DD232053A1 - Verfahren zur zweistufigen anaeroben reinigung von abwaessern - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zweistufigen anaeroben Reinigung von Abwaessern in Reaktoren mit zurueckgehaltener oder zurueckgefuehrter Biomasse, gekennzeichnet dadurch, dass der Abbau in zwei methanogenen Stufen durchgefuehrt wird. Die Verweilzeit des Abwassers in der ersten Stufe entspricht der hoechsten Gasbildungsgeschwindigkeit und betraegt vorzugsweise 5-15, maximal 24 Stunden. In einer zweiten Stufe werden die schwer assimilierbaren Verbindungen der ersten Stufe abgebaut, das ist durch eine Adaptation der Bakterienpopulation an den Ablauf der ersten Stufe moeglich. Durch diese ohne weitere zusaetzliche Massnahmen erzielbare mikrobiologische Anpassung zwischen Mikroorganismen und Substrat traegt der Abbau schwer assimilierbarer organischer Verbindungen innerhalb einer Verweilzeit von maximal 24 Stunden zu einer Erhoehung der Abbauleistungen des Gesamtverfahrens, verbunden mit erhoehter Methanausbeute, bei. Der Temperaturbereich beider Stufen liegt zwischen 15 und 60C, bevorzugt zwischen 25-40C bzw. 50-60C. Indem das in der ersten Stufe gebildete Gas gemeinsam mit dem Ablauf der ersten Stufe durch die zweite geleitet wird, werden durch den erhoehten CO2-Gehalt im zweiten Reaktor hoehere Methanausbeuten erzielt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein anaerobes Abwasserreinigungsverfahren. Sie kann zur Reinigung von Abwässern mit einem hohen Gehalt organischer Inhaltsstoffe genutzt werden und ist in die IPKC 02 F einzuordnen.
Anaerobe Reinigungsverfahren haben, bedingt durch gewachsene biologische und biochemische Erkenntnisse zur Methanogenese und wegen der mit ihrer technischen Durchführung verbundenen geringen Betriebskosten sowie der Nutzungsmöglichkeiten des anfallenden Methangases, zunehmende Bedeutung erlangt.
Durch Verfahren der Schlammrückführung und besonders der Schlammrückhaltung, wie dieses in anaeroben Filtern, Fließbettreaktoren und Schlammbeckenverfahren der Fall ist sowie durch Beachtung optimaler Prozeßbedingungen, wie Temperatur und pH, gelang es, die ursprünglichen Abbauzeiten von mehreren Wochen auf wenige Tage zu reduzieren (KIRSCH,E.J.;SYKES,R.M.Prog.lnd. Mikrobiol.9 [1971] 155-337). Es wurden auch zweistufige Verfahren vorgeschlagen, diezu Verweilzeiten kleiner als 24 Stunden führten (LETTINGA et al. Biotechnol. Bioeng. 22 [1980] 699-734). Hierbei wurde der Reaktorraum so unterteilt, daß das Substrat zuerst den ersten Raum durchströmt und dabei insbesondere Fettsäuren bildet (Acidogenese), um dann anschließend in dem zweiten Teil des Behälters einer Umwandlung der Fettsäuren zu Methan (Methanogenese) unterzogen zu werden. Dieses zweistufige Verfahren folgt demnach den biochemischen Erkenntnissen über die Abfolge der Reaktionsschritte des anaeroben Abbaus organischer Substanzen. Nachteilig sind hier vor allem die notwendigen Verweilzeiten, wenn schwer abbaubare organische Verbindungen im zu behandelnden Abwasser vorhanden sind bzw. während des fermentativen ersten Schrittes infolge der Stoffwechselvorgänge selbst entstehen.
Auch in der DE-OS 3208977, die eine weitere zweistufige Verfahrensweise des anaeroben Abbaus beschreibt, werden in einer ersten Stufe im wesentlichen die Bedingungen für den Abbau organischer Verbindungen zu methanogenen Substraten geschaffen, um in einer zweiten Stufe die Umsetzung zu Methan zu erreichen.
