WO2005042416A1 - Reaktor zur anaeroben abwasserbehandlung - Google Patents

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WO2005042416A1
WO2005042416A1 PCT/EP2004/012298 EP2004012298W WO2005042416A1 WO 2005042416 A1 WO2005042416 A1 WO 2005042416A1 EP 2004012298 W EP2004012298 W EP 2004012298W WO 2005042416 A1 WO2005042416 A1 WO 2005042416A1
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Walter Herding
Urs Herding
Kurt Palz
Rainer THÜRAUF
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Herding Gmbh
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Definitions

  • This invention relates to a fixed bed reactor for anaerobic wastewater treatment, which has flat, flow-porous carrier elements for immobilizing microorganisms, the carrier elements having a thickness which is small compared to the area.
  • the reactor is characterized in that the carrier elements are spaced apart in such a way that flow spaces with an average width in the spacing direction of 3.5 to 8 cm are present between the carrier elements.
  • Municipal wastewater is comparatively low contaminated with a chemical oxygen demand (COD) of approx. 500 mg / l and is usually treated with aerobic activated sludge processes.
  • COD chemical oxygen demand
  • UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket
  • An internal biomass enrichment takes place in UASB reactors in the form of a sludge that develops and granulates very well.
  • the microorganisms aggregate into so-called pellets. This enables good biomass enrichment in the reactor.
  • the reactors are operated in upflow mode, ie the waste water flows through the reactor from bottom to top.
  • the metabolic degradation of organic contaminants creates gases that are in the form of gas bubbles. stick to the pellets. As a result, the pellets rise.
  • a separator system is provided in the upper area of the UASB reactor, which serves to retain the pellets in the reactor.
  • Another high performance process uses fixed bed reactors. Heavily polluted wastewater with COD concentrations of over 10,000 mg / l can be treated in fixed bed reactors.
  • fixed-bed reactors inert carrier materials are used as beds, packs or fixed carrier materials, e.g. in the form of plate-shaped carrier elements, colonized by microorganisms.
  • the plates were previously arranged in parallel with a distance of 1 to 2 cm.
  • the plate-shaped carrier elements have a film-like growth with microorganisms with a thickness of usually 1 to 3 mm.
  • a disadvantage of the fixed bed reactor is that the support elements represent a very significant cost factor, especially in high-performance reactors.
  • the inventors have found that, at a relatively large spacing of the support elements of 3.5 to 8 cm, preferably 4 to 6 cm, a villous growth with microorganisms is remarkably formed, with an increase in the surface area of the vegetation due to strong fanning out due to villi formation can be observed.
  • the villi can be several cm long and up to 1 cm thick. Their non-fixed ends can move freely in the wastewater flow in the flow spaces. As a result, wastewater flows around the microorganisms and provides them with optimal nutrients. This leads to particularly efficient growth with microorganisms. The microorganisms are brought into contact with the wastewater to be treated very efficiently. This villous growth leads to a strong biomass enrichment on comparatively few carrier elements. This offers significant cost savings compared to conventional fixed bed reactors. If a porous carrier material is used, the anchoring of the villi on the carrier elements is very good, so that only very little biomass dissolves.
  • the invention has the advantage that more polluted waste water can be treated than in UASB reactors. Another advantage is that the discharge of biomass is substantially avoided without the need for a complex separator system to retain the biomass.
  • the carrier elements arranged in the reactor according to the invention define flow spaces between the carrier elements into which the villi of the villi-like microorganism growth can extend.
  • the reactor according to the invention can be used to treat highly contaminated wastewater, since the microorganisms can be contacted particularly efficiently with the wastewater to be treated, and large amounts of biomass can be enriched by the villous growth.
  • the reactor according to the invention requires fewer support elements than a comparable conventional fixed bed reactor. Due to the wide flow paths, clogging or blocking, e.g. due to solids inputs, dissolved biomass, increase in flow paths, etc. are less likely.
  • the reactor according to the invention thus has greater operational stability than conventional fixed bed reactors.
  • the mean width of the flow spaces in the distance direction i.e. the clear distance between the carrier elements is, according to the invention, 3.5 to 8, preferably 4 to 6 cm.
