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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur anaeroben
Reinigung eines Schlammes der organische Konstituenten enthält.
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Es
ist als solches bekannt, anaerobe Reinigung für die Behandlung von Abwasser,
das aus der Landwirtschaftsindustrie oder aus der Nahrungsmittelindustrie
stammt, zu verwenden. Dies ist so aufgrund des Vorhandenseins von
gelösten
organischen Konstituenten, wie z.B. Konstituenten, die von der Verarbeitung
von Kartoffeln, Gemüse,
Getreide, etc. stammen. In dem bekannten Verfahren werden ungelöste Konstituenten
in einem früheren
Stadium mit Hilfe von Sedimentieren oder Flotation von dem Abwasser
getrennt, welches der anaeroben Reinigung unterzogen werden soll.
Ein Problem ist jedoch, dass man sich noch mit dem Feststoffabfall,
der in einem früheren
Schritt abgetrennt wurde, befassen muss. Dieser so genannte Feststoffabfall
muss getrennt entsorgt werden. Feststoffabfall von dieser Art wird z.B.
verarbeitet, um Tierfutter herzustellen, jedoch ist nicht jeder
Feststoffabfall dieser Art geeignet zum Verarbeiten um z.B. Tierfutter
herzustellen und der Markt für
weitere Produkte, wie z.B. Tierfutter, kann ferner stagnieren.
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Es
ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
bereitzustellen, in welchem die ungelösten Bestandteile, welche üblicherweise
vorher abgetrennt werden, auch behandelt werden können.
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Gemäß der Erfindung
wird das Problem durch ein Verfahren zur anaeroben Reinigung eines Schlammes
gelöst,
welcher organische Konstituenten enthält,
- a)
in welchem der zu behandelnde Schlamm periodisch oder kontinuierlich
einem Gemisch-gefüllten,
im Wesentlichen geschlossenen Reaktor zugeführt wird,
- b) in welchem der Schlamm mit dem Gemisch des Reaktors zwangsgemischt
wird, indem dem Gemisch im Reaktor eine Aufwärtsströmung und eine Abwärtsströmung aufgeprägt wird,
- c) bei dem das Gemisch im Reaktor einem Hydrolyseprozess unterzogen
wird, und
- d) bei dem das Gemisch aus dem Reaktor einer Flotation in einer
Flotationszelle unterzogen wird durch Einspritzung eines Gases mit
niedrigem Sauerstoffanteil, wie aus dem Reaktor stammendes Biogas
und die gebildete Schwebeschicht aus Festkörpern, dem Reaktor wieder zugeführt wird und
die entstehende, einen niedrigen Partikelgehalt aufweisende Flüssigkeit
als Abwasser abgeleitet wird.
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Der
zu behandelnde Schlamm wird mit dem Gemisch in dem Reaktor durch
Zirkulieren des Gemisches zwangsgemischt, das den in den Reaktor
eingebrachten Schlamm umfasst, indem dem Gemisch eine Aufwärtsströmung und
eine Abwärtsströmung aufgeprägt werden.
Sofern es angebracht ist, kann das Zwangsmischen direkt während des
Einbringens des Schlammes ausgeführt
werden, z.B. durch Erzeugen einer Aufwärts- und/oder Abwärtsströmung oder mit dem Einbringen
von Schlamm. Das Ergebnis davon ist, dass zumindest einige der ungelösten Konstituenten
in dem Schlamm dazu gebracht werden können, sich zumindest in dem
Gemisch, welches in dem Reaktor vorliegt, zu lösen. Das Gemisch in dem Reaktor,
zu welchem daher der zu behandelnde Schlamm periodisch oder kontinuierlich
zugeführt wird,
wird anaerob mit Hilfe eines Hydrolyseprozesses in dem Reaktor mit
einer Aufwärtsströmung und einer
Abwärtsströmung gereinigt.
