EP2467335A1 - Reaktor zur anaeroben reinigung von abwasser mit mehrphasen-trenneinrichtungen - Google Patents

Reaktor zur anaeroben reinigung von abwasser mit mehrphasen-trenneinrichtungen

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Publication number
EP2467335A1
EP2467335A1 EP10739876A EP10739876A EP2467335A1 EP 2467335 A1 EP2467335 A1 EP 2467335A1 EP 10739876 A EP10739876 A EP 10739876A EP 10739876 A EP10739876 A EP 10739876A EP 2467335 A1 EP2467335 A1 EP 2467335A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
reactor according
gas
phase separator
guide elements
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10739876A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Gommel
Dieter Efinger
Ronald Mulder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Aquatyx Wassertechnik GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP2467335A1 publication Critical patent/EP2467335A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2866—Particular arrangements for anaerobic reactors
    • C02F3/2873—Particular arrangements for anaerobic reactors with internal draft tube circulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0012—Settling tanks making use of filters, e.g. by floating layers of particulate material
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D21/245—Discharge mechanisms for the sediments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D21/2494—Feed or discharge mechanisms for settling tanks provided with means for the removal of gas, e.g. noxious gas, air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2846—Anaerobic digestion processes using upflow anaerobic sludge blanket [UASB] reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/26—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof
    • C02F2103/28—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof from the paper or cellulose industry

Definitions

  • the invention relates to a reactor for the anaerobic purification of wastewater, in particular of waste water from Pandaind ustrie umacid a reactor vessel with at least one inlet for supplying wastewater to be cleaned in the reactor, at least one outlet for discharging purified water, at least one sediment and at least two multi-phase separators arranged one above the other.
  • a reactor vessel with at least one inlet for supplying wastewater to be cleaned in the reactor, at least one outlet for discharging purified water, at least one sediment and at least two multi-phase separators arranged one above the other.
  • the wastewater to be treated with aerobic or anaerobic microorganisms is contacted, which contains the organic impurities contained in the wastewater in the case of aerobic microorganisms predominantly to carbon dioxide, biomass and water and in the case of anaerobic microorganisms mainly to carbon dioxide and methane and only reduce a small part to biomass.
  • the reactors for anaerobic wastewater treatment are subdivided into contact sludge reactors, UASB reactors, EGSB reactors, fixed bed reactors and fluidized bed reactors. While the microorganisms in fixed bed reactors adhere to stationary carrier materials and the microorganisms in fluidized bed reactors adhere to freely movable, small carrier material, the microorganisms in the UASB and EGSB bacteria Reactors used in the form of so-called pellets. Unlike UASB (upflow anaerobic sludge blanket) reactors, expanded granular sludge bed (EGSB) reactors are higher and have a much smaller footprint at the same volume.
  • UASB upflow anaerobic sludge blanket
  • EGSB expanded granular sludge bed
  • the wastewater or a mixture of wastewater to be purified and already purified wastewater from the outlet of the anaerobic reactor is fed to the reactor via an inlet in the lower reactor region and passed through a sludge bed containing microorganism pellets located above the feed.
  • microorganisms in particular methane and carbon dioxide-containing gas (which is also referred to as biogas), which partially accumulates in the form of small bubbles on the microorganism pellets and partly in the form of free gas bubbles in the reactor upwards increases. Due to the accumulated gas bubbles, the specific gravity of the pellets decreases, causing the pellets to rise in the reactor.
  • separators are usually arranged in the middle and / or upper part of the reactor, under the ridge of which biogas accumulates, which forms a gas cushion, including a flotation layer of microorganism pellets and wastewater is located.
  • Purified water freed of gas and microorganism pellets rises in the reactor and is withdrawn via overflows at the top of the reactor.
  • Such processes and corresponding reactors are described, for example, in EP 0 170 332 A and in EP 1 071 636 B.
  • the upper three-phase separator usually also forms the roof of the reactors.
  • the object of the invention is to improve the performance of the reactor with the least possible effort.
  • the object has been achieved by the fact that, for the time being, two multiphase separation devices are designed differently.
  • the design of the multi-phase separators can be better adapted to the conditions at the installation site in the reactor vessel and the specific tasks that are associated with it.
  • the lower multi-phase separator which closes the high-load zone in the lower reactor region, preferably has the task of separating most of the resulting biogas. Here it must be ensured that the occurring gas quantities are captured and the gas / sludge / water mixture is safely led into the internal circulation circuit.
  • the internal recirculation circuit consists of a mammoth pump that delivers to the gas separator on the reactor head. The separated gas / water mixture passes from there via a downpipe back into the area under the lower multiphase separator.
  • the primary purpose of the upper multiphase separator is to ensure that no granulated biomass is discharged with the clear water. She is not on - A - connected to the internal recirculation circuit. Secluded Grainy
  • Biomass is therefore i.A. returned to the process exclusively by sedimentation. If the space above the suspension is made gas-tight, a separate collection of gas is not required because the gas enters this Gassammeiraum independently.
  • Polyphase separation device preferably the upper, in particular the top covers only part of the reactor cross-section, which reduces the cost of manufacturing.
  • At least one lower, preferably the lowest multi-phase separator should be designed as a three-phase separator, which has a system of gas hoods and preferably also guide elements.
  • This three-phase separator is to capture the ascending gas as large as possible free hydraulic passage surfaces and direct it into gas collection facilities, from which it can be removed.
  • the guide elements should advantageously be arranged below the spaces between adjacent gas hoods.
  • at least one upper, preferably the uppermost, multi-phase separation device is designed merely as a two-phase separation device which provides the largest possible clarification area.
