DE69937024T2

DE69937024T2 - Verfahren für die Methangärung von organischen Abfällen

Info

Publication number: DE69937024T2
Application number: DE1999637024
Authority: DE
Inventors: Masashi Moro; Yuji Soeda; Tetsuya Yamamoto; Toshiyuki Shibata; Taketoshi Madokoro; Masaru Ueno; Toshihiro Komatsu; Shin-Ichiro Wakahara
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2019-06-15
Also published as: EP0970922A2; EP0970922A3; EP0970922B1; DE69937024D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von hochkonzentriertem organischen Abfall, beispielsweise Fäkalschlamm, Faultankschlamm, landwirtschaftlichem Schlamm, Abwasserschlamm, Nutztiermist, Küchenabfällen und Nahrungsmittelabfällen, und insbesondere ein Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmlicherweise standen anaerobe Aufschlusssysteme als Verfahren zum Verarbeiten von hochkonzentriertem organischen Abfall, beispielsweise Fäkalschlamm, Faultankschlamm, Abwasserschlamm und Küchenabfällen zur Verfügung. Die anaeroben Aufschlusssysteme beinhalten Schritte, bei denen als Rohrmaterial hochkonzentrierter organischer Abfall in einen Gärtank eingebracht wird, der organische Abfall mittels Gärung durch Säurebildner und Methanbakterien verarbeitet wird und der erzeugte Gärschlamm aus dem Tank herausgezogen wird.
Jedoch ist eine lange Verweilzeit von organischem Abfall im Tank erforderlich, da Methanbakterien langsam wachsen. Wenn Gärschlamm aus dem Gärtank herausgezogen wird, strömen zusammen mit dem Gärschlamm Methanbakterien aus dem Tank. Dies macht das Aufrechterhalten einer hohen Konzentration an suspendierten Feststoffen (SS), welche die Methanbakterien im Methangärtank enthalten, unmöglich. Um eine notwendige Menge an Methanbakterien zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, das Volumen des Gärtanks zu vergrößern.
Insbesondere bei Materialien mit hohem Zersetzungsanteil, beispielsweise bei in großer Menge enthaltenen Küchenabfällen, beträgt, falls die Konzentration an suspendierten Fest stoffen des Küchenabfallmaterials 10% beträgt und das Zersetzungsverhältnis der Küchenabfälle 85 bis 95% beträgt, unter Berücksichtigung der Synthese von Methanbakterien, die Konzentration an suspendierten Feststoffen (SS) einschließlich Methanbakterien ca. 1%.
Aus diesem Grund stand als Verfahren zum Aufrechterhalten einer hohen Konzentration an Methanbakterien im Gärtank ein solches Verfahren zur Verfügung, bei dem Gärschlamm entwässert wird und die entwässerte Platte ("Cake") wieder in den Gärtank eingebracht wird. Jedoch beinhaltet dieses Verfahren hohe Kosten für zur Entwässerung verwendete Koagulationspolymere, und es besteht die Möglichkeit einer durch die Polymere bedingten Gärhemmung, und im Übrigen das Problem, dass die entwässerte Platte kaum gleichmäßig aufgelöst werden kann.
Ein weiteres Verfahren besteht darin, dass Gärschlamm durch Zentrifugieren konzentriert und wieder in den Gärtank eingebracht wird. Jedoch weist dieses Verfahren eine schlechte SS-Rückgewinnungsrate, große Methanbakterienverluste und großen Stromverbrauch auf, wobei das Problem besteht, dass vorzugsweise inerte Stoffe, wie beispielsweise Sand und große Fremdkörper wiedergewonnen werden.
Bei der Methangärung von organischem Abfall gibt es einige Fälle, bei denen die Beschickung mit organischem Material übermäßig groß werden kann, bedingt durch Schwankungen der Beschickungsmenge von in den Gärtank einzubringendem organischem Abfall. In diesem Fall ist, da säurebildende Bakterien mit höherer Geschwindigkeit als Methanbakterien reagieren, eine Anreicherung flüchtiger Fettsäuren wie beispielsweise Essigsäure und Propionsäure zu beobachten.
Wenn die Konzentration dieser flüchtigen Fettsäuren so ansteigt, dass die Konzentration an freien flüchtigen Fettsäuren erhöht wird, ergibt sich eine Hemmung der Methangärung, und in diesem Fall würden, wenn die Konzentration an flüchtigen Fettsäuren nicht gesenkt wird, die Methanbakterien ihre Aktivität verlieren, wobei zwei oder drei Monate erforderlich wären, um die Methanbakterien im ursprünglichen Zustand wiederherzustellen. Bei einem derartigen Fall wird die Beschickung mit organischem Abfall verringert oder gestoppt, oder andernfalls wird eine Zunahme von freien flüchtigen Fettsäuren durch Zusetzen von alkalischen Agenzien gehemmt.
Unterdessen wird, wenn die Stickstoffgesamtmenge (T-N) im organischen Abfall, der in den Gärtank einzubringen ist, sich auf hoher Konzentration befindet, der Stickstoff, abgesehen von dem, der zur Synthese von Bakterienzellkörpern verwendet wird, zu Ammoniakstickstoff. Falls die Konzentration dieses Ammoniakstickstoffs so groß wird, dass die Konzentration an freiem Stickstoff groß wird, dann wird die Methangärung gehemmt.
Ein Ziel der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall bereitzustellen, wobei das Verfahren eine Membran zur Fest-Flüssig-Trennung von Gärschlamm verwendet, so dass die Konzentration an Methanbakterien im Methangärtank auf hoher Konzentration gehalten wird, wodurch die Gäreffizienz vergrößert wird und gleichzeitig die durch flüchtige Fettsäuren oder Ammoniakstickstoff bedingte Gärhemmung verringert werden kann.
Patent Abstracts of Japan, Bd. 1998, Nr. 02, 30. Januar 1998 und JP 09 271744 A (Kajima Corp.), 21. Oktober 1997, offenbaren einen Prozess zur anaeroben Aufbereitung von Küchenabfällen in einem geschlossenen Gärtank.
Beaubien A. et al., Journal of Membrane Science, Elsevier Scientific Publ. Company, Amsterdam, NL., Bd. 109, Nr. 2, 24. Januar 1996 (Seiten 173–184) betrifft die Gestaltung und Funktionsweise anaerober Membranbioreaktoren: Entwicklung einer Filtrierprüfstrategie.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall durch Einbringen von hochkonzentriertem organischen Abfall in einen Gärtank bereit, so dass der organische Abfall durch Methangärung zersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:
Vorsehen eines Zirkulationssystems, das aus dem Gärtank, einem Membrantrenntank, der einen geschlossenen Raum zum Einblasen von im Gärtank erzeugten Gas definiert und der eine in seinem Inneren untergetauchte Membrantrenneinheit aufweist, und einem Schlammzuführweg und einem Schlammrückführweg besteht, welche die zwei Tanks miteinander in Kommunikation bringen;
im Gärtank erzeugter Gärschlamm wird im Zirkulationssystem zum Zirkulieren gebracht;
der Gärschlamm wird durch die Membrantrenneinheit aus dem System herausgefiltert;
Entfernen von Permeat, das in der im Membrantrenntank befindlichen Membrantrenneinheit herausgefiltert wurde;
Entziehen von überschüssigem Gärschlamm aus einer Tankunterseite des Gärtanks;
unabhängiges Steuern der hydraulischen Verweilzeit der flüssigen Bestandteile des im System verbliebenen Gärschlamms und der Schlammverweilzeit von festen Bestandteilen des im System verbliebenen Gärschlamms;
Zuführen von Verdünnungswasser zum Gärtank;
Vergrößern einer Menge an Permeat in der Membrantrenneinheit in Übereinstimmung mit einer Menge an Verdünnungswassers;
gärungshemmende Substanzen werden zusammen mit dem Permeat aus dem System entfernt; und dadurch
werden die Konzentrationen flüchtiger Fettsäuren und Ammoniak-Stickstoff, die gärungshemmende Substanzen sind, bis auf einen festgelegten Wert abgesenkt; und
die Konzentration suspendierter Feststoffen einschließlich Methanbakterien wird im Gärtank auf einem festgelegten Wert gehalten, der zum Aufrechterhalten der Methangärung erforderlich ist.
Mit diesem Aufbau kann, da lediglich die flüssigen Bestandteile des Gärschlamms, der im System verbleibt, welches den Gärtank und den Membrantrenntank beinhaltet, als Permeat entnommen wird, die hydraulische Verweilzeit (HRT) der flüssigen Bestandteile des im System verbleibenden Gärschlamms, und die Schlammverweilzeit (SRT) der festen Bestandteile des im System verbleibenden Gärschlamms unabhängig voneinander gesteuert werden. Als Ergebnis davon kann die Konzentration an Methanbakterien auf einem spezifischen Wert gehalten werden, der zur Aufrechterhaltung der Methangärung erforderlich ist und der außerdem eine Methangärung gewährleistet.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall weiter, dass die Konzentration an suspendierten Feststoffen (SS) ein schließlich Methanbakterien im Gärtank auf 1–10%, vorzugsweise 2,5–5,5%, gehalten wird, während die Viskosität des Gärschlamms auf 200 (mPa·s) oder weniger gehalten wird.