Das führt
zur Freisetzung von Biogasen, umfassend unter anderem CO2 und CH4. Die Tatsache,
dass der Reaktor im Wesentlichen geschlossen ist, bedeutet, dass
diese Biogase sich im oberen Bereich des Reaktors sammeln werden,
d.h. oberhalb des darin enthaltenen Gemisches. Um ein relativ reines,
d.h. einen relativ niedrigen Partikelgehalt aufweisendes, Abwasser
zu erhalten, wird das Gemisch einer Flotation in einer Flotationszelle
unterzogen, wobei während
des Verfahrens eine Schwebeschicht von Festkörpern gebildet wird, welche
auf der Flüssigkeit,
welche sich in der Flotationszelle befindet, schwimmt. Darüber hinaus
werden schwerere Partikel in der Lage sein, sich am Boden der Flotationszelle
zu sammeln: Um die Umgebung, die für die anaerobe Reinigung mit
Hilfe von Hydrolyse in dem Reaktor benötigt wird, nicht zu stören, wird während der
Flotation ein Gas mit niedrigem Sauerstoffanteil verwendet, vorzugsweise
ein sauerstofffreies Gas. Darüber
hinaus verhindert ein Gas dieser Art Explosionen bei Kontakt mit
dem Biogas. Gemäß der Erfindung
ist es insbesondere möglich,
das Biogas, welches während
der anaeroben Reinigung freigesetzt wird und welches sich im oberen
Bereich des im Wesentlichen geschlossenen Reaktors sammelt, als
ein sehr geeignetes Gas dieser Art mit niedrigem Sauerstoffanteil
zu verwenden. Die Schwebeschicht von Festkörpern, welche sich auf der
Flüssigkeit
in der Flotationszelle bildet, wird in das Gemisch zurückgeführt, um
ein weiteres Mal einem anaeroben Reinigungsprozess durch Hydrolyse
in dem besagten Gemisch unterzogen zu werden. Darüber hinaus werden
diese Konstituenten ein weiteres Mal durch Zwang einem Mischungsprozess
unterzogen, wenn weiterer Schlamm eingebracht wird, und sie werden in
dem Verfahren schließlich
in gelöste
Verunreinigungen umgewandelt werden, welche unter anderem in Methangas
durch Hydrolyse über
die anaerobe Reinigung umgewandelt werden können. Das Verfahren gemäß der Erfindung
macht es insbesondere besonders möglich, sehr unreinen Schlamm
mit anaeroben Mitteln zu reinigen, d.h. das Verfahren zur anaeroben
Reinigung kann mit Gemischen ausgeführt werden, welche einen sehr
hohen CSB (chemical oxygen demand, chemischer Sauerstoffbedarf)
haben (in diesem Zusammenhang wird der Begriff sehr hoch als ein
CSB von mehr als 20000 mg/l bedeutend verstanden). Wie der Anmelder
entdeckt hat, gibt es bei solch hohen CSBs viele Flocken, die Bakterien
umfassen, welche leicht dazu gebracht werden können, in dem Reaktor zu schwimmen.
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In
dem Verfahren gemäß der Erfindung
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Flotationszelle ein oben
offener Tank ist, der durch eine obere Einfassung begrenzt ist und
innerhalb des Reaktors, vorzugsweise innerhalb des Gemisches, angeordnet
ist, wobei sich die obere Einfassung in einer Höhe befindet, die größer oder
gleich dem Pegel des im Reaktor enthaltenen Gemisches ist. Dies
verhindert, dass das Gemisch in der Lage ist, über die obere Einfassung aus
dem Reaktor in die Flotationszelle zu fließen. Wenn die obere Einfassung
sich auf einem höheren Pegel
befindet als der Pegel des in dem Reaktor enthaltenen Gemisches,
wird dieses sogar gänzlich
ausgeschlossen. Umgekehrt kann die Schwebeschicht relativ leicht über die
obere Einfassung zurück
in das Gemisch in dem Reaktor gedrückt werden.