  • this two-phase separation device consists exclusively or at least substantially of guide elements.
  • these guide elements are preferably formed by lamellae of a lamella separator.
  • the slat separator should be designed with a very low height.
  • the lamella separator can be designed in the form of plates or in the form of plug-in polygonal elements. According to the requirements and circumstances, it may be advantageous or necessary that the guide elements are distributed over the entire cross section of the reactor vessel or distributed only over a, preferably central, partial cross section of the reactor vessel. If the lamellar separator is smaller than the reactor cross-section, it should be designed in such a way that optimal separation of the biomass takes place under the respective hydraulic conditions. In this case must be replaced by appropriate
  • a gas-tight Gassammeiraum which is connected to a gas discharge line, so that rising biogas is safely collected in the gas system.
  • At least one drain should be provided above the uppermost multi-phase separator to discharge the purified water.
  • the anaerobic reactor can usually be driven at higher ascent rates than conventional reactors.
  • Polyphase separators are designed so that sinking granular
  • At least one outflow in the upper part of the reactor vessel is part of the upper, preferably the uppermost, multiphase separation device.
  • the screen can be provided with cleaning devices which simultaneously generate necessary pulses to shear the gas from the granulated biomass.
  • the drive energy could be generated for this purpose by the available geodetics.
  • An alternative to this is the separation of biomass and water and the separation in a light centrifugal field. However, the shear forces occurring in this case may not be so high that they damage the biosludge.
  • Biomass would be deposited with the heavy fraction and could be fed back into the process.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a reactor
  • FIGS. 2 to 4 various lower multiphase separation devices 5 and
  • FIGS. 5 to 8 different upper multiphase separation devices 6.
  • the bioreactor shown in Figure 1 comprises a reactor vessel which is cylindrical in its middle and upper part and tapers in its lower part downwardly conically.
  • separators 5, 6 can each have a plurality of gas hoods 7 or even multiple layers of gas hoods 7.
  • Above the upper multiphase separation device 6 are processes 3 each in the form of an overflow, over which the purified water is withdrawn from the reactor.
  • a gas separation device 17 On the reactor, a gas separation device 17 is arranged, which is connected via the lines 18 with the two multi-phase separation devices 5.6. In addition, from the bottom of the gas separation device 17, a sinking line 19 leads into the lower part of the reactor vessel.
  • a sediment vent 4, 4 solids or a suspension of solid and liquid can be withdrawn from the reactor vessel via the sediment and 2 through the supply line liquid for rinsing the lower reactor vessel part can be introduced.
  • the Zulaufverteilsystem is formed by a plurality of inlets 2, which are arranged uniformly at the bottom of the reactor vessel, here the inner wall of the funnel and lead the wastewater to be purified 1 in the reactor vessel.
  • a high number of controllable feed lines 2 makes it possible to adjust the distribution of the supplied waste water 1 at the bottom of the reactor vessel.
  • the introduced waste water 1 flows slowly from the feeds 2 in the reactor vessel upwards until it is contained in the microorganism-containing sludge pellets
  • Fermentation zone 19 passes.
  • the microorganisms contained in the pellets decompose the organic impurities contained in the waste water 1 mainly to methane and carbon dioxide gas.
  • the generated gases produce gas bubbles, the larger of which detach from the pellets and bubble in the form of gas bubbles through the medium, whereas small gas bubbles adhere to the sludge pellets.
  • the free gas bubbles catch in the gas hoods 7 and form under the ridge of the gas hoods 7 a gas cushion.
  • a flotation layer consisting of microorganism pellets with small gas bubbles adhering thereto.
  • the gas collected in the gas hoods 7 as well as pellets and water from the flotation layer are removed, for example via an existing in the front of the gas hoods 7, not shown opening from the gas hoods 7, optionally mixed together via a mixing chamber, also not shown, and via the line 18 in the gas separator 17 out.
  • the water, the rising microorganism pellets, and the gas bubbles that have not already been separated in the lower multiphase separator 5 continue to rise in the reactor vessel up to the upper multiphase separator 6.
  • the last small gas bubbles dissolve from the microorganism pellets that have passed into the upper multi-phase separator 6, so that the specific gravity of the pellets increases again and the pellets fall down.
  • the remaining gas bubbles are collected in the possibly existing gas hoods 7 of the upper multi-phase separator 6 and again at the end faces the individual gas hoods 7 transferred into a gas manifold, from which the gas is passed via the line 18 into the gas separation device 17.
  • the gas can be collected in a gas-tight gas collection unit 15 in the upper part of the reactor vessel, which is connected to a gas discharge line.
  • the now purified water continues to rise from the upper multiphase separator 6 up until it is withdrawn via the overflows from the reactor vessel and discharged through a drain line 3.
  • the gas separation device 17 the gas separates from the remaining water and the microorganism pellets, wherein the suspension of pellets and the wastewater is recirculated via the sink 19 into the reactor vessel.
  • the outlet opening of the sinking line 19 opens into the lower part of the reactor vessel, where the recycled suspension of pellets and waste water with the, the reactor via the feeds 2 supplied wastewater 1 is mixed, after which the cycle begins again.
  • wastewater contains more or less solids.
  • Wastewater from the paper industry for example, contains significant concentrations of solid fillers and lime.
  • the accumulating at the top of the reactor vessel sediment can be withdrawn continuously or batchwise from the reactor as needed.
  • the multiphase separation devices 5, 6 are specially adapted to their tasks. In essence, this means that the bottom multi-phase separator is primarily optimized for gas capture and the top ensures that residual granular sludge can be safely separated from the clear water with them. Therefore, the lower polyphase separator 5 is designed as a three-phase separator and the upper 6 only as a two-phase separator.