Gemäß der Erfindung beinhaltet das Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall: Zuführen von Verdünnungswasser zum Gärtank, so dass die Konzentrationen an flüchtigen Fettsäuren und Ammoniakstickstoff als gärungshemmende Substanzen unter einen spezifischen Wert abgesenkt werden; und Vergrößern der Menge an Permeat in der Membrantrenneinheit in Übereinstimmung mit einer Menge an Verdünnungswasser, so dass die gärungshemmenden Substanzen aus dem System zusammen mit dem Permeat entfernt werden.
Mit diesem Aufbau wird es möglich, die gärungshemmenden Substanzen im Gärschlamm zu verringern und die Schlammkonzentration gleichzeitig auf einer hohen Konzentration zu halten, so dass die Methangärung beschleunigt werden kann. Das Verdünnungswasser kann dadurch erhalten werden, dass das abgeführte Permeat mittels eines biologischen Denitrifikationsprozesses, eines Ammoniak-Strip-Prozesses, Ammoniak-Absorptionsmittel oder dergleichen behandelt wird, oder kann durch Prozesswasser geliefert werden, das bei irgendeinem anderen Aufbereitungsprozess erzeugt wird, oder es kann reines Wasser sein.
Die Konzentration der gärungshemmenden Substanzen beträgt erwünschtermaßen 3000 mg/L oder weniger in der Konzentration von Ammoniakstickstoff.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall weiter ein Methangären von organischem Abfall, der aus einem Gemisch von Küchenabfällen und Belebtschlamm besteht, im Gärtank.
Beispielsweise handelt es sich bei Belebtschlamm, wie beispielsweise Überschussschlamm, der beim biologischen Denitrifikationsprozess erzeugt wurde, oder bei Abwasserschlamm, um Mikroorganismen, und daher werden beim Beschicken des Methangärtanks mit Belebtschlamm ein Teil der Mikroorganismen unter Methangärung zersetzt. Die Zersetzung bewirkt, dass Spurenmetalle und Vitamine aus den Mikroorganismen in den Gär schlamm ausgelöst werden, und diese Spurenmetalle und Vitamine tragen zur Stabilisierung der Methangärung bei.
Da Belebtschlamm eine geringe Zersetzungsgeschwindigkeit aufweist, erfolgt kein abruptes Fortschreiten der Säuregärung beim Beschicken des Gärtanks mit Belebtschlamm, so dass keine abrupte Zunahme der Konzentration an flüchtigen Fettsäuren erfolgt. Daher ist es unwahrscheinlich, dass eine durch die flüchtigen Fettsäuren bedingte Hemmung der Methangärung auftritt, was zu einer Stabilisierung der Methangärung führt.
Gemäß der Erfindung wird ein Komplexbildner, der aus organischer Säure aufgebaut ist, in den Methangärtank eingebracht.
Zwar liegen Spurenmetalle, wie beispielsweise Co, Ni, Fe, die zur Methangärung erforderlich sind, normalerweise im Gärtank in ausreichender Menge vor, jedoch liegen die meisten dieser Spurenmetalle in anaerober Atmosphäre in Form von Sulfiden vor. Die Komplexbildner, die in den Methangärtank eingebracht wurden, beispielsweise Zitronensäure oder Oxalsäure, reagieren mit Sulfiden der Spurenmetalle, die sich im Tank befunden haben, und bewirken ein Lösen der Spurenmetalle und eine Umwandlung in komplexe Ionen, wodurch die Spurenmetalle in eine solche Form umgewandelt werden, dass Mikroorganismen die Spurenmetalle nützen können. Als Ergebnis davon wird die Methangärung erleichtert.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall weiter: Einblasen von im Tank erzeugtem internen Gas in den Membrantrenntank aus einem unterhalb der Membrantrenneinheit angeordneten Diffusoreinrichtung, wodurch, als Ergebnis des Gaseinblasens in den Tank, ein Querstrom entlang der Filtriermembran der Membrantrenneinheit hervorgerufen wird, so dass der Gärschlamm durch die Membrantrenneinheit gefiltert wird, wobei die Membranflächen der Filtriermembran durch den Querstrom gereinigt werden.
Mit diesem Aufbau kann, dadurch dass die Membranflächen der Filtriermembran der Membrantrenneinheit mit der aufwärts verlaufenden Strömung gereinigt werden, ein Ablagern einer Anbackschicht an den Membranflächen verhindert werden, so dass ein Verschmutzen der Filtriermembranen verhindert werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall weiter: Der Innendruck des Membrantrenntanks wird auf einem positiven Druck oberhalb Atmosphärendruck gehalten.
Mit diesem Aufbau wird der Innendruck des Tanks durch das Gas, das aus dem Gärtank eingeblasen wird, auf einen positiven Druck vergrößert, wodurch der Eintritt von externer Luft blockiert wird, so dass eine sauerstofffreie Umgebung, die für das Wachstum von Methanbakterien geeignet ist, bei denen es sich um anaerobe Bakterien handelt, aufrechterhalten wird. Auch erfolgt bei der Membrantrenneinheit, die im Gärschlamm des Membrantrenntanks untergetaucht ist, ein Filtrieren des Gärschlamms im Tank, wobei ein transmembraner Druck, der auf die Filtriermembran einwirkt, als treibender Druck verwendet wird. Dadurch, dass der Innendruck des Tanks auf einem positiven Druck oberhalb des Atmosphärendruckes gehalten wird, wirkt der Gasdruck im Tank, zusätzlich zur Wassersäule im Tank, als treibender Druck, der den Transmembrandruck vergrößert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines Methangärtanks bei einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anordnung einer Membrantrenneinheit bei der Ausführungsform darstellt;
3 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines Methangärtanks bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zur Verarbeitung von organischem Abfall darstellt, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zur Verarbeitung von organischem Abfall darstellt, das eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt;
6 ist ein Korrelationsdiagramm von Schlammkonzentration und -viskosität;
7 ist ein Korrelationsdiagramm von Schlammkonzentration und -viskosität;
8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen HRT und Methangasertrag darstellt;
9 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen SRT und Methangasertrag darstellt;
10 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen Ammoniakstickstoff-Konzentration und Methangasertrag darstellt;
11 ist ein Graph, der einen Vergleich des Methangasertrags zwischen Überschussschlamm und Küchenabfällen zeigt; und
12 ist ein Graph, der die Wirkung von Zitronensäure darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Bezug nehmend auf 1 definieren ein Methangärtank 1 und ein Membrantrenntank 2 einen luftdicht abgeschlossenen Raum, und eine Membrantrenneinheit 3 ist so angeordnet, dass sie im Membrantrenntank 2 untergetaucht ist. Der Methangärtank 1 und der Membrantrenntank 2 können separat voneinander vorgesehen sein oder können durch Unterteilen von einem einzigen Tank ausgebildet sein, oder andernfalls kann die Membrantrenneinheit 3 auch direkt im Methangärtank 1 untergetaucht sein.
Die geeignete Temperaturumgebung des Methangärtanks 1 hängt vom Bakterientyp ab und liegt vorzugsweise bei 30 bis 38°C für mesophile Bakterien und 50 bis 57°C für thermophile Bakterien. Bei dieser Ausführungsform wird die Temperatur auf 50 bis 57°C gehalten. In diesem Temperaturbereich weist die kinematische Viskosität der Flüssigkeit, welche die Membran durchdringt, einen geringen Wert wie ca. 1/1,5 auf, und zwar im Vergleich zu einem Fall von 30 bis 38°C, so dass die Wassersäule, die für einen treibenden Druck (Transmembrandruck) zum Durchführen der Membrantrennung liefert, verkleinert werden kann. Falls beispielsweise die Temperatur im Tank 55°C beträgt und die Durchflussmenge 0,1 m³/(m² × d) beträgt, dann beträgt der Transmembrandruck 1 bis 10 kPa. Falls die Temperatur im Tank 37°C beträgt, beträgt der Transmembrandruck 5 bis 30 kPa. Zur Aufrechterhaltung dieser Temperatur ist als Zusatz eine (nicht dargestellte) Heizanlage vorgesehen.