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Gemäß der Erfindung
kann die Flotation besonders vorteilhaft ausgeführt werden, wenn in Schritt
d) aus dem Reaktor stammendes Biogas druckbeaufschlagt wird und
unter Druck in einem Teil des Abwassers gelöst wird und das auf diese Weise erhaltene
weiße
Wasser (engl. white water) zur Herbeiführung der Flotation derart
in die Flotationszelle eingespritzt wird, dass der Pegel in der
Flotationszelle höher
liegt als der Pegel des Gemisches im Reaktor. Druckbeaufschlagen
des Biogases, z.B. in demjenigen was als Kompressionstank bekannt
ist, und sein Einspritzen unter Druck in einen entnommenen Strom
des Abwassers – oder,
sofern es angebracht ist, Mischen des Biogases und des entnommenen Stromes
und dann diese gemeinsam mit Druck beaufschlagen – resultiert
in einem Anstieg der Löslichkeit
des Biogases in dem entnommenen Abwasserstrom und in einer Expansion,
die während
des Einspritzens in die Flotationszelle stattfindet, aufgrund des
Fehlens des relativ hohen Druckes von, z.B. 2–5 bar oder höher. Aufgrund
dieser Expansion werden relativ große Blasen von Biogas in dem
weißen
Wasser gebildet. Weiterhin führt
der übermäßige Druck dazu,
dass Flüssigkeit,
die sich in der Flotationszelle befindet, derart angehoben wird,
dass der Pegel dieser Flüssigkeit
auf einem höheren
Pegel zu liegen kommt als der Pegel des Gemisches in dem Reaktorbehälter.
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Unter
dem Gesichtspunkt, ein einfaches und zuverlässiges Einbringen des Gemisches
aus dem Reaktor in die Flotationszelle zu erreichen, ist es gemäß der Erfindung
vorteilhaft, wenn die Flotationszelle mit einer Zuführöffnung versehen
wird, welche sich in das Gemisch hinein öffnet und welche vorzugsweise
im unteren Teil der Flotationszelle angeordnet ist, und in welcher
das Biogas oder weiße Wasser
durch die Zuführöffnung derart
in die Flotationszelle eingespritzt wird, dass durch Injektor-Wirkung
Gemisch aus dem Reaktor in die Flotationszelle eingetragen wird.
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Gemäß der Erfindung
kann die Aufwärtsströmung im
Reaktor für
die anaerobe Behandlung, die durch Hydrolyse ausgeführt wird,
vorteilhafterweise durch Einspritzen von Flüssigkeit, wie z.B. einer Hilfsflüssigkeit
oder von Abwasser, welches aus der Flotationszelle stammt, in den
unteren Bereich des Reaktors, erzeugt werden. In diesem Falle ist
es unter dem Gesichtspunkt des Pufferns des pH in dem Hydrolysereaktor
wichtig, dass die Flüssigkeit
eine hohe Alkalität
aufweist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur anaeroben
Reinigung eines Schlammes, der organische Konstituenten enthält, wobei
die Vorrichtung umfasst:
- – einen im Wesentlichen geschlossenen
Hydrolysereaktor des Typs mit Aufwärtsströmung und Abwärtsströmung,
- – Zuführ- und
Mischungseinrichtungen zum Zuführen
von Schlamm zum Reaktor, vorzugsweise mit erzwungenem Mischen, und
Mischen von Schlamm innerhalb des Reaktors mit einem Gemisch, welches
bereits im Reaktor vorhanden ist,
- – eine
Flotationszelle, welche innerhalb des Reaktors positioniert ist
und die in Fluidverbindung mit den Inneren des Reaktors steht einerseits über eine
Zuführöffnung zur
Zufuhr des Gemisches, welches aus dem Reaktor stammt, zur Flotationszelle
und andererseits mit einer Auslassöffnung zum Austragen der in
der Flotationszelle während des
Betriebs der Flotationszelle gebildeten Schwebeschicht,
- – ein
Flotationsgas-Zuführsystem
zum Zuführen von
Flotationsgas, insbesondere eines einen geringen Sauerstoffanteil
aufweisenden Flotationsgases, in die Flotationszelle.
