WO2011089032A1 - Anlage und verfahren zur anaeroben behandlung organisch belasteter abwässer - Google Patents

Anlage und verfahren zur anaeroben behandlung organisch belasteter abwässer Download PDF

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WO2011089032A1
WO2011089032A1 PCT/EP2011/050131 EP2011050131W WO2011089032A1 WO 2011089032 A1 WO2011089032 A1 WO 2011089032A1 EP 2011050131 W EP2011050131 W EP 2011050131W WO 2011089032 A1 WO2011089032 A1 WO 2011089032A1
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WO
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plant
container
partition
reaction space
flow
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PCT/EP2011/050131
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English (en)
French (fr)
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Andreas Ulrich
Frank Fladerer
Andreas Schmidt
Original Assignee
BREMER ARBEITSGEMEINSCHAFT FÜR ÜBERSEEFORSCHUNG UND ENTWICKLUNG (BREMEN OVERSEAS RESEARCH AND DEVELOPMENT ASSOCIATION) BORDA e. V.
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Publication date
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    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/286—Anaerobic digestion processes including two or more steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2866—Particular arrangements for anaerobic reactors
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a new plant for the anaerobic treatment of organically contaminated effluents. Moreover, the present invention relates to a novel process for the anaerobic treatment of organically contaminated wastewater.
  • Anaerobic degradation to methane and carbon dioxide occurs in nature as the ultimate degradation of organic matter in sediments of lakes and rivers.
  • the essential steps of the degradation are. the cleavage of polymers into soluble low-molecular constituents by the process of hydrolysis;
  • the prerequisite for complete degradation is that good conditions exist for the particular microorganisms involved, so that no intermediates, such as longer-chain fatty acids, accumulate. It is particularly important that for the slow-growing methane-forming bacteria on the one hand a neutral pH and on the other hand a constant temperature of about 32 ° C are maintained.
  • the redox potential of the organically polluted wastewater should be ⁇ 200 mV. Mobile plants for the anaerobic treatment of organically contaminated wastewater are known.
  • German Patent Application DE 197 42 734 A1 discloses a plant for the anaerobic treatment of organically contaminated wastewaters, which are introduced into a modified container in a simple manner and are applied to e.g. can be transported on a truck.
  • the plant comprises a container, an inlet into the container and a drain from the container and a control device for controlling the flow of the wastewater stream.
  • the container is divided into several reaction spaces, which are formed by introduced into the container partitions (English: "Baffles").
  • the partitions are designed in such a way that from one reaction space to the other, a flow of the wastewater flow is created.
  • the partitions are mounted alternately on the wall or on the floor or on the ceiling of the container, wherein the one free end of the partitions, which lies opposite to the respective attachment, is arranged at a distance from the wall, so that the adjacent reaction chambers are fluidly interconnected and the supplied through the supply line waste stream is preferably guided meandering through the container.
  • the effluents are directed into the upper portion of the container and are deflected downwardly from the first dividing wall, flow below the end of the first dividing wall, ascend in the second reaction space, flow over upper end of the second partition, are directed by the third partition back down again, flow under the end of the third partition, etc.
  • the individual reaction chambers are connected to one another by a system of individual lines which can be switched off via further control devices as required, so that a fluid circuit from a reaction space to any preceding reaction space is possible.
  • US Pat. No. 6,673,242 B2 discloses a plant for the anaerobic treatment of organically contaminated wastewaters, which likewise comprises a container, an inlet into the container and an outlet from the container. The container is also divided by partitions into several reaction spaces.
  • the effluents are supplied to the container in the lower region of the first reaction space. They are led upwards by the first partition wall and flow over the upper end of the first partition wall. Thereafter, they are directed downwardly from the second partition wall and flow around the lower end of the second partition wall into the third reaction space where they are led up through the third partition wall and flow into the fourth reaction space via the upper end of the third partition wall that overall a meandering flow results.
  • This known system also requires powerful pumps and complex measurement and control technology. Whether this system is transportable is not specified in the American patent.
  • US Pat. No. 7,288,192 B2 discloses standard shipping containers that are watertight sealed inside, so that they can be used as septic tanks or as aerobic biofilters or leachate filters. The installation of systems for the anaerobic treatment of organically polluted wastewater is not planned.
  • the present invention was based on the object to provide new plants for the anaerobic treatment of organically polluted wastewater, which no longer have the disadvantages of the prior art, but which are inexpensive to manufacture in a simple, compact, robust, transportable and mobile and, above all can be operated with little, ideally without, energy consumption and without pumps and complex peripheral measurement and control technology.
  • Reaction spaces (R1) and (R2) .... (Rn-1) and (Rn) can be produced exhibit.
  • plant for the treatment of organically contaminated wastewater is called "plant according to the invention”.
  • the new method for the anaerobic treatment of organically contaminated wastewater characterized in that the effluents descending and ascending under the sole effect of gravity and / or the pressure of the biogas produced by the wastewater in the horizontal total flow direction through a system comprising several consecutively seen in the flow direction arranged and fluidly interconnected reaction chambers are passed therethrough.
  • the plant according to the invention is structurally designed so that organically polluted wastewaters descending and ascending, solely by the effect of gravity and / or the pressure of the biogas produced by the effluents, i. meandering, can be passed through the inventive system in a horizontal direction of total flow.
  • fluid includes the organically contaminated and the purified wastewaters.
  • fluid connection means that the individual reaction spaces of the installation according to the invention are connected to each other or can be temporarily connected so that the fluids can flow from one reaction space to another.
  • the system according to the invention comprises a container with a front wall, a floor, a rear wall, a ceiling and two side walls.
  • the front wall, floor, rear wall, ceiling and side walls are planar. Preferably, they have a square or rectangular plan.
  • suitable structures of this type are vertically extending structures in which, seen in cross-section, recesses and elevations alternate. The depressions may be rounded wavy, sawtooth or angular.
  • suitable devices which improve the mechanical stability and the statics of the container are horizontally, vertically and / or diagonally extending struts, which can be mounted on the outside of the container.
  • the container is cube-shaped or cuboid, in particular cuboid. Therefore, the particularly suitable container of the invention can be easily transported and stored. In addition, if necessary, several containers can be stacked on top of each other. For this purpose, the containers may have on their outside suitable fastening devices.
  • the walls of the container can be made of a variety of materials. The prerequisite for the selection of materials is that they are mechanically stable in the long term, resistant to hydrolysis and are not attacked even in extreme climatic conditions, as they prevail in the tropics or deserts.
  • the materials are selected from the group consisting of metals, preferably steel or stainless steel, plastics, glass fiber reinforced carbons, and carbon fiber reinforced plastics as well as connected ones selected. In particular, steel or stainless steel is used.
  • suitable containers are water and gas tight.
  • the containers are sealed inside.
  • the seals are planar and have a smooth surface so that non-organic and inorganic solids and microorganisms attach to the inner walls of the container.
  • sealing For sealing, the usual and known sealing materials can be used. The prerequisite is that the sealing materials are not attacked by the waste water and the substances and microorganisms contained therein.
  • Particularly suitable sealing materials include, or consist of, plastics, especially epoxy resins, polyurethane foams, polyolefin films, and combinations thereof.
  • plastics especially epoxy resins, polyurethane foams, polyolefin films, and combinations thereof.
  • cured multicomponent coatings it is also possible to use cured multicomponent coatings.
  • the container can have a wide variety of dimensions, so that it can be excellently adapted to the requirements of the individual case, in particular the amount of wastewater to be treated and the spatial conditions.
  • the container is preferably based on an ISO container, particularly preferably on a ship's freight container, in particular on an 8 ", 16", 20 “or 40" ISO shipping container, which is converted in a suitable manner.
  • the container has a length of 4 to 15 m, preferably 5 to 14 m and in particular 6 to 13 m.
  • the container has a width of 1, 5 to 5 m, preferably 2 to 4 m and in particular 2 to 3 m.
  • the container has a height of 1, 5 to 5 m, preferably 2 to 4 m and in particular 2 to 3 m.
  • the plant according to the invention further comprises at least one, preferably one, feed for the wastewater to be treated to the container.
  • the inlet is arranged in the front wall of the container. Preferably, it is arranged centrally. Preferably, the inlet comprises a tube which is connected in a water-tight and gas-tight manner to the front wall.
  • the fluid and gas-tight connection can be made here and below in a conventional manner, for example by means of welds, adhesive layers, bolted flanges, clamps, plug connections and / or threads.
  • the tube may protrude a certain distance into the first reaction space or terminate flush with the inside of the front wall. If it protrudes into the first reaction space, it can contain openings on its underside, through which organic and inorganic solids can settle.
  • the inlet is arranged in the upper region of the front wall. In this case, it is arranged higher than the at least one drain for the treated effluents in the rear wall of the container.
  • the inlet is arranged lower than the at least one outlet for the purified effluents in the rear wall of the container.
  • care must be taken to adjust the conditions required for the flow through the system.
  • the example of a suitable measure that fulfills this purpose is the supply of organically polluted wastewater from an upstream vessel whose fluid level is higher than that of the plant according to the invention.
  • the system according to the invention comprises at least one, preferably a drain for the purified effluents from the container, which is arranged in the upper region of the rear wall. Preferably, it is arranged there in the middle.
  • the process also includes a tube that is water and gas tight with the inside of the back wall connected is. It is particularly preferred that the tube does not protrude into the last reaction space.
  • the plant according to the invention comprises a plurality, preferably at least three, preferably at least four and in particular at least five reaction spaces.
  • the reaction chambers are formed by partitions, which are also referred to by experts as "baffles".
  • the distances of the partitions from each other may be the same or different.
  • the distance of the first partition seen in the flow direction of the front wall may be equal to or different from the distances between the other partitions.
  • the distance of the last seen in the direction of flow last partition wall of the rear wall may be equal to or different from the other distances.
  • all distances are the same size, except for the distance of the first partition in the direction of flow from the front wall, so that the first reaction space has a larger volume than the other reaction spaces.
  • the distances depend primarily on the function of the reaction chambers, in particular whether they are within a space of the container, which serves as Biogassammeiraum, and after the hydraulic load on the respective partitions.
  • this is at least fluid-tight with the bottom and the side walls, but preferably fluid-tight and gas-tight, connected.
  • the fluid and gas tight connection can be made by means of conventional and known devices, such as e.g. Welds or adhesive layers are accomplished.
  • the partition wall of the first preferred embodiment has in its upper region at least one of the flow devices described below for fluidly connecting a reaction space with one of the devices described below for introducing the fluids in the lower region of the next reaction space seen in the overall flow direction.
  • the at least one fluidic connection flow device is lower than the at least one Drain arranged for the purified wastewater in the rear wall and is located in operation of the system according to the invention below the fluid level in the container.
  • the second preferred embodiment of a partition wall also comprises at least one of the flow devices described below for fluidly connecting a reaction space with one of the devices described below for introducing the fluids in the lower region of the next reaction space seen in the total flow direction.
  • this at least one fluidic communication flow device is located lower than the corresponding flow device or the corresponding flow devices of the partition of the first preferred embodiment.
  • the third preferred embodiment of a partition is fluid and gas tight connected to the bottom, the side walls and the ceiling of the container.
  • the partition wall of the third embodiment also has at least one of the below-described devices for fluidly connecting a reaction space to one of the below-described devices for introducing the fluids into the lower area of the next reaction space as viewed in the overall flow direction.
