DE4000834A1

DE4000834A1 - Verfahren und anlage zur biomethanisierung von organischen reststoffen

Info

Publication number: DE4000834A1
Application number: DE4000834A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Biol Hanf; Karl Dipl Ing Schmid
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1989-02-09
Filing date: 1990-01-13
Publication date: 1990-08-16
Anticipated expiration: 2010-01-14
Also published as: DE4000834C2

Description

A. Technisches Sachgebiet:

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.

B. Problemstellung:

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.

C. Aufgabenstellung:

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.

D. Lösung der Aufgabe:

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.

E. Zeichnungen:

Es zeigen zur Erläuterung der Erfindung:

Fig. 1 das Verfahrensschema der erfindungsgemäßen Anlage und

Fig. 2 das Reaktorsystem als Aufstellungs plan in Seitenansicht.

F. Beschreibung des Verfahrensablaufs und Anlagenaufbaus: a) Beschickung

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.

b) Treber-Aufbereitung

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.

c) Enzym-Vorbehandlung (Reaktor B 12 und B 31)

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.

d) Mischung von Hefe- und Trebersubstrat im Behälter (B 40):

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.

e) Hydrolyse (Behälter B 52, B 54 und B 56):

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.

f) Methanogenese (Behälter B 62, B 64 und B 66):

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.

g) Ultrafiltration (zur Beschleunigung des Verfahrensablaufs):

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.

h) Nachfaulbehälter B 71:

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.

i) Filterpresse:

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.

j) Gasspeicherung:

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.

k) Gasverwertung:

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

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.