  • FIGS. 2 and 3 a plurality of layers of gas hoods 7 arranged one above the other are intended to collect and remove as much gas as possible.
  • the gas hoods 7 of the superimposed layers are essentially also positioned one above the other. Here are located below and between the gas hoods 7 horizontally and obliquely extending guide elements 8, which should direct the gas bubbles to the overlying gas hoods 7.
  • the gas hoods 7 of the superimposed layers are offset from one another in such a way that, if possible, a gas hood 7 of an upper layer is located above the intermediate space between two or more gas hoods 7 of a layer arranged underneath.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 4 shows a layer of gas hoods 7 and a plurality of layers of subjacent guide elements 8 underneath. These guide elements 8 run obliquely and direct the gas bubbles to the gas hoods 7.
  • Figures 5 and 6 each show an upper two-phase separator 6, over which the overflow with the outlet 3 for the purified wastewater 1 is located.
  • Lamellae of a lamella separator formed, which are to separate the solids from the water.
  • This separator extends in FIG. 5 over the entire reactor cross section and in FIG. 6 only over a central part of the reactor cross section.
  • a gas discharge element 10 is located below the guide elements 9 in the form of a horizontal plate extending over the entire lamella separator.
  • This Gasableitelement 10 leads ascending gas here in the edge regions of the reactor cross section through which a gas-tight gas collection chamber 15 is located.
  • FIGS. 7 and 8 show an upper two-phase separating device 6 of another type.
  • an outflow 16 leads from the upper part of the reactor into a separating vessel 12 in which the filling level lies substantially below the inlet of the outflow 16, the upper part of the separating vessel 12 with a gas discharge line 13 connected, the bottom part with a line 14 for recycling the biomass in the lower part of the reactor and between this biomass line 14 and the filling level is the outlet 3 for the purified water.
  • the recirculation of the biomass via the biomass line 14 should be supported with conveying aids, such as here a pump.
  • the gravity increases by the height of the fall it comes to the separation of biomass and water, which allows their separate derivation.
  • the thereby separated gas migrates largely upwards and can be removed there.
  • the geodetic height of the reactor is sufficient.
  • the purified water is pumped through a sieve 11 of the drain 3, wherein the sieve 11 should retain light biomass.
  • the screen 11 can be provided with cleaning devices which simultaneously generate necessary pulses to shear off the gas from the granulated biomass.
  • the drive energy could also be generated by the available geodetics.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser (1), insbesondere von Abwasser (1) aus der Papierindustrie, umfassend einen Reaktorbehälter mit wenigstens einem Zulauf (2) zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser (1) in den Reaktor, wenigstens einen Ablauf (3) zum Abführen von gereinigtem Wasser, wenigstens einen Sedimentabzug (4) sowie wenigstens zwei übereinander angeordneten Mehrphasentrenneinrichtungen (5, 6). Dabei soll die Leistung des Reaktors bei möglichst geringem Aufwand dadurch verbessert werden, dass zumindest zwei Mehrphasentrenneinrichtungen (5, 6) unterschiedlich ausgebildet sind.

Description

REAKTOR ZUR ANAEROBEN REINIGUNG VON ABWASSER MIT MEHRPHASEN-TRENNEINRICHTUNGEN
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der Papierind ustrie, u mfassend einen Reaktorbehälter mit wenigstens einem Zulauf zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens einem Ablauf zum Abführen von gereinigtem Wasser, wenigstens einem Sedimentabzug sowie wenigstens zwei übereinander angeordneten Mehrphasentrenneinrichtungen. Zur Abwasserreinigung sind eine Vielzahl von mechanischen, chemischen sowie biologischen Verfahren und entsprechende Reaktoren bekannt. Bei der biologischen Abwasserreinigung wird das zu reinigende Abwasser mit aeroben oder anaeroben Mikroorganismen kontaktiert, welche die in dem Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen im Falle von aeroben Mikroorganismen überwiegend zu Kohlendioxid, Biomasse und Wasser und im Falle von anaeroben Mikroorganismen vorwiegend zu Kohlendioxid und Methan und nur zu einem geringen Teil zu Biomasse abbauen.
Dabei werden die biologischen Abwasserreinigungsverfahren in jüngster Zeit zunehmend mit anaeroben Mikroorganismen durchgeführt, weil bei der anaeroben Abwasserreinigung nicht unter hohem Energieaufwand Sauerstoff in den Bioreaktor eingeführt werden muss, bei der Reinigung energiereiches Biogas erzeugt wird, welches nachfolgend zur Energiegewinnung eingesetzt werden kann, und deutlich geringere Mengen an Überschussschlamm erzeugt werden.
Je nach der Art und Form der eingesetzten Biomasse werden die Reaktoren für die anaerobe Abwasserreinigung in Kontaktschlammreaktoren, UASB-Reaktoren, EGSB- Reaktoren, Festbettreaktoren und Fliessbettreaktoren unterteilt. Während die Mikroorganismen bei Festbettreaktoren an ortsfesten Trägermaterialien und die Mikroorganismen bei Fliessbettreaktoren auf frei beweglichen, kleinem Trägermaterial anhaften, werden die Mikroorganismen bei den UASB und EGSB- Reaktoren in Form von sogenannten Pellets eingesetzt. Im Unterschied zu UASB(upflow anaerobic Sludge blanket; anaerobe Aufströmschlammbett) -Reaktoren sind EGSB-(expanded granulär Sludge bed; expandierte, granuläre Schlammbett) - Reaktoren höher und weisen bei gleichem Volumen eine deutlich kleinere Grundfläche auf.
