NL8203104A - Inrichting voor het anaeroob behandelen van slib en afvalwater. - Google Patents

Description

b* , —:—r .

- 1 -

Inrichting voor het anaeroob behandelen van slib en afval-water.

De uitvinding vindt toepassing bij de continue anaerobe behandeling van slib en afvalwater met een hoog percentage organ ische stoffen, zoals zij bij voorbeeld bij de intensie-ve kweek van dieren voorkomen.

5 Er zijn al talrijke inrichtingen voor het anaerobe be handelen van slib en afvalwater bekend. De klassieke uit§dn . trap bestaande anaerobe slibbehandelingsinrichtingen ver-eisen in continu bedrijf lange verblijftijden van 20 dagen en meer.

10 Daartoe zijn grote reactieruimten noodzakelijk. Om deze te verkleinen werden tweetrapswerkwijzen toegepast, waarbij de zure gisting en de methaangisting in ruimtelijk geschei-den reactieruimten werden uitgevoerd.

Ruimtelijk gescheiden reactieruimten, zoals in het 15 Duitse Offenlegungsschrift 2 621 524 is beschreven, hebben onder andere het nadeel , dat de kosten voor de apparatuur groter zijn.

Bekend is ook een USB-reactor ((lettinga a.u. Biotechn. Engng. 22/1980 S, 699/734), die als vertikaal doorstroomde 20 slibspiegelreactor is uitgevoerd en zo langzaam wordt door-stroomd, dat zich in het bovenste deel een van vaste stof vrije respektievelijk aan vaste stof arme vloeistoflaag instelt. Deze reactor heeft het nadeel, dat de reactorinhoud niet wordt gehomogeniseerd.

25 In Het Duitse Auslegeschrift 2 728 585 is voorts een inrichting voor het anaeroob reinigen van afvalwater beschreven en weergegeven, die een rottingsruimte en een hierin gedeeltelijk boven het bovenste vloeistofniveau aangebrachte naklaringskamer voor het scheiden van slib en water bezit.

30 Deze inrichting werkt, doordat zich op de bodem van de naklaringskamer het slib afzet en via een uitlaatopening, die zich boven in het onderste vloeistofniveau bevindt en dieper dan de inlaatopening voor het water-slih-mengsel is aange-bracht, automatisch op grond van de zwaartekracht van het 35 ingedikte slib in de reactieruimte wordt teruggeleid.

Bij deze inrichting zijn inlaat- en uitlaatopeningen ruimtelijk van elkaar gescheiden.

8203104 r m - 2 -

Deze inrichting bezit de volgende nadelen:

De reactie- en de scheidingsruimten bezitten op grond van de plaatsing van de uitlaten verschillende vloeistof-spiegels. Daardoor zijn ook de gasdru kken boven deze vloei-5 stofspiegels verschillend,

Iedere storing in de gasdrukregeling bewerkt daarmee een storing inde werking van de indikkingsinrichting.

Daarom komt het door de ruimtelijke scheiding van in-laatopening voorhet mengsel van vloeistof en slib en de 10 uitlaatopening voor ingedikt slib en de daardoor veroorzaakte circulatie in de procesruimte tot ongewenste stromingseffecten. Overtollig slib of inerte vaste stoffen blijven in het in-wendige van de inrichting over.

Het doel van de uitvinding is, met geringe kosten voor 15 apparatuur en hoge intensiteitook sterk belast slib en af-valwater anaeroob op te werken, waarbij een verkorting van de verblijftijden en een hoge gasopbrengst wordt verkregen.

Aan de uitvinding ligt het probleem ten grondslag, een inrichting voor het anaeroob opwerken van slib en af-20 valwater te ontwikkelen, die constructief zo is uitgevoerd, dat warmteverliezen en temperatuurverliezen door een compacte manier van bouwen vergaand worden vermeden, binnen de inrichting zodanige stromingsomstandigheden aanwezig zijn, dat de verblijftijd van de vloeistof korter dan die van de vaste 25 bestanddelen is en bovendien een afvoering van het slib en de inerte vaste stoffen mogelijk is.