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Die
Vorteile dieser Vorrichtung sind im Wesentlichen die gleichen wie
die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung,
wie sie oben insbesondere im Zusammenhang mit Anspruch 1 erläutert worden
sind.
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Wegen
oben beschriebener Gründe
umfasst das Flotationsgaszuführsystem
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
vorteilhafterweise eine Biogasentnahmeleitung zur Entnahme von Biogas
aus dem oberen Bereich des Reaktors sowie Pumpeinrichtungen zum
Einspritzen des Biogases in die Flotationszelle über eine Einspritzöffnung.
Wegen der oben bereits erläuterten
Gründe
ist es bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung
vorteilhaft, wenn das Flotationsgas-Zuführsystem in Übereinstimmung
mit Anspruch 8 der Anmeldung gestaltet ist.
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Wiederum
wegen im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der Erfindung bereits erläuterter
Gründe,
ist es gemäß der Erfindung
vorteilhaft, wenn die Einspritzöffnung
in Übereinstimmung
mit Anspruch 9 positioniert ist.
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Wiederum
wegen oben bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erläuterter
Gründe,
ist es in der Vorrichtung gemäß der Erfindung
vorteilhaft, wenn die Flotationszelle ein Tank ist, welcher im oberen
Bereich offen ist und welcher in Übereinstimmung mit Anspruch
10 gestaltet ist.
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Bei
der Vorrichtung gemäß der Erfindung können die
Zuführ-
und Mischeinrichtungen in einer vorteilhaften Weise hergestellt
werden, wenn sie zumindest eine sich aufwärts erstreckende Rohrleitung umfassen,
welche innerhalb oder entlang des Tanks verläuft und deren oberes Ende sich
während
des Betriebes auf einem niedrigeren Pegel als der Pegel des Gemisches
im Reaktor befindet, und wenn die Rohrleitung mit einem Mischer
versehen ist, der während
des Betriebes eine Abwärtsströmung durch
die Rohrleitung erzeugt und die Rohrleitung an ihrem unteren Ende
mit einer Auslassöffnung
versehen ist und eine Schlammzuführleitung
in die Rohrleitung mündet.
Dies erzeugt eine Mischkammer, in welcher der Schlamm dem Reaktor
zugeführt
wird, wobei in der Mischkammer ein gut kontrolliertes Zwangsmischen mit
dem Gemisch aus dem Reaktor stattfinden kann. Um einerseits sicherzustellen,
dass das Gemisch aus dem Reaktor eingebracht wird und andererseits der
Schlamm, der mit diesem Gemisch gemischt worden ist, in das Gemisch
in dem Reaktor ausgelassen wird, ist die Rohrleitung an ihrem oberen
Ende offen, und der Mischer ist derart gestaltet, dass er einen
Abwärtsstrom
durch die Rohrleitung erzeugt, und die Rohrleitung ist an ihrem
unteren Ende offen, um es ihr zu ermöglichen, dass der Abwärtsstrom
aus der Rohrleitung ausgelassen wird. Der Abwärtsstrom bewirkt ferner eine
Rezirkulation des Gemisches in dem Reaktor, da dieses Gemisch einer
Aufwärtsströmung in
dem Reaktor unterworfen wird und zurück in den unteren Bereich für eine erneute
Behandlung zugeführt
werden muss.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform
detaillierter erläutert,
welche schematisch in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
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1 eine
schematische Seitenansicht im Schnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
in welcher das Verfahren gemäß der Erfindung
ausgeführt
wird; und
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2 eine
schematische Draufsicht der Vorrichtung, die in 1 gezeigt
ist.
