DE10001107A1

DE10001107A1 - Anox-Schnellrottebioreaktor zu anaeroben und/oder aeroben (Oxygen) Vergärung von 80-95% flüssigen Abfallreststoffen

Info

Publication number: DE10001107A1
Application number: DE10001107A
Authority: DE
Inventors: Knuth Boedecker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2001-07-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ANOX-Schnellrottebioreaktor, gasdicht, mit sowohl aerober(oxygen) als auch anaerober Vergärung von (70%) 80-95% flüssigen Abfallreststoffen von der Landwirtschaft, den Kommunen und der Industrie. DOLLAR A Gemäß Stand der Technik werden Bioreaktoren mit hohem Volumen und Rottezeitbedarf, aufwendiger Rühr- und Schlammentsorgungstechnik, teuren begehbaren Runddächern, kältebrückenbildender Isolierung, nur für eine anaerobe Vergärung geeignete, ohne Wärmerecycling, ohne auf +38 DEG C gesteuerte Temperaturerhöhung und ohne dephlegmatische Neumasseeinmischung bzw. dephlegmatisches Recycling mit Venturi-Injektionssystem eingesetzt. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung schafft hier Abhilfe durch Vereinfachung, teils systembedingte Eleminierung von Techniken in einem speziell gebauten und ausgerüsteten Stahl- oder Kunststoffbehälter bzw. Tank (6) von 5-150 m·3·, mit einem Durchmesser im Bereich von 3-6 m und Höhe 4-10 m, benötigt nur ein relativ kleines Fundament (12), ein mittig in der unteren Hälfte des Behälters angeordnetes am oberen Ende geschlossenes Dephlegmatorrohr (4) mit einer Vielzahl seitlicher Löcher, welches von einer mittigen Pumpdruckleitung (3), welche mit der außerhalb des Behälters stehenden Saugdruckpumpe (2) verbunden ist und gespeist wird, für eine dephlegmatische Einmischung des Flüssigkfeststoffgemisches in den Behälter (6) sorgt, ca. 10 cm vom Boden abstehend eine Injektorwirkung am Trichterboden zur Schlammbeseitigung hat, zugleich ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gasdichten Schnellrottebioreaktor zur aeroben und anaeroben Vergärung von landwirtschaftlichem, kommunalem und industriellem Abwasser mit 5-20% organischem Reststoffanteil unter Verzicht auf besondere Rühr werke, Spüllanze, Schlammentsorgung, Raumpolster für Schaum- und Schwimmschich ten, ohne Antriebstechnik oder irgendetwas Bewegendes im Behälter selbst, ohne ein sehr teures begehbares Runddach, ohne Rohmasseobeneinführung, ohne direkte kälte brückenbildende Isolierung, keine Beschränkung auf nur eine anaerobe Rotte im selben Behälter, nicht nur Eigentemperaturrotte +28-32°C, sondern immer +38°C, keine lang same schlechte Einmischung der Neumasse, kein Problem mit Warmluftinjektion, kein Problem mit dephlegmatischer Umwälzung. Bestehende Bauten sind nutzbar, auch von nur 4-6 m Höhe! Weiteres zum Stand der Technik siehe Schemazeichnung eines der gebräuchlichsten Biogasreaktorsysteme = Einphasenbehälter nur anaerob betreibbar. Fig. 4. Üblich ist das mesophile kontinuierlich arbeitendes Bioreaktionssystem, anaerob. Das Kot/Harngemisch wird oben in dem Behälter hineingedrückt und soll per Mischer eingemischt werden.

21 Tage Durchlaufzeit ergibt schon bei z. B. 20 m²/Tag = 500 m² Behälter. Eine tägliche Einmischung erfordert ein relativ grosses Rührwerk, zumal im unteren Bereich die Materie relativ dick ist.

Der Rührer ist unten und wirbelt ein Schlammbett auf.

Ab bestimmten Behälterdurchmessern braucht man mehrere Rührer. Zu starkes Rühren stört aber den Bioprozess. Neumasse bioreaktioniert in der Anfangsphase anders als bei der Methangasbildung, sie stört erstmal letzteres.

Der Behälterboden sollte 3-5% Gefälle zur Mitte haben. Der Schlamm fliesst nicht allein, er muss abgesaugt werden bzw. einen speziellen Abfluss haben, ggf. ist eine Spüllanze notwendig.

Biomasse ist nicht gleich Biomasse. Es gibt welche mit starken Sinkteilen und welche mit starken Schwimmteilen.

Beides ist für einen optimalen Bioprozess negativ.