Im Membrantrenntank 2 ist es, obschon eine Öffnung zur Kontrolle der Membrantrenneinheit 3 durch ein (nicht dargestelltes) Deckelelement verschlossen ist, schwierig, die Öffnung vollständig luftdicht zu verschließen. Für ein Wachstum der Methanbakterien in einer sauerstofffreien Umgebung ist es erwünscht, den Innenraum des Membrantrenntanks 2 instand zu halten und dadurch das Eintreten von externer Luft zu blockieren. In der Membrantrenneinheit 3 sind eine Mehrzahl von Membranmodulen 32 vertikal und parallel mit geeigneten Abständen in einem Gehäuse 31 untergebracht, und ein Diffusor 33 ist unterhalb der Membranmodule 32 angeordnet. Das Verfahren zum Aktivieren eines treibenden Druckes an der Membrantrenneinheit 3 ist erwünschtermaßen ein Schwerkraftfiltrierverfahren, das eine Wassersäule nutzt, jedoch kann zum zwangsweisen Aktivieren einer Saugkraft möglicherweise auch ein Saugfiltrierverfahren verwendet werden. Diese Membrantrenneinheit 3 wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
Mit dem Methangärtank 1 sind eine Materialzuführleitung 4 zum Einbringen eines hochkonzentrierten organischen Abfalls, bei dem es sich um ein Rohmaterial handelt, und eine Schlammabführleitung 5 zur Entnahme von Gärschlamm verbunden. Die Schlammentnahmeleitung 5 weist eine Schlammpumpe 5a und ein Ventil 5b auf, und ein Probenentnahmeloch zur Entnahme einer Probe einer Schlammkonzentrationsmessung ist auf der in Strömungsrichtung dahinterliegenden Seite der Schlammpumpe 5a vorgesehen.
An der Oberseite des Methangärtanks 1 ist eine Gasabführleitung 7 zur Entnahme von Gas, einschließlich des im Tank enthaltenen Methangases, über ein Ventil 7a verbunden, eine Verdünnungswasser-Zuführleitung 8 zum Zuführen von Verdünnungswasser ist über ein Ventil 8a angeschlossen, und eine Agens-Zuführleitung 9 zum Einbringen eines chemischen Agens, wie etwa Citronensäure oder Oxalsäure, ist über ein Ventil 9a angeschlossen.
Zwischen dem Methangärtank 1 und dem Membrantrenntank 2 sind ein Schlammzufuhrweg 10, um den Gärschlamm im Methangärtank 1 dem Membrantrenntank 2 zuzuführen, und ein Schlammrückführweg 11 vorgesehen, um den Gärschlamm im Membrantrenntank 2 zum Methangärtank 1 zurückzuführen, wobei der Methangärtank 1, der Membrantrenntank 2, der Schlammzufuhrweg 10 und der Schlammrückführweg 11 ein Zirkulationssystem bilden. Der Schlammzufuhrweg 10 weist eine Umwälzpumpe 10a, ein Sieb 10b und ein Ventil 10c auf, hingegen weist der Schlammrückführweg 11 ein Ventil 11c auf. Auch sind zwischen dem Methangärtank 1 und dem Membrantrenntank 2 eine Gaszuführleitung 12, um im Methangärtank 1 erzeugtes Methangas dem Diffusor 33 zuzuführen, und eine Gasrückführleitung 13 vorgesehen, welche das Methangas im Membrantrenntank 2 zum Methangärtank 1 zurückführt, wobei die Gasversorgungsleitung 12 ein Gebläse 12a und ein Ventil 12b aufweist und die Gasrückführleitung 13 ein Ventil 13a aufweist.
2 zeigt ein Beispiel der Membrantrenneinheit 3. In der Membrantrenneinheit 3 sind eine Mehrzahl von Membranmodulen 32 vertikal und parallel mit geeigneten Zwischenräumen im Inneren des Gehäuses 31 untergebracht. Jedes Membranmodul 32 ist dadurch hergestellt, dass eine Filtriermembran 35 sowohl über der Vorder- als auch der Rückseite einer Filtrierplatte 34 angeordnet wird, wobei die Filtrierplatte 34 ein aus ABS-Harz bestehendes starres Element von Platten-Typ ist. Die Filtriermembran 35 ist eine Ultrafiltriermembran oder Mikrofiltriermembran, bei der es sich vorzugsweise um eine folienartige organische Membran handelt, deren Material Polyethylen ist und deren mittlerer Porendurchmesser 0,1 bis 0,5 μm beträgt (da die Länge von methanerzeugenden Bakterien nicht weniger als 0,5 μm beträgt). Das Membranmodul 32 kann ein keramisches rohrförmiges Element oder ein Rohr sein.
Das Gehäuse 31, in dem eine Mehrzahl von Membranmodulen 32 und der Diffusor 33 untergebracht sind, ist zur Vereinfachung von Transport und Wartung in ein Membrangehäuse 37 und ein Diffusorgehäuse 38 unterteilt und weist eine solche Anordnung auf, dass die gesamte Menge des aus dem Diffusor 33 austretenden Gases in das Membrangehäuse 37 eintritt.
Die Filtrierplatte 34 weist in ihrem Inneren einen Permeatweg für den Strom von Permeatflüssigkeit auf, die die Filtriermembran 35 durchdrungen hat. Dieser Permeatweg weist eine Einströmöffnung auf, die an den Vorder- und Rückseiten der Filtrierplatte 34 offen ist, und steht mit einer Permeat-Entnahmeöffnung 39 in Verbindung, die an einer Oberkante der Filtrierplatte 34 ausgebildet ist. Jedes Membranmodul 32 steht über mit der Permeat-Entnahmeöffnung 39 verbundene Rohre 40 mit einem Auffangrohr 41 in Verbindung, und ein Permeat-Einbringrohr 42 zum Einbringen einer Permeatflüssigkeit ist mit dem Auffang rohr 41 in Verbindung stehend vorgesehen. Bezugszeichen 43 bezeichnet eine Halteplatte, welche ein Aufschwimmen der Membranmodule 32 verhindert.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des zuvor beschriebenen System beschrieben. Hochkonzentrierter organischer Abfall, der von der Materialzuführleitung 4 in den Methangärtank 1 eingebracht wird, wird im Tank einer Methangärung unterzogen, und der entstehende Gärschlamm wird über den Schlammzuführweg 10 und den Schlammrückführweg 11 in den Membrantrenntank 2 hinein und aus diesem hinaus zirkuliert. Diese Zirkulation von Gärschlamm erfolgt durch das Sieb 10b hindurch, und zwar durch Öffnen des Ventils 10c und eines Ventils 11a und Antreiben der Umwälzpumpe 10a. Methangas im Methangärtank 1 wird der Diffusoreinrichtung 33 über die Gaszufuhrleitung 12 zugeführt, strömt aus der Diffusoreinrichtung 33 in den Gärschlamm des Membrantrenntanks 2 und zirkuliert durch die Gasrückführleitung 30 aus dem Membrantrenntank 2 zum Methangärtank 1.
Mit diesem Aufbau wird der Druck im Membrantrenntank 2 auf einen positiven Druck vergrößert, und zwar durch das Ausströmen des Methangases aus dem Methangärtank 1, wodurch ein Eintreten von externer Luft blockiert wird, sogar wenn der Tank nur unvollständig hermetisch abgedichtet ist. Daher wird das Innere des Membrantrenntanks 2 stabil auf einer sauerstofffreien Umgebung gehalten, die für das Wachstum von Methanbakterien geeignet ist.
Die Wassersäule im Membrantrenntank 2 fungiert als treibender Druck auf jedes Membranmodul 32 der Membrantrenneinheit 3, und die Membrantrenneinheit 3 filtert Gärschlamm durch die Membranmodule 32. Bei diesem Prozess fungiert, dadurch, dass der Tankdruck auf einem positiven Druck oberhalb Umgebungsdruck gehalten wird, der Gasdruck im Tank zusätzlich zur Wassersäule im Tank als treibender Druck, der den Transmembrandruck vergrößert.
Das Permeat, das die Filtriermembran 35 der Membranmodule 32 durchdrungen hat, strömt durch den Permeatweg der Filtrierplatte 34 aus der Permeat-Entnahmeöffnung 39 in die Rohre 40, und strömt durch das Auffangrohr 41 und das Permeat-Einbringrohr 32 aus dem Tank heraus.
Auf diese Weise werden, dadurch, dass aus dem System das Permeat entnommen wird, das durch die Membrantrenneinheit 3 filtriert wurde, die suspendierten Festkörper (SS) einschließlich der Methanbakterien im Methangärtank 1 auf einem spezifischen Konzentrationswert gehalten, wodurch der hochkonzentrierte organische Abfall im Methangärtank 1 in stabiler Weise einer Methangärung unterzogen wird. Beim Gärschlamm nimmt die Konzentration an Methanbakterien mit zunehmender SS-Konzentration zu, hingegen verschlechtert sich die Fluidität bei einer Viskosität von mehr als 200 (mPa·s), wodurch ein Rühren und eine Pumpenförderung des Gärschlamms schwierig wird. Daher beträgt der spezifische Wert der SS-Konzentration des Gärschlamms im Allgemeinen 1 bis 10%, und vorzugsweise 2,5 bis 5,5%.