Bei den UASB und EGSB-Reaktoren wird dem Reaktor über einen Zulauf im unteren Reaktorbereich kontinuierlich zu reinigendes Abwasser oder eine Mischung aus zu reinigendem Abwasser und bereits gereinigtem Abwasser aus dem Ablauf des Anaerobreaktors zugeführt und durch ein oberhalb des Zulaufs befindliches, Mikroorganismenpellets enthaltendes Schlammbett geführt.
Beim Abbau der organ ischen Verbindungen aus dem Abwasser bilden d ie Mikroorganismen insbesondere Methan und Kohlendioxid enthaltendes Gas (welches auch als Biogas bezeichnet wird), das sich teilweise in Form kleiner Bläschen an den Mikroorganismenpellets anlagert und teilweise in Form freier Gasbläschen in dem Reaktor nach oben steigt. Aufgrund der angelagerten Gasbläschen sinkt das spezifische Gewicht der Pellets, weshalb die Pellets in dem Reaktor nach oben steigen. Um das gebildete Biogas und die aufsteigenden Pellets von dem Wasser zu trennen, sind in dem mittleren und/ oder oberen Teil des Reaktors Abscheider zumeist in Form von Gashauben angeordnet, unter deren First sich Biogas ansammelt, welches ein Gaspolster ausbildet, worunter eine Flotationsschicht aus Mikroorganismenpellets und Abwasser befindlich ist. Von Gas und Mikroorganismenpellets befreites, gereinigtes Wasser steigt in dem Reaktor nach oben und wird am oberen Ende des Reaktors über Überläufe abgezogen. Derartige Verfahren und entsprechende Reaktoren sind beispielsweise in der EP 0 170 332 A und in der EP 1 071 636 B beschrieben.
In Hochlastreaktoren zur anaeroben Abwasserbehandlung werden üblicherweise 2 Dreiphasentrenneinrichtungen verwendet. Diese bestehen aus versetzt übereinander angeordneten Gassammeihauben unter denen sich aufsteigende Biogasblasen und aufsteigender granulierter Bioschlamm (Pellets) sammelt. Das Gas wird wie bereits erwähnt aus den Hauben abgeführt. Die granulierte Biomasse gibt entweder an ihr haftendes Gas ab und sinkt dann wieder ab zum Reaktorboden oder wird als
Gas/Wasser/Pelletgemisch über ein Rohrsystem in einer Gastrenneinrichtung auf dem Reaktorkopf geführt und dort Scherkräften ausgesetzt. Dadurch löst sich dass sich das Gas von der Biomasse, und der Granulatschlamm wird wieder in den
Prozess zurückgeführt.
Die obere Dreiphasentrenneinrichtung bildet üblicherweise auch das Dach der Reaktoren.
Die Aufgabe der Erfindung ist es die Leistung des Reaktors mit möglichst geringem Aufwand zu verbessern. Erfindungsgemäß wurde d ie Aufgabe dad urch gelöst, dass zum indest zwei Mehrphasentrenneinrichtungen unterschiedlich ausgebildet sind. Damit kann die Gestaltung der Mehrphasentrenneinrichtungen besser an die Gegebenheiten am Einbauort im Reaktorbehälter sowie die speziellen Aufgaben, die damit verbunden sind, angepasst werden.
Die untere Mehrphasentrenneinrichtung, die die Hochlastzone im unteren Reaktorbereich abschließt, hat vorzugsweise d ie Aufgabe den Großteil des entstehenden Biogases abzutrennen. Hier muss sichergestellt sein, dass die auftretenden Gasmengen eingefangen werden und das Gas/Schlamm/Wassergemisch sicher in den internen Zirkulationskreislauf geführt wird. Der interne Rezirkulationskreislauf besteht aus einer Mammutpumpe, die in die Gastrenneinrichtung auf dem Reaktorkopf fördert. Das abgetrennte Gas/Wassergemisch gelangt von dort über eine Fallleitung wieder in den Bereich unter die untere Mehrphasentrenneinrichtung.
Die obere Mehrphasentrenneinrichtung hat primär die Aufgabe sicherzustellen, dass keine granulierte Biomasse mit dem Klarwasser ausgetragen wird. Sie ist nicht an - A - den internen Rezirkulationskreislauf angeschlossen. Abgeschiedene körnige
Biomasse wird daher i.A. ausschließlich durch Sedimentation wieder in den Prozess zurückgeführt. Wenn der Raum über der Suspension gasdicht ausgeführt wird, ist ein separates auffangen von Gas nicht erforderlich, da das Gas selbständig in diesen Gassammeiraum gelangt.
Durch die spezifische Anpassung der Mehrphasentrenneinrichtungen kann auf eine größere Beruhigungszone zwischen den Mehrphasentrenneinrichtungen verzichtet werden.
In diesen Beruhigungszonen wird die Strömung der Suspension vergleichmäßigt, um eine gute Wirkung der oberen Mehrphasentrenneinrichtung zu gewährleisten.
Dadurch geht aber auch Tankvolumen verloren, welches für den eigentlichen
Umsetzungsvorgang zur Verfügung gestellt werden könnte. Des Weiteren ist es durch die Erfindung möglich, dass zumindest eine
Mehrphasentrenneinrichtung, vorzugsweise die obere, insbesondere die oberste nur einen Teil des Reaktorquerschnitt überdeckt, was die Fertigung verbilligt.