Sinkschichten bilden sich sehr schnell, d. h. nach 2 Stunden ist schon 60% unten am Boden und nach 10-12 Stunden 90%.

Verstärktes Rühren stört den Bioprozess. Diese Masse lässt sich generell schwer aufrühren und macht Abfliessprobleme.

Schwimm- und Schaumschichten müssen fast ständig beseitigt werden. Ohne letzteres gibt es auch Oberflächenverkrustungen. In jedem Fall wird aber der Bioprozess gestört. Je grösser die Fläche, um so problematischer ist das Beseitigen der Schwimmschicht.

Tauchmotor-Rührwerke je Behälter, aufwendige Mischsysteme, wie z. B. eine diagonal verlaufende grossvolumige Schnecke im Behälter, die die Rottemasse von unten nach oben umwälzt.

Die Erfindung schafft Abhilfe durch den erfindungsgemässen Bioreaktor gemäss Anspruch. Beim Anox-Schnellrottebioreaktor wird alles kombiniert: Mischen, umwälzen, belüften, Neumenge einmischen, Ablagerungen entstehen nicht (ständig beseitigt), Schwimmteile werden entfernt, Schaum wird beseitigt, entstehende Gase (Gerüche) werden eingefangen und können zentral abgeleitet werden, sind waschbar oder abfackelbar, keine Gas/Geruchs immission in die Umluft, keine Verschmutzung, keine Blockierung der gesamten Technik möglich, bioreaktiv entstehende Wärme wird rezirkulativ genutzt und beschleunigt den Bioprozess, letzteres heisst kürzere Verweilzeit und weniger Behältervolumen (50-60%), weniger Kosten, weniger Technik, weniger kW elt., weniger Wartung etc..

Im Folgenden wird ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung zum besseren Verständnis der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht des erfindungsgemässen Bioreaktors mit Betonfundament und Leichtdach

Fig. 2 und 3 zeigen ein Gesamtsystem mit mehreren Schnellrottereaktoren.

Ein erfindungsgemässer Schnellrottebioreaktor umfasst einen Behälter (6) von ca. 5-50-150 m³ in Nirostahl-, Kunststoff- oder Stahlemailleplatten und gestattet in dem selben sowohl eine anaerobe als auch aerobe Vergärung, durch ein spezielles Rezirkulationssystem mit Luftinjektor (10.2). Der Behälter (6) hat einen relativ kleinen Durchmesser, ist schmal (O 3-6 m und 4-8 m hoch) und benötigt also nur ein kleines Betonfundament (12) (s. Fig. 1). Der Behälter (6) ist zugleich ein Mischer von verschiedenen Reststoffen, ohne aber im Be hälter (6) selbst eine besondere mechanische Rührtechnik zu haben. Ein Extramischer entfällt. Neu- und Kofermentationsmasse, noch warme bakteriell durchsetzte separierte Rottemasse, Rotteadditive (11) und im Behälter verbleibende Altmasse werden miteinander durch eine ausserhalb des Behälters (6) stehende Pumpe (2) rezirkulierend dephlegmatisch (4) gemischt. Im Behälter (6) selbst befindet sich keine Antriebstechnik zum Rühren von Sink- oder Schwimmschichten, noch Beseitigung von Schaum.

Nur eine Saug-/Druckpumpe (2) ausserhalb des Behälters (6) dient zugleich für mehrere Vor gänge:

Ansaugen (1) des Abfallreststoffes, auch mit grösserer Dicke bis zu 30% Trockensubstanz aus verschiedenen Vorbehältern (nicht gezeigt). Hineinpumpen (3) in den Behälter (6) über ein Dephlegmatorrohr (4), ein mittig im Behälter (6) gesetztes V2A Stahl- oder PVC-Rohr (O 400 mm), welches am oberen Ende geschlossen ist und rundum seitlich viele Löcher hat (O 20-40 mm), den Flüssigkeitshauptstrom bremsend, total verteilend, dephleg matisiert, um den Rotteprozess nicht zu stören. Eine Sinkschichtbeseitigung entsteht durch einen Injektoreffekt, da das Dephlegmatorrohr (4) ca. 10 cm senkrecht über dem Boden angeordnet ist. Beim Hineinpumpen (3) in das Dephlegmatorrohr (4) entsteht ein Sog der Sinkschichtteile und Biomasse aus dem unteren Teil des Behälters mit Neu- bzw. rezirkulierende Alt-Biomasse (8) u. a. vermischt. Somit wird ein optimaler Mischvorgang ohne irgendeine besondere Rühreinrichtung, ohne Rührtechnik im oder ausserhalb des Behälters (6) erzeugt.

Schaum- und Schwimmschichtbeseitigung

Im oberen Füllstandsbereich des Behälters befindet sich quer durch den gesamten Behälter (6) ein 30-40 cm tiefer und breiter oben offener Kanal (7) als Überlaufvorrichtung, welcher seitlich in einen Fallschacht (8) von 40-50 cm O in Metall oder O 400 mm PVC-Rohr ausläuft.

Eine Umlaufleitung (8) in ca. 4/5 Behälterfüllhöhe, oberhalb des Dephlegmatorrohres (4) und eine entsprechende Pumpensteuerung lässt den Kanal immer leer sein. Sobald unten Neumasse eingepumpt wird, hebt sich das Flüssigkeitsniveau langsam über die Kanalkante (7) und an der Oberfläche schwimmende Teile fliessen in den Kanal. Indem diese langsam über die Kanalkante (7) fliessen, wird die Schaum- und Feststoff schwimmschicht in kleine Stücke gebrochen und fliesst über eine Staunase in das Fallrohr (8). Ein Gemisch aus Schwimmstoffen, Schaum und Flüssigkeit fliesst in den Fallschacht (8) hinunter zur Saug-/Druckpumpe (2). Die Flüssigkeitsschaumfeststoffschwimmschicht kommt gar nicht erst zur Verkrustung. Sie wird intervallmässig im Schacht (8) zerschlagen und wieder neu eingemischt. Schaum kann nicht in weiterführende Flüssigkeits- oder Gasrohre kommen (10.1/6.6/14). Der bakteriologische Prozess wird nicht gestört, da die Methan gasbildung nach oben kommend leicht herauskommt. In die Pumpendruckleitung ist ein Injektor (10) in Form eines Venturisystems eingebaut, so dass Sauerstoff (10.2) angesaugt eingemischt, aber auch Methangas über die Leitung (10.1) oben aus dem Behälter (6) mitrezirkuliert werden kann. Eine zusätzliche Warmlufteinmischung in die Leitung (10.4) bedarf nur noch 0,3-0,6 bar und damit wenig Kompressorleistung bzw. kWh elt. Wärme wird dadurch erhalten, dass der oder die erfindungsgemässe(n) Schnellrottebio reaktor (6) in einer +30°C isolierten Halle stehen, durch den Bioprozess in den Behältern Wärme/Abwärme an der Behälterwand entsteht und somit über die Injektorleitung (10) +30°C warme Luft auf +38°C zusätzlich erwärmt angesaugt wird. Über diese eindosierte warme Luft wird auch die Neumasse (+14-25°C) gleich auf +38°C angewärmt und hat damit gleich die optimale Reaktionstemperatur. Über eine geringe Zusatzwärmetechnik, Eigenwärme +30°C + 8°C zusätzlich lässt sich im Schnellrottebioreaktor (6) immer eine Temperatur von +38°C fahren. Damit erhalten wir mit sehr geringem Aufwand immer die maximal mögliche mesophile Rottetemperatur, welche die schnellstmögliche Rotte möglich macht. Es gibt auch keine Rotte-Anlaufphase mit niedrigen Temperaturen, sondern gleich optimale Verhältnisse mit maximal möglicher Rottetemperatur von 36-38°C für eine mesophile Schnellrotte. Das gesamte System reduziert die übliche mesophile Rottezeit von 21 Tagen auf 8-12 Tage, je nach Biomasse, wodurch das Rottebehältervolumen und damit die Baukosten sowie die Technikaufwandkosten reduziert und das gesamte System vereinfacht wird. Gerade Kleinanlagen werden hierdurch wirtschaftlicher.

Ferner ist die vollständige Behälterentleerung über eine gesonderte, per Schieber (nicht gezeigt) gesteuerte Absaugleitung (17) zur Pumpe (2) hin möglich.

Durch den Schnellrottevorgang entsteht ein besonderer Feststoffaufschluss, welcher später die Feinseparation, insbesondere von kohäsiven Stoffen möglich macht. Dies ist von Bedeutung, wenn der Schnellrottereaktor in einem Klärsystem ohne Biogasgewinnung steht. Über eine automatisch gesteuerte Warmwasserringleitung (13) (+38°C) wird die Aussenwand des Behälters (6) rezirkulierend benetzt und somit sowohl einer Unter- als auch Übertempera tur an Hochsommertagen entgegengewirkt.

Der erfindungsgemässe Schnellrottebioreaktor (6) ist als Bauteil auch einzeln einsetzbar, um nach intensiver Schnellrotte mit einer folgenden Separation annähernd geruchlose Flüssigkeit (Jauche o. a.) zu erhalten.

Vorgenanntes kann Bestandteil einer später nachsetzbaren Biogasanlage mit Vollklärung sein oder nur Teil einer Vollkläranlage.

Die Erfindung dient einer schnellstmöglichen Klärung von Abwasser jeglicher Art mit organischen Reststoffen aus Industrie, Landwirtschaft und Kommunen, bis hin zur gesetz mässigen Vollklärung und Ableitung in öffentliche Gewässer. Der erfindungsgemässe ANOX-Bioreaktor beschleunigt, vereinfacht den Prozess und macht alles kostengünstiger.

Legende zum Schema des "ANOX-Schnellrottebioreaktor" zur anaeroben und/oder aeroben Vergärung von 80-95% (70%) flüssigen Abfallreststoffen

1

Ansaugleitung vom Stall, Vorgrube, Zwischenbehälter oder Rezirkulation

2

Saug-/Druckpumpe

3

Druckleitung zum Behälter

4

Dephlegmatorrohr

5

Injektor zum Schlammaufrühren

6

Behälter/Tank zylindrisch, gasdicht

6.1

Kunststoffplanendach

6.2

Inspektionsluken

6.3

Niveausichtglas

6.4

Innenbeleuchtung

6.5

Arbeitsbühne

6.6

Überdruckventil

7

Schwimm- und Schaumschichtbeseitigungskanal

8

Voluminöser Fallschacht zu Pos.

2

.
9./17 Behälterabsaugleitung zugleich Schlammentfernung

10

Venturi-Injektorsystem für:

10.1

Mischgasrezirkulation

10.2

Luft, Sauerstoffeinmischung

10.3

Warmlufteinmischung

10.4

Warmlufttauscher mit Warmluftdruckzuführung mit nur 0,6-0,8 bar

11

Flüssigadditiveinjektion mit Mischtank und Dosierpumpe

12

Betonfundament, trichterförmig

12.1

Alternative: Fertigtank mit Fussstützen und integriertem Dach

13

Ringleitungswarmwasserbenetzungssystem +38°C

13.1

Warmwasserfangrinne mit Rezirkulationssystem mit Pumpe + Wärmetauscher und Leitung zum Ring

14

Gasgemischabführungsleitung mit Überdruckventil

15

Methangasableitung in einen Leichtbauzwischenbehälter und/oder Biogas BHKW

16

Überlaufleitung mit Ventil in einen zweiten Behälter bzw. Ablauf in eine Separation bzw. Vollkläranlage

17

Behälterentleerungsleitung

18

Isolierter Hallenbau

Claims

1. ANOX-Dephlegmator-System, ein gasdichter Schnellrottebioreaktor zur Vergärung von 80-95% flüssigen Restabfallstoffen, geeignet zur Teilklärung (Denitrifikation) solo eingesetzt oder als Teil einer Biogasanlage oder als Kleinbiogasanlage nur anaerob vergärend zur Methangasgewinnung bei der Landwirtschaft, Kommunen und Industrie, durch folgendes gekennzeichnet bzw. in Fig. 1 schematisch dargestellt.

