DE4000834C2 - 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 Filterrückspül
flüssigkeit zu den organisch extrem hoch belasteten
Abwässern, deren Reinigung incl. der dazu bislang
üblichen Trebertrocknung zu Futterzwecken, Heferück
gewinnung 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.
Für die biologische Reinigung von Abwässern aus
der Industrie sind verschiedene Verfahren bekannt.
Bei einem aus der DE-37 09 174 A1 bekannten Ver
fahren zur biologischen Reinigung von organisch
belasteten Abwässern, bei dem die Abwasserinhalts
stoffe mikrobiell umgesetzt werden und das behan
delte Abwasser anschließend von dem biologischen
Schlamm abgetrennt wird, wird zur Steigerung der
Leistung und des Reinigungsgrades erfindungsgemäß
die mikrobielle Umsetzung unter Überdruck ausge
führt und die Abtrennung des behandelten Abwassers
vom biologischen Schlamm durch eine Membran- oder
Ultrafiltration vorgenommen. Dieses Verfahren nebst
zugehöriger Vorrichtung ist anlagentechnisch und
ökonomisch jedoch sehr aufwendig.
Verfahren, die ohne Überdruck arbeiten, sind anlagen
technisch einfacher und zudem kostengünstiger. Grund
sätzliche Rahmen- und Einsatzbedingungen derartiger
Reinigungsverfahren sind bekannt. So sind aus der
DE-Z: forum mikrobiologie 1-2, 1987, S. 30-36 und
DE-Z: Korrespondenz Abwasser 1, 1987, S. 28-36
jeweils einzelne Verfahrensschritte bekannt, mit
denen ein Verfahren zur Biomethanisierung von or
ganischen Reststoffen, insbesondere dabei für die
biologische Behandlung von Brauereiabwässern und
Braurückständen durch Hydrolyse mit down-/up-flow
sowie anschließender Methanogenese, ebenfalls in
down-/up-flow, Materialtrennung in Fest-/Flüssigphase
und Festphasenrückführung durchführbar ist.
Aus beiden Literaturstellen ist zudem entnehmbar,
daß die Behandlung von extrem hochbelasteten Abwässern
mit den dort vorgestellten Verfahren trotz erzielter
Verbesserungen noch einen hohen prozeßtechnischen
Aufwand erfordern.
Mit der vorliegenden Erfindung soll zunächst einmal
generell der Nachweis erbracht werden, daß ein
biologischer Abbau organisch extrem hochbbelasteter
Abwässer produktionstechnisch und wirtschaftlich
möglich ist.
Das dabei gewählte Verfahren besteht in einer
mehrstufigen, anaeroben Abwasserbehandlung. Der
Energiegewinn aus der Biogasproduktion und die
starke Reduktion der Schmutzfracht bei sehr ge
ringem 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.
Das neue Verfahren baut auf ein Verfahren zur Bio
methanisierung von organischen Reststoffen, insbe
sondere dabei für die biologische Behandlung von
Brauereiabwässern und Braurückständen durch Hydrolyse
mit down-/up-flow sowie anschließender Methanogenese,
ebenfalls in down-/up-flow, Materialtrennung in Fest-/-
Flüssigphase und Festphasenrückführung auf und zeichnet
sich im wesentlichen dadurch aus, daß die Methanogenese
mittels in mehrstufiger Kaskade geschalteter Schlaufen
reaktoren mit Füllkörpern im aufsteigenden Bereich,
die zueinander höhenversetzt angeordnet und jeweils
mit einem Überlauf versehen und bodenseitig mit Spitz
kegeln ausgebildet sind, durchgeführt wird,
daß die in der ersten Gärstufe der Hydrolyse frei
werdenden Gase mindestens in den ersten Schlaufen
reaktor der Methanogenese eingedüst werden und
daß die Entgasung im Methanogenese-System mindestens
durch den Überlauf und das höhenversetzte Niveau
der Schlaufenreaktoren erfolgt.
Es zeigen zur Erläuterung der Erfindung:
Fig. 1 das Verfahrensschema der
erfindungsgemäßen Anlage und
Fig. 2 das Reaktorsystem als Auf
stellungsplan in Seitenansicht.
a) Beschickung
Die einzelnen Substrate werden innerhalb der Brauerei an den einzelnen Produktionsplätzen gesammelt und in Transportbehältern oder über Rohrleitungen an die Anlage gebracht. In der Anlage befinden sich Speicherbehälter für Hefe B 30 und Treber 8 10.
