WO2004039734A1 - Vorrichtung und verfahren zur aufbereitung von gülle mittels elektroflotation - Google Patents

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WO2004039734A1
WO2004039734A1 PCT/EP2003/011914 EP0311914W WO2004039734A1 WO 2004039734 A1 WO2004039734 A1 WO 2004039734A1 EP 0311914 W EP0311914 W EP 0311914W WO 2004039734 A1 WO2004039734 A1 WO 2004039734A1
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manure
electroflotation
thin
cell
solids
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PCT/EP2003/011914
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Armin Juessen
Marc Juessen
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Greenfield Holding Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the treatment of waste products from farm animal husbandry, in particular their excrement, liquid manure or waste water enriched with these waste products.
  • Liquid manure is particularly common in large-scale livestock farming and consists of a mixture of faeces, urine and bedding.
  • the solids and water content of the manure can vary widely.
  • the manure is collected in the factories and, since it is subject to waste regulations and therefore cannot be traded as an economic good, is preferably used for its own purposes.
  • liquid manure is subject to strict requirements regarding its use as fertilizer for field cultivation.
  • One cubic meter of pig manure contains approx. 3.2 kg nitrogen, 1.8 kg phosphate, 2.0 kg potassium, 0.9 kg magnesium and 3.2 kg lime, as well as impurities in heavy metals and substances relevant to COD and BOD.
  • the manure is about 65 liters per day in a cattle and about 11 liters per day in a pig.
  • a pig farm of average size with 5000 sows produces 20,075 cubic meters of manure with the corresponding amounts of usable and harmful substances.
  • liquid manure Due to its nitrogen content, liquid manure is quite suitable as a fertilizer for field management, but may only be used under certain conditions. The spreading of liquid manure is only permitted if the soil has sufficient absorption capacity. Liquid manure must therefore not be spread over the fields if pools of water are visible, the ground is frozen more than 15 cm or the thickness of the snow cover is more than 15 cm. In addition, ammonia volatilization must be avoided as far as possible, so that the application should take place especially at low temperatures, in cloudy weather, when there is no wind and near the ground.
  • the patent application with the international application number PCT / DE00 / 03014 describes a process for the treatment of liquid manure, liquid manure and human feces collected in toilet houses, in which the liquid manure is subjected to an electro-flotation treatment.
  • the product of this process is a solid that can be used all year round to fertilize the fields without the restrictions that apply to untreated manure.
  • the proportion of COD and BOD-relevant substances and heavy metals in the thin slurry separated from the solid is so significantly reduced by the electroflotation treatment that the thin slurry can be discharged into the sewage systems without further treatment.
  • This patent application is hereby introduced as a reference and is therefore part of the disclosure.
  • WO 95/15295 a device and a method for cleaning waste water is also known, in which the organic substances are oxidized and / or reduced with the precipitation of iron and aluminum hydroxides.
  • the process can also be used with high sludge concentrations in the wastewater and is based on the mixing of the wastewater with compressed air, which is additionally mixed with ozone or hydrogen peroxide for substances that are difficult to oxidize.
  • a gas is mandatory in WO 95/15295, without which the large sludge load cannot be floated.
  • WO 95/05347 discloses a device and a method for treating manure in which, after the separation of the solid from the liquid phase and an optional pretreatment by oxidation using ozone, hydrogen peroxide or another oxidizing substance, the liquid phase is passed through Algae pool is pumped through to a regeneration device. An electroflotation treatment is carried out in this regeneration device in order to flocculate and separate off the biomass present in the liquid phase, consisting of microalgae and bacteria, using aluminum or iron consumption electrodes.
  • the processing of the thin slurry in WO 95/05347 has to be carried out in two stages, the electroflotation being used primarily to remove the microorganisms introduced in the first treatment stage.
  • a device has been created in which the solid is extracted in a pretreatment of the slurry and the thin slurry is subjected to an electroflotation treatment without the need for further intermediate treatment or mixing with oxidizing gases.
  • the pretreatment relates primarily to the separation of the solids present in the manure and a removal of the foreign substances as well as litter or the like.
  • the thin liquid manure freed from the solid and the impurities is then passed through an electroflotation cell.
  • the waste water emerging from the electroflotation is optionally filtered in a suitable filter unit.
  • the device according to the invention enables the manure to be processed with a particularly high degree of efficiency and with particularly good utilization of the aggregates used.
  • the resulting wastewater and the separated solid are largely cleaned of heavy metals as well as substances relevant to BOD and COD and are not subject to the restrictions applicable to manure for use as fertilizers.
  • the pollutants present in the manure can also be removed if the solids of the manure are removed before the electroflotation treatment and no longer have to be passed through the electroflotation cell together with the thin manure.
  • the device according to the invention thus enables the use of smaller electroflotation cells with an improved treatment result, the method being particularly efficient and the electroflotation cells no longer clogging even with fluctuating solids content in the slurry.
  • the device according to the invention is inexpensive and can either be permanently installed on site or used in a mobile manner, for example in a freight container.
  • the solids content of the sludge drawn off from the agent for separating the solids is 20-30%, as a result of which a puncture-resistant solid cake is obtained. If this advantageous solids content is clearly fallen short of, in a particularly preferred embodiment of the invention this solid is incorporated into the means for separation returned and added to manure to be treated. In an extremely advantageous embodiment of the invention, the separated solid sludge is recycled when its solid content is below 15%.
