WO2010088992A1 - Reaktor und verfahren zur anaerob biologischen reinigung feststoffhaltigen abwassers - Google Patents

Reaktor und verfahren zur anaerob biologischen reinigung feststoffhaltigen abwassers Download PDF

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WO2010088992A1
WO2010088992A1 PCT/EP2009/066791 EP2009066791W WO2010088992A1 WO 2010088992 A1 WO2010088992 A1 WO 2010088992A1 EP 2009066791 W EP2009066791 W EP 2009066791W WO 2010088992 A1 WO2010088992 A1 WO 2010088992A1
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reactor
sediment
funnel
liquid
wastewater
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PCT/EP2009/066791
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Axel Gommel
Dieter Efinger
Werner Gessler
Ronald Mulder
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Publication date
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2846—Anaerobic digestion processes using upflow anaerobic sludge blanket [UASB] reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2866—Particular arrangements for anaerobic reactors
    • C02F3/2873—Particular arrangements for anaerobic reactors with internal draft tube circulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/26—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof
    • C02F2103/28—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof from the paper or cellulose industry

Definitions

  • the invention relates to a reactor for the anaerobic purification of wastewater, in particular of waste water from the paper industry, comprising a reactor vessel, at least one arranged in the lower part of the reactor vessel inlet line for supplying wastewater to be cleaned in the reactor, at least one drain line for discharging purified water and at least one sediment vent, the reactor vessel having at least one downwardly tapering funnel and the sediment vent located at the bottom of the funnel.
  • the invention also relates to a process for the anaerobic purification of wastewater, in particular of waste water from the paper industry with a reactor comprising a reactor vessel, at least one arranged in the lower region of the reactor vessel inlet line for supplying wastewater to be cleaned in the reactor, at least one drain line for discharging cleaned water and at least one sediment, wherein the reactor vessel has at least one downwardly tapering funnel and the sediment discharge is at the lower end of the funnel.
  • wastewater treatment For wastewater treatment, a variety of mechanical, chemical and biological processes and corresponding reactors are known.
  • biological wastewater treatment the wastewater to be treated is contacted with aerobic or anaerobic microorganisms, which decompose the organic impurities contained in the wastewater in the case of aerobic microorganisms predominantly to carbon dioxide, biomass and water and in the case of anaerobic microorganisms mainly to carbon dioxide and methane.
  • the microorganisms gain the body's own energy (metabolism). Since the anaerobic degradation processes deliver less specific energy, the anaerobic biomass build up is much lower than that of the aerobic biomass.
  • the biological wastewater treatment methods are increasingly carried out recently with anaerobic microorganisms, because in the anaerobic wastewater treatment must not be introduced under high energy consumption oxygen in the bioreactor, in the purification energy-rich biogas is generated, which subsequently to
  • Energy recovery can be used, and significantly lower amounts of excess sludge generated.
  • the reactors for anaerobic wastewater treatment are subdivided into contact sludge reactors, UASB reactors, EGSB reactors, fixed bed reactors and fluidized bed reactors.
  • the microorganisms in fixed bed reactors adhering to stationary support materials and the microorganisms in fluidized bed reactors on freely movable, small carrier material are used in the UASB and EGSB reactors in the form of so-called pellets.
  • UASB upflow anaerobic sludge blanket
  • EGSB expanded granular sludge bed
  • the wastewater or a mixture of wastewater to be purified and already purified wastewater from the outlet of the anaerobic reactor is fed to the reactor via an inlet in the lower reactor region and passed through a sludge bed containing microorganism pellets located above the feed.
  • the microorganisms form in particular methane and carbon dioxide-containing gas (which is also referred to as biogas), which partially accumulates in the form of small bubbles on the microorganism pellets and partly rises in the form of free gas bubbles in the reactor upwards. Due to the accumulated gas bubbles, the specific gravity of the pellets decreases, causing the pellets to rise in the reactor.
  • separators are usually arranged in the middle and / or upper part of the reactor in the form of gas hoods, under whose ridge biogas accumulates, which forms a gas cushion. Purified water freed of gas and microorganism pellets rises in the reactor and is withdrawn via overflows at the top of the reactor.
  • Such processes and corresponding reactors are described, for example, in EP 0 170 332 A and in EP 1 071 636 B.
  • Supply line comprises comprehensive inlet inlet system, which is separated by a substantially conically arranged separation of the reaction chamber containing the microorganism pellets, wherein the separation extends over the entire reactor cross-section.
  • the outflow openings of the supply lines are at least partially aligned tangentially and the separation is provided at least one radial slot formed by two radial edge strips which overlap each other at a certain vertical distance, said at least one radial slot a connection between the inlet Inlet chamber and the reaction chamber forms.
  • Feed inlet system and the reactor chamber accumulate in the waste water containing solids within the inlet inlet system and do not enter the reaction chamber.
  • deposited solid is difficult to remove from the reactor.
  • the reactor must be shut down.
  • lime precipitates in the reactor chamber especially in high-lime wastewater to be purified on the pellets, so that a portion of the microorganism slurry pellets on which the lime precipitates has a high specific gravity so that these pellets sediment in the reactor and settle on the reactor Lower the bottom of the conical partition in the area of the reactor wall.
  • the effective diameter of the reactor is reduced, so that the effective reaction volume is reduced.
  • the object of the invention is therefore a selective removal of the less active
  • Pellets are understood to mean granulated biosludge.
  • this object is achieved in that at least one feed line for supplying liquid opens into the lower end of the funnel.