  • this at least one fluidic connection flow device is also arranged lower than the corresponding flow device or the corresponding flow devices of the partition of the first preferred embodiment. Preferably, it is arranged at the same height as the corresponding flow device or the corresponding flow devices of the partition wall of the second preferred embodiment.
  • reaction spaces can be separated from one another by partitions of the same embodiment or by partitions of different embodiments.
  • the selection and the combination of the partitions are to be made so that the flow of fluids through the plant according to the invention remains under the sole effect of the gravitational attraction and / or the pressure of the biogas produced by the effluents.
  • a first preferred embodiment of the system according to the invention comprises reaction spaces that are formed solely by partitions of the first preferred embodiment.
  • This first preferred embodiment is of an advantageously simple construction and is used above all when no biogas is to be collected. It is operated under ambient pressure. This means that the gas space above the fluid level is below the ambient pressure.
  • a second preferred embodiment of the system according to the invention comprises at least one reaction space, which is formed by two partitions of the third preferred embodiment. At least one separating wall of the second preferred embodiment may be arranged between these two partitions so that at least one additional reaction space results.
  • a third preferred embodiment of the plant according to the invention comprises a reaction space which is formed by the front side of the container and a partition wall of the third preferred embodiment. At least one separating wall of the second preferred embodiment can be arranged between the front side and the dividing wall, so that at least one additional reaction space also results here.
  • the chamber formed by the partitions of the third preferred embodiment or that of the front side and a partition wall of the third preferred embodiment, or rather the gas space located above the fluids in this chamber, serves as a biogas collecting space. According to its function, the Biogassammeiraum is under a pressure that corresponds to the discharge of biogas> the ambient pressure.
  • Biogassammeiraums at least one Biogassammeivoriques is arranged in the ceiling of the container.
  • the biogas collecting device comprises a conventional and known device which can be temporarily opened to discharge the biogas from the biogas collecting space when the pressure in the biogas collecting space has reached a sufficient level.
  • the pressure can be measured using standard and known pressure gauges.
  • the usual and known device may be a valve that is manually opened and closed, or a valve that opens automatically when a certain counterforce exerted, for example, by a spring or a magnet, is overcome. The device is then closed again or automatically closes again when the pressure in the biogas collection chamber has reached the ambient pressure or approximately the ambient pressure.
  • the partition walls to be used according to the invention contain in their lower area, i. near the bottom of the container, in each case at least one separating device, by means of which a temporary fluid connection between in each case two reaction spaces (R1) and (R2)... (Rn-1) and (Rn) can be produced.
  • n stands for 3 or an integer> 3, preferably 4 and in particular 5.
  • (R1) .... (Rn-1)", “(R2) .... (Rn)” or “(R1) .... (Rn)” indicate the number and Order of the reaction chambers in the flow direction in a system according to the invention, wherein the symbol “." as an abbreviation, for example for the series “(R2), (R3), (R4), (Rn-1)” between “(R1)” and “(Rn)”.
  • This separating device can be any conventional and known type of automatic and / or manually operated valves and / or pipe closures.
  • the height at which the at least one flow device is arranged in a dividing wall depends on whether it is a dividing wall of the first, second or third embodiment, as described above.
  • the flow devices are selected from the group consisting of round, substantially round or quadrangular openings and tubes passed through the partitions with round, substantially round or square, in particular round, cross-section.
  • the respective partitions can each have one opening or at least two openings, which are preferably arranged at the same height. If they each have only one opening, in particular a quadrangular opening, this can extend horizontally over part of the width or the entire width of the respective dividing wall so that a flow-through device results in the shape of a slot.
  • such a flow device is used in combination with a device described below for introducing the fluids into the next reaction space, which is formed by a baffle.
  • the flow devices are particularly preferably tubes which are passed through the partitions.
  • the partitions can each have a pipe or at least two, preferably at least three and in particular at least four tubes, which are preferably arranged at the same height, have.
  • the tubes offer the advantage that they can be used in combination with a device described below for introducing the fluids into the next reaction space, which is formed by a baffle or a downpipe.
  • the device for introducing the fluids into the next reaction space is a vertical, i. parallel to the partitions and the side walls, extending device in the next reaction space (R2) .... (Rn), which has a lower fluid outlet opening and an upper gas outlet opening.
  • the device for introducing the fluids may be a downcomer, which is preferably fluidly connected to the tubular flow device.
  • the drop tube is T-shaped fluidly connected to the rohrformigen flow device.
  • the downpipe has a round cross-section.
  • the lower fluid outlet opening of the downpipe can be chamfered such that the side of the fluid outlet opening facing the partition wall extends closer to the bottom.
  • the device for introducing the fluids can also be formed by a vertical baffle wall connected at least to the side walls and the rear side of a partition wall, so that a baffle space results
  • At least one water-tight and gas-tight closable operating opening or manhole are located in the ceiling of the container at least one water-tight and gas-tight closable operating opening or manhole.
  • so many operating openings are arranged in the ceiling such that at least one reaction space (R1)... (Rn), preferably two reaction spaces, becomes accessible through an opened operating opening. Because of the operating openings, the interior of the container can be easily and advantageously inspected, maintained and cleaned.
  • a further preferred embodiment of the system according to the invention comprises at least one device through which the fluids are passed from at least one reaction space (Rn) into at least one reaction space (Rn-1) located in front of it in the direction of flow and / or behind the reaction space (Rn + 1) can.
  • Yet another preferred embodiment of the system according to the invention contains before the expiration still at least one conventional and known device for aerobic aftertreatment, by which the effluent in the operation of the system of the invention from the last reaction chamber (Rn) purified wastewater are additionally cleaned.
  • Suitable devices for aerobic aftertreatment are activated floating filters, fixed bed filters and disc immersion bodies.
  • the components of the system according to the invention described above can be constructed from a wide variety of materials. It is essential that the materials are mechanically stable in the long term, resistant to hydrolysis and are not attacked under extreme climatic conditions, as they prevail in the tropics or deserts.
  • the materials are selected from the group consisting of metals, preferably steel or stainless steel, plastics, glass fiber reinforced carbons, and carbon fiber reinforced plastics and composites thereof.
  • the materials are selected such that the system according to the invention has the lowest possible weight and can be produced as economically as possible.
  • the selection of the material for a specific component depends in particular on its function, the load to which it is exposed, and the number in which it is present in the system according to the invention, as well as the price of the material.
  • low-priced engineering plastics such as polyethylene or PVC.
  • the surface of the components is smooth to prevent the undesirable settling of organic and inorganic solids and microorganisms.
  • the surfaces may also be provided with a hydrophobic coating, for example a coating of water-repellent thermoplastic or thermosetting plastics or one of a be thermally and / or actinic radiation curable lacquer, in particular multi-component lacquer, produced coating.
  • the system according to the invention can be manufactured in a simple and cost-effective manner from prefabricated standardized components. Due to its compact and robust design, it can be easily transported and operated in the most diverse places even under extreme conditions. It can be easily inspected, maintained and cleaned. In particular, settled sludge can be easily removed from organic and inorganic solids and microorganisms. If necessary, the system according to the invention can be taken apart in a simple manner and reassembled.
  • the fluids can be meandered through the system according to the invention.
  • This achieves in particular that the effluents to be treated counterflow the settling microorganisms, resulting in an advantageously long contact time between the microorganisms and the degradable organic constituents of the effluents.
  • the system according to the invention is outstandingly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the process according to the invention serves for the anaerobic treatment of organically contaminated wastewaters, in particular of effluents heavily polluted with faeces.
  • the polluted effluents are led descending and ascending under the sole effect of gravity and / or the pressure of the biogas produced by the effluents in the horizontal total flow direction through a system comprising a plurality of arranged in the flow direction successively arranged and fluidly interconnected reaction spaces.
  • the treatment of the effluents ie the degradation of the organic impurities, in particular the faeces, preferably takes place solely by the microorganisms already present in the wastewaters.
  • one of the above-described systems according to the invention is used for carrying out the method according to the invention.
  • the throughput of the wastewater through the system according to the invention, the average residence time in the system and the flow rate depend in the method according to the invention in particular on the degree of pollution of the wastewater, their temperature, the size of the plant and the effectiveness of the existing microorganisms.
  • the throughput is preferably from 0.25 to 2.5 l / h, preferably from 1.0 to 2.0 l / h and in particular from 1.0 to 1.5 l / h.
  • the average residence time is preferably 1.5 to 30 h, preferably 10 to 20 h and in particular 15 to 17 h.
  • the process according to the invention can be carried out continuously or batchwise.
  • the settled sludge is removed.
  • FIGS. Figures 1 to 5 are schematic representations intended to illustrate the principle of the invention.
  • the size ratios must therefore not correspond to the size ratios used in practice.
  • FIG. 1 shows the system according to the invention in a first preferred embodiment in longitudinal section.
  • FIG. 2 shows the installation according to the invention in a second preferred embodiment in longitudinal section.
  • FIG. 3 shows the system according to the invention in a third preferred embodiment in longitudinal section.
  • FIG. 4 shows the system according to the invention in a fourth preferred embodiment in longitudinal section.
  • FIG. 5 shows the system according to the invention according to FIG. 1 or 2 in cross-section.
  • Annex (A) according to Figure 1 In the plant (A) according to Figure 1 in the upper region of the front wall (4) of the converted ISO standard shipping container (1) at a height of 2.1 m in the middle of a steel pipe of a diameter of 1 10 mm welded as inlet (2) waterproof and gas-tight, so that it did not protrude into the first reaction chamber (R1).
  • a steel tube with a diameter of 1 10 mm was welded as a drain (3) in the middle of the upper area of the rear wall (6) waterproof and gas-tight, so that it did not protrude into (R5).
  • the steel pipe (3) was located lower than the pipe (2).
  • the four partitions (8.1) of each converted standard ISO shipping container (1) were made of steel. They had a height of 2.41 m and were welded to the steel floor (5) and the side walls. Their upper end (13) was in operation of the Plant (A) above the fluid level (FP), but did not reach the ceiling (7), so that there was a continuous, fluid-free space (12) below the ceiling (7). The fluid-free space (12) was below ambient pressure.
  • the four partitions (8.1) were arranged at the same distance from each other. The distance of the first partition (8.1) to the front wall (4) was greater than the distance of the last partition (8.1) to the rear wall (6) and greater than the distance of the partitions (8.1) from each other.
  • the four partitions (8.1) formed (1) five reaction spaces (R1) to (R5).
  • the feed (2) was assigned to the reaction space (R1) and the outlet (3) to the reaction space (R5).
  • each tube (9) was T-shaped over a 17 cm long piece of pipe with a downpipe (10) made of PVC a length of 1, 53 m and a diameter of 1 10 cm connected.
  • the downpipe (10) had an upper gas outlet opening (10.2), which was located above the fluid level (FP).
  • the under discharge opening (10.1) of the downpipe (10) was chamfered to facilitate the outflow of the fluids.
  • each partition (8.1) was a separation device (1 1). This comprised a pipe section of 1 10 mm in diameter, a pipe bend of 1 10 mm in diameter and a vertical pipe of 1 10 mm in diameter and 2 m in length, so that it exceeded the fluid level.
  • the separator was closed during operation of the system (A). When emptying or filling the system (A) it was opened to compensate for the different hydraulic pressure in the individual reaction chambers (R1) to (R5). In operation, the polluted effluents, as symbolized by the arrows (14), led to the plant (A) meandering through (R1) to (R5), after which the purified wastewater was discharged.