  • the means for separating the solid matter from the manure is a centrifuge.
  • Centrifuges for such applications in particular decanter centrifuges, are well known to the person skilled in the art.
  • these centrifuges have the advantage over the chamber filter presses used for the same purpose that a significantly higher degree of thickening of the separated solid can be achieved.
  • a solid is thus obtained in a particularly simple manner and can be used as a solid fertilizer without further aftertreatment.
  • the electroflotation cell is followed by a means for introducing a flocculant.
  • this agent is attached after a first centrifuge and directs the flocculant into the thin manure.
  • this agent regulates the supply of flocculant depending on the amount of previously produced thin manure.
  • the supply of flocculant is also dependent on the amount of solid particles present in the thin manure. In this way, optimal use of the flocculant is achieved in a particularly preferred manner.
  • the flocculant is a polymer, preferably a cationic polymer.
  • this cationic polymer is added to the thin slurry in an aqueous solution. This preferred embodiment facilitates the conveying and metering of the polymer in a particularly preferred manner.
  • this means is also a centrifuge.
  • the device according to the invention is further optimized in a simple manner.
  • the electroflotation cell downstream of the separation of the solids is used in this preferred embodiment solely for the removal and / or conversion of the substances dissolved in the thin manure. The solids withdrawn from the electroflotation cell can then also be added to the solid which has previously been removed from the manure.
  • the electroflotation cell used according to the invention and the processes taking place in it are described in the aforementioned international patent application with the international application number PCT / DE00 / 030 4.
  • the principle of the process is to electrolytically split the water present in the cell, which creates fine gas bubbles.
  • the released oxygen oxidizes the substances dissolved in the treated liquid, which also form complexes with the metal ions from the sacrificial electrodes, which are carried to the surface by the gas bubbles.
  • a foam forms on the surface of the liquid, which can be removed mechanically or in any other way.
  • the electroflotation cell consists of a battery of electrode plates arranged parallel and preferably perpendicular to one another.
  • the thin liquid manure is preferably introduced in the region of the bottom of the electrophototation cell and is washed around the electrode plates with a preferred direction in the direction opposite to gravity. In this way, the floating of the floated substances on the treated liquid is supported in a particularly advantageous manner.
  • the electrodes consist of plates arranged alternately next to one another, the anodes preferably consisting essentially of aluminum and iron and the cathodes made of any desired electrically conductive material, preferably stainless steel.
  • the electroflotation cells have four cathode plates and three anode plates with essentially the same size and uniform base areas.
  • the cathode plates have a thickness between 0.5 and 2 cm and the anode plate plates have a thickness of 0.05-0.4 cm.
  • the voltage applied between the electrodes is between 00 and 400 volts, preferably between 200 and 300 volts.
  • this is achieved in that the current intensity is set to a specific value, preferably between 200 and 300 A, depending on the degree of contamination of the thin slurry introduced into the electroflotation cell.
  • This extremely preferred embodiment of the invention achieves an optimal result of the electroflotation treatment with optimal use of energy and reliably prevents excessive heating of the treated waste water.
  • the process water emerging from the electroflotation cell is at least partially circulated in the process.
  • the electroflotated thin slurry can preferably be temporarily stored in a storage tank or, if required, reintroduced into the electroflotation cell directly or via a further intermediate container. This can be done in a particularly preferred embodiment of the invention for buffering particularly contaminated wastewater.
  • the described circulation is carried out for a further treatment of the thin manure and for a further purification of the waste water associated therewith.
  • the electroflotated thin slurry is subjected to a final filtration step prior to being discharged into the sewage system or preferably partially returned to the process, in which the solids formed during the electroflotation, which have not been removed from the cell, are likewise removed from the electroflotation Process water can be removed.
  • this filter is a preferably oblique vacuum belt filter, in which the residue collected is simultaneously dewatered and, like the solid emerging from the centrifuges, is preferably in the form of a cake which is resistant to sticking. This solid can be added to the solid previously extracted from the manure or the thin manure.
  • the device has a series of electroflotation cells of the same type connected in parallel.
  • a device is preferably created in which the additional electroflotation cells are used only when necessary in the event of an overload of a first or of the cells already used.
  • a device is created in a particularly simple manner, which can process the most varied amounts of thin manure with optimum efficiency.
  • maintenance of the cells or replacement of used electrodes is possible without the need for a system shutdown.
  • Another aspect of the invention is a method for treating manure or manure-containing waste water, in which, in a first step, the manure is separated into its components, thin manure and solid matter. This is followed by an electroflotation treatment of the thin manure, in the course of which the floated solid is drawn off from the treated process water. Finally, the remaining solids can be removed from the process water electroflotated in this way in a further process step, for example by a final filtration.
  • the method according to the invention allows a treatment of the manure, which essentially consists of a pre-separation of the solids of the manure and a Electro-flotation treatment of the thin manure is marked.
  • the method according to the invention offers optimum use of the aggregates used and, on the one hand, produces a solid fertilizer that can be used in the field management without the restrictions applicable to liquid manure, and on the other hand, a process water that essentially removes the pollutants and that without further aftertreatment into the Sewerage can be initiated.