Het probleem wordt volgens de uitvinding opgelost, door-dat een zich in een houder bevindende reactieruimte voor de methaangisting en de scheidingskamer een gemeenschappelijke 30 gasverzamelruimte en voorts een gemeenschappelijke afvoer voor het in de reactieruimte en in de scheidingskamer ont-stane methaangas bezit. De de reactieruimte en de scheidingskamer van elkaar scheidende wand bezit in zijn onderste ge-deelte aan de omtrek verdeelde doorgangsopeningen, waardoor 35 de beladen vloeistof vanuit de reactieruimte in de scheidingskamer en een deel van de ingedikte vaste stof uit de scheidingskamer door dezelfde doorgangsopening weer in de reactieruimte binnentreedt. Deze doorgangsopeningen zijn ten opzichte van elkaar op gelijke hoogte vanaf de bodanvan de 40 scheidingskamer aangebracht.

8203104 •L *· - 3 -

Onder de doorgangsopeningen bevindt zich een verzamel-ruimte voor ingedikt slib, De verzamelruimte wordt door de bodem van de scheidingskamer begrensd, waar ook een afvoer-leiding voor het ingedikte slib aanwezig is. -5 De grootte van de doorgangsopeningen is zodanig van afmeting, dat det oppervlak van alle openingen even groot of groter is dan de horizontale dwarsdoorsnede van de scheidingskamer. De doorgangsopeningen hebben stroombrekerachtige, in het inwendige van de scheidingskamer reikende geleidings-10 platen. Deze verhinderen de terugmenging van de in de scheidingskamer stromende beladen vloeistof met de inhoud van de reactieruimte. Zij dienen ook voor de turbulent!edemping in het onderste gedeelte van de scheidingskamer.

In het inwendige van de scheidingskamer bevinden zich 15 een of meer gasgeleidingsinrichtingen.

Tussen de de reactieruimte an de scheidingskamer van elkaar scheidende wand en de houderwand bevindt zich een reactieruimte voor de methaangisting. De scheidingskamer is 20 daarbij centraal, bij voorkeur cirkelvormig aangebracht.

De scheidingskamer kan zich ook in cirkelringvorm tussen de de reactieruimte en de scheidingskamer van elkaar scheidende wand en de houderwand bevinden.

De scheidingswand kan voorts in segmentvorm tussen de 25 de reactieruimte en de scheidingskamer van e-lkaar scheidende wand en de houderwand zijn aangebracht.

In afhankelijkheid van het afbraakgedrag van het afval-water kan een tweede reactieruimte voor de zure gisting in de houder hetzij onder de verzamelruimte voor het inge-30 dikte slib hetzij over de gemeenschappelijke gasverzamelruimte • worden aangebracht.

Daarbij is het mogelijk, met geringere kosten voor apparatuur de hoeveelheid vloeistof uit de reactieruimte van de zure gisting overeenkomstig de doorzet gemeenschappelijk met het 35 in deze reactieruimte ontstane gas door een buisstompgat in de reactieruimte van de methaangisting te leiden.

De te behandelen vloeistof geraakt in de regctieruimte en wordt door middel van sproeikoppen en en pompen gehomoge-niseerd.

40 De sproeikoppen zijn voldoende groot gekozen, zodat een 8203104 4 · - 4 - intensieve dooreenmenging kan plaats vinden.

Door de afzuiging van van vaste stofvrije vloeistof en ingedikt slib ontstaat een stroming uit de reactieruimte in de scheidingskamer. Deze stroming is gelegen boven een ver-5 dere stroming, die door hogere dichtheid van de vaste stof in het onderste gedeelte van de scheidingskamer wordt be-werkt en waardoor de met vaste stof verrijkte vloeistof in de reactieruimte wordt teruggeleid.

In de scheidingskamer vindt de scheiding van heldere en 10 ingedikte fase plaats.

Door de gasgeleidingsinrichtingen worden de gasbellen, die in de scheidingskamer ontstaan en voorts geflotteerde j biomassa naar boven geleid. Meegevoerde schuimvloeistof en biomassa glijdt via de bovenbegrenzing in de reactieruimte 15 terug.

Het totale gas wordt via een buisstomp en : -. aan vaste stof arme vloeistof uit het boveste gedeelte van de scheidingskamer over een overloop afgeleid.

Een gedeelte van de in de scheidingskamer ingedikte 20 vaste stof stroomt door de doorgangsopeningen in de rea,ctie-ruimte terug.