a) ein 10-150 m³ gasdichter säurebeständiger Behälter (6) von 3 bis 6 m Durchmesser und 3 bis 8 m Höhe, mit Kunststoffplanendach (6.1), mit Trichterboden aus Metall oder Beton, Arbeitsbühne am oberen Behälterrand (6.5), Innenbeleuchtung (6.4), Niveausichtglas (6.3), Inspektionsluken (6.2) und Überdruckventil (6.6),
b) ein mittig in der unteren Hälfte des Behälters (6) 10 cm über dem Boden angeordne tes, einen seitlichen Injektorsog (5) erzeugendes Dephlegmatorrohr (4), am oberen Ende geschlossen, mit einer Vielzahl seitlicher Löcher, welches mit 80-95% flüssigen Abfallreststoff- und einer Flüssigkeit-, Schaum- und Schwimm schichtmischung und anderen Neustoffen rezirkulierend per Pumpe (2) gespeist wird,
c) im oberen Flüssigkeitsniveau eine quer durch den Behälter verlaufend Kanal überlaufvorrichtung (7), hat in ein Fallrohr (8) ausserhalb des Behälters in die Pumpe (2), die Schaum- und Schwimmschicht zerstörend,
d) durch Schliessung der Sauerstoffzuleitung (10.2) und Schaffung eines geschlossenen Kreislaufes den selben Behälter (6) umfunktionierend von einem aeroben auf ein anaerobes Verfahren, wobei letzteres auch Biogaskleinanlagen möglich macht,
e) nur eine, ausserhalb des Behälters (6) angeordnete Saug-/Druckpumpe (2) mit geeignetem Antrieb, absätzig gesteuert, alleinig alle Pumpvorgänge vornimmt,
f) einer am oberen Ende des Behälters (6) angeschlossenen Abgasentsorgungsleitung mit Überdruckventil (6.6), die auch über dem Dach eine Abfackelung von Schwach gas möglich macht,
g) einer am oberen Ende des Behälters (6) angeschlossenen Gasgemischrückführungs leitung (10.1), die mit der Flüssigkeitsumlaufleitung (3) (8) verbunden ist,
h) einer Warmlufttauschung (10.4) mit Warmluft-Sauerstoffzugabeleitung mit einem Injektor (10.3), die mit der Abgasrückführungsleitung (10.1) verbunden ist oder direkt ins Venturisystem geht,
i) alle nichtflüssigen Stoffe über den Venturi-Injektor (10) in die Flüssigkeit einmischt,
j) einer Flüssigadditiveaufbereitung (11) und Injektionsvorrichtung in den Kreis lauf, (8) + (3) bzw. direkt in (3) flüssig/flüssig injiziert,
k) einer am unteren Ende des Behälters (6) angeschlossenen Abpumpleitung (17), die mit der Flüssigkeitsumlaufleitung (7/8) verbunden ist,
l) einer Mischgasableitung (14) mit Abfackelungsmöglichkeit,
m) einer Überlaufleitung (16) in den nächsten Rotte-Behälter aus ca. 2/3 Füllhöhe, aber in 9/10 Füllhöhe überleitend,
n) einer Methangasableitung zur BHKW-Nutzung (15),
o) am oberen Behälterrand eine +38°C Warmwasser-Benetzungseinrichtung (13) für die gesamte Behälteraussenwand mit einer unteren Auffangrinne, zu einer Pumpe und Wärmetauscher (13.1) zum Temperaturausgleich und Rezirkulation nach oben installiert ist,

2. Gemäss Vorgänge Pos. b und Pos. c besondere Rührer im Behälter eliminiert sind,

3. durch spezieller Rohrleitungsstellung bei einer Rezirkulation über 7 + 8 zur Pumpe (2) hin und dabei über das Venturisystem (10) leitend, werden alle nichtflüssigen Stoffe intensiv beimischbar, geleitet von (10.1), (10.2); (10.3), (10.4) und (11),

4. gemäss vorgenanntem System sind mehrere Antriebstechniken in und ausser halb des Behälters nicht notwendig und also kostenersparend,

5. die Behälterbauart von einem zylindrischen Behälter mit nur einem Kunst stoffplanendach und einer auch trichterförmigen Betonsohle, (ein Betonfunda ment muss immer gemacht werden) und relativ hohem zylindrischen Teil bei kleinerer Grundfläche verringert die Baukosten wesentlich,

6. sich gemäss vorgenannter Position systembedingt mit einer Schnellrotte die Rottezeit und damit das Behältervolumen und damit die Baukosten für spezielle Reaktoren wesentlich verringern,

7. sich dies kostengünstige gasdichte Behältersystem ebenfalls günstig und verlustarm für die geruchslose Zwischenlagerung von hochrotteaktiven Kofermentationsstoffen eignet und damit wiederum Technikprobleme, -kosten eliminiert werden,

8. gemäss vorgenannten Positionen ergibt sich systembedingt durch die Vergärung schon eine Eigentemperatur von +28-32°C und erlaubt ein Wärmerecycling zu den Wärmetauschern, so dass nur noch die Differenz bis +38°C extern herangeholt werden muss und somit eine Energiekostensparung bewirkt bei Warmluft und Warmwasser zur künstlichen maximalen Reaktionsbeeinflussung mit möglichen +38°C ohne Bakterien sterben, d. h. also gesteuerte Hochleistung und Rottebeschleunigung,

9. systembedingt macht dies Verfahren als Teil einer grösseren Biogasanlage eine Vollklärung von Gülle (Rinder/Schweine) bei gleichzeitiger Biogasgewinnung ökonomisch und löst damit das Problem der übermässigen Nitrifizierung von Boden, Wasser und Luft,

10. systembedingt können die nach der Schnellrotte separierten Feststoffe, rezirkulierend dehydriert, mit dem Schwach-/Methangas verbrannt werden, wobei durch die Gasbeimengung eine hohe Temperatur von +800°C erreicht wird und damit die Abluft geruchs- und fremdstofffrei wird und von dem Feststoff nur 1-5% sterile Schlacke verbleiben, somit alle Gerüche beseitigend.