DE102008002812A1

DE102008002812A1 - Verfahren zum Aufbereiten von in Haushalten anfallendem häuslichen Abwasser

Info

Publication number: DE102008002812A1
Application number: DE200810002812
Authority: DE
Inventors: Xiaohu Dr. Dai; Markus Dr. Gerlach
Original assignee: Bilfinger Berger Umwelttechnik GmbH
Current assignee: Aqseptence Group GmbH
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-01
Also published as: WO2009118304A3; WO2009118304A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbereiten von in Haushalten anfallendem häuslichen Abwasser, das mittels eines Unterdruckabwassersystems gefördert und sodann anaerob und/oder aerob behandelt wird. Um das regenerative Energiepotential im Abwasser und der bei der Abwasserbehandlung entstehenden Biomasse voll zu nutzen, wird vorgeschlagen, dass häusliches Abwasser mit organischen Stoffen angereichert wird, um dieses sodann mittels Unterdruck einem Sammelbehälter zuzuführen. Anschließend erfolgt ein aerobes Vorbehandeln in einem ersten Reaktor, in dem eine 3-Phasen-Trennung dadurch erfolgt, dass ein getrenntes Abführen von Biogas, anaerob vorbehandeltem Abwasser und unvollständig gefaultem Schlamm erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbereiten von in Haushalten anfallendem häuslichen Abwasser, das mittels eines Unterdruckabwassersystems gefördert und sodann anaerob und/oder aerob behandelt wird.
Ein Unterdruckabwassersystem, d. h. die sogenannte Vakuumkanalisation oder Unterdruckentwässerung bietet nicht nur Lösungen für technische und topographische Problemstellungen, sondern bietet auch den Vorteil, dass der Anfall von Abwasser im Vergleich zur konventionellen Freigefällekanalisation reduziert wird. Das mittels des in der Vakuumkanalisation herrschenden Unterdrucks geförderte Abwasser wird einem Sammelbehälter zugeführt, von dem aus das Abwasser einer üblichen Klärung zugeführt wird, die auch für die Freigefällekanalisation zum Einsatz gelangt. Dabei wird grundsätzlich das regenerative Energiepotential im Abwasser und in der entstehenden Biomasse nicht voll genutzt.
Aus der DE-A-10 2005 063 228 ist ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser mit einer anaeroben biologischen Reinigungsstufe bekannt, wobei die anaerobe biologische Reinigung mittels Biomasse erfolgt, die ausgewählt ist aus psychrophilen Mikroorganismen. Dabei werden in der Praxis der anaeroben Reinigung Abwasser und Küchenabfälle mittels Vakuumkanalisation zugeführt.
Ein Entsorgungskonzept, das für Shanghai, China, vorgesehen ist, sieht vor, dass Braun- und Schwarzwasser zusammen mit Küchenabfällen mittels Vakuumkanalisation einem Faulturm zugeführt wird, wobei entstehendes Biogas zur Erzeugung von elektrischer Energie oder Wärme benutzt und der im Faulturm entnommene Schlamm als Dünger verwendet wird.
Die dem Stand der Technik zu entnehmenden Entsorgungskonzepte unter Einbeziehung einer Vakuumkanalisation nutzen jedoch nicht vollständig das Energiepotenzial im Abwasser und in der Biomasse aus.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das regenerative Energiepotenzial im Abwasser und der bei der Abwasserbehandlung entstehenden Biomasse voll genutzt wird. Dabei besteht das Bestreben, eine energieautarke Entsorgung durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren im Wesentlichen durch die Verfahrensschritte gelöst

– Anreichern des häuslichen Abwassers mit organischen Stoffen und Transport des angereicherten Abwassers in einen Sammelbehälter mittels des Unterdruckabwassersystems,
– anaerobes Vorbehandeln des angereicherten häuslichen Abwassers in einem ersten Reaktor,
– getrenntes Abführen aus dem ersten Reaktor von durch die Vorbehandlung entstehendem Biogas, anaerob vorbehandeltem Abwasser und unvollständig gefaultem Schlamm,
– wobei aus dem Biogas Energie gewonnen wird, das anaerob vorbehandelte Abwasser aerob-biologisch nachbehandelt wird und der unvollständig gefaulte Schlamm in einem zweiten Reaktor anaerob-biologisch behandelt wird.