Het andere gedeelte van de ingedikte vaste stof verza-melt zich in het onderste gedeelte van de scheidingskamer, de verzamelruimte voor ingedikt slib, waarvandaan het via 25 een afvoerleiding continu of discontinu wordt afgevoerd.

De afgevoerde hoeveelheid wordt door het percentage niet afbreekbare vaste stoffen bepaald.

Als voordelen van de uitvinding zijn te beschouwen ener-zijds de intensieve dooreenmenging in de reactieruimte, 30 anderzijds de gecombineerde bewerking van de scheidingskamer die in de benutting van de sedimentatie en van de flotatie bestaat, de compacte inrichting van de afzonderlijke reactie-ruimten binnen een dragende houderconstructie, de daarmee mogelijke constantheid van temperatuur, de geringe warmte-35 verliezen en de mogelijkheid, de gassen van een voorgescha-kelde zure gisting in de reactieruimte ter uitvoering van de methaangisting in te leiden.

Uitvoeringsvoorbeeld,

De uitvinding zal hierna aan de hand van twee uitvoe-40 ringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

8203104 • «, - 5 -

De bijbehorende tekeningen geven weer; fig. 1 een schematische weergave van de inrichting voor het anaeroob behandelen van slib en afvalwater in langs-doorsnede; 5 fig, 2 een schematische weergave van de inrichting met veranderde opstelling van de scheidingskamer in langsdoor-snede.

De inrichting bestaat uit een cilindrisch staande houder 1, die een reactieruimte 2 ter uitvoering van de zure gisting 10 bevat, waarbij in de nabijheid van de houderboden een toevoer-opening 3 , voorts een pomp 4 met een daaraan aangesloten sproeikop 5 aanwezig zijn.

De daarmee bereikte homogenisering van de binnenkomende beladen vloeistof kan in plaats van met het systeem pomp/ .15 sproeikop ook met bekende roerders worden bereikt.

De reactieruimte 2 voor de zure gisting bevindt zich onder een verdere reactieruimte 6 voor de methaangisting.

De reactieruimte 2 kan echter ook boven de reactieruimte 8 zijn aangebracht, of ook in afhankelijkheid van de 20 afbraaktoestand van het slib en van het afvalwater geheel vervallen,

Beide . reactieruimten zijn door een tussenbodem 7 van elkaar geschei den.

Deze bodem bezit al naar de grootte van de bouw 1-3 aan 25 de omtrek verdeelde buisstompgaten 8.

Om een terugmenging van de reactieruimte-inhoud te vermijden, zijn de buisstompgaten 8 van geleidingsplaten 9 in de vorm van een buisstomp voorzien.

Boven de tussenbodem 7 bevindt zich een pomp 10 met een 30 daaraan aangesloten sproeikop 11, die de uit de reactieruimte 2 in de reactieruimte 6 tredende beladen vloeistof eveneens homogeniseert, om zo optimale physische omstandigheden voor de afbraak van het slib en het afvalwater te verkrijgen.

In de reactieruimte 6 van de methaangisting bevindt 35 zich een coaxiaal aangebrachte cilindrische scheidingskamer 12, die in zijn inwendige bij voorkeur centraal aangebrachte gasgeleidingsinrichtingen 13 bezit. Daarbij kunnen een gasgeleidingsinrichting of meer gasgeleidingsinrichtingen 13 boven elkaar zijn aangebracht, 4O De bovengrens van de scheidingskamerl2 bezit een gas- 820 3 1 04 - 6 - uittreeopening 14 aivoorts een overloop 15, waaruit de ge-flotteerde biomassa met schuim in de reactieruimte 6 terug-vloeit.

In het onderste gedeelte van de de reactieruimte en de 5 scheidingskamer scheidende wand 17 zijn meer doorgangsopeningen 16 aanwezig,

Deze doorgangsopeningen 16 zijn bij voorkeur op gelijke hoogte ten opzichte van elkaar, op een afstand tot de tussen-boderc 7 die het den- tot tweevoudige van de diameter van de 10 scheidingskamer 12 bedraagt, aangebracht. Het oppervlak van alle doorgangsopeningen is zo van afmeting, dat het even groot is of groter is dan het horizontale dwarsdoorsnedevlak van de scheidingskamer 12,

De doorgangsopeningen 16 zijn met stroombrekerachtige 15 geleidingsplaten 18 uitgerust*

Onder de doorgangsopeningen 16 bevindt zich een verzamel-ruimte 19 voor ingedikt slib.