Die einzelnen Substrate werden innerhalb der Brauerei an den einzelnen Produktionsplätzen gesammelt und in Transportbehältern oder über Rohrleitungen an die Anlage gebracht. In der Anlage befinden sich Speicherbehälter für Hefe B 30 und Treber 8 10.
b) Treber-Aufbereitung
Der Treber besteht aus 80% Wasser und 20% Festkörpern, 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.
Der Treber besteht aus 80% Wasser und 20% Festkörpern, 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.
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.
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.
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.
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
masse 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.
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.
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.
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.
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.
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
durch Hydrolyse mit down-/up-flow sowie anschließen
der Methanogenese, ebenfalls in down-/up-flow,
Materialtrennung in Fest-/Flüssigphase und Fest
phasenrückführung,
gekennzeichnet dadurch,
daß die Methanogenese mittels in mehrstufiger Kaskade geschalteter Schlaufenreaktoren mit Füll körpern im aufsteigenden Bereich, die zueinander höhenversetzt angeordnet und jeweils mit einem Überlauf versehen und bodenseitig mit Spitzkegeln ausgebildet sind, durchgeführt wird,
daß die in der ersten Gärstufe der Hydrolyse frei werdenden Gase mindestens in den ersten Schlaufen reaktor der Methanogenese eingedüst werden und
daß die Entgasung im Methanogenese-System mindestens durch den Überlauf und das höhenversetzte Niveau der Schlaufenreaktoren erfolgt.
daß die Methanogenese mittels in mehrstufiger Kaskade geschalteter Schlaufenreaktoren mit Füll körpern im aufsteigenden Bereich, die zueinander höhenversetzt angeordnet und jeweils mit einem Überlauf versehen und bodenseitig mit Spitzkegeln ausgebildet sind, durchgeführt wird,
daß die in der ersten Gärstufe der Hydrolyse frei werdenden Gase mindestens in den ersten Schlaufen reaktor der Methanogenese eingedüst werden und
daß die Entgasung im Methanogenese-System mindestens durch den Überlauf und das höhenversetzte Niveau der Schlaufenreaktoren erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch,
daß vor der Eluatabführung aus dem Methanogenese-
System eine zusätzliche Entgasung dieses Rein
wassers stattfindet.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2,
gekennzeichnet durch
Zuordnung einer Ultrafiltration zur Bakterien
rückführung und teilweiser Eluatrückführung in
die Vorbehandlungsstufe.
4. Verfahren nach einem der vorher
gehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Vorschaltung einer Vorbehandlungsstufe mit Treber
zerkleinerung sowie chemischer, enzymatischer
und/oder fakultativ aerober bis anerober Vorbe
handlung.
5. Verfahren nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Zuordnung einer Nachfaulstufe (anaerob) zur weiteren
Feststoffreduktion sowie aerobe Nachbehandlung
zur Geruchseleminierung und Stickstoffreduktion.
6. Anlage zur Verfahrensdurchführung unter
Verwendung von Schlaufenreaktoren,
gekennzeichnet durch
die Verwendung von mehrstufigen Füllkörper
im aufsteigenden Bereich aufweisenden Schlaufen
reaktoren (B 62, B 64, B 66) für den Methanogenese-
Abschnitt, wobei die Schlaufenreaktoren (B 62,
B 64, B 66) zueinander höhenversetzt angeordnet
und jeweils mit einem im wesentlichen horizontal
liegenden Überlauf versehen sowie bodenseitig
mit Spitzkegeln ausgebildet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4000834A DE4000834C2 (de) | 1989-02-09 | 1990-01-13 | Verfahren und Anlage zur Biomethanisierung von organischen Reststoffen |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3903854 | 1989-02-09 | ||
DE4000834A DE4000834C2 (de) | 1989-02-09 | 1990-01-13 | Verfahren und Anlage zur Biomethanisierung von organischen Reststoffen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4000834A1 DE4000834A1 (de) | 1990-08-16 |
DE4000834C2 true DE4000834C2 (de) | 1998-07-02 |
Family
ID=6373718
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DE4000834A Expired - Fee Related DE4000834C2 (de) | 1989-02-09 | 1990-01-13 | Verfahren und Anlage zur Biomethanisierung von organischen Reststoffen |
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DE (1) | DE4000834C2 (de) |
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