Alle diese zweistufigen Verfahrensweisen nutzen in keiner Weise die kinetischen Erkenntnisse für den Abbau organischer Verbindungen in Reaktoren mit Biomasserückführung bzw. -haltung, wodurch nur ungenügende Gasbildungsgeschwindigkeiten erreicht werden können.
Es ist das Ziel der Erfindung, für den aneroben Abbau organischer Abwasserinhaltsstoffe kurze Verweilzeiten, verbunden mit hohen Gasbildungsgeschwindigkeiten bei geringem Kontroll- und Wartungsaufwand zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein anaerobes Abwasserreinigungsverfahren zu entwickeln, bei welchem die Reduzierung der Abbaugeschwindigkeit und Methanausbeute durch schwer abbaubare organische Verbindungen wesentlich vermindert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem bei Anwendung von Reaktoren mit Schlammrückführung bzw. -rückhaltung der Reinigungsprozeß in zwei methanogenen Stufen durchgeführt wird. In einer ersten Stufe werden bei einer Verweilzeit, die der höchsten Gasbildungsaktivität entspricht, die leicht assimilierbaren organischen Verbindungen abgebaut. Dabei beträgt die Verweilzeit vorzugsweise 5 bis 15 Stunden, maximal jedoch 24Stunden. In einer zweiten methanogenen Stufe, die unter mikrobieller Anpassung der Bakterienpopulation an den Ablauf der ersten Stufe verläuft, werden dann die schwer assimilierbaren Verbindungen umgesetzt.
Es wurde gefunden, daß in Reaktoren mit angereicherter bzw. mit zurückgehaltener Biomasse nach der Reaktorfüllung eine unmittelbare Reaktion einsetzt, bei der in einer ersten Phase der Aübau, gemessen an der Reduktion des chemischen Sauerstoffverbrauchs, am schnellsten verläuft. Hier wird das Abgebaute nur in geringem Maße als Säuren (flüchtige organische Säuren) akkumuliert, der weitaus größte Teil der abgebauten organischen Substanz wird in Kohlendioxid und besonders in Methan konvertiert. Allgemein werden 50% und mehr der assimilierbaren organischen Substanz in dieser ersten Phase abgebaut, wobei sowohl die Abbaugeschwindigkeit als auch die Methanbildungsgeschwindigkeit in dieser Phase die höchsten des gesamten Prozesses sind.
In der darauffolgenden Phase, die durch eine deutlich geringere und im Verlaufe des Abbaus weiterhin geringer werdende Abbaugeschwindigkeit sowie verminderte Methanbildungsgeschwindigkeit gekennzeichnet ist, werden langsamer assimilierbare Verbindungen abgebaut.
Trennt man nun, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, die beiden Phasen des Abbauprozesses dergestalt, daß nach Ende der ersten Phase, die mit einer Verweilzeit von maximal 24 Stunden, vorzugsweise jedoch 5 bis 15 Stunden durchgeführt wird, mit dem Ablauf der ersten Stufe ein zweiter Reaktor als zweite Stufe betrieben wird, so paßt sich die Bakterienpopulation im zweiten Reaktor an die in der ersten Prozeßstufe nicht oder unvollständig abgebauten organischen Substanzen in der wäßrigen Phase durch Selektion und/oder Adaption an. .
Durch diese ohne weitere zusätzliche Maßnahmen erzielbare mikrobiologische Anpassung zwischen Mikroorganismen und Substrat trägt der Abbau schwer assimilierbarer organischer Verbindungen innerhalb einer Verweilzeit von maximal 24 Stunden zu einer Erhöhung der Abbauleistung des Gesamtverfahrens, verbunden mit höherer Methanausbeute, bei.
Indem das in der ersten Stufe gebildete Gas gemeinsam mit dem Ablauf der ersten durch die zweite Stufe geleitet wird, werden neben günstigen physikalischen Effekten, besonders bei Anaerobfiltern und Schwebbettverfahren, durch den erhöhten Kohlendioxidgehalt im zweiten Reaktor höhere Methanausbeuten erzielt.
Die Abbaureaktionen in beiden Prozeßstufen können sowohl im mesophilen als auch im thermophilen Temperaturbereich durchgeführt werden. Dabei kann die Auslegung des Verfahrens durchaus zu unterschiedlichen Ergebnissen für die beiden Stufen führen.
So ist es möglich, die erste Stufe thermophil und die zweite mesophil auszugestalten, aber auch jede andere Kombination des Temperaturregimes ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anwendbar.
Weist das zu behandelnde Abwasser einen vom pH-Bereich 6 bis 8 abweichenden Wert auf, wird mit bekannten Mitteln eine entsprechende Einstellung vorgenommen, bevor der Abbauprozeß in der ersten Stufe eingeleitet wird.
Als Vorstufe, insbesondere zum Abbau polymerer Substrate wie Pektine, kann vorteilhafterweise eine Acidogenese durchgeführt werden.
Folgende Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren erläutern:
Beispiele Beispiel 1:
Eine Rübenmelasseschlempe vom pH 5,6 wird mit Wasser auf einen CSV von 20g/l verdünnt, mit NaOH auf pH7 eingestellt und in einen an Schlempe adaptierten anaeroben Filter gefüllt, wobei nach kurzer Anlaufzeit von ca. 1 Stunde die Gasproduktion mit höchster Geschwindigkeit einsetzt. Folgende Abbauleistungen wurden erzielt (Vergleichsangaben):
8 40 3,5 63
12 50 5,5 64
24 60 8,5 65
48 80 11 64
Wird die Schlempe jedoch einer zweistufigen Reinigung bei einer Verweilzeit von 12 Stunden in der ersten Stufe und 12 Stunden in der zweiten Stufe, die an den Ablauf der 1. Stufe adaptiert ist, unterworfen, erreicht man in der 1. Stufe einen Abbau von 50 %, einer Gasmenge von 5,5 l/l und einen Methangehalt von 64% und in der 2. Stufe bei einer Verweilzeit von 12 Stunden einen Abbau von 30% und einen Gasertrag von 2,7 l/l und einen Methangehalt von 75%. Leitet man hierbei das in der ersten Stufe gebildete Gas gemeinsam mit dem Ablauf durch die zweite Stufe, erhöht sich der Gesamtmethanertrag um 10%.
Wird eine unverdünnte Schlempe aus der Hefeproduktion mit einem CSV von 18g/l nach Einstellung des pH auf 7,5 einem zweistufigen Verfahren unterworfen, derart wie es im Beispiel 1 erläutert wurde, werden folgende Ergebnisse erhalten: 1. Stufe
10 h 20% 4,9 l/l 60%
2.Stufe
10 h 11% 1,81/1 71%
Claims (5)
- Erfindungsanspruch:1. Verfahren zur zweistufigen anaeroben Reinigung von Abwässern in Reaktoren mit zurückgehaltener oder zurückgeführter Biomasse, gekennzeichnet dadurch, daß der Abbau in zwei methanogenen Stufen derart durchgeführt wird, indem in der ersten Stufe bei einer Verweilzeit, die der höchsten Gasbildungsgeschwindigkeit entspricht und maximal 24 Stunden beträgt, die leicht assimilierbaren organischen Verbindungen und in einer zweiten Stufe unter mikrobieller Anpassung der Bakterienpopulation an den Ablauf der ersten Stufe die schwer assimilierbaren Verbindungen abgebaut werden.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verweilzeit der ersten Stufe vorzugsweise 5 bis 15 Stunden beträgt.
- 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Stufen bei Temperaturen zwischen 15 und 600C, bevorzugt 25 bis 4O0C bzw. 50 bis 600C und in einem Bereich von pH 6,5 bis 8 gefahren werden.
- 4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Anpassung der Bakterienpopulation in der 2. Stufe an den Ablauf der ersten Stufe durch Selektion und/oder Adaption erfolgt.
- 5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das in der ersten Stufe gebildete Gas gemeinsam mit dem Ablauf der ersten Stufe durch die zweite geleitet wird.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3641542A1 (de) * | 1986-12-05 | 1988-06-16 | Fritz Oltmanns | Verfahren und anlage zur behandlung von organischen reststoffen, insbesondere zur abfallentsorgung und abwasserreinigung, unter produktion von biogas |
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1984
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