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das häusliche Abwasser dem ersten Reaktor unter Ausschluss von Regenwasser zugeführt wird.
Erfindungsgemäß wird ein Versorgungskonzept vorgeschlagen, das die im Haushalt angefallenen Medien Wasser und Nahrung nahezu vollständig nutzt, so dass sich ein energieautarkes System bildet, in dem das regenerative Energiepotenzial im häuslichen Abwasser voll genutzt wird. Emission oder Rückstände werden vermieden. Dabei kann entsprechend den Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wachsende Biomasse ergänzend genutzt werden. Gleiches gilt für Regenwasser, das derart gesammelt und geführt wird, dass es von dem ersten und zweiten Reaktor ferngehalten wird, also die biologische Reinigung des häuslichen Abwassers in den ersten beiden Reaktoren nicht beeinflusst, jedoch gleichfalls behandelt werden kann.
Wesentliches Merkmal ist die 3-Phasen-Trennung in dem ersten Reaktor, in dem das häusliche Abwasser anaerob-biologisch behandelt wird. Das Entsorgungskonzept bietet des Weiteren die Möglichkeit, dass die aufbereiteten Abwasserströme über Bewässerung oder Versickerung dem natürlichen Wasserkreislauf zugeführt werden, so dass sich der Aufbereitungsaufwand zur Reinigung des jeweiligen Abwasserstroms an dessen Verschmutzungsgrad orientiert. Die Umweltverträglichkeit ist durch eine nahezu Null-Emission maximiert. Hygienerisiken werden ausgeschlossen, sofern eine direkte Wiederverwendung des gereinigten Abwassers unterbleibt.
Zur Anreicherung des häuslichen Abwassers mit organischen Bestandteilen werden Küchenabfälle dem im Haushalt anfallenden Grau- und Schwarzwasser zugegeben. Hierzu werden die Küchenabfälle zuvor zerkleinert wie mit einem in einem Abfluss eingebauten Zerkleinerer geschreddert. Die Abwasser werden zusammen mit den Küchenabfällen in einen Hausanschlussschacht und sodann in den Sammelbehälter der Vakuumkanalisation durch Unterdruck transportiert. Durch den Einsatz des Unterdruckabwassersystems und damit den Einbau von Vakuumtoiletten im Haushalt werden erkennbar der Trinkwasserbedarf zur Toilettenspülung und der entsprechende Abwasseranfall erheblich reduziert. Von Werten von etwa 25% kann ausgegangen werden.
An das Vakuumsystem sind die Regenrohre nicht angeschlossen, so dass ausschließlich häusliches Abwasser genutzt wird, das im Vergleich zur üblichen Gefällekanalisation in seinem Volumen reduziert und zudem hinsichtlich der organischen Fracht durch die Küchenabfälle angereichert ist.
Folglich erhöhen sich die Konzentrationen an gelösten und festen organischen Inhaltsstoffen im häuslichen Abwasser, d. h., dass das Abwasser im Vergleich zu konventionellem häuslichen Abwasser mit organischen Stoffen stark angereichert ist.
Die häuslichen Abwässer werden mittels der Vakuumkanalisation gesammelt und sodann zu einer speziell ausgelegten Kläranlage zur Behandlung der häuslichen Abwässer transportiert, wobei weder Regen- noch sonstige Fremdwasser in die Vakuumkanalisation gelangen. Somit erfährt das häusliche Abwasser keine Verdünnung und bleibt im Vergleich zu konventionellem Abwasser mit organischen Stoffen stark angereichert.
Das in Siedlungen anfallende Regenwasser der Dach- und Straßenentwässerung wird demgegenüber separat gesammelt und kann in gewohnter Weise Regenwasserspeichern zugeführt werden, um sodann einer Regenwasseraufbereitung unterzogen zu werden, wie diese nachstehend erläutert wird.
Die Aufkonzentrierung des häuslichen Abwassers bietet die Möglichkeit einer anaeroben Abwasserbehandlung, die in dem ersten Reaktor – auch Anaerobreaktor genannt – mit integrierter 3-Phasen-Trennung durchgeführt wird. Dabei sollte als erster Reaktor ein Hochlastreaktor oder zumindest ein solcher eingesetzt werden, der Aufenthaltszeiten von weniger als 24 Stunden bei Abbauraten von 60%–80% der organischen Fracht des häuslichen Abwassers ermöglicht.
Während der anaerob biologischen Reinigung fallen in dem Anaerobreaktor separat Biogas, ein anaerob vorbehandeltes Abwasser und ein nicht vollständig gefaulter Schlamm an, die erfindungsgemäß separat weiterbehandelt werden. Anaerobverfahren bilden im Vergleich zu aeroben Belebungsverfahren sehr wenig Biomassen.
Das anaerob vorbehandelte Abwasser wird sodann einer zweiten biologischen Behandlung zugeführt, um verbliebene abbaubare organische Stoffe zu entfernen. Infolgedessen ist ein hoher Eliminierungsgrad erzielbar. Die zweite biologische Behandlung erfolgt mit Hilfe einer aeroben Biozynose. Dabei ist insbesondere ein Kontaktbiologieverfahren vorgesehen, bei dem die Biomasse auf Trägern immobilisert ist. Wegen der anaeroben Vorbehandlung ist der Sauerstoffbedarf und damit der Energieverbrauch des zum Einsatz gelangenden Belüftungsgebläses vergleichsweise gering. Als Trägermaterial können ein Festbett, ein Wirbelbett oder sonstige regelmäßig eintauchende Kontaktoren eingesetzt werden.
Bezüglich regelmäßig eintauchender Kontaktoren ist Folgendes anzumerken. Die Bakterien sind auf Trägern immobilisiert, die mechanisch bewegt werden. Die mechanische Bewegung der Träger erfolgt z. B. durch Rotation, insbesondere dann, wenn Scheiben oder Trommeln als Träger der Biomasse verwendet werden. Daher wird auch häufig die Bezeichnung „rotierender Biokontaktor” oder auch „Biorotor” verwendet.
Integriert in und nachgeschaltet dem Kontaktbiologieverfahren ist ein Verfahren zur Feststoffabtrennung, wie Biomasse vorgesehen. Da beim Kontaktbiologieverfahren vergleichsweise geringe Mengen an überschüssiger Biomasse gebildet werden, können Mikrosiebung, