DE9412709U1 - Ultrafiltration pulse reactor - Google Patents
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Description
B 02-Ob1·B 02- Ob1 ·
29.05.1994 PA-Bo (UBE2B)29.05.1994 PA-Bo (UBE2B)
UBERA Ingenieurbüro, 16515 Oranienburg, Lehnitzstraße 73UBERA Engineering Office, 16515 Oranienburg, Lehnitzstrasse 73
ültrafiltrations - ImpulsreaktorUltrafiltration - Impulse reactor
Die Erfindung betrifft einen ültrafiltrations - Impulsreaktor, insbesondere zum Einsatz in technischen Anlagen zur kontinuierlichen Verarbeitung von Rohgülle und ähnlichen biologischen Abfallprodukten nach DE-P 42 12 196, unter Gewinnung von Biogas, Feststoffdünger, Flüssigdüngerkonzentrat und Brauchwasser.The invention relates to an ultrafiltration impulse reactor, in particular for use in technical systems for the continuous processing of raw liquid manure and similar biological waste products according to DE-P 42 12 196, with the production of biogas, solid fertilizer, liquid fertilizer concentrate and process water.
Zur Aufbereitung von und Energiegewinnung aus Gülle und anderen biologischen Abwässern und Schlämmen ist bereits eine Vielzahl von Verfahrenspatenten beschrieben und Vorrichtungen dazu vorgestellt worden.A large number of process patents have already been described and devices have been presented for the treatment of and energy generation from liquid manure and other biological waste water and sludge.
So wird nach DE 39 05 265 Dünngülle, die nach Abtrennung des Feststoffanteils durch Filtration erhalten wird, auf einen pH-Wert von 11 bis 14,2 eingestellt, dann Eisen- oder Aluminiumionen in einer solchen Menge zugegeben, daß ein Ausflocken erfolgt. Die ausgeflockten Feststoffe werden vom Überstand getrennt und der Überstand mit an sich bekannten Verfahren weiter aufgearbeitet.According to DE 39 05 265, thin liquid manure, which is obtained after separating the solids by filtration, is adjusted to a pH value of 11 to 14.2, then iron or aluminum ions are added in such an amount that flocculation occurs. The flocculated solids are separated from the supernatant and the supernatant is further processed using known methods.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, daß die gesamte Gülle auf einen pH-Wert > 11 eingestellt werden muß. Die gewonnenen Feststoffe müssen nach der vorgeschlagenen zwei- oder mehrstufigen Zentrifugation (die einen hohen anlagentechnischen Aufwand darstellen) neutralisiert werden, um als Düngemittel Verwendung finden zu können, das erhaltene Filtrat muß ebenfalls neutralisiert werden, bevor es einer üblichen Wasseraufbereitung unterzogen werden kann. Desweiteren ist durch die mehrfache starke pH-Wert-Regulierung der Aufwand an zuzugebenden Chemikalien, die wieder als Abfall beseitigt werden müssen, sehr hoch.The disadvantage of this process is that the entire liquid manure must be adjusted to a pH value > 11. The solids obtained must be neutralized after the proposed two- or multi-stage centrifugation (which represents a high level of technical complexity) in order to be used as fertilizer; the filtrate obtained must also be neutralized before it can be subjected to conventional water treatment. Furthermore, the multiple strong pH value regulation means that the amount of chemicals that have to be added, which then have to be disposed of as waste, is very high.
In DE 39 11 024 wird vorgeschlagen, die anfallende Gülle im Kreislauf durch ein sich in Wechselwirkung mit der Gülle zersetzenden Materials sowie durch eine Wasserentzugseinrichtung zu leiten. Als Wasserentzugseinrichtung werden Anlagen für die Umkehrosmose, Verdampfung oder Elektrodialyse empfohlen.DE 39 11 024 proposes that the resulting liquid manure be circulated through a material that decomposes in interaction with the liquid manure and through a water removal device. Systems for reverse osmosis, evaporation or electrodialysis are recommended as water removal devices.
Dem internationalen bekannten Stand der Anwendung der Umkehrosmose ist zu entnehmen, daß vor der Umkehrosmose weitgehende Vorfiltereinrichtungen einzusetzen sind, um das Membran-Fouling einzuschränken.The internationally known status of the application of reverse osmosis shows that extensive pre-filter devices must be used before reverse osmosis in order to limit membrane fouling.
Bei der so vorgenommenen Umkehrosmose tritt ein sehr schneller, gravierender Permeationsabfall durch Fouling und Scaling ein, derReverse osmosis performed in this way results in a very rapid, serious drop in permeation due to fouling and scaling, which
auch durch Reinigung mit Schmierseife nicht zu beheben ist. Die nichtionogenen Tenside der Schmierseife verstärken den Foulingprozeß zusätzlich.cannot be remedied by cleaning with soft soap. The non-ionic surfactants in the soft soap further intensify the fouling process.