  • the funnel-shaped reactor bottom in particular in the form of a downwardly tapering single cone or double cone, ensures that solids falling from the upper reactor part with a high specific weight fall as far as the top of the funnel and can be removed therefrom.
  • an accumulation of sediments in the region of the feed which leads to the formation of dead spaces and to a reduction of the effective reactor cross-section, can be reliably avoided. Therefore, it is advantageous at the lower end of the funnel to sediment discharge to arrange.
  • pellet sludge is now drawn off via the sediment discharge at the lower end of the funnel, this contains only very small amounts of biologically active material.
  • sedimented pellets which still contain biologically active material, can be reactivated by the supply of liquid at least partially in the form of wastewater to be purified. As a result of the good supply of nutrients, gas production will return.
  • the gas adhering to the pellets generates a corresponding buoyancy and thus leads the pellets back into the pellet or mud bed.
  • the pellets are thus classified according to biological activity.
  • the reactor bottom can also be formed by several funnels with sediment discharge and supply line.
  • the reactor as well as the funnel can have a round or an angular cross-section.
  • At least one feed line for feeding the liquid should open into the hopper as far as possible at the lowest point.
  • At least the supply line located at the lowest point in the reactor should inject the liquid upwards, preferably vertically upwards, into the reactor.
  • the sediment discharge at the lowest point of the hopper should open into the hopper.
  • At least one sediment take-off leads the sediment laterally and / or at least one sediment take-off moves the sediment downwards out of the reactor.
  • liquid is injected into the lower end of the funnel via at least one feed line.
  • the sediment With a strong sedimentation of the pellets, it may be advantageous if the sediment is constantly open. In most cases, however, it will be sufficient if the sediment discharge is opened only over certain periods of emptying. In this case, it may be to control the Ableerzeitspannen advantageous if the Scope of sediment deposition in the funnel and / or the amount of sediment discharged from the funnel is measured.
  • liquid should always be supplied via the feed line.
  • liquid is supplied via the supply line only for certain periods of time. For example, this can be done when the amount of sediment deposition exceeds a certain level.
  • the supply line can also be opened periodically.
  • the feed line should be opened before and / or during sediment removal.
  • the type of liquid is less important. Therefore, the liquid may be formed by fresh water, wastewater to be cleaned or purified, or a mixture thereof.
  • the selection of the pellets according to their biological activity requires that the liquid is at least partially formed by wastewater to be purified.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a reactor
  • FIGS. 2 and 3 show different funnels.
  • the bioreactor shown in Figure 1 comprises a reactor vessel 1, which is cylindrical in its middle and upper part and tapers in its lower part 2 downwardly doppelkonisch, wherein the upper part 3 of the double cone, with respect to the horizontal plane, a lower inclination or ., Has a smaller angle than the lower part 2 of the double cone.
  • an inlet manifold 4 which consists of a plurality of attached to the inner wall of the reactor vessel 1 deflection means 5.
  • the inflow distributor 4 can in principle also be arranged on the lower part 2 of the double cone or, for example, be fastened remotely via holders from the reactor container wall 1.
  • each of the separator 10,11 consists of several layers of gas hoods 13; in the present FIG. 1, however, only one layer of gas hoods 13 is shown per separator 10, 11 for reasons of simplicity.
  • a gas separation device 14 is arranged, which is connected to the two separators 10,11 via the lines 15.
  • a sinking line 8 leads from the bottom of the gas separation device 14 into the lower part of the reactor 1.
  • a sediment 7 and a supply line 6, 7 solids or a suspension of solid and liquid can be withdrawn from the reactor 1 via the sediment discharge and about the supply line 6 liquid for purging the lower reactor vessel part 1 can be introduced.
  • a plurality of further distribution feed lines 9 are provided which lead to the individual deflection means 5, of which only a few are shown in FIG. 1 for the sake of clarity.
  • a further distribution feed line 9 is provided, which opens into the lower end of the sinking line 8.
  • the introduced waste water flows slowly from the feed distributor 4 in the reactor vessel 1 upwards until it passes into the fermentation zone containing microorganism-containing sludge pellets.
  • the microorganisms contained in the pellets mainly decompose the organic impurities contained in the waste water into methane and carbon dioxide gas.
  • the generated gases produce gas bubbles, from which the larger ones detach from the pellets and bubble in the form of gas bubbles through the medium, whereas small gas bubbles adhere to the sludge pellets.
  • the gas collected in the gas hoods 13 and a small amount of entrained pellets and water are removed, for example via an existing in the end face of the gas hoods 13, not shown opening from the gas hoods 13 and passed through line 15 into the gas separation device 14.
  • the remaining gas bubbles are collected in the gas hoods 13 of the upper separator 11 and again transferred to the end faces of the individual gas hoods 13 in a gas manifold, from which the gas is passed via the line 15 into the gas separation device 14.
  • the now purified water rises from the upper separator 11 further up until it is withdrawn via the overflows 12 from the reactor 1 and discharged through a drain line.
  • the gas separation device 14 the gas separates from the remaining water and the microorganism pellets, wherein the suspension of pellets and the wastewater is recirculated via the sinking line 8 into the reactor vessel 1.
  • the outlet opening of the sinking line 8 opens at the level of the deflection means 5, where the recycled suspension of pellets and waste water is mixed with the reactor 1 via the distribution feed lines 9 supplied wastewater, after which the cycle begins again.
  • the sinking line 8 can be supplied with waste water or fresh water to be cleaned continuously or discontinuously via the distribution feed line 9 in order to dilute the suspension recirculated through the sinking line 8 into the reactor 1 and thus prevent blockage of the sinking line 8.
  • wastewater contains more or less solids.
  • Wastewater from the paper industry for example, contains significant concentrations of solid fillers and lime.
  • part of the lime contained in the waste water precipitates on the slurry pellets after the waste water has risen into the mud bed zone.
  • a portion of the sludge pellets exceeds a critical specific gravity and as a result sinks from the sludge bed and also collects at the lower tip of the lower part 2 of the double cone.
  • the pellets sinking from top to bottom can not deposit on the deflection means 5, but slip off the outer surface of the deflection means 5 and also accumulate in the lower tip of the lower part 2 of the double cone.
  • the collecting at the lower tip of the reactor 1 sediment can be withdrawn continuously or batchwise from the reactor 1 as needed.
  • liquid supplied to the reactor 1 via this supply line 6 may be wastewater to be purified, recirculated wastewater from the reactor, fresh water or a mixture thereof.
  • the feed line 6 and the sediment discharge 7 at the lowest point of the funnel open into the reactor space.
  • the funnel is formed in each case by a downwardly tapering cone, although other shapes are possible.
  • the sediment discharge opens laterally into the funnel tip, so that the sediment flow during the withdrawal and the ascending liquid from the supply line 6 intersect.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der Papierindustrie, umfassend einen Reaktorbehälter, wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters angeordnete Zulaufleitung zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens eine Ablaufleitung zum Abführen von gereinigtem Wasser sowie wenigstens einen Sedimentabzug, wobei der Reaktorbehälter zumindest einen sich nach unten verjüngenden Trichter aufweist und sich der Sedimentabzug am unteren Ende des Trichters befindet. Dabei soll eine selektive Sedimentabfuhr dadurch ermöglicht werden, dass wenigstens eine Zulaufleitung zur Zuführung von Flüssigkeit in das untere Ende des Trichters mündet.

Description

Voith Patent GmbH Akte: RPN 14348 DE
89522 Heidenheim „'Sediment-Zulauf'"
REAKTOR UND VERFAHREN ZUR ANAEROB BIOLOGISCHEN REINIGUNG FESTSTOFFHALTIGEN ABWASSERS
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der Papierindustrie, umfassend einen Reaktorbehälter, wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters angeordnete Zulaufleitung zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens eine Ablaufleitung zum Abführen von gereinigtem Wasser sowie wenigstens einen Sedimentabzug, wobei der Reaktorbehälter zumindest einen sich nach unten verjüngenden Trichter aufweist und sich der Sedimentabzug am unteren Ende des Trichters befindet.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur anaeroben Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der Papierindustrie mit einem Reaktor umfassend einen Reaktorbehälter, wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters angeordnete Zulaufleitung zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens eine Ablaufleitung zum Abführen von gereinigtem Wasser sowie wenigstens einen Sedimentabzug, wobei der Reaktorbehälter zumindest einen sich nach unten verjüngenden Trichter aufweist und sich der Sedimentabzug am unteren Ende des Trichters befindet.
Zur Abwasserreinigung sind eine Vielzahl von mechanischen, chemischen sowie biologischen Verfahren und entsprechende Reaktoren bekannt. Bei der biologischen Abwasserreinigung wird das zu reinigende Abwasser mit aeroben oder anaeroben Mikroorganismen kontaktiert, welche die in dem Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen im Falle von aeroben Mikroorganismen überwiegend zu Kohlendioxid, Biomasse und Wasser und im Falle von anaeroben Mikroorganismen vorwiegend zu Kohlendioxid und Methan abbauen. Dabei gewinnen die Mikroorganismen körpereigene Energie (Metabolismus). Da die anaeroben Abbauprozesse weniger spezifische Energie liefern, ist der Aufbau der anaeroben Biomasse sehr viel geringer als jener der aeroben Biomasse. Auf Grund der hohen Energiekosten werden die biologischen Abwasserreinigungsverfahren in jüngster Zeit zunehmend mit anaeroben Mikroorganismen durchgeführt, weil bei der anaeroben Abwasserreinigung nicht unter hohem Energieaufwand Sauerstoff in den Bioreaktor eingeführt werden muss, bei der Reinigung energiereiches Biogas erzeugt wird, welches nachfolgend zur
Energiegewinnung eingesetzt werden kann, und deutlich geringere Mengen an Überschussschlamm erzeugt werden.
Je nach der Art und Form der eingesetzten Biomasse werden die Reaktoren für die anaerobe Abwasserreinigung in Kontaktschlammreaktoren, UASB-Reaktoren, EGSB- Reaktoren, Festbettreaktoren und Fliessbettreaktoren unterteilt.