  • FIG. 5 shows a front view of a dividing wall (8.1), as in the following Annexes (A) according to FIGS. 2 to 4, or a dividing wall (8.2), as described in Annexes (A) according to FIGS and 4 were used.
  • the partition (8.1) or (8.2) were welded to the side walls (13) and the bottom (5). In its upper part, it had five of the flow devices (9) described above arranged at the same height (H). In the lower part of a central separator (1 1) was arranged.
  • the system (A) according to Figure 2 had a comparable arrangement of the components, except that behind each partition (8.1) a vertical partition wall (10.3) was arranged made of steel.
  • the partition (10.3) had a height of 1, 8 m. It was welded to the two side walls (13). Together with the partition wall (8.1), it formed a drop-down space (10.4).
  • the dividing wall (10.3) projected beyond the fluid level (FP), so that the upper gas outlet opening (10.2) was above the fluid level (FP).
  • the lower fluid outlet opening (10.1) was arranged at a distance from the bottom (5).
  • the dividing wall (8.3) like the dividing wall (8.1) or (8.2) (see FIG. 5), had a separating device (11) and five tubes (9) arranged at the same height (H), each having a downpipe (10) were connected (see Figure 5), on. But there were the pipes (9) arranged lower than the partition wall (8.1). (R2) was separated from (R3) by a partition (8.2). This corresponded to a partition (8.1), except that the 5 arranged at the same height (H) and T-shaped with one drop tube (10) connected tubes (9) at the same height (H) as in the partitions (8.3) were arranged , (R3) was separated from (R4) by another partition (8.3).
  • a chamber (1.1) with a gas space (12.1) under a Biogassammeivoriques (15) resulted.
  • a fluid level (FPG) set in the chamber (1.1).
  • a fluid level (FP) equilibrated with the ambient pressure. The fluid level (FP) was gradually lowered back to the fluid level (FPG) by the newly developing biogas.
  • (R4) was separated from (R5) by a partition wall (8.1) with associated drop tube (10), so that above (R4) and (R5) a gas space (12) and a fluid level (FP) resulted in equilibrium with the ambient pressure ,
  • the inlet (2) was arranged significantly lower than the outlet (3) and somewhat lower than the tube (9) of the dividing wall (8.2) with associated downpipe (10) between (R1) and ( R2).
  • (R2) and (R3) were separated by a partition (8.3) with associated downpipes (10).
  • the biogas pressure in the respective gas space (12.1) of the respective chamber (1.1) was added in the systems (A) of FIGS. 3 and 4.
  • the majority of the sedimentable organic and inorganic solids of the waste water settled in (R1) and formed a sludge which after a certain period of operation was removed by aspiration through the manhole assigned to (R1).
  • the organic constituents were further degraded by the microorganisms already present in the waste waters.
  • the effluents to be treated flowed against the sedimenting organic and inorganic solids and microorganisms, whereby the degradation of the polluting organic components of the wastewater was accelerated in an advantageous manner.
  • the systems (A) according to Figures 1 to 4 were compact, robust, transportable and stable against corrosion, so that they had a particularly long service life even under extreme climatic conditions. In particular, they could be operated with low energy consumption without pumps and without peripheral measurement and control technology.

Abstract

Anlage (A) gemäß Figur 1 zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer, durch die die Abwässer absteigend und aufsteigend unter alleiniger Einwirkung der Erdanziehung und/oder des Drucks des von den Abwässern produzierten Biogases in horizontaler Gesamtdurchflussrichtung (16) hindurch leitbar sind, umfassend einen Behälter (1) mit einer Vorderwand (4), einem Boden (5), einer Rückwand (6), einer Decke (7) und zwei Seitenwänden (13), einem Zulauf (2), einem Ablauf (3) sowie in Durchflussrichtung gesehen hintereinander angeordneten und fluidmäßig miteinander verbundenen Reaktionsräumen, die von mit dem Boden (5) und den Seitenwänden (16) zumindest fluiddicht verbundenen vertikalen Trennwänden (8.1) gebildet werden, wobei die Trennwände (8.1) im oberen Bereich Durchflussvorrichtungen (9), die mit dem vorangehenden Reaktionsraum und mit einer vertikal verlaufenden Vorrichtung (10) mit einer Fluidaustrittsöffnung (10.1) und einer Gasaustrittsöffnung (10.2) im nächsten Reaktionsraum verbunden sind, sowie im unteren Bereich mindestens eine Trennvorrichtung (11), durch die eine fluidmäßige Verbindung zwischen jeweils zwei Reaktionsräumen herstellbar ist, aufweisen.

Description

Anlage und Verfahren zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Anlage zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer.
Stand der Technik
Bei biologischen Verfahren zur Reinigung organisch belasteter Abwässer unterscheidet man im Allgemeinen zwischen aeroben und anaeroben Verfahren, je nachdem ob die zum Einsatz kommenden Mikroorganismen zur Aufrechterhaltung ihres eigenen mikrobiellen Abbauprozesses Sauerstoff benötigen oder nicht. In kommunalen Kläranlagen kommen überwiegend aerobe Verfahren zum Einsatz. Anaerobe Verfahren haben sich vor allem in den Fällen durchgesetzt, bei denen organisch hoch belastete Abwässer anfallen.
Der anaerobe Abbau zu Methan und Kohlendioxid findet in der Natur als Endabbau organischer Substanzen in Sedimenten von Seen und Flüssen statt. Die wesentlichen Schritte des Abbaus sind. die Spaltung von Polymeren in lösliche niedermolekulare Bestandteile durch den Prozess der Hydrolyse;
- die Bildung von niederen Fettsäuren, Alkoholen, Kohlendioxid und Wasserstoff in der so genannten acidogenen Phase;
die Bildung von Acetat, Kohlendioxid und Wasserstoff in der so genannten acetogenen Phase;
die Bildung von Methan und Kohlendioxid.
Voraussetzung für den vollständigen Abbau ist, dass für die jeweils beteiligten Mikroorganismen gute Bedingungen vorliegen, so dass sich keine Zwischenprodukte, wie z.B. längerkettige Fettsäuren, anhäufen können. Besonders wichtig ist, dass für die nur langsam wachsenden Methan bildenden Bakterien zum einen ein neutraler pH-Wert und zum anderen eine gleich bleibende Temperatur von etwa 32°C eingehalten werden. Außerdem sollte das Redoxpotential der organisch belasteten Abwässer < 200 mV sein. Mobile Anlagen zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer sind bekannt.
So ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 197 42 734 A1 eine Anlage zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer bekannt, die in einen modifizierten Container in einfacher Weise eingebracht und auf z.B. auf einem Lastwagen transportiert werden kann. Die Anlage umfasst einen Behälter, einen Zulauf in den Behälter und einen Ablauf aus dem Behälter sowie eine Regeleinrichtungen zur Steuerung des Durchflusses des Abwasserstroms. Der Behälter ist in mehrere Reaktionsräume unterteilt, die durch in den Behälter eingebrachte Trennwände (englisch: "Baffles") gebildet werden. Die Trennwände sind derart gestaltet, dass von einem Reaktionsraum zum anderen ein Durchfluss des Abwasserstroms entsteht. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass die Trennwände wechselweise an der Wandung beziehungsweise am Boden oder an der Decke des Behälters angebracht sind, wobei das eine freie Ende der Trennwände, das der jeweiligen Befestigung gegenüber liegt, im Abstand von der Wandung angeordnet ist, so dass die benachbarten Reaktionsräume fluidmäßig miteinander verbunden sind und der durch die Zufuhrleitung zugeführte Abwasserstrom vorzugsweise mäanderförmig durch den Behälter geführt wird. In der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform werden die Abwässer in den oberen Bereich des Behälters geleitet und werden von der ersten Trennwand nach unten abgelenkt, fließen unter dem Ende der ersten Trennwand hindurch, steigen in dem zweiten Reaktionsraum nach oben, fließen über das obere Ende der zweiten Trennwand, werden von der dritten Trennwand wieder nach unten gelenkt, fließen unter dem Ende der dritten Trennwand hindurch etc.
Außerdem sind die einzelnen Reaktionsräume durch ein System von einzelnen je nach Bedarf über weitere Regeleinrichtungen abschaltbare Leitungen miteinander verbunden, so dass ein Fluidkreislauf von einem Reaktionsraum zu einem beliebigen davorliegenden Reaktionsraum möglich ist.
Diese bekannte Anlage ist vor allem für die industrielle Anwendung vorgesehen und erfordert eine aufwändige Versorgungstechnik und Regeltechnik. Außerdem sind leistungsfähige Pumpen notwendig, um den Durchfluss des Abwasserstroms zu erzwingen. Aus dem amerikanischen Patent US 6,673,242 B2 ist eine Anlage zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer bekannt, die ebenfalls einen Behälter, einen Zulauf in den Behälter und einen Ablauf aus dem Behälter umfasst. Der Behälter ist gleichfalls durch Trennwände in mehrere Reaktionsräume unterteilt.
Im Unterschied zu der Anlage der deutschen Patentanmeldung werden die Abwässer dem Behälter im unteren Bereich des ersten Reaktionsraums zugeführt. Sie werden durch die erste Trennwand nach oben geführt und fließen über das obere Ende der ersten Trennwand hinweg. Danach werden sie werden von der zweiten Trennwand nach unten gelenkt und fließen um das untere Ende der zweiten Trennwand in den dritten Reaktionsraum, wo sie durch die dritte Trennwand nach oben geführt werden und über das obere Ende der dritten Trennwand in den vierten Reaktionsraum fließen, so dass insgesamt ein mäanderförmiger Durchfluss resultiert. Auch diese bekannte Anlage benötigt leistungsfähige Pumpen und eine aufwändige Mess- und Regeltechnik. Ob diese Anlage transportfähig ist, wird in dem amerikanischen Patent nicht angegeben.
Anlagen der in der deutschen Patentanmeldung DE 197 42 734 A1 und dem amerikanischen Patent US 6,673,242 B2 beschriebenen Art werden von der Fachwelt auch als "Anaerobic Baffled Reactor(s)", kurz "ABR", genannt.
Aus den amerikanischen Patent US 7,288,192 B2 gehen Standard-Schiffsfrachtcontainer hervor, die im Inneren wasserdicht abgedichtet sind, so dass sie als septische Tanks oder als aerobe Biofilter oder Sickerwasserfilter verwendet werden können. Der Einbau von Anlagen zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer ist nicht vorgesehen.
In Entwicklungsländern besteht häufig das Problem, dass auf dem Lande und in den Städten keine zentralen Kläranlagen zur Reinigung organisch hoch belasteter Abwässer, insbesondere Toilettenabwässer, zur Verfügung stehen. Deswegen sind unter den dort vorherrschenden Bedingungen die sanitären Bedingungen häufig schlecht. Hier könnten zwar transportfähige mobile ABR eine Problemlösung bieten. Indes können die bekannten, technisch aufwändigen, mobilen ABR häufig nicht finanziert werden und, sofern sie finanziert werden können, können sie häufig wegen mangelhafter Energieversorgung nicht dauerhaft betrieben werden. Im Falle von Naturkatastrophen, Bürgerkriegen, Flüchtlingsströmen etc. verschärfen sich diese finanziellen, technischen und sanitären Probleme noch weiter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, neue Anlagen zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufweisen, sondern die in einfacher Weise kostengünstig herzustellen, kompakt, robust, transportfähig und mobil sind und vor Allem mit geringem, im Idealfall ohne, Energieaufwand und ohne Pumpen und aufwändige periphere Mess- und Regeltechnik betrieben werden können.