In DE 39 28 815 wird ein Verfahren zur Behandlung von Biomassen, wie Klärschlamm, Gülle u.a. vorgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Biomasse nach einer Vorbehandlung in einer Temperatur-Druck-Hydrolyse (TDH) in der Flüssigphase bei 150 bis 300 ° C, vorzugsweise 180 - 300 ° C, in einem ein- oder mehrstufigen Hydrolysesystem, ggf. unter Anwendung von anorganischen Katalysatoren wie Ca, Na und K, behandelt wird, wobei eine Restmasse als Festphase und eine mit monomeren Wertstoffen angereicherte Flüssigphase anfällt.DE 39 28 815 presents a process for treating biomass, such as sewage sludge, liquid manure, etc., which is characterized in that the biomass is treated after pretreatment in a temperature-pressure hydrolysis (TDH) in the liquid phase at 150 to 300 ° C, preferably 180 - 300 ° C, in a single- or multi-stage hydrolysis system, optionally using inorganic catalysts such as Ca, Na and K, whereby a residual mass is obtained as a solid phase and a liquid phase enriched with monomeric valuable substances.
Durch die Wirkungsweise der Hydrolyse und der Anwendung von anorganischen Katalysatoren werden die Biopolymere eines Biomasseschlammes (Getreide, Lipide, Polynucleitide, PoIysaccaride) in monomere Werkstoffe (Aminosäuren, Fettsäuren, Fettalkohole u.a.) abgebaut. Parallel zu der in der wäßrigen Lösung stattfindenden Hydrolyse verläuft die Umwandlung der in der Roh-Biomasse akkumulierten - Schwermetalle in wasserlösliche Verbindungen und deren Lösung in das Hydrolysat.Through the action of hydrolysis and the application of inorganic catalysts, the biopolymers of a biomass sludge (grain, lipids, polynucleotides, polysaccharides) are broken down into monomeric materials (amino acids, fatty acids, fatty alcohols, etc.). Parallel to the hydrolysis taking place in the aqueous solution, the heavy metals accumulated in the raw biomass are converted into water-soluble compounds and dissolved in the hydrolysate.
Die Auftrennung dieses Hydrolysates erfolgt in einem Membransystem mit der Cross-Flow-Filtration und der Umkehrosmose, wobei die Schwermetalle und die Salze aufkonzentriert werden.The separation of this hydrolysate takes place in a membrane system with cross-flow filtration and reverse osmosis, whereby the heavy metals and salts are concentrated.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in dem hohen Energiebedarf für die Temperatur-Druck-Hydrolyse in der Flüssigphase sowie weiteren Separations- und Filtrationsschritten für die Hydrolysataufbereitung. Hinzu kommt, daß durch die bei der Hydrolyse auftretende Desaminierung und Decarboxylierung von Aminosäuren, Proteiden, Lipiden und Polynucleotide^ sich Ammoniak und Kohlendioxyd bildet, die in die Luft entweichen können. Damit gehen wertvolle Inhaltsstoffe für die Energie- bzw. Düngemittelgewinnung verloren.The disadvantage of this process is the high energy requirement for the temperature-pressure hydrolysis in the liquid phase as well as further separation and filtration steps for the hydrolysate preparation. In addition, the deamination and decarboxylation of amino acids, proteins, lipids and polynucleotides^ that occur during hydrolysis produces ammonia and carbon dioxide, which can escape into the air. This means that valuable ingredients for energy or fertilizer production are lost.
Es gibt zahlreiche weitere Veröffentlichungen, die sich mit einzelnen Verfahrensschritten der Gülleverarbeitung, wie Biogasgewinnung, Kompostierung, Separation, Filtration und Ammoniakentfernung befassen. Die Lösung des gesamten, komplexen Verfahrens der abfallfreien Gülleverwertung wird davon nicht berührt.There are numerous other publications that deal with individual steps in manure processing, such as biogas production, composting, separation, filtration and ammonia removal. The solution to the entire, complex process of waste-free manure utilization is not affected by this.
So war es das Ziel der Erfindung, ein ökologisch, ökonomisch und anlagentechnisch effektives Verfahren zur Verarbeitung landwirtschaftlicher Abprodukte, wie Gülle der Rinder-, Schweineoder Geflügelproduktion, zu Biogas, Kompost und anderen Biodüngern bei gleichzeitigem, vollständigem Brauchwasserrecycling zu entwickeln, welches in DE-P 42 12 196 vorgeschlagen wurde..The aim of the invention was to develop an ecologically, economically and technically effective process for processing agricultural waste products, such as manure from cattle, pig or poultry production, into biogas, compost and other biofertilizers while simultaneously recycling the process water completely, which was proposed in DE-P 42 12 196.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch spezielle technische Veränderungen bisher bekannter Ultrafiltrationsanlagen für die mechanolytische Behandlung, begrenzten enzymatischen und mikrobiellen Reaktionen und Prozeßabläufen sowie einer partiellen Konzentrierung der verschiedenen Inhaltsstoffe und partielle Rückführung der Konzentrate zur Beschleunigung der mikrobiologischen Prozesse der Gülleinhaltsstoffe, die mikro-The invention is based on the task of making special technical changes to previously known ultrafiltration systems for mechanolytic treatment, limited enzymatic and microbial reactions and processes as well as a partial concentration of the various ingredients and partial return of the concentrates to accelerate the microbiological processes of the liquid manure ingredients, the micro-
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biologischen Verarbeitungsprozesse der Gas- und Kompostbildung so zu aktivieren, daß diese Prozesse kontinuierlich im Durchfluß erfolgen können, ohne daß Verzögerungen im Gasbildungs- und Kompostierungsverlauf auftreten.to activate the biological processing processes of gas and compost formation in such a way that these processes can take place continuously in the flow without delays in the gas formation and composting process occurring.
Diese Aufgabe wird durch die konstruktiven Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Schutzanspruchs gelöst.This problem is solved by the constructive features of the characterising part of the protection claim.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Zuordnung rohrförmiger Membranen in einem UF- Impulsreaktor mit einem cutoff -Wert > 4.000 optimale Voraussetzungen geschaffen werden, den gesamten Prozeßablauf entsprechend der gestellten technischen Aufgabe des zugrundeliegenden Patentes P 42 12 196 zu gestalten. Darüberhinaus ist der erfindungsgemäße Ultrafiltrations Impulsreaktor auch für andere Aufbereitungsanlagen einsetzbar, die z.B. in der Biotechnologie oder Lebensmitteltechnologie einen mechanolytischen-enzymatischen Aufschluß von Inhaltsstoffen bei deren gleichzeitigen Konzentrierung vorsehen.The advantage of the invention is that the allocation of tubular membranes in a UF pulse reactor with a cutoff value > 4,000 creates optimal conditions for designing the entire process sequence in accordance with the technical task set out in the underlying patent P 42 12 196. In addition, the ultrafiltration pulse reactor according to the invention can also be used for other processing plants which, for example, in biotechnology or food technology provide for a mechanolytic-enzymatic breakdown of ingredients while simultaneously concentrating them.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles, der Zeichnungen und den Ansprüchen zu entnehmen.Further advantages and advantageous embodiments of the invention can be found in the following description of the embodiment, the drawings and the claims.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines usführungsbeispieles nähererläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an example embodiment. The accompanying drawing shows
Fig. 1 Anordnung eines mehrstufigen UV-Impulsreaktors Fig. 2 BeschleunigungskammerFig. 1 Arrangement of a multi-stage UV pulse reactor Fig. 2 Acceleration chamber
Fig. 3 Schnittdarstellung Ringspalt.Fig. 3 Cross-sectional view of the annular gap.
Der erfindungsgemäße UV-Impulsreaktor besteht aus der Injektionskammer 1, einer Güllezuführungsleitung 1.1, der Druck- und Zirkulationspumpe 1.2, der Enstspannungskammer 1.3 und der Beschleunigungskammer 1.4.The UV pulse reactor according to the invention consists of the injection chamber 1, a slurry supply line 1.1, the pressure and circulation pump 1.2, the relaxation chamber 1.3 and the acceleration chamber 1.4.
Zwischen der Entspannungskammer 1.3 und Beschleunigungskammer 1.4 ist ein Rohrmodul 2 mit Filtermembranen 2.2 und ein FiltratabgangBetween the expansion chamber 1.3 and acceleration chamber 1.4 there is a pipe module 2 with filter membranes 2.2 and a filtrate outlet
2.1 angeordnet. Innerhalb der Beschleunigungskammer 1.4 ist an deren Ausgang ein Ringspalt 1.41 ausgebildet, wobei die einzelnen Filtrationsstufen entsprechend der zu verarbeitenden Güllemenge und des Aktivierungszieles über an sich bekannte Rohrkrümmer miteinander in Reihe geschaltet sind.2.1. Within the acceleration chamber 1.4, an annular gap 1.41 is formed at its outlet, whereby the individual filtration stages are connected in series via known pipe bends according to the amount of liquid manure to be processed and the activation target.
Der UF-Impulsreaktor wird über eine Anfahrleitung mit Wasser in Betrieb gesetzt. Die Druck- und Zirkulationspumpen 1.2 ziehen die Dünngülle über einem Injektor 1, 1.1 in das System.The UF pulse reactor is put into operation with water via a start-up line. The pressure and circulation pumps 1.2 draw the liquid manure into the system via an injector 1, 1.1.