Während die Mikroorganismen bei Festbettreaktoren an ortsfesten Trägermaterialien und die Mikroorganismen bei Fliessbettreaktoren auf frei beweglichen, kleinem Trägermaterial anhaften, werden die Mikroorganismen bei den UASB und EGSB- Reaktoren in Form von sogenannten Pellets eingesetzt. Im Unterschied zu UASB (upflow anaerobic Sludge blanket; anaerobe Aufströmschlammbett) -Reaktoren sind EGSB-(expanded granulär Sludge bed; expandierte, granuläre Schlammbett) - Reaktoren höher und weisen bei gleichem Volumen eine deutlich kleinere Grundfläche auf. Bei den UASB und EGSB-Reaktoren wird dem Reaktor über einen Zulauf im unteren Reaktorbereich kontinuierlich zu reinigendes Abwasser oder eine Mischung aus zu reinigendem Abwasser und bereits gereinigtem Abwasser aus dem Ablauf des Anaerobreaktors zugeführt und durch ein oberhalb des Zulaufs befindliches, Mikroorganismenpellets enthaltendes Schlammbett geführt. Beim Abbau der organischen Verbindungen aus dem Abwasser bilden die Mikroorganismen insbesondere Methan und Kohlendioxid enthaltendes Gas (welches auch als Biogas bezeichnet wird), das sich teilweise in Form kleiner Bläschen an den Mikroorganismenpellets anlagert und teilweise in Form freier Gasbläschen in dem Reaktor nach oben steigt. Aufgrund der angelagerten Gasbläschen sinkt das spezifische Gewicht der Pellets, weshalb die Pellets in dem Reaktor nach oben steigen. Um das gebildete Biogas und die aufsteigenden Pellets von dem Wasser zu trennen, sind in dem mittleren und/ oder oberen Teil des Reaktors Abscheider zumeist in Form von Gashauben angeordnet, unter deren First sich Biogas ansammelt, welches ein Gaspolster ausbildet. Von Gas und Mikroorganismenpellets befreites, gereinigtes Wasser steigt in dem Reaktor nach oben und wird am oberen Ende des Reaktors über Überläufe abgezogen. Derartige Verfahren und entsprechende Reaktoren sind beispielsweise in der EP 0 170 332 A und in der EP 1 071 636 B beschrieben.
Besonders wichtig bei den zuvor beschriebenen Verfahren ist die gleichmäßige Verteilung des dem Reaktor über den Zulauf zugeführten Abwassers über den Reaktorquerschnitt, um eine gute Vermischung der in dem Reaktor befindlichen Schlammpellets, des in dem Reaktor befindlichen Wassers und des zugefügten Abwassers zu erreichen. Um diese Erfordernisse zu erfüllen, wurde bereits eine Vielzahl von mit entsprechenden Zulaufverteilern ausgestatteten Reaktoren vorgeschlagen. Aus der EP 0 539 430 B ist ein Bioreaktor mit einem Reaktorbehälter bekannt, welcher an dem unteren Ende des Reaktorbehälters ein wenigstens eine
Zulaufleitung umfassendes Zulauf-Einlasssystem aufweist, welches durch eine im Wesentlichen kegelförmig angeordnete Abtrennung von der die Mikroorganismenpellets enthaltenden Reaktionskammer getrennt ist, wobei sich die Abtrennung über den gesamten Reaktorquerschnitt erstreckt. Dabei sind die Ausströmöffnungen der Zulaufleitungen wenigstens teilweise tangential ausgerichtet und an der Abtrennung ist wenigstens ein radialer Schlitz vorgesehen, der durch zwei radiale Kantenstreifen gebildet wird, die einander in einem gewissen vertikalen Abstand überlappen, wobei der wenigstens eine radiale Schlitz eine Verbindung zwischen der Zulauf-Einlasskammer und der Reaktionskammer bildet. Durch die Orientierung der Ausströmöffnung(en) der Zulaufleitung(en) und des wenigstens einen radialen Schlitzes soll eine bezüglich der Reaktorlängsachse kreisförmige Strömung des Zulaufwassers erreicht werden und durch die Anordnung der radialen Schlitze soll insbesondere nach Abschalten des Reaktors ein Eindringen von Feststoffen in das Zulauf-Einlasssystem verhindert werden. Allerdings weist dieser Reaktor und das damit betriebene Verfahren eine Vielzahl von Nachteilen auf.
Aufgrund der 100 % des Reaktorquerschnitts ausfüllenden Abtrennung zwischen dem - A -
Zulauf-Einlasssystem und der Reaktorkammer sammeln sich in dem zugeführten Abwasser enthaltende Feststoffe innerhalb des Zulauf-Einlasssystems an und gelangen nicht in die Reaktionskammer. In dem Zulauf-Einlasssystem, das heißt unterhalb der kegelförmigen Abtrennung, abgelagerter Feststoff ist jedoch nur schwer aus dem Reaktor zu entfernen. Zudem muss für eine Entfernung der Feststoffe aus dem Zulauf-Einlasssystem der Reaktor abgeschaltet werden. Zum anderen fällt in der Reaktorkammer insbesondere bei zu reinigendem Abwasser mit hohem Kalkgehalt an den Pellets Kalk aus, so dass ein Teil der Mikroorganismenschlammpellets, an denen der Kalk ausfällt, ein hohes spezifisches Gewicht aufweist, so dass diese Pellets in dem Reaktor sedimentieren und sich am unteren Ende der kegelförmigen Abtrennung im Bereich der Reaktorwand absetzen. Auch diese Sedimente lassen sich nur unter höchstem Aufwand aus dem Reaktor entfernen. Zudem verringert sich durch das Sediment an der Reaktorwand der effektive Durchmesser des Reaktors, so dass sich das effektive Reaktionsvolumen verringert. Aus diesen Gründen ist der vorgenannte Reaktor zur Reinigung von hoch kalkhaltigem Abwasser, wie Abwasser aus der Papierindustrie, das gleichzeitig auch sedimentierbare Verunreinigungen in Form von Papierfüllstoffen und dergleichen enthalten kann, verbesserungsbedürftig.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine selektive Abfuhr der wenig aktiven
Pellets zu ermöglichen. Dabei wird unter Pellets granulierter Bioschlamm verstanden.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens eine Zulaufleitung zur Zuführung von Flüssigkeit in das untere Ende des Trichters mündet. Der trichterförmige Reaktorboden, insbesondere in Form eines sich nach unten verjüngenden Einfachkonus oder Doppelkonus gewährleistet, dass aus dem oberen Reaktorteil herabsinkende Feststoffe mit hohem spezifischem Gewicht bis an die Spitze des Trichters herabsinken und von dort abgeführt werden können. Hierdurch kann eine Ansammlung von Sedimenten im Bereich des Zulaufs, welche zur Bildung von Toträumen und zu einer Reduzierung des effektiven Reaktorquerschnitts führt, zuverlässig vermieden werden. Daher ist es von Vorteil an dem unteren Ende des Trichters einen Sedimentabzug anzuordnen.
Auf Grund der im Vergleich zum restlichen Reaktor lokal höheren Aufströmgeschwindigkeit der zugeführten Flüssigkeit können nur die schweren, sedimentierten Pellets am Reaktorboden verbleiben. Die anderen Pellets, deren Sinkgeschwindigkeit kleiner als die Aufströmgeschwindigkeit der zugeführten Flüssigkeit ist, werden im sogenannten Pelletbett gehalten.
Wird nun über den Sedimentabzug am unteren Ende des Trichters Pelletschlamm abgezogen, so enthält dieser nur sehr geringe Anteile an biologisch aktivem Material.
Außerdem können durch die Zuführung von Flüssigkeit zumindest teilweise in Form von zu reinigendem Abwasser bereits sedimentierte Pellets, welche allerdings noch biologisch aktives Material enthalten, reaktiviert werden. Infolge der guten Nährstoffversorgung kommt es wieder zur Gasproduktion.
Das dabei an den Pellets anhaftende Gas erzeugt einen entsprechenden Auftrieb und führt so die Pellets in das Pellet- oder Schlammbett zurück. Die Pellets werden damit nach biologischer Aktivität klassiert.
Auch hier verbleiben am unteren Ende des Trichters nur die schweren, biologisch kaum aktiven Pellets, welche über den Sedimentabzug abgeführt werden können.
Dabei kann der Reaktorboden auch von mehreren Trichtern mit Sedimentabzug und Zulaufleitung gebildet werden. Der Reaktor wie auch der Trichter können einen runden oder einen eckigen Querschnitt aufweisen.
Damit die zugeführte Flüssigkeit die beschriebene Wirkung möglichst umfassen entfalten kann, sollte wenigstens eine Zulaufleitung zur Zuführung der Flüssigkeit möglichst am tiefsten Punkt in den Trichter münden.
Je nach Beschaffenheit des Abwassers sowie der Größe und Konstruktion des Reaktors kann es genügen, wenn nur eine Zulaufleitung in den Trichter mündet. Für eine gute Verteilung des zu reinigenden Abwassers ist es allerdings oft vorteilhaft, wenn mehrere Zulaufleitungen, vorzugsweise gleichmäßig über die Trichteroberfläche verteilt in den Trichter münden.
Zur Erzeugung einer ausreichenden Aufströmgeschwindigkeit sollte zumindest die am tiefsten im Reaktor angeordnete Zulaufleitung die Flüssigkeit nach oben, vorzugsweise senkrecht nach oben in den Reaktor eindüsen.
Um die schweren, sedimentierten und inaktiven Pellets möglichst umfassen abführen zu können, sollte der Sedimentabzug am tiefsten Punkt des Trichters in den Trichter münden.
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn wenigstens ein Sedimentabzug das Sediment seitlich und/oder wenigstens ein Sedimentabzug das Sediment nach unten aus dem Reaktor führt.
Während sich beim seitlichen Sedimentabzug die über den Sedimentabzug abgeführte Sedimentströmung und die über die Zulaufleitung zugeführte Flüssigkeitsströmung kreuzen, strömen bei nach unten gerichteten Sedimentabzug die über den Sedimentabzug abgeführte Sedimentströmung und die über die Zulaufleitung zugeführte Flüssigkeitsströmung entgegengesetzt. In beiden Fällen wird eine gute Durchmischung der Ströme erreicht, so dass die beschriebene Selektion der Pellets in ausreichender weise erfolgen kann.
Hinsichtlich des Verfahrens ist wesentlich, dass über wenigstens eine Zulaufleitung Flüssigkeit in das untere Ende des Trichters eingedüst wird.
Bei einer starken Sedimentierung der Pellets kann es dabei vorteilhaft sein, wenn der Sedimentabzug ständig offen ist. In den meisten Fällen dürfte es aber genügen, wenn der Sedimentabzug nur über bestimmte Ableerzeitspannen geöffnet wird. Hierbei kann es zur Steuerung der Ableerzeitspannen von Vorteil sein, wenn der Umfang der Sedimentablagerung im Trichter und/oder der Umfang der aus dem Trichter abgeführten Sedimentmenge gemessen wird.
Für eine ständige Selektion der Pellets sollte über die Zulaufleitung ständig Flüssigkeit zugeführt werden.
Von wesentlichem Vorteil ist, wenn der Anteil aus anorganischem Material (Aschegehalt) im Sediment durch Konstruktion und/oder Prozessführung einstellbar ist.