  • the solid matter is withdrawn from the liquid manure in a first of preferably two centrifuges connected in series.
  • a flocculant is added to the thin manure.
  • the substances flocculated from the thin slurry are preferably withdrawn from the thin slurry in a second centrifuge.
  • the flocculant is added depending on the amount of thin manure and, if appropriate, on the amount of solids remaining in the thin manure. In this way, optimal use of the added polymer is achieved and excessive loading of the thin slurry with additional solid is reliably avoided.
  • the process water is subjected to a final filtration, preferably via an inclined filter, after the electroflotation.
  • this process water is at least partially recycled into the thin manure.
  • the return takes place in a storage tank arranged in front of the electroflotation cell. In a particularly preferred manner, this creates a buffer that compensates for fluctuations in the solids load of the thin manure and thus enables optimal use of the electroflotation cell.
  • Table 1 shows an overview of the chemical analyzes of thin manure from pig breeding after the separation of the solid (column 2), process water after electroflotation and filtration in a vacuum belt filter (column 3) and the collected solids from the first centrifuge, the second centrifuge and the vacuum belt filter (column 4). It can be seen that the predominant part of the manure pollutants is present in the thin manure and not in the solid matter and that the method according to the invention is suitable for removing almost all of the pollutant load from the manure.
  • the process water is clear and can either be returned to the system in a circuit or fed into the sewage system without further treatment.
  • FIG. 1 shows only a preferred embodiment of the device according to the invention and in no way limits the general inventive concept.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the invention
  • a device according to the invention for treating liquid manure is shown schematically in FIG.
  • the manure is introduced by a pump 1 via a line 2 into the first centrifuge 3, in which the manure is separated into solid 4 and thin manure 5.
  • the solid 4 is conveyed out of the device via the slurry pump 6.
  • the thin slurry 5 is fed into an intermediate tank 8, from which it is pumped into the second centrifuge 10 by a pump 9.
  • a polymer solution 11 is also used to pump a polymer solution 11 into this second centrifuge 10 a tank 13 equipped with a stirrer 12.
  • the thin liquid manure 5 and the polymer solution 11 mix in the centrifuge 10, the flocculated solid 30 is likewise transported out of the device by means of the slurry pump 7.
  • the first centrifuge 3 primarily serves to separate a solid of sufficient quality from the liquid manure
  • the second centrifuge 10 primarily serves to optimize the properties of the thin liquid manure for electroflotation.
  • the thin manure 15 emerges from the centrifuge 10 and is passed into a storage container 17 equipped with a further stirrer 16. In this storage container 17, if necessary, the thin manure 15 is mixed with clear process water 18, which is collected in the storage tank 19.
  • the thin manure 15 is passed through the pump 20 via the line 22 having a valve 21 into the bottom region of the electroflotation cell 23.
  • the electric flotation process is controlled and regulated by the unit 24.
  • the process water 25 leaves the electroflotation cell 23 in the area of its roof and is passed into a further storage container 27 having a stirrer 26.
  • the process water 25 is passed from this reservoir 27 through an inclined filter 28, in which the process water 25 is finally filtered.
  • the filtrate 29 can finally be discharged into the sewage system as clear water or, if required, can be conducted as process water 18 into the storage container 17 and mixed there with the thin manure 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufbereitung von Gülle aus der bäuerlichen Tierhaltung, bei dem die Gülle in einem ersten Schritt in einer dafür vorgesehenen Vorrichtung von ihrem Feststoff getrennt wird. Die dabei entstehende Dünngülle wird mit einem Flockungsmittel versetzt und einer Abtrennung der ausgeflockten Stoffe unterworfen. Anschliessend durchläuft die so vorbehandelte Dünngülle eine Elektroflotationsbehandlung, bei der die dabei entstandenen flotierten Festsstoffe abgezogen werden. Das derart gereinigte Prozesswasser kann ohne weitere Nachbehandlung in die Kanalisation eingeleitet werden. Der gewonnene Feststoff kann ohne die für das Ausbringen von Gülle geltenden Einschränkungen zur Düngung der Felder eingesetzt werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung von Gülle mittels Elektroflotation
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufbereitung von bei der bäuerlichen Tierhaltung anfallenden Abfallstoffen, insbesondere deren Exkremente, Gülle oder mit diesen Abfallstoffen angereicherten Abwässern.
Gülle fällt vor allem bei der Massentierhaltung in großen Mengen an und besteht aus einer Mischung aus Kot, Harn und Einstreu. Der Feststoff- und der Wassergehalt der Gülle können dabei stark variieren. Die Gülle wird in den Betrieben gesammelt und, da sie den Abfallbestimmungen unterliegt und somit nicht als Wirtschaftsgut gehandelt werden darf, vorzugsweise für die eigenen Zwecke verwendet. Gülle unterliegt aber strengen Auflagen in Bezug auf ihre Verwendung als Düngemittel für die Felderbewirtschaftung.