Beispielsweise ist, wenn Küchenabfälle, deren Eigenschaften in Tabelle 1 dargestellt sind, zu 100% als organische Abfälle verwendet werden, die Korrelation zwischen der SS-Konzentration und der Viskosität des Gärschlamms wie in 6 dargestellt, wobei in einem Viskositätsbereich von nicht mehr als 200 (mPa·s) die SS-Konzentration nicht mehr als 5,75% beträgt: Tabelle 1

Posten	Einheit	Minimum Maximum	Durchschnitt
TS	mg/L	119000–278000	191000
VS	mg/L	108000–252000	172000
SS	mg/L	98000–190000	150000
CSBcr	mg/L	102000–371000	222000
BSB	mg/L	69000–260000	152000
T-N	mg/L	1500–21000	9600
T-P	mg/L	350–2000	1000

Auch ist, wenn eine in Tabelle 1 dargestellte Mischung an Küchenabfällen und ein Überschussschlamm einer in Tabelle 2 dargestellten Fäkalschlammaufbereitung bei einem SS-Mengenverhältnis von 4:1 als organischer Abfall verwendet wird, die Korrelation zwischen der SS-Konzentration und der Viskosität wie in 7 dargestellt, wobei im Viskositätsbereich von nicht mehr als 200 (mPa·s) die SS-Konzentration nicht mehr als 3,25% beträgt. Tabelle 2

Posten	Einheit	Minimum Maximum	Durchschnitt
TS	mg/L	17000–30000	22500
VS	mg/L	12000–22000	16000
SS	mg/L	13000–25000	18000
CSB	mg/L	15000–31000	22000
BSB	mg/L	900–3500	1500
T-N	mg/L	1000–2000	1300
T-P	mg/L	400–700	530

Im Membrantrenntank 2 tritt die Gesamtmenge an aus der Diffusoreinheit 33 ausgebrachten Biogases in das Diffusoreinrichtungsgehäuse 38 ein, und eine nach oben verlaufende Strömung in einer Gas-Flüssigkeit-Mischphase, die durch das Herausströmen von Biogas erzeugt wird, strömt in das Membrangehäuse 37 ein. Diese nach oben verlaufende Strömung fließt als Querstrom entlang der Filtriermembran 35 des Membranmoduls 32, so dass die Membranoberfläche der Filtriermembran 35 gereinigt wird, wodurch das Ablagern einer Anbackschicht auf der Membranoberfläche verhindert wird. Als Ergebnis wird ein Verschmutzen der Filtriermembranen verhindert und eine Verminderung der Feststoff-Flüssigkeit-Trennfunktion verhindert, wodurch eine daraus resultierende Fehlfunktion der Membrantrenneinheit 3 verhindert wird.
Überschüssiger Gärschlamm im Methangärtank 1 wird aus der Tankunterseite durch die Schlammabführleitung 5 entfernt. Dieses Abführen von Überschussschlamm wird durch Öffnen des Ventils 5b und Antreiben der Schlammpumpe 5a durchgeführt.
Auf diese Weise wird lediglich der flüssige Bestandteil des Gärschlamms, der im System verbleibt, welches den Methangärtank 1 und die Membrantrenneinheit 3 beinhaltet, als Permeat entnommen. Daher kann die hydraulische Verweilzeit (HRT), während der der Gärschlamm im System verbleibt, und die Schlammverweilzeit (SRT), während der die fes ten Bestandteile des Gärschlamms im System verbleiben, unabhängig voneinander gesteuert werden.
8 zeigt die Beziehung zwischen HRT und dem Methangasertrag, falls die in Tabelle 1 dargestellten Küchenabfälle und der Überschussschlamm der in Tabelle 2 dargestellten Fäkalschlammaufbereitung (biologische Denitrifikationsbehandlung) in einem Mengenverhältnis von 4:1 gemischt werden, und bei dem die SS-Konzentration im Behälter auf konstantem Wert gehalten wird. 9 zeigt die Beziehung zwischen SRT und dem Methangasgehalt unter denselben Bedingungen. Wie in 8 und 9 dargestellt, zeigt der Methangasertrag einen HRT-Spitzenwert bei 12 bis 14 Tagen und einen SRT-Spitzenwert bei 22 bis 26 Tagen.
Wie zuvor dargestellt kann, da der optimale Wert von HRT und SRT sich voneinander unterscheiden, ein Abfließen von Methanbakterien dadurch unterdrückt werden, dass HRT und SRT unabhängig voneinander gesteuert wird, so dass die Methanbakterienkonzentration stabil auf einem spezifischen Wert gehalten werden kann, der für ein Beibehalten der Methangärung erforderlich ist, und so dass außerdem eine Methangärung in stabiler Weise erzielt werden kann.
Im Methangärtank 1 werden flüchtige Fettsäuren und Ammoniakstickstoff, die Gärhemmsubstanzen sind, durch säurebildende Bakterien erzeugt. Daher wird mit der Zuführung von Verdünnungswasser von der Verdünnungswasser-Zuführleitung 8 zum Methangärtank 1 die Konzentration von gärungshemmenden Substanzen im Gärschlamm unter eine zur Methangärung spezifische Konzentration verringert, und die gärungshemmenden Substanzen werden dem System zusammen mit dem durch die Membrantrenneinheit 3 abgetrennten Permeat entnommen. Daher kann die Konzentration von gärungshemmenden Substanzen unter den spezifischen Wert abgesenkt werden, ohne die Konzentration an Methanbakterien im Methangärtank 1 zu verringern.
In diesem Zusammenhang unterscheiden sich Konzentrationen von freien flüchtigen Fettsäuren und freiem Ammoniak, bei denen eine Methangärung gehemmt wird, in Abhängigkeit von solchen Bedingungen wie pH-Wert und Temperatur im Methangärtank 1, dem Zuchtzustand von Methanbakterien und dergleichen.
Daher ist eine Relation zwischen der Schwankung des Methangasertrags und der Konzentration an freien flüchtigen Fettsäuren und freiem Ammoniak als "Faustregel" bestimmt, und eine zulässige spezifische Konzentration an freien flüchtigen Fettsäuren und freiem Ammoniak wird bestimmt. 10 zeigt die Beziehung zwischen einer Ammoniakstickstoff-Konzentration und dem Methangasertrag bei dieser Ausführungsform. Es wird eine Konzentration von Ammoniakstickstoff von nicht mehr als 3000 mg/L angestrebt.
Bei der Fäkalschlammaufbereitung erzeugter Überschussschlamm ist aus Mikroorganismen aufgebauter Belebtschlamm. Wenn Küchenabfälle und Überschussschlamm als organischer Abfall miteinander vermischt sind, wird ein Teil der Mikroorganismen zusammen mit den Küchenabfällen während der Methangärung zersetzt.
Diese Zersetzung bewirkt, dass Spurenmetalle und Vitamine aus den Mikroorganismen in den Gärschlamm herausgelöst werden, und diese Spurenmetalle und Vitamine tragen zur Zellkörpersynthese von Methanbakterien bei, was zu einer Stabilisierung der Methangärung führt. Die Mengen von Spurenmetallen in Überschussschlamm sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 Mengen an Spurenmetallen in Überschussschlamm

Bestandteile Gesamtmenge (mg/L) Sol (mg/L)