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Die
Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung
umfasst einen Reaktorbehälter 2,
durch welchen eine Aufwärtsströmung stattfindet.
Zumindest während des
Betriebs enthält
dieser Reaktorbehälter 2 ein
Gemisch 3 mit einem Flüssigkeitspegel 4,
und während des
Betriebs sammelt sich Biogas, insbesondere umfassend Methan (CH4) und CO2, im oberen
Bereich des Reaktors, d.h. über
dem Pegel 4. Das Biogas ist mit Bezugszeichen 5 bezeichnet.
Da das Biogas 5 sich in dem oberen Bereich des Reaktors 2 sammeln kann,
ist es wichtig, dass der Reaktor 2 im Wesentlichen geschlossen
ist. Um eine Aufwärtsströmung des
Gemisches 3 in dem Reaktorbehälter 2 zu bewirken,
ist ein Satz von Rohrleitungen 6, welche besonders klar
aus 2 erkannt werden können, am Boden des Reaktorbehälters 2 angelegt.
Diese Rohrleitungen 6 sind entlang ihrer Länge mit
einer Auslassöffnung
versehen, über
welche eine Flüssigkeit,
wie Schlamm oder insbesondere das, was als Verdünnungswasser bekannt ist, die
durch die Rohrleitungen 6 zugeführt wird, in den Reaktor geblasen
werden kann.
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Im
Reaktor befindet sich eine Anzahl von Rohrleitungen 7,
in der beispielhaften Ausführungsform,
die in der Zeichnung gezeigt ist, vier Rohrleitungen 7.
Zumindest während
des Betriebes sind diese Rohrleitungen 7 vollständig in
dem Gemisch 3 untergetaucht. Die Rohrleitungen 7 sind
an der Oberseite offen und sind in ähnlicher Weise an der Unterseite offen
oder zumindest mit Auslassöffnungen
versehen. Ferner befindet sich in jeder der Rohrleitungen ein Rührglied 18,
welches von außerhalb
des Reaktors über
eine Welle 9 bewegt wird. Das Rührglied und die Bewegungsvorrichtung
sind derart angeordnet, dass als Ergebnis in der Rohrleitung eine
Abwärtsströmung erzeugt
wird, und als deren Ergebnis wird das Gemisch 3 an der
oberen Seite aus dem Reaktor 2 gesaugt, wie durch Pfeile
gezeigt, um dann aus der Rohrleitung 7 an der Unterseite
zurückgeblasen
zu werden. Die Rohrleitungen 7 und die Mischglieder 18 machen
es dabei möglich,
dass, sofern es erwünscht
ist, obwohl es häufig
nicht benötigt
wird, das Gemisch 3, welches, wie angezeigt durch Pfeil 10,
im allgemeinen einer Aufwärtsströmung in
dem Reaktorbehälter 2 unterzogen
wird, an den Boden des Reaktors 2 zurückgeführt wird. Weiterhin öffnen die
Zuführleitungen 8 in
die Rohrleitungen 7 zum Zuführen des zu behandelnden Schlammes in
die Rohrleitungen 7. Dadurch, dass dann sichergestellt
wird, dass während
des Einbringens des Schlammes die Rührer 18 in Betrieb
sind, wird sichergestellt, dass der Schlamm gezwungen ist, sich
mit dem Gemisch 3 zu mischen, bereits während er in den Reaktorbehälter 2 zugeführt wird.
Als ein Ergebnis wird es möglich
sein, einige der ungelösten
Konstituenten in dem Schlamm dazu zu zwingen, sich zu lösen. Während des
Betriebs wird der Schlamm 8 im allgemeinen periodisch oder
kontinuierlich eingebracht. Während der
Schlamm eingebracht wird, sind die Rührglieder 18 in Betrieb.