Ein Kubikmeter Schweinegülle enthält ca. 3,2 kg Stickstoff, 1 ,8 kg Phosphat, 2,0 kg Kali, 0,9 kg Magnesium und 3,2 kg Kalk, des weiteren Verunreinigungen an Schwermetallen sowie CSB- und BSB-relevanten Stoffen. Der Gülleanfall bei einem Rind beträgt etwa 65 Liter pro Tag, bei einem Schwein ungefähr 11 Liter täglich. So fallen bei einem Schweinemastbetrieb durchschnittlicher Größe mit 5000 Sauen jährlich 20.075 Kubikmeter Gülle mit den entsprechenden Mengen an nutzbaren sowie schädlichen Stoffen an.
Aufgrund seines Stickstoffgehalts eignet sich Gülle aber durchaus als Düngemittel für die Felderbewirtschaftung, darf jedoch nur unter bestimmten Bedingungen verwendet werden. So ist das Ausbringen von Gülle nur dann erlaubt, wenn der Boden eine ausreichende Aufnahmefähigkeit aufweist. Gülle darf daher nicht auf den Feldern verteilt werden, wenn Wasserlachen sichtbar sind, der Boden tiefer als 15 cm gefroren ist oder die Dicke der Schneedecke größer als 15 cm beträgt. Zudem müssen Ammoniakverflüchtigungen weitestgehend vermieden werden, so dass das Ausbringen vor allem bei niedrigen Temperaturen, bei trübem Wetter, bei Windstille und in Bodennähe erfolgen sollte.
In letzter Zeit wurden daher Versuche unternommen, die Gülle so aufzubereiten, dass sie nicht mehr den strengen Regeln der Abfallbewirtschaftung unterliegt. Dabei wird vor allem darauf abgestellt, die Gülle derart aufzubereiten, dass ein Feststoffdünger produziert wird und das überschüssige Wasser derart entgiftet ist, dass es weiterverwendet oder aber zumindest in die Kanalisation eingeleitet werden kann.
So beschreibt die Patentanmeldung mit der Internationalen Anmeldenummer PCT/DE00/03014 ein Verfahren zur Aufbereitung von Gülle, Jauche und in Toilettenhäuschen gesammelten menschlichen Fäkalien, bei dem die Gülle einer Elektroflotationsbehandlung unterzogen wird. Als Produkt dieses Verfahrens entsteht zum einen ein Feststoff, der ohne die für unbehandelte Gülle geltenden Restriktionen ganzjährig zur Düngung der Felder eingesetzt werden kann. Zum anderen ist durch die Elektroflotationsbehandlung der Anteil an CSB- und BSB-relevanten Stoffen sowie Schwermetallen in der von dem Feststoff abgetrennten Dünngülle so deutlich reduziert, dass die Dünngülle ohne weitere Nachbehandlung in die Abwassersysteme eingeleitet werden kann. Diese Patentanmeldung wird hiermit als Referenz eingeführt und ist somit Teil der Offenbarung.
Dabei hat sich jedoch herausgestellt, dass die Dünngülle noch mit erheblichen Mengen an Nährstoffen befrachtet ist, was zum einen den Wirkungsgrad des eingesetzten Verfahrens herabsetzt und zum anderen die Abwässer in einem höheren Maße belastet. Des weiteren stellt sich bei dem oben beschriebenen Verfahren das Problem, dass die Elektroflotationszelle aufgrund des hohen Feststoffanteils der Gülle nicht in optimaler Weise betrieben werden kann. Insbesondere kann eine hohe Feststofffracht in der Gülle zwischen den Elektroden verbacken und zu Kurzschlüssen führen.
Aus der WO 95/15295 ist darüber hinaus eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern bekannt, bei dem die organischen Stoffe unter Ausfällung von Eisen- und Aluminiumhydroxiden oxidiert und/oder reduziert werden. Das Verfahren ist auch bei hohen Schlammkonzentrationen im Abwasser anwendbar und beruht auf der Vermischung des Abwassers mit Druckluft, welche bei schwer oxidierbaren Stoffen zusätzlich mit Ozon oder Wasserstoffperoxid versetzt ist. Somit ist in der WO 95/15295 die Zugabe eines Gases zwingend vorgeschrieben, ohne das die große Schlammfracht nicht flotiert werden kann. Aus der WO 95/05347 ist schließlich eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Dung bekannt, bei dem nach der Trennung der festen von der flüssigen Phase und einer optionalen Vorbehandlung durch Oxidieren mittels Ozon, Wasserstoffperoxid oder eines anderen oxidierenden Stoffes die flüssige Phase durch ein Algenbecken hindurch zu einer Regenerierungsvorrichtung gepumpt wird. In dieser Regenerierungseinrichtung wird eine Elektroflotations-Behandlung durchgeführt, um die in der flüssigen Phase vorhandene Biomasse, bestehend aus Mikro-Algen und Bakterien unter Verwendung von Verbrauchs-Elektroden aus Aluminium oder Eisen auszuflocken und abzutrennen. Jedoch ist die Aufbereitung der Dünngülle in der WO 95/05347 zweistufig durchzuführen, wobei die Elektroflotation vor allem dazu eingesetzt wird, die bei der ersten Behandlungsstufe eingebrachten Mikroorganismen zu entfernen.
Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufbereitung von Gülle anzugeben, welche die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweisen.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Es wurde eine Vorrichtung geschaffen, bei der in einer Vorbehandlung der Gülle der Feststoff entzogen wird und die Dünngülle ohne die Notwendigkeit einerweiteren Zwischenbehandlung oder Vermischung mit oxidierenden Gasen einer Elektroflotations-Behandlung unterzogen wird. Die Vorbehandlung bezieht sich vor allem auf die Abtrennung der in der Gülle vorliegenden Feststoffe und ein Entfernen der Fremdstoffe sowie Streu oder dergleichen. Die von dem Feststoff und den Verunreinigungen befreite Dünngülle wird anschließend durch eine Elektroflotationszelle hindurch geleitet. Schließlich erfolgt gegebenenfalls eine Filtrierung des aus der Elektroflotation austretenden Abwassers in einer dafür geeigneten Filtereinheit. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Gülle in Stoffe getrennt, die entweder ohne weiteres weiter verwertet werden oder in die Kanalisation eingeleitet werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine Aufbereitung der Gülle mit einem besonders hohen Wirkungsgrad und bei besonders guter Ausnutzung der eingesetzten Aggregate. Das entstehende Abwasser und der abgetrennte Feststoff sind von Schwermetallen sowie BSB- und CSB-relevanten Stoffen weitgehend gereinigt und unterliegen nicht den für Gülle geltenden Beschränkungen für den Einsatz als Düngemittel.
Es war dabei für den Fachmann äußerst überraschend, dass die in der Gülle vorhandenen Schadstoffe auch dann entfernt werden können, wenn die Feststoffe der Gülle bereits vor der Elektroflotationsbehandlung abgetrennt werden und nicht mehr mit der Dünngülle zusammen durch die Elektroflotationszelle geführt werden müssen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit den Einsatz kleinerer Elektroflotationszellen bei verbessertem Aufbereitungsergebnis, wobei das Verfahren besonders effizient ist und die Elektroflotationszellen auch bei schwankendem Feststoffgehalt der Gülle nicht mehr verstopfen.
Es war für den Fachmann ebenso überraschend, dass nicht die gesamte Aufbereitungsarbeit in der Elektroflotationszelle durchgeführt werden muss, sondern dass die Anlage eine bedeutende Leistungserhöhung erzielt, wenn wenigstens ein Aggregat zur Vorabtrennung des Feststoffs eingesetzt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist preiswert und kann sowohl dauerhaft vor Ort angebracht als auch mobil, beispielsweise in einem Frachtcontainer aufgebaut, verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Feststoffgehalt des aus dem Mittel zur Abtrennung des Feststoffs abgezogenen Schlamms 20 - 30 %, wodurch ein stichfester Feststoffkuchen erhalten wird. Wir dieser vorteilhafte Feststoffgehalt deutlich unterschritten, so wird in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dieser Feststoff in das Mittel zur Abtrennung zurückgeführt und vorzubehandelnder Gülle zugesetzt. In einer überaus vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt diese Rückführung des abgetrennten Feststoffschlamms dann, wenn dessen Feststoffgehalt unter 15 % liegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Mittel zur Abtrennung des Feststoffs der Gülle eine Zentrifuge. Dem Fachmann sind Zentrifugen für derartige Anwendungen, insbesondere Dekanterzentrifugen, hinlänglich bekannt. Insbesondere bieten diese Zentrifugen gegenüber den für den gleichen Zweck verwendeten Kammerfilterpressen den Vorteil, dass ein deutlich höherer Grad an Eindickung des abgetrennten Feststoffs erzielt werden kann. Es wird somit in besonders einfacher Weise ein Feststoff erhalten, der ohne weitere Nachbehandlung als Feststoffdünger verwendet werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Elektroflotationszelle ein Mittel zur Einleitung eines Flockungsmittels nachgeschaltet. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dieses Mittel nach einer ersten Zentrifuge angebracht und leitet das Flockungsmittel in die Dünngülle. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung regelt dieses Mittel die Zufuhr von Flockungsmittel abhängig von der Menge an zuvor erzeugter Dünngülle. In einer überaus bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Zufuhr an Flockungsmittel überdies von der Menge an in der Dünngülle vorhandenen Feststoffteilchen abhängig. Hierdurch wird in besonders bevorzugter Weise eine optimale Ausnutzung des Flockungsmittels erreicht.
Das Flockungsmittel ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Polymer, vorzugsweise ein kationisches Polymer. In einer überaus bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird diese kationische Polymer in einer wässrigen Lösung der Dünngülle zugegeben. Durch diese bevorzugte Ausgestaltung wird in besonders bevorzugter Weise die Förderung und Dosierung des Polymers erleichtert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die durch Zugabe des Flockungsmittels ausgeflockten Schwebstoffe kleinerer und kleinster Fraktion, die in dem ersten Mittel zur Abtrennung nicht aus der Gülle entfernt werden konnten, in einem weiteren Mittel zur Abtrennung aus der Dünngülle entfernt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dieses Mittel ebenfalls eine Zentrifuge. Hierdurch wird die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einfache Weise weiter optimiert. Insbesondere die der Abtrennung der Feststoffe nachgeschaltete Elektroflotationszelle wird in dieser bevorzugten Ausgestaltung allein zur Beseitigung und/oder Umwandlung der in der Dünngülle gelösten Stoffe genutzt. Die aus der Elektroflotationszelle abgezogenen Feststoffe können anschließend ebenfalls dem bereits zuvor der Gülle entzogenen Feststoff zugegeben werden.