  • the mean width of the flow space here is understood to mean the distance between the imaginary center planes of two adjacent support elements less the support element thickness.
  • the carrier elements can be designed in the form of flat plates. However, other shapes are also conceivable, for example shapes that arise when the plate is curved, corrugated or zigzag.
  • the thickness of the support element can be the same over the entire support element or can vary over the support element. In all cases, the mean distance between the thought center planes, minus the thickness of the support element. However, if the carrier elements have areas that protrude far, they are disregarded when determining the spacing.
  • the carrier elements are preferably arranged parallel to one another, possibly with reference to their imaginary central plane.
  • the carrier elements can be arranged in cubic (cuboid) packages.
  • the carrier elements can also be arranged in sector-like packages which can be arranged next to one another in a ring. Roughly speaking, this ring-shaped arrangement of sector-like packages of carrier elements can be adapted to a cylindrical reactor housing shape. The plates inside the packages are essentially in the tangential direction of the reactor.
  • the reactor is preferably intended to treat waste water to be treated in operation with a chemical oxygen demand (COD) of 4,000 to 120,000 mg / l.
  • COD chemical oxygen demand
  • the reactor according to the invention is preferably operated in upflow, i.e. the waste water to be treated flows essentially from the bottom up through the flow spaces. As a result, gas bubbles that form on the biofilm due to metabolism are transported upwards.
  • a gas exhaust device is provided at the top of the 125 reactor. It is therefore preferred if the carrier elements are arranged essentially vertically.
  • the reactor is preferably designed such that it can be operated at an upstream speed of 5 to 10 m / h.
  • the carrier elements can be arranged in a holding device. It is preferred that the carrier elements are rectangular and are held at their corners. It is further preferred that holding devices are provided, each of which 135 has a series of recesses and a plurality of carrier elements holders.
  • the holding devices can have strips, rails or profiles, for example U-shaped profiles, with recesses into which the carrier elements are embedded.
  • a preferred material for the profiles is stainless steel.
  • the carrier elements consist of a porous material.
  • the carrier elements preferably consist essentially of plastic particles and expanded clay particles combined by sintering together. Polyethylene particles are preferred as plastic particles, with other plastics being possible.
  • the microorganisms can both in the pores
  • the expanded clay particles have pore sizes of approximately 1 to 100 ⁇ m.
  • Microorganisms prefer to colonize smaller pores, which represent a shelter away from the current. The larger pores are first populated from the smaller pores and then the entire structure. In the event of an accident, the microorganisms form in the small ones
  • the carrier elements can be populated with sessile microorganisms.60 In particular, they can be populated with at least one bacterial genus from the genus Sytrophobacter, Sytrophomas, Methanotrix, Methanosarcina and Methanococcus.
  • the reactor can also be used to treat highly contaminated wastewater with organic contaminants such as 65 carbohydrates or proteins.
  • organically highly contaminated wastewater from the beverage, feed or food industry is treated, such as wastewater from starch-processing plants and plants, beverage 170 companies, breweries, spirits distilleries, dairies, waste water from meat and fish processing companies.
  • the process according to the invention and the reactor are also suitable for treating waste water from the paper and textile industry.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a plant for waste water treatment 180 with an embodiment of the reactor according to the invention.
  • Figure 2 is a top view of a cube-shaped package of support members.
  • Figure 3 is a top view of a sector-like package of carrier elements.
  • Figure 4 is a partial view of a package of support members.
  • Figure 5 is an enlarged view of the substrate.
  • FIG. 1 A reactor 10 according to the invention is shown in FIG. 1, which has a package arrangement of carrier elements 20 which are populated with microorganisms for anaerobic wastewater treatment.
  • Waste water 70 to be treated is introduced into a storage tank 60 via a sieve 71 and a grease separator 72.
  • the storage tank can be vented via a device 61.
  • Waste water to be treated is led to line 30 via line 50.
  • This line 30 conducts incoming and circulating wastewater into the reactor 10. Die
  • Waste water from the storage tank 60 is controlled via the valve 51 and the pump 52.
  • the waste water is passed through the heat exchangers 53, 54 in order to bring the waste water to a suitable temperature.
  • the heat exchanger 53 uses waste heat from the outgoing, treated waste water which is discharged from the waste water reactor 10 through the line 40.
  • the pH value and the temperature of the waste water are determined by the sensors 33 and 34 in the line 30.
  • To adjust the pH 37 acid or base can be supplied via a line.
  • a continuous tank (not shown) can be provided between the storage tank 60 and the reactor 10, in which the pH in
  • reaction to the pH measurement of the probe 33 can be adjusted by adding acid or base before the wastewater to be treated is fed to the reactor.
  • the waste water flows vertically upwards at a speed of 5 to 10 m / s 220 and flows through a packet 20 of plates of the carrier material.
  • Foam inhibitors and other additives can be fed into the reactor 10 through feed lines 16 and 17, as required.
  • Resulting biogas collects in the upper area of the reactor 10 and can be withdrawn through line 18 and used for further processing or use, e.g. for combustion as a heat source.
  • Waste water is circulated through line 30 with the aid of pump 32.
  • the treated wastewater can be removed via line 40.
  • FIG. 2 shows a cube-shaped package 20a of plate-shaped carrier elements 230a 24a.
  • the carrier elements 24a are held at the corners of U-profile strips 22a, which are parts of a holding device.
  • FIG. 3 shows a sector-like package 20b of plate-shaped carrier elements 24b.
  • the carrier elements 24b are held at the corners by U-profile bars 235b, which are parts of a holding device.
  • FIG. 4 shows a partial view, seen from above, of the package shown in FIG. 3 with a U-profile strip 22b, the bottom of the U-profile pointing to the right in the drawing and the upper leg removed.
  • the carrier elements can also be held by other holding devices. In particular, it is conceivable that they are not held at the corners, but rather are held 250 inserted in grooves at their vertical edges.
  • These channels can also be designed as U-profiles, which are horizontally connected to each other by further strips.
  • the channels can also be formed on or in a plate.
  • the support profiles or strips can be part of an overall frame-like holding device
  • FIG. 5 shows an enlarged section of the carrier material 90. It consists of plastic particles 92 which were combined with one another and together with expanded clay particles 94 by sintering.
  • a hexagonal arrangement of sector-shaped packages made of plates of the carrier material is provided.
  • the hexagonal arrangement has a diameter of 1 m and a height of 1.5 m.
  • the carrier material is a flow-through-porous composite material made of polyethylene and expanded clay particles which have been combined by sintering.
  • the distance d between the support elements (ie the plates) is 4 cm.
  • the reactor was operated in such a way that the upflow speed was 5-10 m / s during circulation.
  • incoming wastewater with a COD of 4 025 to 1 17 500 Treated 270 mg / l the measured COD values of the treated wastewater were 580 to 5 500 mg / ml.

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Abstract

Festbettreaktor (10) zur anaeroben Abwasserbehandlung, aufweisend flächige, durchströmungsporöse Trägerelemente (20) zur Immobilisierung von Mikroorganismen, wobei die Trägerelemente eine Dicke haben, die im Vergleich zur Fläche klein ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente derart beabstandet sind, daß zwischen den Trägerelementen Strömungsräume mit einer mittleren Breite in Abstandsrichtung von 3,5 bis 8 cm vorhanden sind.

Description

Reaktor zur anaeroben Abwasserbehandlung
Diese Erfindung betrifft einen Festbettreaktor zur anaeroben Abwasserbehand- Iung, welcher flächige, durchstromungsporose Trägerelemente zur Immobilisierung von Mikroorganismen ausweist, wobei die Trägerelemente eine Dicke haben, die im Vergleich zur Fläche klein ist.
Der Reaktor ist dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente derart beab- standet sind, daß zwischen den Trägerelementen Strömungsräume mit einer mittleren Breite in Abstandsrichtung von 3,5 bis 8 cm vorhanden sind.
Zur Behandlung organisch hoch belasteter Abwässer ist es bekannt, anaerobe Verfahren bzw. anaerob arbeitende Abwasserbehandlungssysteme zu verwen- den. Die im Abwasser enthaltene Schmutzfracht wird bei Einsatz der Anaerob- technik mit Hilfe von entsprechenden Mikroorganismen in den regenerativen Energieträger Biogas überführt, der Einsparungen beim Energiebezug ermöglicht.
Kommunale Abwässer sind vergleichsweise gering belastet mit einem chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) von ca. 500 mg/l und werden in der Regel mit aeroben Belebtschlammverfahren behandelt. In der Lebensmittelindustrie treten erheblich höher organisch belastete Abwässer mit CSB von über 1 000 und bis zu 100 000 mg/l und mehr auf. Zur Reinigung solcher Abwässer kommen Hochleistungsverfahren zum Einsatz.
Das am meisten verbreitete Verfahren ist das sogenannte UASB— Verfahren (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Verfahren). In UASB Reaktoren findet eine interne Biomasseanreicherung in Form eines sich ausbildenden und sehr gut granulierenden Schlamms. Die Mikroorganismen aggregieren zu sogenannten Pellets. Dies ermöglicht eine gute Biomasseanreicherung im Reaktor. Die Reaktoren werden im Upflow- Betrieb betrieben, d.h. die Abwässer strömen von unten nach oben durch den Reaktor. Durch den stoffwechselbedingten Abbau der organischen Verunreinigungen entstehen Gase, die in Form von Gasbläs- chen an den Pellets haften. Infolgedessen steigen die Pellets nach oben. Im oberen Bereich des UASB Reaktors ist ein Separatorsystem vorgesehen, welches dazu dient, die Pellets in dem Reaktor zurückzuhalten. Ein Nachteil dieser Technik ist, daß bei hohen CSB-Konzentrationen ab etwa 20 000 - 30 000 mg/l die Gasentwicklung so stark wird, daß die Pellets sehr schnell nach oben stei— gen und daß trotz der Separatorsysteme ein erheblicher Verlust an Biomasse eintritt. Dies wird als "Wash- Out- Effekt" bezeichnet.
Ein anderes Hochleistungsverfahren verwendet Festbettreaktoren. In Festbettreaktoren können stark verschmutzte Abwässer mit CSB-Konzentrationen von über 10 000 mg/l behandelt werden. In Festbettreaktoren werden inerte Trä- germaterialen als Schüttungen, Packungen oder auch fixierte Trägermaterialien, z.B. in Form von plattenförmigen Trägerelementen, von Mikroorganismen besiedelt. Im Interesse einer hohen Biomasseanreicherung wurden die Platten bisher parallel mit einem Abstand von 1 bis 2 cm angeordnet. Die plattenför- mige Trägerelemente weisen einen filmartigen Bewuchs mit Mikroorganismen mit einer Stärke von üblicherweise 1 bis 3 mm auf. Ein Nachteil des Festbettreaktors ist, daß vor allem bei Hochleistungsreaktoren die Trägerelemente einen ganz wesentlichen Kostenfaktor darstellen.
Die Erfinder haben gefunden, daß sich bei einem relativ großen Abstand der Trägerelemente von 3,5 bis 8 cm, vorzugsweise von 4 bis 6 cm sich bemerkenswerterweise ein zottenartiger Bewuchs mit Mikroorganismen bildet, wobei eine Vergrößerung der Oberfläche des Bewuchses aufgrund einer starken Auffächerung durch Zottenbildung zu beobachten ist. Die Zotten können mehrere cm lang und bis zu 1 cm dick sein. Ihre nicht fixierten Enden können sich frei im Abwasserstrom in den Strömungsräumen bewegen. Dadurch sind die Mikroorganismen allseitig von Abwasser umströmt und optimal mit Nährstoffen versorgt. Dies führt zu einem besonders leistungsfähigen Bewuchs mit Mikroorganismen. Die Mikroorganismen werden sehr effizient mit dem zu behandeln- den Abwasser in Kontakt gebracht. Dieser zottenartige Bewuchs führt zu einer starken Biomasseanreicherung auf vergleichsweise wenigen Trägerelementen. Dies bietet eine bedeutsame Kostenersparnis gegenüber herkömmlichen Festbettreaktoren. Bei Verwendung eines durchströmungsporösen Trägermaterials ist die Verankerung der Zotten auf den Trägerelementen sehr gut, so daß sich nur sehr wenig Biomasse löst.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß stärker belastete Abwässer als in UASB- Reaktoren behandelt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Austrag von Biomasse im Wesentlichen vermieden wird, ohne daß ein aufwändiges Separatorsystem zum Rückhalten der Biomasse notwendig ist.
Die im erfindungsgemäßen Reaktor angeordneten Trägerelemente definieren Strömungsräume zwischen den Trägerelementen, in welche die Zotten des zottenartigen Mikroorganismnenbewuchs hineinreichen können. Mit dem erfindungsgemäßen Reaktor können stark belastete Abwässer behandelt werden, da die Mikroorganismen besonders effizient mit dem zu behandelnden Abwasser kontaktiert werden können und durch den zottenartigen Bewuchs eine gro- ße Biomasseanreicherung möglich ist. Der erfindungsgemäße Reaktor benötigt weniger Trägerelemente als ein vergleichbarer herkömmlicher Festbetteaktor. Aufgrund der breiten Strömungswege ist auch ein Verstopfen oder Verblocken, wie z.B. durch Feststoffeinträge, lösgelöste Biomasse, zuwachsen der Strömungswege etc. unwahrscheinlicher. Der erfindungsgemäße Reaktor weist somit eine größer Betriebsstabilität als herkömmliche Festbettreaktoren auf.
Die mittlere Breite der Strömungsräume in Abstandsrichtung, d.h. der lichte Abstand zwischen den Trägerelementen, beträgt erfiπdungsgemäß 3,5 bis 8, vorzugsweise 4 bis 6 cm. Unter mittlerer Breite des Strömungsraums wird hier der Abstand zwischen den gedachten Mittelebenen zweier benachbarter Trägerelemente abzüglich der Trägerelementdicke verstanden.
Die Trägerelemente können in Form von ebenen Platten ausgebildet sein. Es sind aber auch andere Formen denkbar, z.B. Formen, die entstehen, wenn die Platte gekrümmt, gewellt oder zick-zack-artig verläuft. Die Trägerelementdik- ke kann über das gesamte Trägerelement gleich sein, oder kann über das Trägerelement variieren. In allen Fällen ist der mittlere Abstand zwischen den ge- dachten Mittelebenen, abzüglich der Trägerelementdicke, zu messen. Wenn die Trägerelemente jedoch weit vorragende Bereiche aufweisen, werden diese bei der Ermittlung des Abstaπds weggedacht.
105 Bevorzugt sind die Trägerelemente, gegebenenfalls bezogen auf ihre gedachte Mittelebene, parallel zueinander angeordnet. Die Trägerelemente können in kubischen (quaderförmigen) Paketen angeordnet sein.
110 Die Trägerelemente können auch in sektorartigen Paketen angeordnet sein, die sich ringförmig nebeneinander anordnen lassen. Diese ringförmige Anordnung sektorartiger Pakete aus Trägerelementen kann - grob gesprochen - einer zylinderförmigen Reaktorgehäuseform angepasst sein. Dabei sind die Platten innerhalb der Pakete im Wesentlichen in Tangentialrichtung des Reaktors an-
115 geordnet.
Der Reaktor ist bevorzugt dazu bestimmt, im Betrieb zu behandelnde Abwässer mit einem chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) von 4000 bis 120 000 mg/l zu behandeln.
120 Der erfindungsgemäße Reaktor wird bevorzugt im Aufstrom betrieben, d.h. daß zu behandelnde Abwasser strömt im Wesentlichen von unten nach oben durch die Strömungsräume. Dadurch werden Gasbläschen, die sich stoffwechselbedingt auf dem Biofilm bilden, nach oben abtransportiert. Am oberen Ende des 125 Reaktors ist in herkömmlicher Weise eine Gasabzugsvorrichtung vorgesehen. Daher ist es bevorzugt, wenn die Trägerelemente im Wesentlichen vertikal angeordnet sind.
Der Reaktor ist vorzugsweise derart ausgelegt, daß er mit einer Aufströmge- 130 schwindigkeit von 5 bis 10 m/h betrieben werden kann.
Die Trägerelemente können in einer Haltevorrichtung angeordnet sein. Es ist bevorzugt, dass die Trägerelemente rechteckig sind und an ihren Ecken gehaltert sind. Ferner ist es bevorzugt, dass Haltevorrichtungen vorgesehen sind, die 135 jeweils eine Reihe von Ausnehmungen aufweisen und mehrere Trägerelemente haltern. Die Haltevorrichtungen können Leisten, Schienen oder Profile, z.B. U- förmige Profile, mit Ausnehmungen aufweisen, in welche die Trägerelemente eingelassen sind. Ein bevorzugtes Material für die Profile ist Edelstahl. o Die Trägerelemente bestehen aus einem durchströmungsporösen Material. Bevorzugt bestehen die Trägerelemente im Wesentlichen aus miteinander durch Zusammensintern vereinigten Kunststoff-Teilchen und Blähton-Teilchen. Polyethylenteilchen sind als Kunststoffteilchen bevorzugt, wobei andere Kunststoffe möglich sind. Die Mikroorgansimen können sowohl in den Poren
145 zwischen den Teilchen siedeln, als auch auf den Trägerelementen einen zottenartigen Bewuchs bilden. Im Falle einer Havarie des Reaktors, z.B. aufgrund eines toxischen Stosses, wird der Mikroorganismen— Rasen zwar zerstört, aus den Poren des porösen Materials heraus können die Mikroorganismen allerdings schnell wieder wachsen und den Film, bzw. den zotteπartigen Bewuchs
150 auf den Platten regenerieren. Die Blähtonteilchen weisen Porengrößen von ca. 1 bis 100 μm auf. Mikroorganismen besiedeln bevorzugt erst kleinere Poren, die einen Schutzraum abseits der Strömung darstellen. Von den kleineren Poren aus werden zunächst die größeren Poren und anschließend die gesamte Struktur besiedelt. Bei einer Havarie bilden die Mikroorganismen in den kleinen
155 Poren Keimzellen für eine Regenerierung des Bewuchses innerhalb von wenigen Tagen. Da die Mikroorganismen auch in den Poren wachsen, ist eine gute Verankerung des zottenartigen Bewuchses gegeben.
Die Trägerelemente können mit sessilen Mikroorganismen besiedelt werden.60 Insbesondere können sie besiedelt werden mit mindestens einer Bakteriengattung aus der Gruppe der Gattungen Sytrophobacter, Sytrophomas, Metha- notrix, Methanosarcina und Methanococcus.
Mit dem Reaktor können auch mit organischen Verschmutzungen, wie z.B.65 Kohlenhydrate oder Proteine, hoch belastete Abwässer behandelt werden.
Erfindungsgemäß werden insbesondere organisch hoch belastete Abwässer aus der Getränke-, Futtermittel- oder Lebensmittelindustrie behandelt, wie z.B. Abwässer aus Stärke-verarbeitenden Betrieben und Anlagen, Getränke- 170 betrieben, Brauereien, Spirituosen-Brennereien, Molkereien, Abwässer aus Fleisch- und Fisch-verarbeitenden Betrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren und der Reaktor sind auch zur Behandlung von Abwässern aus der Papier- und Textilindustrie geeignet.
175 Die Erfindung und Vorzugsmerkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Anlage zur Abwasserbehandlung 180 mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors.
Figur 2 ist eine Draufsicht eines kubusförmigen Pakets von Trägerelementen.
185 Figur 3 ist eine Draufsicht eines sektorartigen Pakets von Trägerelementen. Figur 4 ist eine Teilansicht eines Pakets von Trägerelementen. Figur 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Trägermaterials.
190 In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Reaktor 10 dargestellt, welcher eine Paketanordnung von Trägerelementen 20 aufweist, die mit Mikroorganismen zur anaeroben Abwasserbehandlung besiedelt sind.
195 Zu behandelndes Abwasser 70 wird über ein Sieb 71 und einen Fettabscheider 72 in einen Vorratstank 60 eingebracht. Der Vorratstank kann über eine Vorrichtung 61 entlüftet werden. Im Vorratstank sind ferner Einrichtungen zur Durchmischung 62 des Abwassers und zur pH-Wertmessung 63 und Temperaturmessung 64 vorhanden. Über Zuleitungen 66, 67 können Ätznatron oder
200 Säure zur Einstellung des pH-Werts auf einen physiologisch geeigneten Bereich zugeführt werden. Über die Leitung 50 wird zu behandelndes Abwasser zur Leitung 30 geführt. Diese Leitung 30 leitet zu- und umlaufendes Abwasser in den Reaktor 10. Die
205 Zufuhr aus dem Vorratstank 60 wird über das Ventil 51 und die Pumpe 52 gesteuert. Auf dem Weg zum Reaktor 10 wird das Abwasser über die Wärmetauscher 53, 54 geführt, um das Abwasser auf eine geeignete Temperatur zu bringen. Der Wärmetauscher 53 nutzt Abwärme aus dem ablaufenden, behandelten Abwasser, welches durch die Leitung 40 aus dem Abwasserreaktor 10 ent-
210 nommen wird. Der pH-Wert und die Temperatur des Abwassers werden durch die Messfühler 33 bzw. 34 in der Leitung 30 bestimmt. Zum Einstellen des pH- werts kann über eine Leitung 37 Säure oder Base zugeführt werden. Alternativ kann zwischen dem Vorratstank 60 und dem Reaktor 10 zusätzlich ein Durchlaufbehälter vorgesehen sein (nicht dargestellt), in welchem der pH-Wert in
215 Reaktion auf die pH-Wertmessung des Messfühlers 33 durch Zugabe von Säure oder Base eingestellt werden kann, bevor zu behandelndes Abwasser dem Reaktor zugeführt wird.
Im Reaktor 10 strömt das Abwasser mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 10 m/s 220 vertikal nach oben und durchströmt dabei ein Paket 20 aus Platten des Trägermaterials. Schaumhemmer und weitere Additive können nach Bedarf durch Zuleitungen 16 bzw. 17 in den Reaktor 10 geführt werden. Entstehendes Biogas sammelt sich im oberen Bereich des Reaktors 10 und kann durch die Leitung 18 abgezogen und einer weiteren Aufbereitung oder Verwendung, z.B. zur Ver- 225 brennung als Wärmequelle, zugeführt werden. Durch die Leitung 30 wird das Abwasser mit Hilfe der Pumpe 32 zirkuliert. Das behandelte Abwasser kann über die Leitung 40 entnommen werden.
In Figur 2 ist ein kubusförmiges Paket 20a von plattenförmigen Trägerelemen- 230 ten 24a dargestellt. Die Trägerelemente 24a werden an den Ecken von U-Pro- filleisten 22a, welche Teile einer Haltevorrichtung sind, gehalten.
In Figur 3 ist ein sektorartiges Paket 20b von plattenförmigen Trägerelementen 24b dargestellt. Die Trägerelemente 24b werden an den Ecken von U — Profillei — 235 sten 22b, welche Teile einer Haltevorrichtung sind, gehalten. In Figur 4 ist eine - von oben gesehene - Teilansicht des in Figur 3 dargestellten Pakets mit einer U- Profilleiste 22b gezeigt, wobei der Boden des U- Profils in der Zeichnung nach rechts weist und der obere Schenkel wegge-
240 schnitten ist. Somit blickt man auf den unteren Schenkel des U-Profils 22a, welcher Ausnehmuπgen 26b aufweist, in welchen die Trägerelemente 24b mit einem gegenseitigen lichten Abstand d gehaltert sind. Dieser Anstand d bildet die mittlere Breite der Strömungsräume. Die zwischen den Trägerelementen 16a entstandenen Strömungsräume weisen somit die erfindungsgemäße Breite
245 d von 3,5 bis 8 cm auf.
Die Trägerelemente können auch durch andere Haltevorrichtungen gehalten werden. Insbesondere ist es denkbar, daß sie nicht an den Ecken gehalten werden, sondern an ihren vertikalen Kanten in Rinnen eingeschoben gehaltert 250 sind. Diese Rinnen können auch als U- Profile ausgebildet sein, welche durch weitere Leisten horizontal miteinander verbunden sind. Die Rinnen können auch auf oder in einer Platte ausgebildet sein.
Die Halterungsprofile bzw. -leisten können Bestandteil einer insgesamt rah- 255 menartigen Haltevorrichtung sein
In Figur 5 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Trägermaterials 90 dargestellt. Es besteht aus Kunststoffteilchen 92, welche untereinander und zusammen mit Blähtonteilchen 94 durch Sintern vereinigt wurden.