De tussenbodem 7, die gelijktijdig de bodem van de scheidingskamer 12 en daarmee de bodem van de verzamelruimte 20 19 voorstelt, bezit een afvoerleiding 20 voor het ingedikte slib.

In de reactieruimte 6 bevindt zich rechtstreeks onder de vloeistofpiegel een afvoerinrichting 21 voor ontstaan zwevend slib.

25 Tot afvoer van aan vaste stofarme respektievelijk van vaste stof vrije vloeistof is een buisleiding 22 aangebracht, die een verbinding voor het bovenste gedeelte van de scheidingskamer 12 en een zich buiten de houder 1 bevindende standhouder 23 vormt.

30 In de scheidingskamer 12 en in de reactieruimte 6 is een even grote vloeistofspiegel aanwezig, die gedeeltelijk door de bovenste scheidingskamerbegrenzing wordt onderbroken. Boven de vloeistofspiegel bevindt zich een gemeenschappelijke gasverzamelruimte 24, die.door de houderwand wordt begrensd.

35 Hierop is midden boven een gasuitreebuisstomp 25 bevestigd.

De vormgeving van de inrichting waarborgt een goede scheiding in heldere en ingedikte fase en maakt daarbij een hoge biogasopbrengst mogelijk.

De inrichting volgens de uitvinding werkt als volgt: 40 Door de inlaatopening 3 treedt het op te werken afval- 8203104 - 7 - water in de reactieruimte 2, Het afvalwater moet voor wat betreft percentage vaste stof daarbij. zodanig zijn begrensdf dat een'verpompbare consistentie ontstaat, Vaste bestandde-len boven 10 mm deeltjesgrootte dienen van-de toevoerinrichting 5 te worden afgescheiden.

In de reactieruimte 2 wordt de beladen vloeistof door de pomp 4 en de aangesloten sproeikop 5 gehomogeniseerd.

Is de reactieruimte 2 volledig gevuld, dan .staat hij onder de hydrostatische druk van de totale vloeistofzuil.

10 Overeenkomstig de door de inlaatopening toegevoerde beladen vloeistof en de daarbij ontstane rottingsgashoeveel-heid wordt een vloeistofgasmengsel door de buisstompgaten 8 in de reactieruimte 6 gedrukt.

Het ontstane rottingsgas oefent daarbij een pompwerking 15 uit op deze beladen vloeistof door zijn opwaartse beweging, teneinde de stroming van het vloeistofgasmengsel te onder-steunen.

In de reactieruimte 6 vindt een verdere homogenise-ring van het vloeistofgasmengsel plaats, die door de pomp 10 20 en de aangesloten sproeikop 11 wordt bewerkt.

Ongeveer dezelfde vloeistofhoeveelheid als door de inlaatopening 3 wordt toegevoegd treedt door de doorlaat- openingen 16 vanuit de reactieruimte 6 in de scheidingskamer 12.

In de scheidingskamer vindt bij dwarsdoorsnedebelastingen 3 2 25 van circa 1 m /m per uur een scheiding van het vloeistofgasmengsel in heldere en ingedikte fase, in flotatieschuim en gas plaats. Daarbij wordt een biomassaconcentratie in de scheidingskamer bewerkt, die groter is dan de reactieruimte 6.

Gefloteerde biomassa stijgt als flotatieschuim gemeen-30 schappelijk met het ontstane methaangas door de gasgeleidings-inrichting 13 naar boven, waarbij het gas in de gasverzamel-ruimte 24 treedt en vandaar uit via de gasuittreebuisstomp 25 wordt afgevoerd. Flotatieschuim treedt boven de bovenste begrenzing via de overloop 15 in de reactieruimte 6 terug.

35 Deze terugleiding kan door een vloeistofstraal worden onder-steund.

Aan vaste stofarme respektievelijk van vaste stof vrije vloeistof wordt uit de scheidingskamer via een buisleiding 22 in de standhouder 23 geleid.