Wenigstens eine untere, vorzugsweise die unterste Mehrphasentrenneinrichtung sollte als Dreiphasentrenneinrichtung ausgebildet sein, welche ein System aus Gashauben und vorzugsweise auch Leitelemente besitzt.
Diese Dreiphasentrenneinrichtung soll bei möglichst großen freien hydraulischen Durchtrittsflächen das aufsteigende Gas einfangen und in Gassammeieinrichtungen leiten, aus denen es abgeführt werden kann.
Hierzu sollten die Leitelemente mit Vorteil unterhalb der Zwischenräume zwischen benachbarten Gashauben angeordnet sein. Für die Trennung von Biomasse und Wasser genügt es folglich, dass zumindest eine obere, vorzugsweise die oberste Mehrphasentrenneinrichtung lediglich als Zweiphasentrenneinrichtung ausgebildet ist, welche eine möglichst große Klärfläche zur Verfügung stellt.
In besonders einfacher Ausführung besteht diese Zweiphasentrenneinrichtung ausschließlich oder zumindest im Wesentlichen aus Leitelementen.
Da be i we rden diese Leitelemente vorzugsweise von Lamellen eines Lamellenabscheiders gebildet.
Um Raum zu sparen, sollte der Lamellenabscheider mit einer sehr niedrigen Bauhöhe ausgeführt werden.
Der Lamellenabscheider kann in Form von Platten oder in Form von ineinander steckbaren mehreckigen Elementen ausgebildet sein. Entsprechend den Anforderungen und Gegebenheiten kann es von Vorteil oder erforderlich sein, dass die Leitelemente über den gesamten Querschnitt des Reaktorbehälters verteilt oder aber nur über einen, vorzugsweise zentralen Teilquerschnitt des Reaktorbehälters verteilt angeordnet sind. Falls der Lamellenabscheider kleiner als der Reaktorquerschnitt ist, so sollte er so ausgelegt sein, dass bei den jeweiligen hydraulischen Bedingungen eine optimale Abscheidung der Biomasse erfolgt. In diesem Fall muss durch geeignete
Maßnahmen, insbesondere durch unter den Leitelementen angeordnete
Gasableitelemente vermieden werden, dass aufsteigendes Gas in den
Lamellenabscheider tritt.
Vor allem wenn der Lamellenabscheider kleiner als der Reaktorquerschnitt ist, aber auch allgemein, sollte sich im oberen Teil des Reaktorbehälters ein gasdichter Gassammeiraum befinden, der mit einer Gasabzugsleitung verbunden ist, so dass aufsteigendes Biogas sicher im Gassystem aufgefangen wird. Über der obersten Mehrphasentrenneinrichtung sollte wenigstens ein Ablauf zum Abführen des gereinigten Wassers vorhanden sein.
Durch eine gut ausgelegte obere Zweiphasentrenneinrichtung kann der Anaerobreaktor meist mit höheren Aufstiegsgeschwindigkeiten gefahren werden als bei konventionellen Reaktoren.
Damit der Sedimentationsprozess nicht durch eventuell vorhandenes restliches
Biogas gestört wird, kann es vorteilhaft sein, vor den eigentlichen
Mehrphasentrenneinrichtungen eine Zone zu schaffen, in der die Suspension höheren Scherkräften ausgesetzt ist. In dieser Zone wird an der Biomasse noch anhaftendes Biogas abgeschert, so dass die Sedimentationseigenschaften der granulierten Biomasse verbessert werden.
Dies kann zum Beispiel durch lokal erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten, häufige Umlenkungen oder Schikanen im Prozesswasserfluss erfolgen. Die
Mehrphasentrenneinrichtungen sind dabei so ausgeführt, dass absinkende körnige
Biomasse wieder in den Prozess gelangt.
Da bei diesem Konzept eine Beruhigungszone sehr viel kürzer ausfallen kann, ist es auch möglich, untere und obere Mehrphasentrenneinrichtungen miteinander zu verbinden und so Baukosten einzusparen.
Alternativ oder ergänzend kann es von Vorteil sein, wenn wenigstens ein Abfluss im oberen Teil des Reaktorbehälters Teil der oberen, vorzugsweise der obersten Mehrphasentrenneinrichtung ist.
Dies ermöglicht es gereinigtes Wasser über ein Sieb des Abflusses abzupumpen, wobei das Sieb leichte Biomasse zurückhalten soll. Dabei kann das Sieb mit Abreinigungseinrichtungen versehen werden, welche gleichzeitig notwendige Impulse erzeugen, um das Gas von der granulierten Biomasse abzuscheren.
Die Antriebsenergie könnte hierzu durch die zur Verfügung stehende Geodätik erzeugt werden. Eine Alternative hierzu stellt die Abscheidung von Biomasse und Wasser und die Abtrennung in einem leichten Zentrifugalfeld dar. Die dabei auftretenden Scherkräfte dürfen allerdings nicht so hoch sein, dass sie den Bioschlamm beschädigen.
In diesem Zentrifugalfeld würde abgeschiedenes Gas ins Zentrum wandern.
Biomasse würde mit der Schwerfraktion abgeschieden und könnte in den Prozess zurückgefördert werden.
Als treibendes Gefälle für einen derartigen Abscheider ist ebenfalls die geodätische Höhe des Reaktors ausreichend. In den meisten Einsatzfällen genügt es, wenn der Reaktor nur zwei
Mehrphasentrenneinrichtungen besitzt, was den Aufwand begrenzt. Bei Bedarf kann die Anzahl der Trenneinrichtungen aber durchaus höher ausfallen.
Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
Figur 1 : einen schematischen Längsschnitt durch einen Reaktor;
Figuren 2 bis 4: verschiedene untere Mehrphasentrenneinrichtungen 5 und
Figuren 5 bis 8: unterschiedliche obere Mehrphasentrenneinrichtungen 6.
Der in Figur 1 dargestellte Bioreaktor umfasst einen Reaktorbehälter, der in seinem mittleren und oberen Teil zylindrisch ausgestaltet ist und sich in seinem unteren Teil nach unten konisch verjüngt.
Im unteren Teil des Reaktors, d.h. im Trichter ist das Zulaufverteilsystem 2 zur Zuführung des zu reinigenden Abwassers 1 untergebracht.
In dem mittleren und oberen Reaktorbehälter befinden sich zwei Mehrphasentrenneinrichtungen 5,6.
Diese Trenneinrichtungen 5,6 können jeweils mehrere Gashauben 7 oder sogar mehrere Lagen an Gashauben 7 besitzen. Oberhalb der oberen Mehrphasentrenneinrichtung 6 befinden sich Abläufe 3 jeweils in Form eines Überlaufs, über welche das gereinigte Wasser aus dem Reaktor abgezogen wird.
Auf dem Reaktor ist eine Gastrenneinrichtung 17 angeordnet, die mit den beiden Mehrphasentrenneinrichtungen 5,6 über die Leitungen 18 verbunden ist. Zudem führt von dem Boden der Gastrenneinrichtung 17 eine Sinkleitung 19 in den unteren Teil des Reaktorsbehälters.
Des Weiteren befindet sich im unteren Teil des Reaktorbehälters, nämlich im unteren Teil des Trichters, ein Sedimentabzug 4, wobei über den Sedimentabzug 4 Feststoffe bzw. eine Suspension aus Feststoff und Flüssigkeit aus dem Reaktorbehälter abgezogen werden können und über die Zulaufleitung 2 Flüssigkeit zum Spülen des unteren Reaktorbehälterteils eingeführt werden kann.
Das Zulaufverteilsystem wird von einer Vielzahl von Zuläufen 2 gebildet, die gleichmäßig am Boden des Reaktorbehälters, hier der Innenwand des Trichters angeordnet sind und das zu reinigende Abwasser 1 in den Reaktorbehälter führen. Eine hohe Anzahl an steuerbaren Zulaufleitungen 2 erlaubt es dabei die Verteilung des zugeführten Abwassers 1 am Boden des Reaktorbehälters einzustellen.
Beim Betrieb des Reaktors wird über die Zuläufe 2 zu reinigendes Abwasser 1 in den Reaktorbehälter eingeführt, wobei es zu einer innigen Vermischung zwischen dem zugeführten Abwasser 1 und dem im Reaktor befindlichen Medium kommt, welches aus bereits teilweise gereinigtem Abwasser 1 , Mikroorganismenpellets und kleinen Gasbläschen besteht.
Das eingeführte Abwasser 1 strömt von den Zuläufen 2 in dem Reaktorbehälter langsam aufwärts, bis es in die mikroorganismenhaltige Schlammpellets enthaltende
Fermentationszone 19 gelangt. Die in den Pellets enthaltenen Mikroorganismen zersetzen die in dem Abwasser 1 enthaltenen organischen Verunreinigungen hauptsächlich zu Methan und Kohlendioxidgas. Durch die erzeugten Gase entstehen Gasbläschen, von denen sich die größeren von den Pellets ablösen und in Form von Gasblasen durch das Medium perlen, wohingegen kleine Gasbläschen an den Schlammpellets haften bleiben. Diejenigen Pellets, an denen kleine Gasbläschen anhaften und welche daher ein geringeres spezifisches Gewicht als die anderen Pellets und das Wasser aufweisen, steigen in dem Reaktorbehälter auf, bis sie die untere Mehrphasentrenneinrichtung 5 erreichen.
Die freien Gasbläschen fangen sich in den Gashauben 7 und bilden unter dem First der Gashauben 7 ein Gaspolster. Direkt unterhalb des Gaspolsters bildet sich eine Flotationsschicht bestehend aus Mikroorganismenpellets mit daran anhaftenden kleinen Gasbläschen.
Das in den Gashauben 7 gesammelte Gas sowie Pellets und Wasser aus der Flotationsschicht werden beispielsweise über eine in der Stirnseite der Gashauben 7 vorhandene, nicht dargestellte Öffnung aus den Gashauben 7 abgeführt, gegebenenfalls über eine ebenfalls nicht dargestellte Mischkammer miteinander vermischt und über die Leitung 18 in die Gastrenneinrichtung 17 geführt. Das Wasser, die aufsteigenden Mikroorganismenpellets und die Gasblasen, die nicht bereits in der unteren Mehrphasentrenneinrichtung 5 abgetrennt wurden, steigen in dem Reaktorbehälter weiter nach oben bis zu der oberen Mehrphasentrenneinrichtung 6.
Aufgrund der Abnahme des hydrostatischen Drucks zwischen der unteren 5 und der oberen Trenneinrichtung 6 lösen sich die letzten kleinen Gasbläschen von den in die obere Mehrphasentrenneinrichtung 6 gelangten Mikroorganismenpellets ab, so dass das spezifische Gewicht der Pellets wieder zunimmt und die Pellets nach unten sinken. Die restlichen Gasblasen werden in den eventuell vorhandenen Gashauben 7 der oberen Mehrphasentrenneinrichtung 6 aufgefangen und wiederum an den Stirnseiten der einzelnen Gashauben 7 in eine Gassammelleitung überführt, von der das Gas über die Leitung 18 in die Gastrenneinrichtung 17 geführt wird.