Am Ausgang des Injektors erreicht die Strömungsgeschwindigkeit der Dünngülle mindestens 10 - 12 m/s um in der Entspannungskammer 1.3 des Rohrmoduls 2 und im Rohrmodul selbst über den FiltermembranenAt the outlet of the injector, the flow velocity of the thin slurry reaches at least 10 - 12 m/s in order to be able to flow in the expansion chamber 1.3 of the pipe module 2 and in the pipe module itself above the filter membranes
2.2 durchschnittlich o,6 - 1 m/s zu erreichen. Nach Durchströmen des Rohrmoduls 2 mit einer Schubspannung von beispielsweise 0,8 kgm~1s" und Reynoldzahlen-Zahlen im Bereich vonz.B. 1.000 wird in der Beschleunigungskammer 1.4, die zur impulsartigen Erhöhung der Strömungsbedingungen mit einem Ringspalt 1.41 versehen ist, die2.2 to achieve an average of 0.6 - 1 m/s. After flowing through the tube module 2 with a shear stress of, for example, 0.8 kgm~ 1 s" and Reynolds numbers in the range of, for example, 1,000, the acceleration chamber 1.4, which is provided with an annular gap 1.41 for the pulse-like increase of the flow conditions,
Dünngülle mit hohem Druck {io bis 12 bar) auf eine Strömungsgeschwindigkeit bis zu 12 m/s gebracht. Hier entstehen Scherkräfte von > 12 kgm~1s"2 und es erfolgt aufgrund der entstehenden Homogenisierwirkung ein mechanolytischer Aufschluß der Dünngülle. Über eine Reihenschaltung mehrerer Rohrmodule bzw. Modulblöcke erfolgt einerseits die erfindungsgemäße Aktivierung der Gülle und andererseits über die mit semipermeablen Membranen ausgestatteten Rohrreaktoren eine gleichzeitige Fraktionierung der Dünngülle und Abtrennung von Wasser und löslichen Begleitstoffen wie Salzen, Ammonium-Bestandteilen, Harnstoff etc. Dieses Filtrat wird über Einzelableitungen 2. l abgeführt und in einem Umkehrosmose-System gesondert weiter bis hin zum Brauchwasser nach dem zugrundeliegenden DE-P 42 12 196 aufgearbeitet.Thin liquid manure is brought to a flow speed of up to 12 m/s at high pressure (10 to 12 bar). Shear forces of > 12 kgm~ 1 s" 2 arise here and a mechanolytic breakdown of the thin liquid manure takes place due to the resulting homogenization effect. On the one hand, the activation of the liquid manure according to the invention takes place via a series connection of several pipe modules or module blocks and, on the other hand, the pipe reactors equipped with semi-permeable membranes simultaneously fractionate the thin liquid manure and separate water and soluble accompanying substances such as salts, ammonium components, urea, etc. This filtrate is discharged via individual drains 2. l and processed separately in a reverse osmosis system to produce process water in accordance with the underlying DE-P 42 12 196.
Zur Konstanthaltung der erforderlichen Betriebstemperaturen von 50 bis 600C ist ein Ringspaltkühlsystem 3 in den Impulsreaktor integriert.To maintain the required operating temperatures of 50 to 60 0 C, an annular gap cooling system 3 is integrated into the pulse reactor.
Das so aktivierte, d.h. für den mikrobiologischen und enzymatischen Abbau aufgeschlossene Dünngüllekonzentrat mit einem Konzentrationsverhältnis von etwa 1 : 2 wird anschließend in einen Biogasreaktor geleitet.The liquid manure concentrate that has been activated in this way, i.e. prepared for microbiological and enzymatic degradation, with a concentration ratio of approximately 1:2 is then fed into a biogas reactor.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander wesentlich sein.All features presented in the description, the following claims and the drawings can be significant both individually and in any combination with one another.
Claims (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19731177C1 (en) * | 1997-07-10 | 1998-10-15 | Ufi Tec Inst Fuer Membrantechn | Mobile assembly to treat small to medium quantities of farm animal slurry |
DE102012009174A1 (en) | 2012-05-09 | 2013-11-14 | Harald Süße | Device and method for processing of agricultural secondary raw materials by pre-treating muck, sedimenting liquid manure from solid material, and processing liquid manure and drying treated substance |
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1994
- 1994-06-02 DE DE9412709U patent/DE9412709U1/en not_active Expired - Lifetime
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EP0890561A2 (en) | 1997-07-10 | 1999-01-13 | UFI-TEC Institut für Membrantechnologie GmbH | Mobile system for the treatment of manure |
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