufstellungs
plan in Seitenansicht.
Die einzelnen Substrate werden innerhalb der
Brauerei an den einzelnen Produktionsplätzen ge
sammelt und in Transportbehältern oder über Rohr
leitungen an die Anlage gebracht. In der Anlage
befinden sich Speicherbehälter für Hefe B 30 und
Treber B 10.
Der Treber besteht aus 80% Wasser und 20% Fest
körpern, die im wesentlichen die unlöslichen
Bestandteile des Malzes (und Hopfens) darstellen.
Um einen intensiven Angriff des Materials durch
Enzyme und Bakterien zu erreichen, wurde eine
Zerkleinerung bis zu einer Größe kleiner 1 mm vor
gesehen. Gleichzeitig wird mit Hefe belastetes
Filter-Rückspülwasser und/oder Eluat zugemischt,
damit die Masse gut fließfähig wird. Das zer
kleinerte Material wird im Behälter B 11 gepuffert.
Sowohl die Hefe als auch die Zellulose-Bestand
teile des Trebers lassen sich durch Bakterien
schwer abbauen. Durch den katalytischen Effekt
wird einer Enzym-Behandlung die Abbaugeschwindig
keit durch eine spezielle Bakterienmischkultur
wesentlich erhöht; es wird damit ein besserer
Zelluloseabbau erzielt.
Eine weitere Verbesserung des Abbaus kann durch
Zugabe von Chemikalien, z.B. Laugen oder Säuren
erreicht werden.
Die enzymatisch/chemisch behandelten Materialien
werden einem Mischbehälter in einem bestimmten
Verhältnis zugeführt. Das Mischungsverhältnis
kann geändert werden und muß entsprechend dem
einzuhaltenden Kohlenstoff-/Stickstoff-Verhältnis
optimiert werden. Die Mischung wird diskontinu
ierlich der nächsten Behandlungsstufe zugeführt.
In der Hydrolysestufe finden die ersten Umsetzungs-
bzw. Gärprozesse statt. Durch entsprechende Bak
terienpopulationen wird eine Verdauung durchgeführt,
wobei als Abbauprodukte im wesentlichen Essigsäure,
flüchtige Fettsäuren, Kohlendioxid (CO2), Wasser
stoff (H2) und Stickstoff (N2) entstehen. In dem
System stellt sich ein pH-Wert von ca. 4,5 bis
5,5 ein. Der Überlauf aus der Hydrolyse wird in
einen Dosierbehälter B 58 geleitet, der als Absetz
behälter, z.B. als sogenannter Dortmund-Brunnen
oder Schrägleerer ausgebildet oder dem ein anderes
Trennsystem vorgeschaltet ist. Der sich absetzende
Feststoffschlamm wird in den Hydrolysebehälter
zurückgepumpt. Da dieser Schlamm sich im wesent
lichen aus Bakterienmasse und noch nicht abgebauten
Feststoffen zusammensetzt, wird somit eine ver
fahrensfördernde Bakterien- und Feststoffrück
führung in den Prozeßablauf erzielt.
In der zweiten Gärstufe werden die Abbauprodukte
mittels Methanbakterien zu Methan (CH4) und Kohlen
dioxid (CO2) umgesetzt.
Das dabei zugeführte Substrat ist der in dem Ab
setzbehälter vorhandene flüssige Anteil mit den
vorwiegend in Lösungsform vorliegenden Abbaupro
dukten. Außerdem werden die in der Gärstufe 1
freiwerdenden Gase in den ersten Behälter der
Methanogenese eingedüst. In diesem System stellt
sich ein pH-Wert von 6,5 bis 7,5 ein. Die Behälter
der beiden Gärstufen sind aus je 3 Einzelbehältern
zusammengesetzt, die hintereinander so angeordnet
sind, daß die Flüssigkeit über einen Oberlauf
in den nächsten Behälter gelangt. Durch eine einge
baute Trennwand ergibt sich somit das Prinzip
eines Schlaufenreaktors.
Durch den Überlauf und das höhenversetzte Niveau
der Behälter findet nun eine Entgasung statt.
Im Methanogenese-System sind außerdem im aufstei
genden Bereich Füllkörper angeordnet, um eine
möglichst große Wachstumsfläche für Bakterien
zu erhalten.
Alle Behälter sind mit Spitzkegel ausgeführt,
so daß sich absinkender Schlamm absetzen kann
und die darin enthaltenen Bakterien zurückgehalten
und zurückgeführt werden können. Nimmt die Schlamm
asse zu, wird von Zeit zu Zeit der Schlamm in
einen Nachfaulbehälter B 71 gepumpt.
Das Überlaufwasser aus dem letzten Behälter der
Gärstufe 2 wird über eine Pumpvorlage B 81 durch
eine Ultrafiltrationsanlage UF 80 gepumpt und
in die Gärstufe 2 zurückgeführt. Das Eluat (Rein
wasser) der Ultrafiltration wird über einen Gas
stripper B 82 geführt und in die Kanalisation
eingeleitet oder dem Vorbehandlungssystem als
Verdünnungsmedium zugeführt. Damit ist gewähr
leistet, daß nahezu alle Bakterien in der Anlage
zurückgehalten werden und sich im Abfluß nur Wasser
und niedrigmolekulare Lösungsbestandteile befinden.