Falls keine Gashauben 7 vorhanden sind, so kann das Gas in einem gasdichten Gassammelraunn 15 im oberen Teil des Reaktorbehälters aufgefangen werden, welcher mit einer Gasabzugsleitung verbunden ist.
Das nunmehr gereinigte Wasser steigt von der oberen Mehrphasentrenneinrichtung 6 weiter nach oben, bis es über die Überläufe aus dem Reaktorbehälter abgezogen und durch eine Ablaufleitung 3 abgeleitet wird.
In der Gastrenneinrichtung 17 trennt sich das Gas von dem restlichen Wasser und den Mikroorganismenpellets, wobei die Suspension aus Pellets und dem Abwasser über die Sinkleitung 19 in den Reaktorbehälter rezirkuliert wird. Dabei mündet die Austrittsöffnung der Sinkleitung 19 in den unteren Teil des Reaktorbehälters, wo die rückgeführte Suspension aus Pellets und Abwasser mit dem, dem Reaktor über die Zuläufe 2 zugeführten Abwasser 1 vermischt wird, wonach der Kreislauf von neuem beginnt.
Je nach dem Ursprung des dem Reaktor über die Zuläufe 2 zugeführten Abwassers 1 enthält das Abwasser mehr oder weniger Feststoffe. Abwasser aus der Papierindustrie beispielsweise enthält signifikante Konzentrationen an festen Füllmaterialien und Kalk.
Nachdem das feststoffhaltige Abwasser 1 die Zuläufe 2 verlassen hat, steigt es nach oben in den zylinderförmigen Reaktorbehälterteil. Der Anteil der in dem Abwasser 1 enthaltenen Feststoffe, der ein Mindestmass an spezifischer Dichte übersteigt, sinkt bereits nach dem Verlassen der Zuläufe 2 in den sich nach unten verjüngenden Trichter und sammelt sich dort. Ferner kristallisiert ein Teil des in dem Abwasser 1 enthaltenden Kalks, nachdem das Abwasser in die Schlammbettzone aufgestiegen ist, an den Schlammpellets aus, welche insoweit als Kristallisationszentren wirken. Dadurch übersteigt ein Teil der Schlammpellets eine kritische spezifische Dichte und sinkt infolge dessen aus dem Schlammbett ab und sammelt sich ebenfalls in dem Trichter.
Über den Sedimentabzug 4 kann das sich an der Spitze des Reaktorbehälters sammelnde Sediment je nach Bedarf kontinuierlich oder chargenweise aus dem Reaktor abgezogen werden.
Zur Verbesserung der Effizienz der Abwasserbehandlung aber auch zur Minimierung der Herstellungskosten werden die Mehrphasentrenneinrichtungen 5,6 speziell an ihre Aufgaben angepasst. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass die untere Mehrphasentrenneinrichtung primär für den Gaseinfang optimiert ist und die obere gewährleistet, dass mit ihnen restlicher Granulatschlamm sicher aus dem Klarwasser abgeschieden werden kann. Daher ist die untere Mehrphasentrenneinrichtung 5 als Dreiphasentrenneinrichtung und die obere 6 lediglich als Zweiphasentrenneinrichtung ausgeführt.
Gemeinsam ist den in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Varianten einer unteren, sich über den gesamten Reaktorquerschnitt erstreckenden Dreiphasentrenneinrichtung 5 das Vorhandensein von mehreren nebeneinander angeordneten Gashauben 7.
In Figur 2 und 3 sollen mehrere, übereinander angeordnete Lagen von Gashauben 7 möglichst viel Gas auffangen und abführen.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform sind die Gashauben 7 der übereinander liegenden Lagen im Wesentlichen jeweils auch übereinander positioniert. Dabei befinden sich unter und zwischen den Gashauben 7 waagerecht und schräg verlaufende Leitelemente 8, welche die Gasblasen zu den darüber liegenden Gashauben 7 leiten sollen.
Im Gegensatz hierzu sind die Gashauben 7 der übereinander angeordneten Lagen derart zueinander versetzt, dass sich möglichst eine Gashaube 7 einer oberen Lage über dem Zwischenraum zwischen zwei oder mehren Gashauben 7 einer darunter angeordneten Lage befindet. Dies ermöglicht es auf Leitelemente 8 zu verzichten. Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 zeigt eine Lage von Gashauben 7 sowie mehrere sich darunter befindende Lagen von nebeneinander angeordneten Leitelementen 8. Diese Leitelemente 8 verlaufen schräg und lenken die Gasblasen zu den Gashauben 7.
Durch diese Vielzahl von Leitelementen 8 wirken auf die Pellets verstärkt Scherkräfte, was die Loslösung der Gasblasen von diesen fördert.
Die hier dargestellten Varianten können problemlos auch miteinander kombiniert werden. Die Figuren 5 und 6 zeigen jeweils eine obere Zweiphasentrenneinrichtung 6, über der sich der Überlauf mit dem Ablauf 3 für das gereinigte Abwasser 1 befindet.
In beiden Fällen wird die Trenneinrichtung 6 von Leitelementen 9 in Form von
Lamellen eines Lamellenabscheiders gebildet, welche die Feststoffe vom Wasser trennen sollen.
Dieser Abscheider erstreckt sich in Figur 5 über den gesamten Reaktorquerschnitt und in Figur 6 nur über einen zentralen Teil des Reaktorquerschnitts.
Die Auswahl erfolgt entsprechend den Gegebenheiten, insbesondere der Stärke des
Gasanfalls in diesem Bereich.