40 Het ingedikte slib rolt op grond van het principe van 8203104 - 8 - de zwaartekracht in het onderste gedeelte van de scheidingskamer, de verzamelruimte 19 terug en wordt enerzijds continu of discontinu via een afvoerleiding 20 naar buiten afgevoerd.’' Daarbij wordt afvoerhoeveelheid door de hoeveelheid overtollig 5 slib en door het percentage niet afbreekbare vaste stoffen bepaald.

Anderzijds stroomt ingedikte vaste stof uit de verzamel-ruimte 19 door de doorgangsopeningen 16 in de reqctieruimte 6 terug, 10 In fig.*2 is eenverdere uitvoeringsvorm van de inrich- ting met veranderde scheidingskameropstelling weergegeven.

Zij is bij voorkeur voor slecht sedimenterend slib en korte afbraaktijden toepasbaar.

Deze uitvoeringsvorm onderscheidt zich ten opzichte van 15 fig. 1 door de opstelling en vormgeving van de scheidingska-mer in afhankelijkheid van de reactieruimte 6 van de methaan-gisting.

De vormgeving van de scheidingskamer 12 hangt van bepaal-de lengetallen af, die volgens de volgende formule kunnen 20 worden verkregen: - r·

WV * tL

Kengetal = -—

Daarbij betekenen: w^ de maximaal mogelijke opwaartse stroomsnelheid in de scheidingskamer 25 tL de gemiddelde verblijftijd in de methaangistings- ruimte hQ de bouwhoogte van de reactieruimte van de methaan-gisting.

Is het kengetal kleiner dan 1, dan gebruikt men bij voor- 30 keur ringvormige scheidingskamers, zoals in fig, 2 is weergegeven .

Is de verhouding groter dan 5, dan worden bij voorkeur centraal aangebrachte, cirkelvormige scheidingskamers, zoals in fig. 1 is weergegeven, toegepast.

35 Ligt de waarde van het kengetal in traject 1....5, dan kun nen segmentvormig ingerichte scheidingskamers worden gebruikt.

De de reactieruimte en de scheidingskamer van elkaar scheidende wand stelt daarbij een cirkelkoorde voor.

De inrichting volgens fig. 2 bevat twee reactieruimten 8203104 - 9 - in een cilindrisch staande houder 1.

De reactieruimte 2 voor zure gisting bevindt zich onder de reactieruimte 6 voor de methaangisting.

Bei de ruimten zijn door een tussenbodem 7 van elkaar 5 gescheiden,

Voor de doorgang van het vloeistofgasmengsel vanuit de reactieruimte 2 in de reactieruimte 6 bevindt zich cen-^ traal een buisstomp 8, die van een geleidingsplaat 9 in de vorm van een buisstomp is voorzien.

10 in de reactieruimte 2 bevindt zich ter homogenisering van het vloeisto fgasmengsel een pomp 4 met aangesloten sproei-kop 5.

De inhoud van de reactieruimte 6 wordt gehomogeniseerd waartoe de pomp 10 met de sproeikop 11 aanwezig zijn. Ter 15 scheiding van heldere en ingedikte fase, flotatieschuim en gas is een scheidingskamer 12 aanwezig. Deze is ter waarbor-ging van een voldoende dwarsdoorsnedevlak van de scheidingskamer 12 op ringvormige bouwwijze bijbenadering rotatie-symmetrisch aan de dragende mantel van de houder 1 beves-20 tigd,

In het inwendige van de scheidingskamer zijn gasgelei-dingsinrichtingen 13 enkelvoudig of meervoudig boven elkaar aangebracht.

De de reactieruimte 6 en de scheidingskamer 12 van elkaar 25 scheidende wand 17 bezit meer doorgangsopeningen 16.

Zij zijn bij voorkeur op gelijke hoogte ten opzichte van elkaar aangebracht, Deze doorgangsopeningen zijn van stroom-brekerachtige geleidingsplaten 18 voorzien, die radiaal naar buiten zijn gericht en zich daardoor in het inwendige van de 30 scheidingskamer 12 bevinden.

Een verzamelruimte 19 voor ingedikt slib bevindt zich onder de doorgangsopeningen.

Ingedikt slib kan via een afvoerleiding 20 worden afge-voerd. Aan vaste - stofarme respektievelijk van vaste stof-35 vrije vloeistof wordt in een buiten de houder 1 aangebrachte standhouder 1 via een buisleiding 22 ingeleid.

Ter afvoering van zwevend slib is een afvoerinrichting 21 in de vorm van twee tegenover elkaar staande vertikale wanden aanwezigr die een gedeelte van de ringvormige schei-20 dingskamer afscheiden. Door diametraal aangebrachte sproei- 8203104 - 10 - koppen wordt de afvoer van zwevend slib ondersteund.

De scheidingskamer 12 en de reactieruimte 6 hebben de-zelfde vloeistofniveaus.

Boven de vloeistofspiegel ligt een gemeenschappelijke 5 gasverzamelruimte .24, Het totale gas wordt vanuit de gas-verzamelruimte via een gasuittreebuisstomp afgevoerd.

Met beide uitvoeringsvormen kunnen al het anaeroob afbreekbaar slib en afvalwater worden opgewerkt, waarbij de afbreekbare mechanische droge stof bij voorkeur meer 3 10 dan 5000-8000 g/m zal bedragen.

Hiervoor tellen voor alles de afvalproducten van de intensieve teelt van dieren maar ook overtollig slib uit aerobe afvalwaterbehandelingsinstallaties.

De verblijftijd van de vloeistof ligt al naar het 15 temperatuurregiem en de aard van de opgenomen stoffen bij 1 tot 6 dagen.

«Conclusies- 8203104

Claims (7)

1. Inrichting voor het anaeroob behandelen van slib en af-valwater met een hoog percentage organische stoffen, be-staande uit een van in~ en uitlaatbuisstompen voorzierehou-der, waarin een reactieruimte voor de methaangisting en een 5 scheidingskamer voor het scheiden van ingedikt slib en vloei-stof is aangebracht, gekenmerkt doordat de reactieruimte (6) en de scheidingskamer (12) met een daar boven liggende, gemeenschappelijke gasverzamelruimte (24) in ver-binding staan, een de reactieruimte en de scheidingskamer 10 van elkaar scheidende wand (17) in zijn onderste gedeelte doorgangsopeningen (16) bezit, in de scheidingskamer onder deze doorgangsopeningen een verzamelruimte (19) voor het ingedikte slib is aangebracht en de verzamelruimte van een afvoerleiding (20) voor het ingedikte slib is voorzien.

2. Inrichting volgens conclusie 1, gekenm erkt doordat het vlak van alle doorgangsopeningen even groot is als of groter is dan het horizontale dwarsdoorsnedevlak van de scheidingskamer.

3. Inrichting volgens conclusie len 2,gekenmerkt 20 doordat de doorgangsopeningen met stroombrekerachtige ge- leidingsplaten (18) zijn uitgerust.

4. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat in het inwendige van de scheidingskamer e^n of meer boven elkaar aangebrachte gasgeleidingsinrbhtingen (13) 25 zi jn aangebracht.*

5. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat zich tussen de de reactieruimte en de scheidingskamer van elkaar scheidende wand (17) en de houderwand, de reactieruimte voor de methaangisting (6) bevindt. 30 6, Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt doordattussen de de reactieruimte en de scheidingskamer van elkaar scheidende wand (17) en de houderwand de scheidingskamer (12) cirkelringvormig is aangebracht.

7, Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt de doordat tussen de/reactieruimte en de scheidingskamer van elkaar scheidende ♦ wand (17) en de houderwand de scheidings- 8203104 - 12 - kamer (12) segmentvormig is aangebracht, 8, . Inrichting volgens conclusie 1 t/m 4, gekenmerkt doordat in de houder onder de verzamelruimte (19) voor het ingedikte slib een tweede reactieruimte (2) voor een zure 5 gisting is aangebracht, die met de reactieruimte voor de me-thaangisting in verbinding staat.

9. Inrichting volgens conclusie lt/m 4, gekenmerkt doordatin de houder boven de gemeenschappelijke gasverzamel-ruimte (24) een tweede reactieruimte (2) voor de zure gis- 10 ting is aangebracht, die met de reactieruimte voor de me-thaangisting in verbinding staat. 8203104