Meist genügt es jedoch, wenn über die Zulaufleitung nur über bestimmte Zeiträume Flüssigkeit zugeführt wird. Beispielsweise kann dies dann erfolgen, wenn der Umfang der Sedimentablagerung ein bestimmtes Maß übersteigt.
Wenn genügend Erfahrungswerte vorliegen oder einfache Betriebsbedingungen gegeben sind, kann die Zulaufleitung auch periodisch geöffnet werden.
Da die Selektion der Pellets insbesondere bei deren Abzug von besonderer Bedeutung ist, sollte die Zulaufleitung vor und/oder während einer Sedimentabführung geöffnet werden.
Für eine Selektion der Pellets über die Aufströmgeschwindigkeit der zugeführten Flüssigkeit ist die Art der Flüssigkeit weniger wichtig. Daher kann die Flüssigkeit hierbei von Frischwasser, zu reinigendem oder gereinigtem Abwasser oder einer Mischung davon gebildet werden.
Die Selektion der Pellets nach ihrer biologischen Aktivität erfordert, dass die Flüssigkeit zumindest teilweise von zu reinigendem Abwasser gebildet wird.
Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt: Figur 1 : einen schematischen Längsschnitt durch einen Reaktor und Figur 2 und 3: durch verschiedene Trichter. Der in Figur 1 dargestellte Bioreaktor umfasst einen Reaktorbehälter 1 , der in seinem mittleren und oberen Teil zylindrisch ausgestaltet ist und sich in seinem unteren Teil 2 nach unten doppelkonisch verjüngt, wobei der obere Teil 3 des Doppelkonus, bezogen auf die Horizontalebene, eine geringere Neigung bzw. einen kleineren Winkel als der untere Teil 2 des Doppelkonus aufweist.
An dem oberen Teil 3 des Doppelkonus befindet sich ein Zulaufverteiler 4, der aus einer Vielzahl von an der Innenwand des Reaktorbehälters 1 befestigten Ablenkmitteln 5 besteht. Der Zulaufverteiler 4 kann grundsätzlich auch an dem unteren Teil 2 des Doppelkonus angeordnet sein oder beispielsweise über Halterungen von der Reaktorbehälterwand 1 entfernt befestigt sein.
In dem mittleren und oberen Reaktorbehälter 1 befinden sich zwei Abscheider 10,11 welche jeweils mehrere Gashauben 13 aufweisen. In der Praxis besteht jeder der Abscheider 10,11 aus mehreren Lagen an Gashauben 13; in der vorliegenden Fig. 1 ist jedoch aus Einfachheitsgründen pro Abscheider 10,11 jeweils nur eine Lage Gashauben 13 dargestellt.
Oberhalb des oberen Abscheiders 11 befinden sich Überläufe 12, über welche das gereinigte Wasser aus dem Reaktor 1 abgezogen wird.
Auf dem Reaktor 1 ist eine Gastrenneinrichtung 14 angeordnet, die mit den beiden Abscheidern 10,11 über die Leitungen 15 verbunden ist. Zudem führt von dem Boden der Gastrenneinrichtung 14 eine Sinkleitung 8 in den unteren Teil des Reaktors 1.
Des weiteren befindet sich im unteren Teil des Reaktors 1 , nämlich im unteren Teil 2 des Doppelkonus, ein Sedimentabzug 7 sowie eine Zufuhrleitung 6, wobei über den Sedimentabzug 7 Feststoffe bzw. eine Suspension aus Feststoff und Flüssigkeit aus dem Reaktor 1 abgezogen werden können und über die Zufuhrleitung 6 Flüssigkeit zum Spülen des unteren Reaktorbehälterteils 1 eingeführt werden kann. Schließlich sind in dem Reaktor 1 mehrere, weitere Verteil-Zulaufleitungen 9 vorgesehen, die zu den einzelnen Ablenkmitteln 5 führen, von denen der Übersicht halber in der Fig. 1 nur einige dargestellt sind. Zudem ist in dem Reaktor 1 eine weitere Verteil-Zulaufleitung 9 vorgesehen, welche in das untere Ende der Sinkleitung 8 mündet.
Beim Betrieb des Reaktors wird über die Verteil-Zulaufleitungen 9 zu reinigendes Abwasser durch die in der Wand des Reaktorbehälters 1 im oberen Teil 3 des Doppelkonus befindlichen, nicht dargestellte Schlitze in den Reaktorbehälter 1 eingeführt und durch die Ablenkmittel 5 so abgelenkt, dass es zu einer innigen Vermischung zwischen dem zugeführten Abwasser und dem im Reaktor befindlichen Medium kommt, welches aus bereits teilweise gereinigtem Abwasser, Mikroorganismenpellets (in der Fig. 1 durch kleine Punkte angedeutet) und kleinen Gasbläschen besteht.
Das eingeführte Abwasser strömt von dem Zulaufverteiler 4 in dem Reaktorbehälter 1 langsam aufwärts, bis es in die mikroorganismenhaltige Schlammpellets enthaltende Fermentationszone gelangt. Die in den Pellets enthaltenen Mikroorganismen zersetzen die in dem Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen hauptsächlich zu Methan und Kohlendioxidgas. Durch die erzeugten Gase entstehen Gasbläschen, von denen sich die grosseren von den Pellets ablösen und in Form von Gasblasen durch das Medium perlen, wohingegen kleine Gasbläschen an den Schlammpellets haften bleiben. Diejenigen Pellets, an denen kleine Gasbläschen anhaften und welche daher ein geringeres spezifisches Gewicht als die anderen Pellets und das Wasser aufweisen, steigen in dem Reaktorbehälter 1 auf, bis sie den unteren Abscheider 10 erreichen.