In Figur 5 wird der gesamte oberen Teil des Reaktorbehälters, d.h. über dem Überlauf als Gassammeiraum 15 genutzt, aus dem das Gas über eine Leitung abgeführt.
Im Unterschied hierzu befindet sich bei dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel unter den Leitelementen 9 ein Gasableitelement 10 in Form einer sich über den gesamten Lamellenabscheider erstreckenden, waagerechten Platte. Dieses Gasableitelement 10 führt aufsteigendes Gas hier in die Randbereiche des Reaktorquerschnitts über welchen sich ein gasdichter Gassammeiraum 15 befindet.
Eine obere Zweiphasentrenneinrichtung 6 anderer Art zeigen die Figuren 7 und 8. In Figur 7 führt ein Abfluss 16 aus dem oberen Teil des Reaktors in einen Trennbehälter 12, in dem die Füllhöhe wesentlich unter dem Zulauf des Abflusses 16 liegt, wobei der obere Teil des Trennbehälters 12 mit einer Gasabzugsleitung 13 verbunden ist, der unterste Teil mit einer Leitung 14 zur Rückführung der Biomasse in den unteren Teil des Reaktors führt und zwischen dieser Biomasse-Leitung 14 und der Füllhöhe sich der Ablauf 3 für das gereinigte Wasser befindet.
Die Rückführung der Biomasse über die Biomasse-Leitung 14 sollte mit Förderhilfsmitteln, wie hier einer Pumpe, unterstützt werden.
Durch die Schwerkraft verstärkt durch die Fallhöhe kommt es zur Abscheidung von Biomasse und Wasser, was deren getrennte Ableitung ermöglicht. Das dabei abgeschiedene Gas wandert weitestgehend nach oben und kann dort abgeführt werden.
Als treibendes Gefälle für einen derartigen Abscheider ist die geodätische Höhe des Reaktors ausreichend.
Bei Figur 8 wird das gereinigte Wasser über ein Sieb 11 des Abflusses 3 abgepumpt, wobei das Sieb 11 leichte Biomasse zurückhalten soll. Dabei kann das Sieb 11 mit Abreinigungseinrichtungen versehen werden, welche gleichzeitig notwendige Impulse erzeugen, um das Gas von der granulierten Biomasse abzuscheren.
Die Antriebsenergie könnte hierzu auch durch die zur Verfügung stehende Geodätik erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser (1 ), insbesondere von Abwasser (1 ) aus der Papierindustrie, umfassend einen Reaktorbehälter mit wenigstens einem Zulauf (2) zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser (1 ) in den Reaktor, wenigstens einem Ablauf (3) zum Abführen von gereinigtem Wasser, wenigstens einem Sedimentabzug (4) sowie wenigstens zwei übereinander angeordneten Mehrphasentrenneinrichtungen (5,6),
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest zwei Mehrphasentrenneinrichtungen (5,6) unterschiedlich ausgebildet sind.
2. Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
eine untere, vorzugsweise die unterste Mehrphasentrenneinrichtung (5) als
Dreiphasentrenneinrichtung ausgebildet ist.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
eine untere, vorzugsweise die unterste Mehrphasentrenneinrichtung (5) Gashauben (7) umfasst.
4. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine untere, vorzugsweise die unterste Mehrphasentrenneinrichtung (5) Leitelemente (8) umfasst.
5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitelemente (8) unterhalb der Zwischenräume zwischen benachbarten Gashauben (7) angeordnet sind.
6. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine obere, vorzugsweise die oberste Mehrphasentrenneinrichtung (6) als Zweiphasentrenneinrichtung ausgebildet ist.
7. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine obere, vorzugsweise die oberste Mehrphasentrenneinrichtung (6) von Leitelementen (9) gebildet wird.
8. Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitelemente (9) von Lamellen eines Lamellenabscheiders gebildet werden.
9. Reaktor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitelemente (9) über den gesamten Querschnitt des Reaktorbehälters verteilt angeordnet sind.
10. Reaktor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitelemente (9) nur über einen, vorzugsweise zentralen Teilquerschnitt des Reaktorbehälters verteilt angeordnet sind.
11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
unter den Leitelementen (9) Gasableitelemente (10) angeordnet sind.
12. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
über der obersten Mehrphasentrenneinrichtung (6) ein Ablauf (3) zum Abführen des gereinigten Wassers vorhanden ist.
13. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abfluss (3,16) im oberen Teil des Reaktorbehälters Teil der oberen, vorzugsweise der obersten Mehrphasentrenneinrichtung (6) ist.
14. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
über ein Sieb (11 ) des Abflusses (3) gereinigtes Wasser abgepumpt wird.
15. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
der Abfluss (16) in einen Trennbehälter (12) führt, in dem die Füllhöhe wesentlich unter dem Zulauf des Abflusses (16) liegt, wobei der obere Teil des Trennbehälters (12) mit einer Gasabzugsleitung (13) verbunden ist, der unterste Teil mit einer Leitung (14) zur Rückführung der Biomasse in den unteren Teil des Reaktors führt und zwischen dieser Biomasse-Leitung (14) und der
Füllhöhe sich der Ablauf (3) für das gereinigte Wasser befindet.
16. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich im oberen Teil des Reaktorbehälters ein gasdichter Gassammeiraum (15) befindet, der mit einer Gasabzugsleitung verbunden ist.
17. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Reaktor nur zwei Mehrphasentrenneinrichtungen (5,6) besitzt.
18. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Mehrphasentrenneinrichtung (5,6), vorzugsweise die obere, insbesondere die oberste nur einen Teil des Reaktorquerschnitt überdeckt.
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