Mg 470 17,4

Fe 890 2,4

Co 0,3 ND

Ni 3,1 0,1

Mn 27 ND

Zn 70,9 0,2

Cu 17 ND

Mo 0,7 0,2

Ca 3330 130

K 1420 1090

Na 1480 1440
11 zeigt Methangaserträge von Überschussschlamm und Küchenabfällen. Da Überschussschlamm eine geringe Zersetzungsgeschwindigkeit aufweist, erfolgt beim Einbringen des Überschussschlamms in den Gärtank kein rasches Fortschreiten der Säuregärung, so dass keine abrupte Zunahme der Konzentration von flüchtiger Fettsäure erfolgt. Daher ist es, da die Konzentration an flüchtigen Fettsäuren nicht abrupt ansteigt, unwahrscheinlich, dass eine durch flüchtige Fettsäuren bedingte Hemmung der Methangärung auftritt, was zu einer Stabilisierung der Methangärung führt.
Obschon zum Wachstum von Mikroorganismen ein mehr als spezifizierter Pegel an löslichen Spurenmetallen (Co, Ni, Fe) erforderlich ist, liegt eine ausreichende Menge an zur Methangärung erforderlichen Spurenmetallen im Gärtank vor, wie zuvor beschrieben. Die Mengen von Spurenmetallen im Gärschlamm sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4 Mengen an Spurenmetallen im Gärschlamm

Bestandteile Gesamtmenge (mg/L) Sol (mg/L)

Mg 130 49,4

Fe 71,6 0,6

Co 0,2 0,1

Ni 0,4 0,1

Mn 4,7 0,3

Zn 16,2 0,2

Cu 4,8 0,1

Mo 0,4 0,1

Ca 540 51,7

K 740 540

Na 950 950
Jedoch reagieren diese Spurenmetalle mit durch die Methangärung erzeugtem Kohlendioxid, wobei sie Carbonate erzeugen, oder setzen sich als unlösliche Sulfide in reduzierender Atmosphäre ab. Insbesondere enthalten Küchenabfälle größere Mengen an von Proteinen stammenden Schwefelanteilen, so dass der überwiegende Teil der Spurenmetalle sich als Sulfide absetzt.
Aus diesem Grund werden Komplexbildner von organischen Säuren, wie beispielsweise Citronensäure oder Oxalsäure, in den Methangärtank 1 durch die Agenszufuhrleitung 9 eingebracht. Die in den Methangärtank 1 eingebrachten Komplexbildner reagieren mit Sulfiden der Spurenmetalle, die sich im Tank abgesetzt haben, so dass die Spurenmetalle in Lösung gehen und in komplexe Ionen verwandelt werden, wodurch die Spurenmetalle in eine solche Form umgewandelt werden, dass Mikroorganismen die Spurenmetalle nutzen können. Als Ergebnis davon wird die Methangärung erleichtert.
Normalerweise werden Citronensäure und Oxalsäure bei Verwendung als Komplexbildner in einer Menge an 10 bis 100 mg/L eingebracht, vorzugsweise 50 mg/L, bezogen auf den Gär schlamm im Tank. In Abhängigkeit von der Art des organischen Abfalls oder dessen Mischungsverhältnis kann die absolute Menge an Spurenmetallen nicht ausreichend sein, und daher können gleichzeitig Metallverbindungen (CoCl₂, NiCl₂ etc.), einschließlich Co, Ni, Fe, Mn oder dergleichen eingebracht werden. Im Allgemeinen beträgt die erforderliche Menge an Spurenmetallen ca. 1 ppm.
12 zeigt Schwankungen der H₂S-Konzentration in Biogas, die dem Einbringen von Citronensäure zuzuschreiben ist, wobei die Zunahme der H₂S-Konzentration im Biogas Ausweis für ein In-Lösung-Gehen und Komplex-Ion-Bildung von Sulfiden ist.
In der Membrantrenneinheit 3 lagern sich Sulfide auf der Filtriermembran 35 jedes Membranmoduls 32 ab, was eine Membranverschmutzung bewirkt. Aus diesem Grund werden, während der Betrieb der Membrantrenneinheit 3 unterbrochen wird, Komplexbildner (wässrige Lösung von 0,1 bis 10% Konzentration) dem Permeatweg der Filtrierplatte 34 über das Permeat-Einbringrohr 42, das Auffangrohr 41 und die Rohre 40 zugeführt. Der Zustand, bei dem die Komplexbildner in die Filtriermembran 35 eingedrungen sind, wird während eines geeigneten Zeitraums (30 bis 120 Minuten) beibehalten, so dass die auf der Filtriermembran 35 abgelagerten Sulfide in Lösung gehen. Die Sulfide gehen in Lösung, so dass komplexe Ionen gebildet werden, und werden dadurch in eine solche Form verändert, die von Mikroorganismen genutzt werden kann, so dass eine Methangärung erleichtert wird.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ähnliche Elemente, die wie bei der vorhergehenden Ausführungsform funktionieren, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und deren Beschreibung entfällt. Bezug nehmend auf 3 sind ein Methangärtank 1 und ein Membrantrenntank 2 dadurch definiert, dass der Innenraum eines einzigen Tankkörpers 41 mit einer Trennwand 52 unterteilt ist, wobei der Methangärtank 1 und der Membrantrenntank 2 miteinander an einer am unteren Ende befindlichen Öffnung 53 und einer dazwischen befindlichen Öffnung 54 miteinander in Verbindung stehen, die in der Trennwand 52 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ausgebildet ist.
Mit diesem Aufbau entsteht, wenn Methangas aus einer Diffusoreinrichtung 33 ausströmt, eine nach oben verlaufende Strömung einer Gas-Flüssigkeit-Mischphase und strömt durch die Zwischenöffnung 54 der Trennwand 52 in den Methangärtank 1, und Gärschlamm des Methangärtanks 1 strömt in den Methangärtank 2 durch die am unteren Ende befindliche Öffnung 53 der Trennwand 52. Dies ermöglicht, dass sich eine zirkulierende Strömung im Inneren des Tanks 51 ausbildet, ohne dass eine separate Umwälzpumpe erforderlich ist, was wiederum ein Auftreten einer Rührwirkung im Methangärtank 1 gestattet, wodurch die Notwendigkeit entfällt, irgendeine separate Rühreinrichtung im Methangärtank 1 vorzusehen.
Als Nächstes wird ein Aufbereitungssystem beschrieben, in dem der zuvor beschriebene Methangärtank 1 und der Membrantrenntank 2 enthalten sind. Bezug nehmend auf 4 wird flüssiger organischer Abfall 61, wie beispielsweise Fäkalschlamm, Faultankschlamm, Abwasserschlamm, landwirtschaftlicher Schlamm und Nutztiermist in einen Rückstandsentfernungsprozess 62 als Schlicker eingebracht. Bei diesem Rückstandsentfernungsprozess 62 ist es, zum Schutz einer Membrantrenneinheit und einer Entwässerungseinrichtung in der nachfolgenden Stufe, zu bevorzugen, dass, nachdem ein Fäkalschlammrückstand beispielsweise durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,5 bis 5 mm entfernt wurde, erneut eine Rückstandsentfernung mit einer Zentrifugaltrenneinrichtung oder einer Schraubenpresse oder dergleichen durchgeführt wird, bis sogar anorganische Substanzen, wie beispielsweise feine Sande sowie schwer lösliches Material, wie beispielsweise Fasern, abgetrennt und entfernt werden.
Der organische Abfall 63, aus dem der Rückstand entfernt wurde, wird einer erforderlichen Aufbereitung unterzogen, wie beispielsweise einer BSB-Zersetzung und einer Denitrifikation, bei einem biologischen Aufbereitungsprozess 64. Durch den biologischen Aufbereitungsprozess 64 verarbeitete Aufbereitungsprodukte werden einem Trennen und einem Entfernen von suspendierten Substanzen, wie beispielsweise Belebtschlamm, bei einem Fest-Flüssig-Trennprozess 65 unterzogen. Behandeltes Wasser 66 wird nach der Trennung als Verdünnungswasser recyliert, was später noch beschrieben wird, oder einem Entfernen von CSB-Substanzen, Farbbestandteilen und Schwermetallen in einem fortgeschrittenen Aufbereitungsprozess 67 unterzogen, und dann keimfrei gemacht und abgeleitet. Konzentrierter Schlamm 68 aus den suspendierten Substanzen, wie beispielsweise der beim Fest- Flüssig-Trennprozess 65 entfernte Belebtschlamm, wird einem Mischtank zugeführt, der später noch beschrieben wird.