Die erfindungsgemäß verwendete Elektroflotationszelle und die in ihr stattfindenden Prozesse sind in der eingangs genannten Internationalen Patentanmeldung mit der Internationalen Anmeldenummer PCT/DE00/030 4 beschrieben. Das Verfahrensprinzip ist dabei, das in der Zelle vorhandene Wasser elektrolytisch zu spalten, wodurch feine Gasbläschen entstehen. Der freiwerdende Sauerstoff oxydiert die in der behandelten Flüssigkeit gelösten Stoffe, die zudem mit den Metallionen aus den Opferelektroden Komplexe bilden, die von den Gasbläschen an die Oberfläche befördert werden. Auf der Oberfläche der Flüssigkeit bildet sich ein Schaum, der mechanisch oder auf jede gleichwirkende Art abgezogen werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Elektroflotationszelle aus einer Batterie zueinander parallel und vorzugsweise senkrecht angeordneter Elektrodenplatten. Vorzugsweise wird die Dünngülle im Bereich des Bodens der Elekroflotationszelle eingeleitet und umspült die Elektrodenplatten mit einer nach entgegen der Erdanziehung gerichteten Vorzugsrichtung. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise das Aufschwimmen der flotierten Stoffe auf der behandelten Flüssigkeit unterstützt.
Hierdurch wird zum einen eine Verstopfung der Elektroflotationszelle durch zwischen den Elektrodenplatten verbackenen Feststoff sicher vermieden und gewährleistet, dass die gesamten Flächen der Elektrodenplatten elektrisch aktiv bleiben und die Opferelektroden sich gleichmäßig abnutzen. Hierdurch wird auf besonders einfache Weise die Lebensdauer der Elektroden optimiert und die Stillstandszeiten der Anlage auf ein Minimum reduziert. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Elektroden aus nebeneinander im Wechsel angeordneten Platten, wobei die Anoden bevorzugt aus im wesentlichen Aluminium und Eisen bestehen und die Kathoden aus jedem beliebigen elektrisch leitenden Material, vorzugsweise Edelstahl bestehen können. In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Elektroflotationszellen vier Kathoden platten und drei Anodenplatten mit im wesentlichen gleichgroßen und gleichförmigen Grundflächen auf. In einer überaus bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzen die Kathodenplatten dabei eine Dicke zwischen 0,5 und 2 cm und die Anodenplattenplatten eine Dicke von 0,05 - 0,4 cm.
In einerweiteren überaus bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die zwischen den Elektroden angelegte Spannung zwischen 00 und 400 Volt, vorzugsweise zwischen 200 und 300 Volt. Dies wird in einer überaus vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, dass die Stromstärke abhängig vom Grad der Verschmutzung der in die Elektroflotationszelle eingeleiteten Dünngülle auf einen bestimmten Wert, vorzugsweise zwischen 200 und 300 A eingestellt wird. Durch diese überaus bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird ein optimales Ergebnis der Elektroflotationsbehandlung bei optimaler Energieausnutzung erzielt und eine zu hohe Erwärmung des behandelten Abwassers sicher unterbunden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das aus der Elektroflotationszelle austretende Prozesswasser zumindest teilweise im Kreislauf im Prozess geführt. Vorzugsweise kann die elektroflotierte Dünngülle in einem Vorratstank zwischengelagert werden oder bei Bedarf direkt oder über einen weiteren Zwischenbehälter erneut in die Elektroflotationszelle eingeleitet werden. Dies kann in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zur Pufferung besonders belasteter Abwässer erfolgen. In einer überaus bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die beschriebene Kreislaufführung zu einer nochmaligen Behandlung der Dünngülle und zu einer damit verbundenen weiteren Reinigung des Abwassers. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die elektroflotierte Dünngülle vor dem Einleiten in die Kanalisation oder dem vorzugsweise teilweisen Rückführen in den Prozess einem letzten Filtrationsschritt unterzogen, bei dem die während der Elektroflotation entstandenen Feststoffe, die nicht aus der Zelle abgezogen wurden, ebenfalls aus der elektroflotierten Prozesswasser entfernt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dieser Filter ein vorzugsweise schräg verlaufender Vakuumbandfilter, bei dem der aufgefangene Rückstand zugleich entwässert wird und vorzugsweise ebenso wie der aus den Zentrifugen austretende Feststoff als stichfester Kuchen vorliegt. Dieser Feststoff kann dem zuvor der Gülle oder der Dünngülle entzogenen Feststoff zugegeben werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Reihe parallel geschalteter Elektroflotationszellen gleicher Bauart auf. Hierdurch wird in bevorzugter Weise eine Vorrichtung geschaffen, bei der die zusätzlichen Elektroflotationszellen nur bei Bedarf im Falle der Überlastung einer ersten oder der bereits verwendeten Zellen genutzt werden. Hierdurch wird in besonders einfacher Weise eine Vorrichtung geschaffen, die unterschiedlichste Mengen an Dünngülle bei optimalem Wirkungsgrad verarbeiten kann. Ebenso wird bei redundanter Ausführung mehrerer Elektroflotationszellen eine Wartung der Zellen oder ein Austausch verbrauchter Elektroden ohne die Notwendigkeit eines Anlagenstillstands möglich.