Wenn das Einbringen des Schlammes 8 beendet wird, werden
die Rührglieder
im allgemeinen abgeschaltet, aber wie oben angezeigt, können die
Rührglieder 18 weiterhin
betrieben werden, oder können
zeitweise in Betrieb gehalten werden oder zumindest zeitweise in
Betrieb gesetzt werden, z.B. um das Gemisch durch den Reaktor zu
zirkulieren.
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Da
der Schlamm mit den ungelösten
Konstituenten dem Reaktor zugeführt
wird und es nicht wünschenswert
ist, dass ungelöste
Konstituenten dieser Art in dem Abwasser, welches letztlich aus dem
Reaktor ausgelassen wird, vorhanden sind, wird eine Flotationszelle 11 in
dem Reaktor 2 angeordnet. Die Flotationszelle 11 umfasst
einen Tank, welcher an der Oberseite im Wesentlichen offen ist.
An der Oberseite wird die offene Seite des Tanks 11 durch eine
obere Einfassung 12 begrenzt. Wie aus 1 ersehen
werden kann, ist diese obere Einfassung 12 höher als
der Pegel 4 des Gemisches 3 in dem Reaktorbehälter 2.
Eine konische Einlassöffnung 13 ist
an der Unterseite der Flotationszelle 11 angeordnet. Eine
Weißwasser-Zuführleitung 14 öffnet in
die Einlassöffnung 13 hinein.
Wie ferner aus 1 ersehen werden kann, ist die
Stelle, an welcher die Weißwasser-Zuführleitung 14 in
die Zuführöffnung 13 endet,
in Venturi-Form gestaltet. Das Ergebnis ist, dass, wenn das weiße Wasser über die
Zuführleitung 14 eingespritzt
wird, eine Ejektor-Wirkung erzeugt wird, welche wie durch Pfeil 15 angezeigt,
sicherstellt, dass das Gemisch 3 aus dem Reaktorbehälter 2 in
die Flotationszelle 11 eingebracht wird. In der Flotationszelle 11 befindet
sich auch ein Oberflächen-Reinigungsglied 17,
welches mit einer Welle 16 betrieben wird, und ein Bodenreinigungsglied 19.
Das Oberflächen-Reinigungsglied 17 ist
derart gestaltet, dass es das, was als Schwebeschicht bekannt ist,
an der Oberfläche
der Flotationszelle 11 über
die Einfassung 12 zurück
in das Gemisch 3 in den Reaktorbehälter 2 drückt. Auf
diese Weise wird die Schwebeschicht, welche im Wesentlichen ungelöste Konstituenten
enthält,
in das Verfahren in dem Reaktorbehälter 2 zur weiteren
Behandlung zurückgeführt. Die Schwebeschicht
wird insbesondere weiterhin auf dem Gemisch 3 schwimmen
und kann dann, wenn die Rührglieder 18 beginnen
wieder betrieben zu werden, unter Zwangsmischen abwärts durch
die Rohrleitungen 7 bewegt werden. Das Bodenreinigungsglied 19 drückt relativ
schwere Partikel, welche sich am Boden gesammelt haben, in einen
ausgesparten Sammelraum 30, aus welchem dieser Matsch über die
Leitung 31 ausgelassen wird. In der Flotationszelle 11 befindet
sich auch eine ringförmige Abwasser-Auslassleitung 20,
welche Abwasser aus dem Reaktor über
eine zentrale Auslassleitung 21 auslässt. Die Leitung 21 ist
mit einer Abzweigung 22 versehen, um das Abwasser zu entnehmen
und mit dem Biogas, welches aus dem oberen Bereich des Reaktorbehälters über die
Leitung 23 entnommen wird, zu mischen. 24 bezeichnet
einen Kompressionstank, in welchem das Gemisch von Biogas und Abwasser
druckbeaufschlagt wird, damit dieses Gemisch, welches als Weißwasser
bekannt ist, dann unter Druck über
die Leitung 14 in die Flotationszelle 11 als Flotationsflüssigkeit
zurückgeführt wird.