Unterdessen werden aus dem festen organischen Abfall 69, wie beispielsweise Küchenabfall oder Nahrungsmittelabfällen, welche heterogene feste Inhaltsstoffe oder Vinyltaschen und anorganische Stoffe als zur Gärung ungeeignete Materialien enthalten können, inerte Materialien bei einem Zerkleinerungs- und Klassierprozess 70 entfernt, etwa solche, die zur Gärung ungeeignet sind.
Der Zerkleinerungs- und Klassierprozess 70 ist ein Prozess, bei dem der organische Abfall 69 mit einem Druck von 200 bis 250 kg/cm² durch ein Sieb mit einer Schlitzweite von 0,3 bis 0,7 mm extrudiert wird, so dass er komprimiert und zerkleinert wird, wobei dünner partikelförmiger organischer Abfall 71 abgeführt wird, hingegen verbleiben nicht-zerkleinerbare, nicht-biologisch abbaubare Stoffe, wie beispielsweise Fäkalschlammrückstand, Kunststoffe, Metalle und Sand in der Anlage, so dass der organische Abfall 69 in die zuvor beschriebenen zwei Typen klassiert wird, und die nicht-biologisch abbaubaren Materialien werden einer Entwässerung unterzogen. Es ist ebenfalls möglich, dass ein grobes Zerkleinern als Vorbehandlung mit einer Brecheinrichtung, wie beispielsweise einer Einachs-Brecheinrichtung, erfolgen kann. Der Prozess eines Klassierens durch Komprimieren kann durch einen anderen Prozess ersetzt werden, bei dem das Zerkleinern mit einer normalen Brecheinrichtung durchgeführt wird, gefolgt von einer Rückstandentfernung mittels eines Siebes, einer Rückstandentfernung mit einer Zentrifuge, einer Rückstandentfernung mit einer Schraubenpresse, oder dergleichen.
Der in Form dünner Partikel vorliegende organische Abfall (mit einer SS-Konzentration von 10 bis 15%) 71, der vom Zerkleinerungs- und Klassierprozess 70 abgegeben wird, und der zuvor erwähnte konzentrierte Schlamm (mit einer SS-Konzentration von 7 bis 10%) 68 werden miteinander in einem Mischtank 72 vermischt und dann in den Methangärtank 1 eingebracht.
Im Methangärtank 1 wird der Gärschlamm einer Methangärung unterzogen, wobei er dabei in Verbindung mit dem Membrantrenntank 2 zirkuliert wird. Bei diesem Prozess erfolgt beim festen organischen Abfall 71, während er durch das unter Komprimieren erfolgende Zerkleinern zu feineren Partikeln ausgebildet wird, ein Zerstören der Zellmembrane, so dass die Geschwindigkeit der biologischen Zersetzung des organischen Abfalls 71 groß ist, wodurch sie im Vergleich mit dem Fall, bei dem kein unter Komprimieren erfolgendes Zerkleinern durchgeführt wird, eine um 20% größere Geschwindigkeit aufweist.
Auch ist das Gemisch aus dem in Form dünner Partikel vorliegenden organischen Abfall 71 und konzentriertem Schlamm 68 ein Gemisch, bei dem Spurenmetalle (Fe, Ni, Co, Mn etc.), die zur Gärung effektiv sind und die in Küchenabfällen, Nahrungsmittelabfällen, Faultankschlamm und dergleichen enthalten sind, einander ergänzen. Daher erfolgt im Methangärtank 1 bei der Mischung aus dem in Form dünner Partikel vorliegenden organischen Material 71 und dem konzentrierten Schlamm 68 eine effizientere Gärung in einer geringeren Anzahl von Tagen.
Das Permeat in der Membrantrenneinheit 3 wird dem biologischen Aufbereitungsprozess 64 zugeführt, der Überschussschlamm im Methangärtank 1 wird bei einem Entwässerungsprozess 73 entwässert, und die überschüssige Flüssigkeit wird dem biologischen Aufbereitungsprozess 64 zugeführt. Beim Entwässerungsprozess 73 entwässerter Schlamm wird bei einem Kompostierprozess 74 zu Kompost umgewandelt, oder zu festem Brennstoff oder trockenem Schlamm getrocknet und verfestigt, und alternativ verkokt. Im Methangärtank 1 erzeugtes Methangas wird einer Stromerzeugungsanlage 75 zugeführt und als Treibstoff verwendet.
Wenn sich aufgrund von Schwankungen bei der Beschickungsmenge zum Methangärtank 1 ein Überhang an organischen Materialien entwickelt hat, erfolgt eine abrupte Anreicherung von flüchtigen Fettsäuren im Methangärtank 1, aufgrund der hohen Zersetzungsrate von säurebildenden Bakterien. Im Übrigen besteht im Methangärtank 1, der eine hohe Stickstoffgesamtkonzentration (T-N) aufweist, eine Tendenz, dass normalerweise Ammoniakstickstoff angereichert wird.
Aus diesem Grund wird behandeltes Wasser 66 in der Fest-Flüssig-Trenneinheit 65 dem Methangärtank 1 als Verdünnungswasser zugeführt, so dass die Konzentration an freien flüchtigen Fettsäuren und freiem Ammoniak unter spezifische Werte abgesenkt wird, und gärungshemmende Substanzen werden dem Tank zusammen mit dem durch die Membrantrenneinheit 3 getrennten Permeat entnommen.
Ein alternativer Prozess besteht darin, wie in 5 dargestellt, dass das aus der Membrantrenneinheit 3 abgeführte Permeat einem Ammoninak-Strip-Prozess 76 zugeführt wird, bei dem Dampf eingeblasen wird, so dass Ammoniakstickstoff im Permeat als Ammoniak abgestrahlt wird, wobei das entstehende behandelte Wasser als Verdünnungswasser verwendet wird. Dieser Prozess weist den Vorzug auf, dass bei für Mikroorganismen erforderlichen Spurenmetallen oder dergleichen keine Konzentrationsverdünnung erfolgt, was einen Vorteil in Bezug auf Wärmeenergie liefert.
Ohne dass eine Beschränkung auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen besteht, kann im Permeat enthaltener Ammoniak durch Zeolith-Adsorption entfernt werden. Als Verdünnungswasser kann separat bereitetes Prozesswasser hinzugefügt werden. Eine Vergärung von konzentriertem Schlamm kann dadurch beschleunigt werden, dass ein Solubilisationsprozess durchgeführt wird, bei dem der konzentrierte Schlamm verflüssigt und sein Molekulargewicht verringert wird. Für den Solubilisationsprozess sind verschiedene Verfahren verfügbar, die beispielsweise darin bestehen, den konzentrierten Schlamm für drei Tage auf ca. 70 bis 80°C zu halten, diesen unter hoher Temperatur und hohem Druck von ca. 70°C und 0,3 MPa zu halten, und diesen bei ca. 70°C mit Natriumhydroxid, gelöschtem Kalk oder anderen alkalischen Stoffen zu halten, oder Ozongas einzublasen.