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Gülle oder güllehaltigen Abwässern, bei dem in einem ersten Schritt die Gülle in ihre Bestandteile Dünngülle und Feststoff getrennt wird. Anschließend erfolgt eine Elektroflotationsbehandlung der Dünngülle, in deren Verlauf der flotierte Feststoff von dem behandelten Prozesswasser abgezogen wird. Dem derart elektroflotierten Prozesswasser kann schließlich in einem weiteren Verfahrensschritt der verbleibende Feststoff, beispielsweise durch eine abschließende Filtrierung, entzogen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Behandlung der Gülle, die im wesentlichen durch eine Vorabscheidung der Feststoffe der Gülle und eine Elektroflotationsbehandlung der Dünngülle gekennzeichnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine optimale Ausnutzung der verwendeten Aggregate und erzeugt zum einen einen Feststoffdünger, der ohne die für Gülle geltenden Restriktionen bei der Felderbewirtschaftung eingesetzt werden kann, zum anderen ein Prozesswasser, dem im wesentlichen die Schadstoffe entzogen sind und das ohne weitere Nachbehandlung in die Kanalisation eingeleitet werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Gülle der Feststoff in einer ersten von vorzugsweise zwei nacheinander geschalteten Zentrifugen entzogen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Dünngülle ein Flockungsmittel zugegeben. Vorzugsweise werden die aus der Dünngülle ausgeflockten Stoffe der Dünngülle in einer zweiten Zentrifuge wieder entzogen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dass das Flockungsmittel dabei abhängig von der Menge an Dünngülle und gegebenenfalls abhängig von der Menge der in der Dünngülle verbliebenen Feststoffe zugegeben. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung des zugegebenen Polymers erreicht sowie eine übermäßige Belastung der Dünngülle mit zusätzlichem Feststoff sicher vermieden.
In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Prozesswasser nach der Elektroflotation einer abschließenden Filtrierung, vorzugsweise über einen Schrägfilter, unterzogen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird dieses Prozesswasser zumindest teilweise im Kreislauf in die Dünngülle zurückgeführt. In einer überaus bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Rückführung in einen vor der Elektroflotationszelle angeordneten Vorratstank. Hierdurch wird auf besonders bevorzugte Weise ein Puffer geschaffen, der Schwankungen in der Feststofffracht der Dünngülle ausgleicht und so eine optimale Ausnutzung der Elektroflotationszelle ermöglicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Tabelle 1 zeigt eine Übersicht über die chemischen Analysen von Dünngülle aus der Schweinezucht nach der Abtrennung des Feststoffs (Spalte 2), Prozesswasser nach der Elektroflotation und Filtrierung in einem Vakuumbandfilter (Spalte 3) sowie der gesammelte Feststoff aus der ersten Zentrifuge, der zweiten Zentrifuge und dem Vakuumbandfilter (Spalte 4). Es zeigt sich, dass der überwiegende Teil der Gülle - Schadstoffe in der Dünngülle und nicht in dem Feststoff vorliegt und dass das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist, der Dünngülle nahezu die gesamte Schadstofffracht zu entziehen. Das Prozesswasser ist klar und kann sowohl im Kreislauf in die Anlage zurückgeführt werden als auch ohne weitere Nachbehandlung in die Kanalisation gegeben werden.
Tabelle 1 :
Figure imgf000012_0001
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur 1 näher erläutert. Diese Figur zeigt jedoch nur eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und schränkt den allgemeinen Erfindungsgedanken in keiner Weise ein.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer bevorzugten Ausgestaltung.
In Figur 1 wird schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbereitung von Gülle dargestellt. Die Gülle wird durch eine Pumpe 1 über eine Leitung 2 in die erste Zentrifuge 3 eingeleitet, in der eine Trennung der Gülle in Feststoff 4 und Dünngülle 5 erfolgt. Der Feststoff 4 wird über die Schlammpumpe 6 aus der Vorrichtung herausbefördert. Die Dünngülle 5 wird in einen Zwischentank 8 geleitet, aus dem sie durch eine Pumpe 9 in die zweite Zentrifuge 10 gepumpt wird. In diese zweite Zentrifuge 10 wird ebenfalls durch eine Pumpe 14 eine Polymerlösung 11 aus einem mit einem Rührer 12 ausgestatteten Tank 13 geführt. In der Zentrifuge 10 vermischen sich die Dünngülle 5 und die Polymerlösung 11 , der ausgeflockte Feststoff 30 wird mittels der Schlammpumpe 7 ebenfalls aus der Vorrichtung transportiert. Die erste Zentrifuge 3 dient vor allem dazu, einen Feststoff in ausreichender Qualität aus der Gülle abzutrennen, wohingegen die zweite Zentrifuge 10 vor allem dazu dient, die Eigenschaften der Dünngülle für die Elektroflotation zu optimieren. Aus der Zentrifuge 10 tritt die Dünngülle 15 aus und wird in einen mit einem weiteren Rührer 16 ausgestatteten Vorratsbehälter 17 geleitet. In diesem Vorratsbehälter 17 erfolgt bei Bedarf die Vermischung der Dünngülle 15 mit klarem Prozesswasser 18, welches in dem Vorratstank 19 gesammelt wird. Durch die Pumpe 20 wird die Dünngülle 15 über die eine Ventil 21 aufweisende Leitung 22 in den Bodenbereich der Elektroflotationszelle 23 geleitet. Der Elektroflotationsprozess wird dabei von der Einheit 24 gesteuert und geregelt. Das Prozesswasser 25 veriässt die Elektroflotationszelle 23 im Bereich ihres Dachs und wird in einen weiteren einen Rührer 26 aufweisenden Vorratsbehälter 27 geleitet. Aus diesem Vorratsbehälter 27 wird das Prozesswasser 25 über einen Schrägfilter 28 geleitet, in der eine abschließende Filtrierung des Prozesswassers 25 erfolgt. Das Filtrat 29 kann schließlich als Klarwasser in die Kanalisation eingeleitet werden oder bei Bedarf als Prozesswasser 18 in den Vorratsbehälter 17 geleitet werden und dort mit der Dünngülle 15 vermischt werden.