Die freien Gasbläschen fangen sich in den Gashauben 13 und bilden unter dem First der Gashauben 13 ein Gaspolster. Das in den Gashauben 13 gesammelte Gas sowie eine geringe Menge mitgerissener Pellets und Wasser werden beispielsweise über eine in der Stirnseite der Gashauben 13 vorhandene, nicht dargestellte Öffnung aus den Gashauben 13 abgeführt und über die Leitung 15 in die Gastrenneinrichtung 14 geführt.
Das Wasser, die aufsteigenden Mikroorganismenpellets und die Gasblasen, die nicht bereits in dem unteren Abscheider 10 abgetrennt wurden, steigen in dem Reaktorbehälter 1 weiter nach oben bis zu dem oberen Abscheider 11. Aufgrund der Abnahme des hydrostatischen Drucks zwischen dem unteren Abscheider 10 und dem oberen Abscheider 11 lösen sich die letzten kleinen Gasbläschen von den in den oberen Abscheider 11 gelangten Mikroorganismenpellets ab, so dass das spezifische Gewicht der Pellets wieder zunimmt und die Pellets nach unten sinken.
Die restlichen Gasblasen werden in den Gashauben 13 des oberen Abscheiders 11 aufgefangen und wiederum an den Stirnseiten der einzelnen Gashauben 13 in eine Gassammelleitung überführt, von der das Gas über die Leitung 15 in die Gastrenneinrichtung 14 geführt wird. Das nunmehr gereinigte Wasser steigt von dem oberen Abscheider 11 weiter nach oben, bis es über die Überläufe 12 aus dem Reaktor 1 abgezogen und durch eine Ablaufleitung abgeleitet wird.
In der Gastrenneinrichtung 14 trennt sich das Gas von dem restlichen Wasser und den Mikroorganismenpellets, wobei die Suspension aus Pellets und dem Abwasser über die Sinkleitung 8 in den Reaktorbehälter 1 rezirkuliert wird. Dabei mündet die Austrittsöffnung der Sinkleitung 8 auf der Höhe der Ablenkmittel 5, wo die rückgeführte Suspension aus Pellets und Abwasser mit dem dem Reaktor 1 über die Verteil-Zulaufleitungen 9 zugeführten Abwasser vermischt wird, wonach der Kreislauf von neuem beginnt.
Über die Verteil-Zulaufleitung 9 kann der Sinkleitung 8 bei Bedarf kontinuierlich oder diskontinuierlich zu reinigendes Abwasser oder Frischwasser zugeführt werden, um die durch die Sinkleitung 8 in den Reaktor 1 zurückgeführte Suspension zu verdünnen und so eine Verstopfung der Sinkleitung 8 zu verhindern.
Je nach dem Ursprung des dem Reaktor 1 über die Verteil-Zulaufleitungen 9 zugeführten Abwassers enthält das Abwasser mehr oder weniger Feststoffe. Abwasser aus der Papierindustrie beispielsweise enthält signifikante Konzentrationen an festen Füllmaterialien und Kalk.
Nachdem das feststoffhaltige Abwasser über die Verteil-Zulaufleitungen 9 zu den Ablenkmitteln 5 geführt wurde, steigt es, nachdem es die Ablenkmittel 5 verlassen hat, nach oben in den zylinderförmigen Reaktorbehälterteil. Der Anteil der in dem Abwasser enthaltenen Feststoffe, der ein Mindestmass an spezifischer Dichte übersteigt, sinkt bereits nach dem Verlassen der Ablenkmittel 5 in den sich nach unten verjüngenden Doppelkonus ab und sammelt sich in der unteren Spitze des unteren Teils 2 des Doppelkonus.
Ferner fällt ein Teil des in dem Abwasser enthaltenden Kalks, nachdem das Abwasser in die Schlammbettzone aufgestiegen ist, an den Schlammpellets aus. Dadurch übersteigt ein Teil der Schlammpellets eine kritische spezifische Dichte und sinkt infolge dessen aus dem Schlammbett ab und sammelt sich ebenfalls an der unteren Spitze des unteren Teils 2 des Doppelkonus.
Aufgrund der Geometrie und Anordnung der Ablenkmittel 5 können sich die von oben nach unten sinkenden Pellets nicht auf den Ablenkmitteln 5 ablagern, sondern von der Aussenoberfläche der Ablenkmittel 5 abrutschen und sich ebenfalls in der unteren Spitze des unteren Teils 2 des Doppelkonus ansammeln. Über den Sedimentabzug 7 kann das sich an der unteren Spitze des Reaktors 1 sammelnde Sediment je nach Bedarf kontinuierlich oder chargenweise aus dem Reaktor 1 abgezogen werden.
Zudem kann über die Zufuhrleitung 6 im unteren Teil 2 ebenfalls nach Bedarf kontinuierlich oder chargenweise Flüssigkeit in den unteren Teil 2 des Doppelkonus eingeführt werden. Bei dem dem Reaktor 1 über diese Zufuhrleitung 6 zugeführten Flüssigkeit kann es sich um zu reinigendes Abwasser, rezirkuliertes Abwasser aus dem Reaktor, Frischwasser oder eine Mischung hiervon handeln.
Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt münden die Zulaufleitung 6 und der Sedimentabzug 7 am tiefsten Punkt des Trichters in den Reaktorraum. Dabei wird hier der Trichter jeweils von einem sich nach unten verjüngenden Konus gebildet, obwohl auch andere Formen möglich sind.