Tabelle 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die SS-Konzentration von Küchenabfall 20% beträgt und die SS-Konzentration von Überschussschlamm 2,5% beträgt. Tabelle 5

Posten	Durchlauf 1	Durchlauf 2	Durchlauf 3	Durchlauf 4
Küchenabfälle (kg/d)	100	100	100	100
Überschussschlamm (kg/d)	0	0	20	20
T-N im Material (mg/l)	3000	9000	3000	9000
Denitrifiziertes Wasser (kg/d)	0	200	0	180
Gärtankvolumen (m³)	1,2	1,2	1,4	1,4
HRT	12	4	11,7	4,7
SRT	25	25	25	25

Durchlauf 1 und Durchlauf 3 zeigen Fälle, bei denen die T-N-Konzentration gering war, hingegen zeigen Durchlauf 3 und Durchlauf 4 Fälle, bei denen Überschussschlamm eingemischt wurde. In allen Fällen wurde die SS-Konzentration im Tank auf ca. 6% gehalten und die Ammoniakstickstoff-Konzentration wurde unterhalb 3000 mg/L gehalten.
Es ergab sich eine Methangaserzeugungsrate bezogen auf das Gärtankvolumen von ca. 6 Nm³/m³. Dies ist ein sehr hoher Wert für die Leistung eines Gärtanks, in dem Materialien fermentiert werden, die eine hohe SS-Konzentration und eine hohe Stickstoffgesamtkonzentration aufweisen. Das SS-Zersetzungsverhältnis konnte auf einem hohen Wert von ca. 85% für Küchenabfälle und ca. 40% für Überschussschlamm gehalten werden. In diesem Fall war keine Anreicherung von flüchtigen Fettsäuren im Methangärtank zu beobachten.
Wie zuvor dargelegt, wird gemäß der Erfindung, dadurch, dass Gärschlamm einem Fest-Flüssig-Trennen durch die Membrantrenneinheit 3 unterzogen wird, ein überschüssiger Wassergehalt des Gärschlamms im Methangärtank 1 abgeführt und die SS-Konzentration im Tank wird oberhalb eines für die Beibehaltung der Methangärung erforderlichen effektiven Wertes gehalten, so dass zu allen Zeiten eine stabile Gärung aufrechterhalten werden kann. Als Ergebnis kann das Volumen des Gärtanks verringert werden.
Dadurch, dass zur Gärung ungeeignete inerte Materialien aus dem Material vor dessen Einbringen in den Methangärtank 1 entfernt werden, macht Belebtmaterial einen großen Anteil der suspendierten Feststoffe im Methangärtank 1 aus, was es ermöglicht, die Gäreffizienz zu verbessern und den Tank zu verkleinern.
Durch Entfernen von Verunreinigungen durch Vorbehandeln des Materials kann eine Verschmutzung und Beschädigung der Membran in der Membrantrenneinheit 3 verhindert werden. Da fester organischer Abfall durch Klassieren unter Druck zu feinen Partikeln ausgebildet wird, kann eine hohe Vergärungsgeschwindigkeit sowie eine hohe SS-Konzentration erzielt werden, so dass der Gärtank dank deren Multiplikatoreffekte verkleinert werden kann.
Gärungshemmende Substanzen im Gärschlamm können durch Filtrieren ohne Weiteres verringert werden, so dass eine Methangärung mit hoher Effizienz ausgeführt werden kann.

Claims

Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall durch Einbringen von hochkonzentriertem organischen Abfall in einen Gärtank, so dass der organische Abfall durch Methangärung zersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: Vorsehen eines Zirkulationssystems, das aus dem Gärtank, einem Membrantrenntank, der einen geschlossenen Raum zum Einblasen von im Gärtank erzeugten Gas definiert und der eine in seinem Inneren untergetauchte Membrantrenneinheit aufweist, und einem Schlammzuführweg und einem Schlammrückführweg besteht, welche die zwei Tanks miteinander in Kommunikation bringen; im Gärtank erzeugter vergorener Schlamm wird im Zirkulationssystem zum Zirkulieren gebracht; der vergorene Schlamm wird durch die Membrantrenneinheit aus dem System herausgefiltert; Entfernen von Permeat, das in der im Membrantrenntank befindlichen Membrantrenneinheit herausgefiltert wurde; Herausziehen von überschüssigem vergorenen Schlamm aus einer Tankunterseite des Gärtanks; unabhängiges Steuern der hydraulischen Verweilzeit der flüssigen Bestandteile des im System verbliebenen Gärschlamms und der Schlammverweilzeit von festen Bestandteilen des im System verbliebenen Gärschlamms; Zuführen von Verdünnungswasser zum Gärtank; Vergrößern einer Menge an Permeat in der Membrantrenneinheit in Übereinstimmung mit einer Menge an Verdünnungswassers; die Gärung hemmende Substanzen werden zusammen mit dem Permeat aus dem System entfernt; und dadurch werden die Konzentrationen flüchtiger Fettsäuren und Ammoniak-Stickstoff, die gärungshemmende Substanzen sind, bis auf einen festgelegten Wert abgesenkt; und die Konzentration suspendierter Feststoffen einschließlich Methanbakterien wird im Gärtank auf einem festgelegten Wert gehalten, der zum Aufrechterhalten der Methangärung erforderlich ist.
Verfahren zur Methangärung von organischem Abfall nach Anspruch 1, welches weiter umfasst: in den Gärtank werden Küchenabfälle und aktivierter Schlamm eingebracht, der von außerhalb des Systems ist; eine Methangärung des organischen Abfalls, der aus einer Mischung aus den Küchenabfällen und dem aktivierten Schlamm besteht, wird im Gärtank durchgeführt; und in den Gärtank wird ein Komplexbildner eingebracht, der aus organischen Säuren aufgebaut ist.