Liste der Bezugszeichen
1 Pumpe
2 Leitung
3 erste Zentrifuge
4 Feststoff
5 Dünngülle nach dem Abtrennen des Feststoffs
6 Schlammpumpe
7 Schlammpumpe
8 Zwischentank
9 Pumpe
10 zweite Zentrifuge
11 Polymerlösung
12 Rührer
13 Tank
14 Pumpe
15 Dünngülle nach der Abtrennung der ausgeflockten Feststoffe
16 Rührer
17 Vorratsbehälter
18 Prozesswasser
19 Vorratstank
20 Pumpe
21 Ventil
22 Leitung
23 Elektroflotationszelle
24 Steuerungs- und Regelungseinheit
25 Prozesswasser
26 Rührer
27 Vorratsbehälter
28 Vakuumbandfilter
29 Filtrat aus dem Vakuumbandfilter, Prozesswasser
30 ausgeflockter Feststoff

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Aufbereitung von Gülle mit
- einem Mittel (3) zur Abtrennung des Feststoffs (4) von der Dünngülle (5),
- wenigstens einer Elektroflotationszelle (23) zur Elektroflotation der Dünngülle (5, 15), und
- gegebenenfalls einem Mittel (28) zur Filtrierung des aus der Elektroflotationszelle austretenden Prozesswassers (25).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroflotationszelle (23) zusätzlich ein Mittel (14) zum Einleiten eines Flockungsmittels (11) und ein Mittel (10) zum Abtrennen der ausgeflockten Feststoffe (30) vorgeschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (14) zum Einleiten eines Flockungsmittels (11) eine Einrichtung zur dosierten, vorzugsweise zur durchflussabhängigen Abgabe des Flockungsmittels (11) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flockungsmittel (11) ein Polymer, vorzugsweise ein kationisches Polymer, ist.
5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) aus einer oder mehreren Zentrifugen, vorzugsweise zwei nacheinander geschalteten Zentrifugen besteht.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroflotationszelle (23) eine Batterie zueinander parallel angeordneter Anoden- und Kathodenplatten, vorzugsweise Eisenoder Aluminiumplatten als Anoden, aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroflotationszelle (23) 4 Kathodenplatten und drei zwischen den Kathodenplatten angeordnete Anodenplatten aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenplatten eine Dicke von 0,5 - 2 cm und die Anodenplatten eine Dicke von 0,05 - 0,4 cm aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Elektrodenplatten angelegte Spannung zwischen 100 und 400 V, vorzugsweise zwischen 200 und 300 V beträgt.
10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (28) zur Filtrierung des Prozesswassers (25) ein Vakuumbandfilter ist.
11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrat (29) aus der Filtrierung zumindest teilweise im Kreislauf in die Dünngülle rückführbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrat (29) zumindest teilweise in die Dünngülle (5, 15), vorzugsweise nach Abtrennen der ausgeflockten Feststoffe (30), geleitet wird.
13. Verfahren zur Aufbereitung von Gülle oder güllehaltigen Abwässern in einer Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche mit den Schritten:
- Trennen der in der Gülle vorhandenen Feststoffe (4) von der Dünngülle (5),
- Durchführen einer Elektroflotationsbehandlung der Dünngülle (5, 15) und Abtrennen der flotierten Feststoffe, und
- gegebenenfalls Filtrieren des aus der Elektroflotationszelle (23) austretenden Prozesswassers (25).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abtrennen der Feststoffe (4) Flockungsmittel (11) mit der Dünngülle (5) vermischt werden und die ausgeflockten Stoffe (30) ebenfalls abgetrennt werden.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Flockungsmittel (11) abhängig von der Menge an Dünngülle (5) und gegebenenfalls abhängig von der Menge der in der Dünngülle (5) verbliebenen Feststoffe zugegeben wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Flockungsmittel (11) vor der Elektroflotation der Dünngülle (5) zugegeben wird.
17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 13 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroflotierte, vorzugsweise filtrierte Prozesswasser (25) zumindest teilweise im Kreislauf in die Dünngülle (5) zurückgeführt wird.
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