260 Im Reaktor 10 ist eine sechseckige Anordnung aus sektorförmigen Paketen aus Platten des Trägermaterials vorgesehen. Die sechseckige Anordnung hat einen Durchmesser von 1 m und eine Höhe von 1,5 m. Das Trägermaterial ist ein durchströmungsporöses Verbundmaterial aus miteinander durch Sintern ver- 265 einigten Polyethylen und Blähton-Teilchen. Der Abstand d der Trägerelemente (d.h. der Platten) beträgt 4 cm. In einem versuchsweisen Betrieb, in welchem die Leistungsfähigkeit der Anlage geprüft wurde, wurde der Reaktor so betrieben, daß bei Zirkulation die Aufströmgeschwindigkeit 5- 10 m/s betrug. Im Testbetrieb wurden zulaufende Abwässer mit einem CSB von 4 025 bis 1 17 500 270 mg/l behandelt, die gemessenen CSB-Werte der behandelten Abwässer betrugen 580 bis 5 500 mg/ml.
Bei Untersuchung der Trägerelementplatten zeigte sich, daß sich ein zottenartiger Bakterienbewuchs auf den Platten gebildet hatte. Im Vergleich zu einem 275 herkömmlichen Festtbettreaktor mit ähnlichen Betriebsparametern konnte die Oberfläche der Platten um etwa 50% verringert werden, was die Anlagekosten wesentlich reduziert. Ebenso konnte in einem mehrmonatigen Versuchsbetrieb die Gefahr einer teilweisen oder völligen Verstopfung der Durchströmungswege sicher verhindert werden.
280

Claims

Patentansprüche
1. Festbettreaktor zur anaeroben Abwasserbehandlung, aufweisend flächige, 285 durchstromungsporose Trägerelemente zur Immobilisierung von Mikroorganismen, wobei die Trägerelemente eine Dicke haben, die im Vergleich zur Fläche klein ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente derart beabstandet sind, 290 daß zwischen den Trägerelementen Strömungsräume mit einer mittleren Breite in Abstandsrichtung von 3,5 bis 8 cm vorhanden sind.
2. Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diezwischen den Trägerelementen vorhandenen Strömungsräume eine mittleren Breite in
295 Abstandsrichtung von 4 bis 6 cm aufweisen.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente im Wesentlichen die Form ebener Platten haben.
300 4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerelemente vorgesehen sind, die in einem kubischen Paket angeordnet sind.
5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 305 Trägerelemente vorgesehen sind, die in sektorartigen, ringförmig nebeneinander positionierten Paketen angeordnet sind, wobei die Trägerelemente jeweils im Wesentlichen tangential verlaufen.
6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 310 der Reaktor dazu bestimmt ist, im Betrieb zu behandelnde Abwässer mit einem chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) von 4 000 bis 120 000 mg/l zu behandeln.
7. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass 315 der Reaktor derart ausgelegt ist, daß er mit einer Aufströmgeschwindigkeit von 5 bis 10 m/h betrieben werden kann.
8. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente rechteckig sind und an ihren Ecken gehaltert sind.
320 9. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Haltevorrichtungen vorgesehen sind, die jeweils eine Reihe von Ausnehmungen aufweisen und mehrere Trägerelemente haltern.
325 10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Trägerelemente vorgesehen sind, die im Wesentlichen aus miteinander vereinigten Kunststoff- Teilchen und Blähton-Teilchen bestehen.
1 1. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass 330 der Reaktor dazu bestimmt ist, beim Betrieb mit mindestens einer Bakteriengattung aus der Gruppe der Gattungen Sytrophobacter, Sytrophomas, Methanotrix, Methanosarcina und Methanococcus betrieben zu werden.
12. Verwendung des Reaktors gemäß einer der Ansprüche 1 bis 1 1 zur ana- 335 eroben Abwasserbehandlung einer Anlage der Getränke-, Futtermitteloder Lebensmittelindustrie.
13. Verwendung des Reaktors gemäß einer der Ansprüche 1 bis 1 1 zur anaeroben Abwasserbehandlung einer Anlage der Papier- oder Textilindu- 40 strie.
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