Außerdem war es die Aufgabe der vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer bereitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufweist, sondern das mit minimalem Aufwand an Energie und Mess- und Regeltechnik ohne den Zusatz von Mikroorganismen und Zusatzstoffen an beliebigen Standorten durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Demgemäß wurde die neue Anlage (A) zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer, durch die die Abwässer absteigend und aufsteigend unter alleiniger Einwirkung der Erdanziehung und/oder des Drucks des von den Abwässern produzierbaren Biogases in horizontaler Gesamtdurchflussrichtung (16) hindurch leitbar sind, gefunden, umfassend die folgenden Bauteile: einen Behälter (1 ) mit einer Vorderwand (4), einem Boden (5), einer Rückwand (6), einer Decke (7) und zwei Seitenwänden (13), - an der Vorderwand (4) mindestens einen Zulauf (2) zu dem Behälter (1 ), an der Rückwand (6) mindestens einen Ablauf (3) aus dem Behälter (1 ) sowie mehrere in Durchflussrichtung gesehen hintereinander angeordnete und fluidmäßig miteinander verbundene Reaktionsräume (R1 ) .... (Rn-1 ), (Rn), die von mit dem Boden (5) und den Seitenwänden (16) zumindest fluiddicht verbundenen vertikalen Trennwänden (8.1 ) und/oder (8.2) und/oder von mit dem Boden (5), den Seitenwänden (16) und der Decke (7) fluid- und gasdicht verbundenen Trennwänden (8.3) gebildet sind, wobei die Trennwände (8.1 ), (8.2) und (8.3) - in ihrem oberen Bereich mindestens eine Vorrichtung (9) aufweisen, die fluidmäßig mit dem in Durchflussrichtung gesehen vorangehenden Reaktionsraum (R1 ) .... (Rn-1 ) und
fluidmäßig mit einer vertikal verlaufenden Vorrichtung (10) verbunden ist, die im jeweils nächsten Reaktionsraum (R2) .... (Rn) angeordnet ist und eine untere Fluidaustrittsöffnung (10.1 ) und eine obere Gasaustrittsöffnung (10.2) hat, sowie in ihrem unteren Bereich mindestens eine Trennvorrichtung (1 1 ), durch die eine zeitweise fluidmäßige Verbindung zwischen jeweils zwei
Reaktionsräumen (R1 ) und (R2) .... (Rn-1 ) und (Rn) herstellbar ist, aufweisen.
Im Folgenden wird die neue Anlage (A) zur Behandlung organisch belasteter Abwässer als »erfindungsgemäße Anlage« bezeichnet.
Außerdem wurde das neue Verfahren zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwässer absteigend und aufsteigend unter alleiniger Einwirkung der Erdanziehung und/oder des Drucks des von den Abwässern produzierten Biogases in horizontaler Gesamtdurchflussrichtung durch eine Anlage, umfassend mehrere in Durchflussrichtung gesehen hintereinander angeordnete und fluidmäßig miteinander verbundene Reaktionsräume hindurch geleitet werden.
Im Folgenden wird das neue Verfahren zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer als »erfindungsgemäßes Verfahren« bezeichnet. Vorteile der Erfindung
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde lag, mithilfe der erfindungsgemäßen Anlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst werden konnte.
Insbesondere war es überraschend, dass die erfindungsgemäße Anlage die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufwies, sondern in einfacher Weise kostengünstig hergestellt werden konnte, kompakt, robust, transportfähig und mobil war und vor Allem mit geringem, im Idealfall ohne, Energieaufwand und ohne Pumpen und aufwändige periphere Mess- und Regeltechnik betrieben werden konnte.
Außerdem war es überraschend, dass das erfindungsgemäße Verfahren die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufwies, sondern mit minimalem Aufwand an Energie und Mess- und Regeltechnik ohne den Zusatz von Mikroorganismen und Zusatzstoffen an beliebigen Standorten auch unter klimatisch extremen Bedingungen durchgeführt werden konnte. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Anlage ist konstruktiv so ausgelegt, dass organisch belastete Abwässer unter alleiniger Einwirkung der Erdanziehung und/oder des Drucks des von den Abwässern produzierten Biogases absteigend und aufsteigend, d.h. mäanderförmig, in horizontaler Gesamtdurchflussrichtung durch die erfindungsgemäße Anlage hindurch geleitet werden können.
Diese funktionalen Merkmale sind zugleich strukturelle Merkmale der erfindungsgemäßen Anlage, da deren nachstehend beschriebenen Bauteile stets derart zusammengefügt werden müssen, dass keine zusätzliche Energie von außen aufgewandt werden muss, um den zweckgemäßen Betrieb zu gewährleisten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff »Fluid« die organisch belasteten sowie die gereinigten Abwässer. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff »fluidmäßige Verbindung«, dass die einzelnen Reaktionsräume der erfindungsgemäßen Anlage derart miteinander verbunden sind oder zeitweise verbunden werden können, dass die Fluide von einem Reaktionsraum zum anderen fließen können.
Die erfindungsgemäße Anlage umfasst einen Behälter mit einer Vorderwand, einem Boden, einer Rückwand, einer Decke sowie zwei Seitenwänden.
Vorzugsweise sind Vorderwand, Boden, Rückwand, Decke und Seitenwände planar. Bevorzugt weisen sie einen quadratischen oder rechteckigen Grundriss auf.
Sie können sie auf ihrer Außenseite Strukturen und/oder Vorrichtungen aufweisen, die die mechanische Stabilität und die Statik des Behälters verbessern. Beispiele geeigneter Strukturen dieser Art sind vertikal verlaufende Strukturen, bei denen sich, im Querschnitt gesehen, Vertiefungen und Erhebungen abwechseln. Die Vertiefungen können abgerundet wellenförmig, sägezahnartig oder eckig sein. Beispiele geeigneter Vorrichtungen, die die mechanische Stabilität und die Statik des Behälters verbessern, sind horizontal, vertikal und/oder diagonal verlaufende Streben, die auf der Außenseite des Behälters angebracht werden können.
Erfindungsgemäß besonders gut geeignete Behälter können daher problemlos dem in ihnen herrschenden hydrostatischen Druck auf Dauer widerstehen.
Vorzugsweise ist der Behälter würfelförmig oder quaderförmig, insbesondere quaderförmig. Deswegen kann der erfindungsgemäße besonders gut geeignete Behälter leicht transportiert und gelagert werden. Außerdem können im Bedarfsfall mehrere Behälter übereinander gestapelt werden. Zu diesem Zweck können die Behälter auf ihrer Außenseite geeignete Befestigungsvorrichtungen aufweisen. Die Wände des Behälters können aus den unterschiedlichsten Materialien aufgebaut sein. Voraussetzung für die Auswahl der Materialien ist, dass sie auf Dauer mechanisch stabil, gegen Hydrolyse stabil und auch unter extremen Klimabedingungen, wie sie in den Tropen oder in Wüsten herrschen, nicht angegriffen werden. Vorzugsweise werden die Materialien aus der Gruppe, bestehend aus Metallen, bevorzugt Stahl oder Edelstahl, Kunststoffen, glasfaserverstärkten Kohlenstoffen und kohlefaserverstärkten Kunststoffen sowie Verbunden hiervon, ausgewählt. Insbesondere wird Stahl oder Edelstahl verwendet.
Erfindungsgemäß besonders gut geeignete Behälter sind wasser- und gasdicht. Vorzugsweise sind die Behälter im Inneren abgedichtet. Bevorzugt sind die Abdichtungen planar und haben eine glatte Oberfläche, so dass sich nicht organische und anorganische Feststoffe und Mikroorganismen an den Innenwänden des Behälters festsetzen.
Zur Abdichtung können die üblichen und bekannten Dichtungsmaterialien verwendet werden. Voraussetzung ist, dass die Dichtungsmaterialien von den Abwässern und den darin enthaltenen Stoffen und Mikroorganismen nicht angegriffen werden. Besonders gut geeignete Dichtungsmaterialien enthalten Kunststoffe, insbesondere Epoxidharze, Polyurethanschäume, Polyolefinfolien und Kombinationen hiervon, oder sie bestehen hieraus. Es können aber auch gehärtete Mehrkomponentenlacke verwendet werden.
Der Behälter kann die unterschiedlichsten Abmessungen haben, so dass er hervorragend an die Erfordernisse des Einzelfalls, insbesondere die Menge des zu behandelnden Abwassers und die räumlichen Gegebenheiten, angepasst werden kann. Bevorzugt beruht der Behälter auf einem ISO-Container, besonders bevorzugt auf einem Schiffsfrachtcontainer, insbesondere auf einem 8", 16", 20" oder 40" ISO- Schiffsfrachtcontainer, der in geeigneter Weise umgebaut wird.
Vorzugsweise hat der Behälter eine Länge von 4 bis 15 m, bevorzugt 5 bis 14 m und insbesondere 6 bis 13 m.
Vorzugsweise hat der Behälter eine Breite von 1 ,5 bis 5 m, bevorzugt 2 bis 4 m und insbesondere 2 bis 3 m. Vorzugsweise hat der Behälter eine Höhe von 1 ,5 bis 5 m, bevorzugt 2 bis 4 m und insbesondere 2 bis 3 m.
Geeignete Maßnahmen zum Abdichten von Schiffsfrachtcontainern sowie besonders vorteilhafte wasser- und gasdichte, mechanisch und statisch stabile, umgebaute Schiffsfrachtcontainer sind aus dem amerikanischen Patent US 7,288,192 B2, Spalte 1 , Zeile 4, bis Spalte 3, Zeile 5, und Spalte 3, Zeile 58, bis Spalte 6, Zeile 60, in Verbindung mit den Figuren 1 bis 8, bekannt.
Die erfindungsgemäße Anlage umfasst des Weiteren mindestens einen, vorzugsweise einen, Zulauf für die zu behandelnden Abwässer zu dem Behälter.
Der Zulauf ist in der Vorderwand des Behälters angeordnet. Vorzugsweise ist er mittig angeordnet. Bevorzugt umfasst der Zulauf ein Rohr, das wasser- und gasdicht mit der Vorderwand verbunden ist.
Die fluid- und gasdichte Verbindung kann hier und im Folgenden in üblicher und bekannter Weise, beispielsweise mithilfe von Schweißnähten, Klebschichten, verschraubten Flanschen, Klemmen, Steckverbindungen und/oder Gewinden erfolgen. Das Rohr kann eine gewisse Strecke in den ersten Reaktionsraum hineinragen oder bündig an der Innenseite der Vorderwand enden. Ragt es in den ersten Reaktionsraum hinein, kann es an seiner Unterseite Öffnungen enthalten, durch die sich organische und anorganische Festkörper absetzen können. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der Zulauf im oberen Bereich der Vorderwand angeordnet. In diesem Fall ist er höher angeordnet als der mindestens eine Ablauf für die gereinigten Abwässer in der Rückwand des Behälters.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der Zulauf niedriger angeordnet als der mindestens eine Ablauf für die gereinigten Abwässer in der Rückwand des Behälters. Bei dieser Ausführungsform ist dafür Sorge zu tragen, dass sich die für den Durchfluss durch die Anlage erforderlichen Bedingungen einstellen. Das Beispiel einer geeigneten Maßnahme, die diesen Zweck erfüllt, ist die Zuleitung der organisch belasteten Abwässer aus einem vorgeschalteten Gefäß, dessen Fluidpegel höher liegt als das der erfindungsgemäßen Anlage.
Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Anlage mindestens einen, vorzugsweise einen Ablauf für die gereinigten Abwässer aus dem Behälter, der im oberen Bereich der Rückwand angeordnet ist. Vorzugsweise ist er dort mittig angeordnet. Bevorzugt umfasst der Ablauf ebenfalls ein Rohr, das wasser- und gasdicht mit der Innenseite der Rückwand verbunden ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass das Rohr nicht in den letzten Reaktionsraum hineinragt.
Die erfindungsgemäße Anlage umfasst mehrere, vorzugsweise mindestens drei, bevorzugt mindestens vier und insbesondere mindestens fünf Reaktionsräume.
Die Reaktionsräume werden von Trennwänden, die von der Fachwelt auch als »baffles« bezeichnet werden, gebildet. Die Abstände der Trennwände voneinander können gleich oder verschieden sein. Ebenso kann der Abstand der in Durchflussrichtung gesehen ersten Trennwand von der Vorderwand gleich oder verschieden von den Abständen zwischen den übrigen Trennwänden sein. Desgleichen kann der Abstand der in Durchflussrichtung gesehen letzten Trennwand von der Rückwand gleich oder verschieden von den übrigen Abständen sein. Bevorzugt sind alle Abstände gleich groß, bis auf den Abstand der in Durchflussrichtung gesehen ersten Trennwand von der Vorderwand, so dass der erste Reaktionsraum ein größeres Volumen als die übrigen Reaktionsräume hat.
Die Abstände richten sich vor allem nach der Funktion der Reaktionsräume, insbesondere danach, ob sie innerhalb eines Raumes des Behälters liegen, der als Biogassammeiraum dient, sowie nach der hydraulischen Belastung der jeweiligen Trennwände.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform einer Trennwand ist diese mit dem Boden und den Seitenwänden zumindest fluiddicht, vorzugsweise aber fluid- und gasdicht, verbunden.
Hier und im Folgenden kann die fluid- und gasdichte Verbindung mithilfe üblicher und bekannter Vorrichtungen, wie z.B. Schweißnähte oder Klebschichten bewerkstelligt werden.
Die Trennwand der ersten bevorzugten Ausführungsform weist in ihrem oberen Bereich mindestens eine der nachstehend beschriebenen Durchflussvorrichtungen zu fluidmäßigen Verbindung eines Reaktionsraums mit einer der nachstehend beschriebenen Vorrichtungen zum Einleiten der Fluide in den unteren Bereich des in Gesamtdurchflussrichtung gesehen nächsten Reaktionsraums auf. Die mindestens eine Durchflussvorrichtung zur fluidmäßigen Verbindung ist niedriger als der mindestens eine Ablauf für die gereinigten Abwässer in der Rückwand angeordnet und befindet sich bei Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage unterhalb des Fluidpegels im Behälter.
Die zweite bevorzugte Ausführungsform einer Trennwand weist ebenfalls mindestens eine der nachstehend beschriebenen Durchflussvorrichtungen zur fluidmäßigen Verbindung eines Reaktionsraums mit einer der nachstehend beschriebenen Vorrichtungen zum Einleiten der Fluide in den unteren Bereich des in Gesamtdurchflussrichtung gesehen nächsten Reaktionsraums auf. Indessen ist diese mindestens eine Durchflussvorrichtung zur fluidmäßigen Verbindung niedriger angeordnet als die entsprechende Durchflussvorrichtung oder die entsprechenden Durchflussvorrichtungen der Trennwand der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Die dritte bevorzugte Ausführungsform einer Trennwand ist fluid- und gasdicht mit dem Boden, den Seitenwänden und der Decke des Behälters verbunden. Die Trennwand der dritten Ausführungsform weist ebenfalls mindestens eine der nachstehend beschriebenen Vorrichtungen zu fluidmäßigen Verbindung eines Reaktionsraums mit einer der nachstehend beschriebenen Vorrichtungen zum Einleiten der Fluide in den unteren Bereich des in Gesamtdurchflussrichtung gesehen nächsten Reaktionsraums auf. Indessen ist diese mindestens eine Durchflussvorrichtung zur fluidmäßigen Verbindung ebenfalls niedriger angeordnet als die entsprechende Durchflussvorrichtung oder die entsprechenden Durchflussvorrichtungen der Trennwand der ersten bevorzugten Ausführungsform. Vorzugsweise ist sie auf gleicher Höhe wie die entsprechende Durchflussvorrichtung oder die entsprechenden Durchflussvorrichtungen der Trennwand der zweiten bevorzugten Ausführungsform angeordnet.
In einer gegebenen erfindungsgemäßen Anlage können die Reaktionsräume durch Trennwände der gleichen Ausführungsform oder durch Trennwände unterschiedlicher Ausführungsformen voneinander getrennt sein. Die Auswahl und die Kombination der Trennwände sind so zu treffen, dass der Durchfluss der Fluide durch die erfindungsgemäße Anlage unter alleiniger Einwirkung der Erdanziehung und/oder des Drucks des von den Abwässern produzierten Biogases gewährleistet bleibt.
Es ist somit ein ganz besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage, dass sie durch geschickte Auswahl und Kombination der Trennwände in den unterschiedlichsten Ausführungsformen vorliegen kann, so dass sie hervorragend an die unterschiedlichsten Bedingungen und Bedürfnisse angepasst werden kann. So umfasst eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage Reaktionsräume, die alleine durch Trennwände der ersten bevorzugten Ausführungsform gebildet werden. Diese erste bevorzugte Ausführungsform ist von einer vorteilhaft einfachen Konstruktion und wird vor Allem dann eingesetzt, wenn kein Biogas gesammelt werden soll. Sie wird unter Umgebungsdruck betrieben. Dies bedeutet, dass der Gasraum oberhalb des Fluidpegels unter dem Umgebungsdruck steht.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage umfasst zumindest einen Reaktionsraum, der von zwei Trennwänden der dritten bevorzugten Ausführungsform gebildet wird. Zwischen diesen beiden Trennwänden kann noch mindestens eine Trennwand der zweiten bevorzugten Ausführungsform angeordnet sein, so dass mindestens ein zusätzlicher Reaktionsraum resultiert. Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage umfasst einen Reaktionsraum, der von der Vorderseite des Behälters und einer Trennwand der dritten bevorzugten Ausführungsform gebildet wird. Zwischen Vorderseite und Trennwand kann noch mindestens eine Trennwand der zweiten bevorzugten Ausführungsform angeordnet sein, so dass auch hier mindestens ein zusätzlicher Reaktionsraum resultiert.
Die von den Trennwänden der dritten bevorzugten Ausführungsform oder der von der Vorderseite und einer Trennwand der dritten bevorzugten Ausführungsform gebildete Kammer oder vielmehr der Gasraum, der sich über den Fluiden in dieser Kammer befindet, dient als Biogassammeiraum. Seiner Funktion gemäß, steht der Biogassammeiraum unter einem Druck, der bis zum Ablassen des Biogases >der Umgebungsdruck entspricht.
Oberhalb des Biogassammeiraums ist in der Decke des Behälters mindestens eine Biogassammeivorrichtung angeordnet.
Die Biogassammeivorrichtung umfasst eine übliche und bekannte Vorrichtung die zeitweise geöffnet werden kann, um das Biogas aus den Biogassammeiraum abzulassen, wenn der Druck im Biogassammeiraum eine ausreichende Höhe erreicht hat.
Der Druck kann mithilfe üblicher und bekannter Druckmessgeräte gemessen werden. Bei der üblichen und bekannten Vorrichtung kann es sich um ein Ventil, das per Hand geöffnet und geschlossen wird, oder um ein Ventil, das sich automatisch öffnet, wenn eine bestimmte Gegenkraft, die z.B. durch eine Feder oder einen Magneten ausgeübt wird, überwunden wird. Die Vorrichtung wird dann wieder geschlossen oder schließt sich wieder automatisch, wenn der Druck im Biogassammelraum wieder den Umgebungsdruck oder in etwa den Umgebungsdruck erreicht hat.
Als weiteres wesentliches konstruktives Merkmal enthalten die erfindungsgemäß zu verwendenden Trennwände in ihrem unteren Bereich, d.h. nahe dem Boden des Behälters, jeweils mindestens eine Trennvorrichtung, durch die eine zeitweise fluidmäßigen Verbindung zwischen jeweils zwei Reaktionsräumen (R1 ) und (R2) .... (Rn- 1 ) und (Rn) hergestellt werden kann.
Hier und im Folgenden steht n für 3 oder eine ganze Zahl >3, vorzugsweise 4 und insbesondere 5. Hier und im Folgenden bedeuten »(R1 )« und »(R2) erster und zweiter Reaktionsraum hinter dem Zulauf und »(Rn-1 )« und »(Rn)« vorletzter und letzter Reaktionsraum vor dem Ablauf. Somit geben hier und im Folgenden »(R1 ) .... (Rn-1 )«, »(R2) .... (Rn)« oder »(R1 ) .... (Rn)« die Anzahl und die Reihenfolge der Reaktionsräume in Durchflussrichtung in einer erfindungsgemäßen Anlage an, wobei das Symbol »....« als Abkürzung z.B. für die zwischen »(R1 )« und »(Rn)« stehende Reihe »(R2), (R3), (R4), (Rn-1 )« dient.
Bei dieser Trennvorrichtung kann es sich um jede übliche und bekannte Art von automatischen und/oder manuell zu betätigenden Ventilen und/oder Rohrverschlüssen handeln.
Diese Trennvorrichtungen werden geöffnet, wenn die Fluide aus der erfindungsgemäßen Anlage abgelassen werden oder wenn die Anlage mit organisch belasteten Abwässern befüllt wird. In dieser Weise können starke mechanische Belastungen, die von unterschiedlichen Füllgraden in den einzelnen Reaktionsräumen und von Strömungen hervorgerufen werden können, in einfacher Weise vermieden werden. Dadurch brauchen die Trennwänden nicht so stabil ausgeführt und so fest mit dem Behälter verbunden werden, dass sie selbst und die Verbindungen die einwirkenden Kräfte auffangen können. Dies ist ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage, weil eine solche stabile Ausführungsform aus Gründen des Materialverbrauchs, des Aufwands bei dem Zusammenbau und des resultierenden hohen Gewichts der betreffenden nicht erfindungsgemäßen Anlage in hohem Maße unwirtschaftlich wäre. Insbesondere würde das hohe Gewicht der betreffenden nicht erfindungsgemäßen Anlage ihren Transport signifikant erschweren. Ein weiteres wesentliches konstruktives Merkmal der erfindungsgemäß zu verwendenden Trennwände ist mindestens eine Durchflussvorrichtung, die fluidmäßig mit einem in Durchflussrichtung gesehen jeweils vorangehenden Reaktionsraum (R1 ) .... (Rn-1 ) und
- einer nachstehend beschriebenen vertikal verlaufenden Vorrichtung im jeweils nächsten Reaktionsraum (R2) .... (Rn), die eine untere Fluidaustrittsöffnung und eine obere Gasaustrittsöffnung aufweist, verbunden ist.
Die Höhe, in der die mindestens eine Durchflussvorrichtung in einer Trennwand angeordnet ist, richtet sich danach, ob es sich um eine Trennwand der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, handelt. Vorzugsweise werden die Durchflussvorrichtungen aus der Gruppe, bestehend aus runden, im Wesentlichen runden oder viereckigen Öffnungen und durch die Trennwände hindurch geführten Rohren mit rundem, im Wesentlichen runden oder viereckigem, insbesondere rundem, Querschnitt, ausgewählt. Handelt es sich bei den Durchflussvorrichtungen um Öffnungen, können die betreffenden Trennwände jeweils eine Öffnung oder mindestens zwei Öffnungen, die vorzugsweise auf gleicher Höhe angeordnet sind, aufweisen. Weisen sie jeweils nur eine Öffnung, insbesondere eine viereckige Öffnung, auf, kann sich diese horizontal über ein Teil der Breite oder die gesamte Breite der jeweiligen Trennwand erstrecken, so dass eine Durchflussvorrichtung in der Form eines Schlitzes resultiert. Vorzugsweise wird eine solche Durchflussvorrichtung in Kombination mit einer nachstehend beschriebenen Vorrichtung zum Einleiten der Fluide in den nächsten Reaktionsraum, die von einer Tauchwand gebildet wird, verwendet. Besonders bevorzugt handelt sich aber bei den Durchflussvorrichtungen um Rohre, die durch die Trennwände hindurchgeführt werden. Die Trennwände können jeweils ein Rohr oder mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Rohre, die vorzugsweise auf gleicher Höhe angeordnet sind, aufweisen. Die Rohre bieten den Vorteil, dass sie in Kombination mit einer nachstehend beschriebenen Vorrichtung zum Einleiten der Fluide in den nächsten Reaktionsraum, die von einer Tauchwand oder von einem Fallrohr gebildet wird, verwendet werden können.
Die Vorrichtung zum Einleiten der Fluide in den nächsten Reaktionsraum ist eine vertikal, d.h. parallel zu den Trennwänden und den Seitenwänden, verlaufende Vorrichtung im jeweils nächsten Reaktionsraum (R2) .... (Rn), die eine untere Fluidaustrittsöffnung und eine obere Gasaustrittsöffnung aufweist.
Die Vorrichtung zum Einleiten der Fluide kann ein Fallrohr sein, das vorzugsweise mit der rohrformigen Durchflussvorrichtung fluidmäßig verbunden ist. Bevorzugt ist das Fallrohr T- förmig mit der rohrformigen Durchflussvorrichtung fluidmäßig verbunden. Insbesondere hat das Fallrohr einen runden Querschnitt.
Die untere Fluidaustrittsöffnung des Fallrohrs kann derart abgeschrägt sein, dass die der Trennwand zugewandte Seite der Fluidaustrittsöffnung näher an den Boden reicht. Die Vorrichtung zum Einleiten der Fluide kann aber auch von einer vertikalen, zumindest mit den Seitenwänden verbundenen Tauchwand und der Rückseite einer Trennwand gebildet werden, so dass ein Fallraum resultiert
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage befinden sich in der Decke des Behälters mindestens eine wasser- und gasdicht verschließbare Bedienungsöffnung oder ein Mannloch. Vorzugsweise sind in der Decke so viele Bedienungsöffnungen derart angeordnet, dass durch eine geöffnete Bedienungsöffnung mindestens ein Reaktionsraum (R1 ) .... (Rn), vorzugsweise zwei Reaktionsräume, zugänglich wird oder werden. Wegen der Bedienungsöffnungen kann das Innere des Behälters in einfacher und vorteilhafter Weise inspiziert, instand gehalten und gereinigt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage umfasst mindestens eine Vorrichtung, durch die die Fluide aus mindestens einem Reaktionsraum (Rn) in mindestens einen in Durchflussrichtung gesehen davor liegenden Reaktionsraum (Rn-1 ) und/oder dahinter liegenden Reaktionsraum (Rn+1 ) geleitet werden können. Noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäße Anlage enthält vor dem Ablauf noch mindestens eine übliche und bekannte Vorrichtung zur aeroben Nachbehandlung, durch die die im Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage aus dem letzten Reaktionsraum (Rn) abfließenden gereinigten Abwässer zusätzlich gereinigt werden.
Beispiele geeigneter Vorrichtungen zur aeroben Nachbehandlung sind aktivierte Schwebefilter, Festbettfilter und Scheibentauchkörper.
Die vorstehend beschriebenen Bauteile der erfindungsgemäßen Anlage können aus den unterschiedlichsten Materialien aufgebaut sein. Wesentlich ist, dass die Materialien auf Dauer mechanisch stabil, gegen Hydrolyse stabil und auch unter extremen Klimabedingungen, wie sie in den Tropen oder in Wüsten herrschen, nicht angegriffen werden.
Vorzugsweise werden die Materialien aus der Gruppe, bestehend aus Metallen, bevorzugt Stahl oder Edelstahl, Kunststoffen, glasfaserverstärkten Kohlenstoffen und kohlefaserverstärkten Kunststoffen sowie Verbunden hiervon, ausgewählt.
Bevorzugt werden die Materialien derart ausgewählt, dass die erfindungsgemäße Anlage ein möglichst geringes Gewicht aufweist und möglichst wirtschaftlich hergestellt werden kann. Dabei richtet sich die Auswahl des Materials für ein bestimmtes Bauteil insbesondere nach seiner Funktion, der Belastung, der es ausgesetzt ist, und nach der Anzahl, in der es in der erfindungsgemäßen Anlage vorliegt, sowie nach dem Preis des Materials. So wird man z.B. für die Fallrohre und die hiermit verbundenen Durchflussvorrichtungen insbesondere preisgünstige technische Kunststoffe wie Polyethylen oder PVC verwenden.
Bevorzugt ist die Oberfläche der Bauteile glatt, um das unerwünschte Festsetzen von organischen und anorganischen Feststoffen und Mikroorganismen zu verhindern. Zu diesem Zweck und zu Zwecken des Korrosionsschutzes können die Oberflächen auch mit einer hydrophoben Beschichtung, beispielsweise einer Beschichtung aus Wasser abweisenden thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen oder einer aus einem thermisch und/oder mit aktinischer Strahlung härtbaren Lack, insbesondere Mehrkomponentenlack, hergestellten Lackierung, ausgerüstet sein.
Die erfindungsgemäße Anlage kann in einfacher und kostengünstiger Weise aus vorgefertigten standardisierten Bauteilen gefertigt werden. Aufgrund ihrer kompakten und robusten Bauweise kann sie problemlos transportiert und an den unterschiedlichsten Orten auch unter extremen Bedingungen betrieben werden. Sie kann in einfacher Weise inspiziert, gewartet und gereinigt werden. Insbesondere kann abgesetzter Schlamm aus organischen und anorganischen Feststoffen und Mikroorganismen leicht entfernt werden. Bei Bedarf kann die erfindungsgemäße Anlage in einfacher Weise auseinander genommen und wieder zusammengebaut werden.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Bauteile wird erreicht, dass im Betrieb die Fluide mäanderförmig durch die erfindungsgemäße Anlage geführt werden können. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass die zu behandelnden Abwässer den sich absetzenden Mikroorganismen entgegenströmen, wodurch eine vorteilhaft lange Kontaktzeit zwischen den Mikroorganismen und den abzubauenden organischen Bestandteilen der Abwässer resultiert. Die erfindungsgemäße Anlage ist hervorragend für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer, insbesondere von mit Fäkalien stark belasteten Abwässern.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die belasteten Abwässer absteigend und aufsteigend unter alleiniger Einwirkung der Erdanziehung und/oder des Drucks des von den Abwässern produzierten Biogases in horizontaler Gesamtdurchflussrichtung durch eine Anlage, umfassend mehrere in Durchflussrichtung gesehen hintereinander angeordnete und fluidmäßig miteinander verbundene Reaktionsräume geleitet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Behandlung der Abwässer, d.h. der Abbau der organischen Verunreinigungen, insbesondere der Fäkalien, vorzugsweise alleine durch die in den Abwässern bereits vorhandenen Mikroorganismen. Insbesondere wird eine der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anlagen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet.
Der Durchsatz der Abwässer durch die erfindungsgemäße Anlage, die mittlere Verweildauer in der Anlage und die Strömungsgeschwindigkeit richten sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere nach dem Grad der Belastung der Abwässer, ihrer Temperatur, der Größe der Anlage sowie der Effektivität der vorhandenen Mikroorganismen. Vorzugsweise liegt der Durchsatz bei 0,25 bis 2,5 l/h, bevorzugt 1 ,0 bis 2,0 l/h und insbesondere 1 ,0 bis 1 ,5 l/h.
Vorzugsweise liegt die mittlere Verweildauer bei 1 ,5 bis 30 h, vorzugsweise 10 bis 20 h und insbesondere 15 bis 17 h.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird nach einer Betriebsdauer von 90 bis 1 .100 Tagen der abgesetzte Schlamm entfernt.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Anlage anhand der Figuren 1 bis 5 beispielhaft erläutert. Bei den Figuren 1 bis 5 handelt es sich um schematische Darstellungen, die das Prinzip der Erfindung veranschaulichen sollen. Die Größenverhältnisse müssen daher auch nicht den in der Praxis angewandten Größenverhältnissen entsprechen.
Die Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Anlage in einer ersten bevorzugten Ausführungsform im Längsschnitt. Die Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Anlage in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform im Längsschnitt.
Die Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Anlage in einer dritten bevorzugten Ausführungsform im Längsschnitt. Die Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Anlage in einer vierten bevorzugten Ausführungsform im Längsschnitt.
Die Figur 5 zeigt die erfindungsgemäße Anlage gemäß der Figur 1 oder 2 im Querschnitt.
In den Figuren 1 bis 5 haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:
(A) Anlage zur anaeroben Behandlung organisch belastete Abwässer; (1 ) wasser- und gasdichter Behälter;
(1 .1 ) Kammer innerhalb des Behälters (1 ), der durch die Vorderwand (4) und eine Trennwand (8.3) oder durch zwei Trennwände (8.3) begrenzt ist und als Biogassammeiraum dient;
(2) Zulauf für Abwässer;
(3) Ablauf für die gereinigten Abwässer; (4) Vorderwand;
(5) Boden;
(6) Rückwand;
(7) Decke;
(8.1 ) Trennwand, die mit dem Boden (5) und den Seitenwänden (13) verbunden ist; (8.2) Trennwand, die mit dem Boden (5) und den Seitenwänden (13) verbunden ist und deren Durchflussvorrichtung (9) niedriger als bei der Trennwand (8.1 ) angeordnet ist;
(8.3) Trennwand, die mit dem Boden (5), den Seitenwänden (13) und der Decke (7) verbunden ist und deren Durchflussvorrichtung (9) niedriger als bei der Trennwand (8.1 ) angeordnet ist; (9) Durchflussvorrichtung zur fluidmaßigen Verbindung eines Reaktionsraums (Rn-1 ) mit der Vorrichtung (10) im nächsten Reaktionsraum (Rn);
(10) Fallrohr;
(10.1 ) untere Fluidaustrittsöffnung;
(10.2) obere Gasaustrittsöffnung;
(10.3) Tauchwand;
(10.4) Fallraum;
(1 1 ) Trennvorrichtung für die zeitweise fluidmaßige Verbindung zwischen jeweils zwei Reaktionsräumen (Rn-1 ) und (Rn);
(12) Gasraum im Gleichgewicht mit dem Umgebungsdruck; (12.1 ) Gasraum im Gleichgewicht mit dem Biogasdruck;
(13) Seitenwand;
(14) Strömungsrichtung, symbolisiert durch Pfeile;
(15) Gassammeivorrichtung;
(16) horizontale Gesamtdurchflussrichtung;
(FP) Fluidpegel im Gleichgewicht mit dem Umgebungsdruck;
(FPG) Fluidpegel im Gleichgewicht mit dem Biogasdruck im Raum (1 .1 )
(R1 ) erster Reaktionsraum;
(R2) zweiter Reaktionsraum; (R3) dritter Reaktionsraum;
(R4) vierter Reaktionsraum;
(R5) fünfter Reaktionsraum; (H) Höhe der Durchflussvorrichtungen (9). Die Behälter (1 ):
Als Basis für die Behälter (1 ) der Anlagen (A) der Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 4 dienten übliche und bekannte ISO-Standard-Schiffscontainer der Länge 12,192 m, der Breite 2,438 m und der Höhe 2,591 m mit einem Volumen von 67,7 m3 und einem Leergewicht von 3780 kg. Die Holzböden der ISO-Standard-Schiffscontainer wurden durch Stahlplatten ersetzt, die den Boden (5) bildeten. Die Innenseiten wurden mit einer wasser- und gasdichten Innenbeschichtung versehen, wie sie beispielsweise in dem amerikanischen Patent US 7,288,192 B2 Spalte 1 , Zeile 4, bis Spalte 3, Zeile 5, und Spalte 3, Zeile 58, bis Spalte 6, Zeile 60, in Verbindung mit den Figuren 1 bis 8, beschrieben wird. Ebenso wurden die vorderen und hinteren Türöffnungen (nicht eingezeichnet) der ISO-Standard-Schiffscontainer (1 ) wasser- und gasdicht abgedichtet.
Anlage (A) gemäß Figur 1 : Bei der Anlage (A) gemäß Figur 1 wurde im oberen Bereich der Vorderwand (4) des umgebauten ISO-Standard-Schiffscontainers (1 ) in einer Höhe von 2,1 m mittig ein Stahlrohr eines Durchmessers von 1 10 mm als Zulauf (2) wasser- und gasdicht angeschweißt, so dass es nicht in den ersten Reaktionsraum (R1 ) hineinragte. In gleicher Weise wurde ein Stahlrohr eines Durchmessers von 1 10 mm_als Ablauf (3) mittig im oberen Bereich der Rückwand (6) wasser- und gasdicht angeschweißt, so dass es nicht in (R5) hineinragte. Das Stahlrohr (3) war niedriger als das Rohr (2) angeordnet.
Die vier Trennwände (8.1 ) eines jeden umgebauten ISO-Standard-Schiffscontainers (1 ) bestanden aus Stahl. Sie hatten eine Höhe von 2.41 m und waren mit dem Stahlboden (5) und den Seitenwänden verschweißt. Ihr oberes Ende (13) befand sich im Betrieb der Anlage (A) oberhalb des Fluidpegels (FP), erreichte aber nicht die Decke (7), so dass sich ein durchgehender, fluidfreier Raum (12) unterhalb der Decke (7) befand. Der fluidfreie Raum (12) befand sich unter Umgebungsdruck. Die vier Trennwände (8.1 ) waren in gleichem Abstand voneinander angeordnet. Der Abstand der ersten Trennwand (8.1 ) zur Vorderwand (4) war größer als der Abstand der letzten Trennwand (8.1 ) zur Rückwand (6) sowie größer als der Abstand der Trennwände (8.1 ) voneinander. Die vier Trennwände (8.1 ) bildeten (1 ) fünf Reaktionsräume (R1 ) bis (R5). Dabei war der Zulauf (2) dem Reaktionsraum (R1 ) zugeordnet und der Ablauf (3) dem Reaktionsraum (R5).
In einer Höhe (H) von 1 ,65 m befanden sich unterhalb des Fluidpegels (FP) in jeder Trennwand fünf Durchflussvorrichtungen (9) in der Form von Rohren eines Durchmessers von 1 10 mm. Jedes Rohr (9) war T-förmig über ein 17 cm langes Rohrstück mit einem Fallrohr (10) aus PVC einer Länge von 1 ,53 m und eines Durchmessers von 1 10 cm verbunden. Das Fallrohr (10) wies eine obere Gasaustrittsöffnung (10.2) auf, die sich oberhalb des Fluidpegels (FP) befand. Die unter Austrittseröffnung (10.1 ) des Fallrohrs (10) war abgeschrägt, um das Ausströmen der Fluide zu erleichtern.
Im unteren Bereich jeder Trennwand (8.1 ) befand sich eine Trennvorrichtung (1 1 ). Diese umfasste ein Rohrstück eines Durchmessers von 1 10 mm, einen Rohrbogen eines Durchmessers von 1 10 mm und ein senkrechtes Rohr eines Durchmessers von 1 10 mm und einer Länge von 2 m, so dass es über den Fluidpegel hinausreichte. Die Trennvorrichtung war beim Betrieb der Anlage (A) geschlossen. Beim Leeren oder Befüllen der Anlage (A) wurde sie geöffnet, um den unterschiedlichen hydraulischen Druck in den einzelnen Reaktionsräumen (R1 ) bis (R5) auszugleichen. Im Betrieb wurden die belasteten Abwässer, wie von den Pfeilen (14) symbolisiert, zu der Anlage (A) geleitet, mäanderförmig durch (R1 ) bis (R5) geführt, wonach die gereinigten Abwässer ausgetragen wurden.
Die Figur 5 zeigt in Vorderansicht eine Trennwand (8.1 ), wie sie auch in den nachstehend Anlagen (A) gemäß den Figuren 2 bis 4, oder eine Trennwand (8.2), wie sie in den nachstehend beschriebenen Anlagen (A) gemäß den Figuren 3 und 4 verwendet wurden. Die Trennwand (8.1 ) oder (8.2) waren mit den Seitenwänden (13) und dem Boden (5) verschweißt. In ihrem oberen Bereich wies sie fünf der vorstehend beschriebenen Durchflussvorrichtungen (9), die auf gleicher Höhe (H) angeordnet waren, auf. In ihrem unteren Bereich war mittig eine Trennvorrichtung (1 1 ) angeordnet.
In der Decke (7) des umgebauten ISO-Standard-Schiffscontainers (1 ) befanden sich drei wasser- und gasdicht verschließbare Mannlöcher (nicht eingezeichnet), durch die im geöffneten Zustand (R1 ), (R2) und (R3) sowie (R4) und (R5) zugänglich waren. Das Mannloch für (R2) und (R3) befand sich unmittelbar über der Trennwand (8.1 ) zwischen diesen Reaktionsräumen. Das Mannloch für (R4) und (R5) befand sich unmittelbar über der Trennwand (8.1 ) zwischen diesen Reaktionsräumen.
Diese Anordnung der Mannlöcher wurde auch in der Anlage (A) gemäß Figur 2 verwendet.
Anlage (A) gemäß Figur 2:
Die Anlage (A) gemäß Figur 2 wies eine vergleichbare Anordnung der Bauteile auf, nur dass hinter jeder Trennwand (8.1 ) eine vertikale Trennwand (10.3) aus Stahl angeordnet war. Die Trennwand (10.3) hatte eine Höhe von 1 ,8 m. Sie war mit den beiden Seitenwänden (13) verschweißt. Sie bildete zusammen mit der Trennwand (8.1 ) jeweils einen Fallraum (10.4). Die Trennwand (10.3) ragte im Betrieb der Anlage (A) über den Fluidpegel (FP) hinaus, so dass sich die obere Gasaustrittsöffnung (10.2) oberhalb des Fluidpegels (FP) befand. Die untere Fluidaustrittsöffnung (10.1 ) war im Abstand zum Boden (5) angeordnet.
Anlage (A) gemäß Figur 3:
Bei der Anlage (A) der Figur 3 waren der Zulauf (2) und der Ablauf (3) wie bei der Anlage (A) gemäß der Figur 1 angeordnet. (R1 ) war indes durch eine Trennwand (8.3) von (R2) getrennt. Wegen dieser Konfiguration befand sich der Gasraum (12) oberhalb des Fluidpegels (FP) von (R1 ) im Gleichgewicht mit dem Umgebungsdruck.
Die Trennwand (8.3) wies wie die Trennwand (8.1 ) oder (8.2) (vgl. Figur 5) eine Trennvorrichtung (1 1 ) und fünf auf gleicher Höhe (H) angeordnete Rohre (9), die T-förmig mit jeweils einem Fallrohr (10) verbunden waren (vgl. Figur 5), auf. Indes waren die Rohre (9) niedriger angeordnet als bei der Trennwand (8.1 ). (R2) war von (R3) durch eine Trennwand (8.2) abgetrennt. Diese entsprach einer Trennwand (8.1 ), nur dass die 5 auf gleicher Höhe (H) angeordneten und T-förmig mit jeweils einem Fallrohr (10) verbundenen Rohre (9) auf gleicher Höhe (H) wie in den Trennwänden (8.3) angeordnet waren. (R3) war von (R4) durch eine weitere Trennwand (8.3) abgetrennt. Aufgrund dieser Konfiguration resultierte eine Kammer (1.1 ) mit einem Gasraum (12.1 ) unter einer Biogassammeivorrichtung (15). Wegen des sich entwickelnden Biogasdrucks im Gasraum (12.1 ) stellte sich in der Kammer (1.1 ) ein Fluidpegel (FPG) ein. Wenn der Druck einen gewissen Wert erreicht hatte, wurde das Biogas über die Gassammeivorrichtung (15) in der Decke (7) der Kammer (1 .1 ) abgelassen und einem Vorratsgefäß (nicht eingezeichnet) zugeführt, wo es gegebenenfalls weiter verdichtet wurde. Die Gassammeivorrichtung (15) umfasste ein Ventil, das per Hand geöffnet und geschlossen werden konnte. Durch das Ablassen des Biogases stellte sich ein Fluidpegel (FP) im Gleichgewicht mit dem Umgebungsdruck ein. Der Fluidpegel (FP) wurde durch das sich neu entwickelnde Biogas allmählich wieder auf den Fluidpegel (FPG) abgesenkt.
(R4) war von (R5) durch eine Trennwand (8.1 ) mit zugeordneten Fallrohr (10) abgetrennt, so dass oberhalb von (R4) und (R5) ein Gasraum (12) und ein Fluidpegel (FP) im Gleichgewicht mit dem Umgebungsdruck resultierte.
In der Decke (7) befanden sich drei wasser- und gasdicht verschließbare Mannlöcher (nicht eingezeichnet), durch die im geöffneten Zustand (R1 ), (R2) und (R3) sowie (R4) und (R5) zugänglich waren. Das Mannloch für (R2) und (R3) befand sich unmittelbar über der Trennwand (8.2) zwisch den vierten und fünften Reaktionsraum (R4) und (R5) befand sich unmittelbar über der Trennwand (8.1 ) zwischen diesen Reaktionsräumen.
