DE3641260A1 - Verfahren und vorrichtung zur gepulsten anaeroben und aeroben behandlung von abwasser und wasser - Google Patents

Description

1.1 ANAEROBE VERFAHRENSKONZEPTE

Ausgehend von der anaeroben Faulung kommunaler Art in volldurchmischten Reaktoren mit Suspensawachstum wurde in den letzten 10 Jahren Hochleistungssysteme entwickelt. Diese sind optimiert auf die anaerobe Vorreinigung großer Volumina organisch stark belasteter Abwässer der Nahrungs- und Genußmittelindustrie sowie des Agrarbereichs auf CSB-Ablaufwerte von 400-1500 ppm bei relativ kurzer Verweilzeit.

Zu den neuen Konzeptionen zählen: Kontaktverfahren mit Suspensa- Rückführung; Reaktoren mit Ansiedlungswachstum (Festbettreaktoren, Anaerobfilter, Schwebe- und Fließbettreaktoren, Schleifenreaktoren) &&&& sowie Schlammbettreaktoren (UASB) mit Bakterien-Pelletbildung und interner Phasentrennung. Die Verfahrenskonzepte schließen häufig eine Vorversäuerung bei pH 3,5-6,5 und eine optimale Prozeßtemperatur von 30-33°C sowie Methanisierung bei pH 6,5-7,5 und 33-38°C in Form sog. zweistufiger Verfahren mit ein. Nährstoff/Nährsalzminimum: CSB/N/P = 800/5/1.

Gemeinsam ist diesen Systemen die Rückhaltung von aktiver Biomasse. Neben der mesophilen Prozeßführung ist auch der anaerobe Abbau im thermophilen Bereich technisch realisiert.

Allgemeine Vorzüge dieser "Methangärung" sind:

• - Realisierung einer hohen CSB-Raumbelastung bis ca. 100 000 mg CSB/l;
• - kein Energieinput, sondern Energiegewinn in Form von 0,3-0,4 m³ Biogas pro Kilogramm eliminierten CSB entsprechend 1,9-2,6 KWh/kg CSB
• - nur 3-5% des eliminierten CSB fallen als (weiter zu entsorgender) Überschußschlamm an. Zum Vergleich: 25%-40% bei aeroben Verfahren
• - Verringerung von Geruchsemissionen.

Der Vorteil der modernen Konzepte liegt in der Entkopplung von Aufenthaltszeit im Reaktor und den relativ langen Generationszeiten der Methanbakterien (siehe oben). Dadurch kann man Aufenthaltszeiten von weniger als einem Tag realisieren und mit aeroben Verfahren unter Verringerung der Betriebskosten konkurrieren.

Zur Erreichung der Vorfluterreife des Abwassers wird eine aerobe Stufe nachgeschaltet (anaerob-aerob Behandlung) bzw. eine Einleitung in eine kommunale Kläranlage vorgenommen. Anaerobe Verfahren sind u. a. geeignet für Industriewasser von Zucker-, Stärke-, Hefe-, Pektin-, Carragen-, Kaugummifabriken sowie Betriebe der Obst-, Gemüse- und Kartoffelverwertung sowie Abläufe aus Molkereien, Brauereien, Brennereien, Schlachthöfen und Fleisch- und Fischverarbeitung.

Großtechnisch wurden bis 1986 weltweit 160 anaerobe Hochleistungssysteme installiert. Davon stehen 20 Anlagen in der Bundesrepublik Deutschland.

Die anaerobe Vorreinigung ist in der Zuckerindustrie und bei Brennereien mit 120 Anlagen am stärksten eingesetzt.

1.1 GEPULSTE ANAEROBE REAKTOR

Der charakteristische Fortschritt der Erfindung gegenüber den oben genannten Reaktortypen besteht in der Anwendung einer gepulsten Strömung und ist in Abb. 1 gezeigt: Auf das durch den Reaktor hindurchströmende Abwasser/Wasser wird über eine Pulspumpe eine Schwingung übertragen.

Der Puls begünstigt Transportvorgänge um die Mikroorganismen. Die rückvermischende und durchmischende Bewegung der flüssigen Phase relativ zur schwebenden oder immobilisierten Bakterienzelle führt Nährstoffe des Substrates heran und entstehende Stoffwechselprodukte aus der unmittelbaren Umgebung des Biosystems ab. Der Stoffabbau wird durch das osmotische Gefälle über die Membran zwischen Zellinnern und Umgebung kontrolliert. Daneben wird Kurzschlußströmungen zwischen Onput und Putput entgegengewirkt.

Die fluiddynamischen Variablen (Pulsfrequenz, Pulsamplitude, Strömungsgeschwindigkeit) ermöglichen die Schaffung großer, sich ständig erneuernder Stoffübergangs - Oberflächen an den aktiven Mikroorganismen - Membranen und begünstigen Ablösung und/oder Austrag von toter Biomasse (Biofilm, Altschlamm, Inertstoff), wodurch auch der Gefahr vonVerstopfungen entgegengewirkt wird. Dies entspricht in der Konsequenz einem größeren aktiven Reaktorvolumen und führt zu einer Erhöhung von Abbauleistung und Gasproduktion.

1.2 DER GEPULSTE AEROBE REAKTOR

Das Verfahren und der Reaktor sind in analoger Weise für aerobe Mikroorganismen bei der Denitrifikation (Nitratreduktion unter Bildung von Distickstoffmonoxid und Distickstoff) von Abwasser und Trink- bzw. Betriebswasser und andere biotechnologische Prozesse der Stoffumwandlung anwendbar.

Claims (6)

1. 2.1 Ein Reaktor aus nichtmetallischen oder metallischen Werkstoffen zur Reinigung von Abwasser und Wasser gekennzeichnet durch Ansiedlungswachstum (natürliche oder künstliche Siedlungsflächen für Mikroorganismen) oder Suspensawachstum von aeroben, fakultativ anaeroben oder anaeroben Mikroorganismen, eindeutiger Aufwärts-, Abwärts- oder Horizontalströmung eines flüssigen Mediums, auf dessen Inhalt direkt oder indikrekt ein Puls übertragen wird.
2. 2.2 Ein Reaktor nach Anspruch 2.1, bei dem das zulaufende Abwasser- oder Wasser bereits einen oder mehrere Teilreinungsschritte anaeroben und/oder aerober Art einschließlich Hydrolyse bzw. Vorversäuerung durchlaufen hat.
3. 2.3 Ein Reaktor nach Anspruch 2.1, bei dem in einer oder mehreren Schleifen Biomasse rezykliert wird.
4. 2.4 Ein Reaktor nach Anspruch 2.1 oder ein Prozeß bei dem Abwasser- oder Wasserdurchbrüche in Form von Kurzschlußströmungen durch partielle Rückvermischung mittels eines Pulse vermieden oder vermindert wird und dadurch mikrobiell die Abbauleistung durch erhöhten Stoffumsatz vergrößert und die Bildung von Reaktionsprodukten incl. Methan und Kohlendioxid gefördert wird.
5. 2.5 Ein Reaktor gemäß 2.1 oder ein Prozeß durch den Desorption und Austrag von inaktiver Biomasse bzw. eines "toten" Biofilm von Inertmaterialien durch eine gepulste Strömungsführung ganz oder teilweise erfolgt.
6. 2.6 Ein Reaktor nach Anspruch 2.1 oder ein Prozeß, in welchem die Entgasung von Schlamm und Vermeidung von Schwimmschlamm durch Anwendung eines Pulses gefördert wird.