Die Schlämme der Gärstufen 1 und 2 werden im Nach
faulbehälter B 71 gesammelt und verweilen dort
noch einige Tage zum Zwecke einer Nachfaulung
und Entgasung bei einem pH-Wert von 6,5 bis 7,5.
Ist der Behälter gefüllt, wird das Sediment in
eine Filterpresse gepumpt und eingedickt.
Das Sediment aus dem Nachfaulbehälter wird einge
dickt, das Filtrat gesammelt und in die Kanali
sation eingeleitet.
Der Filterkuchen wird ebenfalls gesammelt und
auf eine Deponie gebracht oder kompostiert. Da
dieses Material mit Sicherheit keine Schwermetalle
und sonstigen Schadstoffe enthält, sollte es vor
allem für Düngezwecke eingesetzt werden.
Das aus der Methanoganese und Nachfaulung ent
stehende Biogas, bestehend aus ca. 70% CH4, 25%
CO2 und 5% N2 wird in einem Gasspeicherballon
B 84 aus kautschukbeschichtetem Polyestergewebe
gesammelt, bei einem Betriebsdruck von ca. 200
mm WS.
Zur Erhöhung der Speicherkapazität wurde dem
Niederdruckspeicher ein Mitteldruckspeicher aus
Stahl B 85 für einen Betriebsdruck bis 15 bar
nachgeschaltet. Das Gas wird bei gefülltem Ballon
abgesaugt und mit einem Kolbenverdichter kompri
miert.
Vor dem Niederdruckspeicher ist eine Abscheidevor
richtung für Wasser und eventuell im Gas vorhandenen
Schwefel angeordnet. Die Schwefelabscheidung wird
mittels geeigneter Absorptionsmittel durchgeführt,
die in regelmäßigen Abständen erneuert werden
müssen. Die Rückstände müssen entsprechend ihrer
Zusammensetzung entsorgt werden.
Das gespeicherte Biogas wird nutzbringend in der
Brauerei verwertet zur Beheizung eines Warmwasser
kessels, der zur indirekten Beheizung eines Heiß
wasserspeicherts dient, mit dem die Pasteurisierung
von Fässern und Flaschen durchgeführt wird.
Ein Teil des Gases wird direkt an der Anlage ver
braucht zur Beheizung des Behandlungsraums, der
konstant auf einer Temperatur von 35°C gehalten
werden muß.
Während die zuvor beschriebenen Verfahrens- und
Anlagenmerkmale a) bis f) unbedingte Voraussetzung
zur Lösung der mit der Erfindung gestellten Auf
gabe sind und das Merkmal g) einen weiteren sinn
vollen Verfahrensschritt darstellt, haben die
Merkmale h) bis k) keinen selbständigen Erfindungs
charakter mehr, sondern dienen lediglich zur
Komplettierung des gesamten Verfahrens- bzw. An
lagenprinzips.
Claims (6)
1. Verfahren zur Biomethanisierung von organischen
Reststoffen, insbesondere dabei für die biologische
Behandlung von Brauereiabwässern und Braurückständen
gekennzeichnet durch
folgende zwei Hauptverfahrensstufen:
- 1.1. Hydrolyse, vorzugsweise in einem mehrstufigen Kaskadenbehälter mit down-/up-flow, Material trennung in Fest-/Flüssigphase und Festphasen rückführung.
- 1.2. Methanogenese, vorzugsweise ebenfalls in einem mehrstufigen Kaskadenbehälter mit down-/up-flow, up-flow mit Füllkörper und feinblasige Hydrolysegaseindüsung.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
Vorschaltung einer Vorbehandlungsstufe mit Treber
zerkleinerung sowie chemischer, einzymatischer
und/oder fakultativ aerober bis anerober Vorbe
handlung.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
gekennzeichnet durch
Zuordnung einer Ultrafiltration zur Bakterien
rückführung und teilweiser Eluatrückführung in
die Vorbehandlungsstufe sowie ggf. Unterdruck
entgasung des Reinwassers zur Beschleunigung des
Verfahrensablaufs.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Zuordnung einer Nachfaulstufe (anaerob) zur weiteren
Feststoffreduktion sowie aerobe Nachbehandlung zur
Geruchseleminierung und Stickstoffreduktion.
5. Anlage zur Verfahrensdurchführung
gekennzeichnet durch
die Verwendung von mehrstufigen, horizontalen Schlaufen
reaktoren (B 62, B 64, B 66), vorzugsweise mit Füll
körpern im aufsteigenden Bereich, zumindest für die
Methanogenese.
6. Anlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Behälter (B 62, B 64, B 66) zueinander höhen
versetzt angeordnet und jeweils mit einem Überlauf
versehen sowie bodenseitig mit Spitzkegeln ausge
bildet sind.
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