Anlage (A) gemäß Figur 4:
Bei der Anlage (A) gemäß Figur 4 war der Zulauf (2) signifikant niedriger angeordnet als der Ablauf (3) und etwas niedriger als das Rohr (9) der Trennwand (8.2) mit zugeordnetem Fallrohr (10) zwischen (R1 ) und (R2). (R2) und (R3) waren durch eine Trennwand (8.3) mit zugeordneten Fallrohren (10) voneinander getrennt. Hierdurch resultierte eine Kammer (1 .1 ) zwischen der Vorderwand (4) und der Trennwand (8.3) mit einem Gasraum (12.1 ) und einer Biogassammeivorrichtung (15). Zwischen den Reaktionsräumen (R3) und (R4) sowie (R4) und (R5) befanden sich zwei Trennwände (8.1 ) mit den zugeordneten Fallrohren (10).
Durch das sich in der Kammer (1 .1 ) entwickelnde Biogas stellte sich darin ein Fluidpegel (FPG) im Gleichgewicht mit dem Biogasdruck ein. Ebenso stellte sich (R3), (R4) und (R5) ein Fluidpegel (FPG) im Gleichgewicht mit dem Biogasdruck in der Kammer (1 .1 ) ein. Dieser Fluidpegel (FPG) erreichte die Höhe des Ablaufs (3), so dass die gereinigten Abwässer ausgetragen wurden. Beim Ablassen bis Biogases aus dem Gasraum (12.1 ) über die Biogassammeivorrichtung (15) stellte sich in allen Reaktionsräumen ein Fluidpegel (FP) im Gleichgewicht mit dem Umgebungsdruck ein. Dieser lag unterhalb des Ablaufs (3). Bei der erneuten Entwicklung von Biogas stellten sich allmählich wieder die beiden Fluidpegel (FPG) ein.
Auch in er Decke (7) dieser Anlage befanden sich drei wasser- und gasdicht verschließbare Mannlöcher (nicht eingezeichnet), durch die im geöffneten Zustand (R1 ) und (R2), (R3) und (R4) sowie (R5) zugänglich waren. Das Mannloch für (R1 ) und (R2) befand sich unmittelbar über der Trennwand (8.2) der Kammer (1 .1 ). Das Mannloch für (R3) und (R4) befand sich unmittelbar über der Trennwand (8.1 ) zwischen diesen Reaktionsräumen. Das Mannloch für (R5) befand sich direkt oberhalb des Reaktionsraums.
Die Anlagen (A) gemäß den Figuren 1 bis 4:
In den Anlagen (A) gemäß den Figuren 1 bis 5 wurden während des Betriebs die zu behandelnden Abwässer oder Fluide mäanderförmig in der Gesamtdurchflussrichtung (16) durch die Reaktionsräume (R1 ) bis (R5) geführt, ohne dass hierzu Pumpen benötigt wurden. Der Durchfluss resultierte bei den Anlagen (A) gemäß den Figuren 1 bis 3 alleine aus dem Höhenunterschied zwischen Zulauf (2) und Ablauf (3). Da bei der Anlage (A) gemäß der Figur 4 der Zulauf (2) niedriger angeordnet war als der Ablauf (3), war der Zulauf mit einem Vorgefäß (nicht eingezeichnet), das einen Fluidpegel oberhalb des Fluidpegels (FP) aufwies, fluidmäßig verbunden.
Zusätzlich zu der Erdanziehung als treibende Kraft für den Durchfluss kam bei den Anlagen (A) der Figuren 3 und 4 noch der Biogasdruck im jeweiligen Gasraum (12.1 ) der jeweiligen Kammer (1.1 ) hinzu. Bei Betrieb der Anlagen (A) setzte sich in (R1 ) die Hauptmenge der sedimentierbaren organischen und anorganischen Feststoffe der Abwässer ab und bildeten einen Schlamm, der nach einer gewissen Betriebsdauer durch Absaugen über das (R1 ) zugeordnete Mannloch entfernt wurde. In den Reaktionsräumen (R2) bis (R5) wurden die organischen Bestandteile durch die in den Abwässern bereits vorhandenen Mikroorganismen weiter abgebaut. Dabei setzten sich weitere sedimentierbare organische und anorganische Feststoffe ab und bildeten am Boden (7) der betreffenden Reaktionsräume Schlämme, die ebenfalls nach einer gewissen Betriebsdauer durch Absaugen über die (R2) und (R3) sowie (R4) und (R5) zugeordneten Mannlöcher entfernt wurden. Dabei wurden die Trennvorrichtung an (1 1 ) geöffnet, um Unterschiede des hydraulischen Drucks zu vermeiden.
Die zu behandelnden Abwässer strömten den sedimentierenden organischen und anorganischen Feststoffen und Mikroorganismen entgegen, wodurch der Abbau der belastenden organischen Bestandteile der Abwässer in vorteilhafter Weise beschleunigt wurde.
Die Anlagen (A) gemäß den Figuren 1 bis 4 waren kompakt, robust, transportfähig und gegen Korrosion stabil, so dass sie eine besonders lange Betriebsdauer auch unter klimatisch extremen Bedingungen aufwiesen. Insbesondere konnten sie mit geringem Energieaufwand ohne Pumpen sowie ohne periphere Mess- und Regeltechnik betrieben werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Anlage (A) zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer, durch die die Abwässer absteigend und aufsteigend unter alleiniger Einwirkung der Erdanziehung und/oder des Drucks des von den Abwässern produzierbaren Biogases in horizontaler Gesamtdurchflussrichtung (16) hindurch leitbar sind, umfassend die folgenden Bauteile: einen Behälter (1 ) mit einer Vorderwand (4), einem Boden (5), einer Rückwand (6), einer Decke (7) und zwei Seitenwänden (13), an der Vorderwand (4) mindestens einen Zulauf (2) zu dem Behälter (1 ), an der Rückwand (6) mindestens einen Ablauf (3) aus dem Behälter (1 ) sowie mehrere in Durchflussrichtung gesehen hintereinander angeordnete und fluidmäßig miteinander verbundene Reaktionsräume (R1 ) .... (Rn-1 ), (Rn), die von mit dem Boden (5) und den Seitenwänden (16) zumindest fluiddicht verbundenen vertikalen Trennwänden (8.1 ) und/oder (8.2) und/oder
von mit dem Boden (5), den Seitenwänden (16) und der Decke (7) fluid- und gasdicht verbundenen Trennwänden (8.3) gebildet sind, wobei die Trennwände (8.1 ), (8.2) und (8.3) in ihrem oberen Bereich mindestens eine Durchflussvorrichtung (9), die fluidmäßig mit dem in Durchflussrichtung gesehen vorangehenden Reaktionsraum (R1 ) .... (Rn-1 ) und fluidmäßig mit einer vertikal verlaufenden Vorrichtung (10) verbunden ist, die im jeweils nächsten Reaktionsraum (R2) .... (Rn) angeordnet ist und eine untere Fluidaustrittsöffnung (10.1 ) und eine obere Gasaustrittsöffnung (10.2) hat, sowie in ihrem unteren Bereich mindestens eine Trennvorrichtung (1 1 ), durch die eine zeitweise fluidmäßige Verbindung zwischen jeweils zwei Reaktionsräumen (R1 ) und (R2) .... (Rn-1 ) und (Rn) herstellbar ist, aufweisen.
2. Anlage (A) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1 ) ein fluid- und gasdicht abgedichteter, umgebauter Schiffsfrachtcontainer ist.
3. Anlage (A) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass n mindestens gleich 3 ist.
4. Anlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Trennwand (8.1 ) die mindestens eine Durchflussvorrichtung (9) im oberen Bereich in einer Höhe angeordnet ist, die unter der Höhe des mindestens einen Ablaufs (3) in der Rückwand (6) liegt.
5. Anlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Trennwand (8.2) und (8.3) die mindestens eine Durchflussvorrichtung (9) in einer Höhe angeordnet ist, die unter der Höhe einer Durchflussvorrichtung (9) in einer Trennwand (8.1 ) liegt.
6. Anlage (A) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Trennwänden (8.2) und (8.3) die jeweils mindestens eine Durchflussvorrichtung (9) in gleicher Höhe angeordnet sind.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der letzte Reaktionsraum (Rn) vom vorletzten Reaktionsraum (Rn-1 ) durch eine Trennwand (8.1 ) abgetrennt ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1 ) mindestens eine Trennwand (8.3) umfasst.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Decke (7) oberhalb der Kammer (1 .1 ) des Behälters (1 ), die durch die Vorderwand (4) und eine Trennwand (8.3) oder durch zwei Trennwände (8.3) begrenzt ist, mindestens eine Biogassammeivorrichtung (15) angeordnet ist.
10. Anlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zulauf (1 ) in der Vorderwand (4) höher als der mindestens eine Ablauf (3) in der Rückwand (6) angeordnet ist.
1 1 . Anlage (A) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zulauf (1 ) zu der Kammer (1 .1 ) des Behälters (1 ), die von der Vorderwand (4) und der Trennwand (8.3) begrenzt ist, unterhalb der Höhe der mindestens einen Durchflussvorrichtung (9) angeordnet ist.
12. Anlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussvorrichtung (9) aus der Gruppe, bestehend aus runden, im Wesentlichen runden oder viereckigen Öffnungen und durch die Trennwände hindurchgeführten Rohren mit rundem, im Wesentlichen rundem oder viereckigem Querschnitt, ausgewählt ist.
13. Anlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikal verlaufende Vorrichtung (10) ein Fallrohr ist oder von der Rückseite einer Trennwand (8.1 ), (8.2) oder (8.3) und einer vertikalen, zumindest mit den Seitenwänden (13) verbundenen Tauchwand (10.3) gebildet ist, so dass ein
Fallraum (10.4) eingeschlossen ist.
14. Anlage (A) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (9) T- förmig mit dem Fallrohr (10) verbunden ist.
15. Anlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Decke (7) mindestens eine fluid- und gasdicht verschließbare Bedienungsöffnung angeordnet ist, durch die mindestens ein Reaktionsraum (R1 ) .... (Rn) zugänglich ist.
16. Anlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorrichtung umfasst, durch die Fluide aus mindestens einem Reaktionsraum (Rn) in mindestens einen in Durchflussrichtung gesehen davorliegenden Reaktionsraum (Rn-1 ) und/oder dahinter liegenden Reaktionsraum (Rn+1 ) leitbar sind.
17. Anlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im letzten Reaktionsraum (Rn) vor dem mindestens einen Ablauf (3) mindestens eine Vorrichtung zur aeroben Nachbehandlung von Abwässern angeordnet ist.
18. Anlage (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Bauteile aus mindestens einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Metallen, Kunststoffen, glasfaserverstärkten Kunststoffen, kohlefaserverstärkten Kunststoffen und Verbunden hiervon, bestehen.
19. Verfahren zur anaeroben Behandlung organisch belasteter Abwässer, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwässer absteigend und aufsteigend unter alleiniger Einwirkung der Erdanziehung und/oder des Drucks des von den Abwässern produzierten Biogases in horizontaler Gesamtdurchflussrichtung durch eine Anlage, umfassend mehrere in Durchflussrichtung gesehen hintereinander angeordnete und fluidmäßig miteinander verbundene Reaktionsräume hindurch geleitet werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung durch die in den Abwässern bereits vorhandenen Mikroorganismen erfolgt.
21 . Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Anlage eine Anlage (A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 verwendet wird.
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