Wesentlich ist nur, dass schräge Reaktorwände das Sediment in Richtung Sedimentabzug 7 führen. Dabei wird die Flüssigkeit über die Zulaufleitung 6 senkrecht nach oben in den Reaktor geführt.
In Figur 2 mündet der Sedimentabzug seitlich in die Trichterspitze, so dass sich die Sedimentströmung beim Abzug und die aufsteigende Flüssigkeit aus der Zulaufleitung 6 kreuzen.
Im Unterschied hierzu wird das Sediment bei der Ausführung gemäß Figur 3 nach unten abgezogen. Dies bedeutet, dass abzuführende Sediment und die zugeführte Flüssigkeit der Zulaufleitung 6 entgegengesetzt strömen.
Im Ergebnis kommt es zu einer guten Durchmischung zwischen der Flüssigkeit und dem Sediment.
Durch die Aufströmgeschwindigkeit der über die Zulaufleitung 6 zugeführten Flüssigkeit werden die leichteren, noch nicht sedimentierten Pellets nach oben in das Pelletbett geführt. Nur die sedimentierten Pellets bleiben in der Trichterspitze und können über den Sedimentabzug 7 abgeführt werden.
Außerdem führt die Zuführung von Abwasser über die Zulaufleitung 6 zur Aktivierung bereit teilweise sedimentierter Pellets. Die damit verbundene Gasproduktion hat an den Pellets haftende Gasblasen zur Folge, was diesen Pellets Auftrieb verleiht. Am Trichterboden bleiben nur die schweren, biologisch kaum aktiven Pellets zur Abfuhr über den Sedimentabzug 7 übrig.
Im Ergebnis wird die Sedimentabfuhr vermindert, weil inaktiver Pelletschlamm selektiv abgetrennt werden kann, während aktiver Pelletschlamm im System verbleibt. Dies verbessert die Effizienz der Abwasserbehandlung wesentlich.

Claims

Patentansprüche
1. Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der Papierindustrie, umfassend einen Reaktorbehälter (1 ), wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters (1 ) angeordnete Zulaufleitung (6,9) zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens eine Ablaufleitung zum Abführen von gereinigtem Wasser sowie wenigstens einen Sedimentabzug (7), wobei der Reaktorbehälter (1 ) zumindest einen sich nach unten verjüngenden Trichter aufweist und sich der Sedimentabzug (7) am unteren Ende des Trichters befindet, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zulaufleitung (6) zur Zuführung von Flüssigkeit in das untere Ende des Trichters mündet.
2. Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zulaufleitung (6) am tiefsten Punkt in den Trichter mündet.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Zulaufleitung (6) in den Trichter mündet.
4. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Verteil-Zulaufleitungen (9), vorzugsweise gleichmäßig über die Trichteroberfläche verteilt in den Trichter münden.
5. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die am tiefsten im Reaktor angeordnete Zulaufleitung (6) der Flüssigkeit nach oben in den Reaktor eindüst.
6. Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufleitung (6) die Flüssigkeit senkrecht nach oben in den Reaktor eindüst.
7. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sedimentabzug (7) am tiefsten Punkt des Trichters in den Trichter mündet.
8. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sedimentabzug (7) das Sediment seitlich aus dem Reaktor führt.
9. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sedimentabzug (7) das Sediment nach unten aus dem Reaktor führt.
10.Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in das untere Ende des Trichters zugeführte Flüssigkeit von zu reinigendem Abwasser, gereinigtem Abwasser oder einer Mischung davon gebildet wird.
11.Verfahren zur anaeroben Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der Papierindustrie mit einem Reaktor umfassend einen Reaktorbehälter (1 ), wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters (1 ) angeordnete Zulaufleitung (6,9) zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens eine Ablaufleitung zum Abführen von gereinigtem Wasser sowie wenigstens einen Sedimentabzug (7), wobei der Reaktorbehälter (1 ) zumindest einen sich nach unten verjüngenden Trichter aufweist und sich der Sedimentabzug (7) am unteren Ende des Trichters befindet, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über wenigstens eine Zulaufleitung (6) Flüssigkeit in das untere Ende des Trichters eingedüst wird.
12.Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die über den Sedimentabzug (7) abgeführte Sedimentströmung und die über die Zulaufleitung (6) zugeführte Flüssigkeitsströmung kreuzen.
13.Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die über den Sedimentabzug (7) abgeführte Sedimentströmung und die über die Zulaufleitung (6) zugeführte Flüssigkeitsströmung entgegengesetzt strömen.
14.Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sedimentabzug (7) ständig offen ist.
15.Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sedimentabzug (7) nur über bestimmte Ableerzeitspannen geöffnet ist.
16.Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der Sedimentablagerung im Trichter gemessen wird.
17.Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der abgeführten Sedimentmenge gemessen wird.
18.Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass über die Zulaufleitung (6) ständig Flüssigkeit zugeführt wird.
19.Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass über die Zulaufleitung (6) nur über bestimmte Zeiträume Flüssigkeit zugeführt.
2O.Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufleitung (6) periodisch geöffnet wird.
21.Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufleitung (6) vor einer Sedimentabführung geöffnet wird.
22.Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufleitung (6) während einer Sedimentabführung geöffnet wird.
23.Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit zumindest teilweise von zu reinigendem Abwasser gebildet wird.
24.Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit zumindest teilweise von gereinigtem Abwasser gebildet wird.
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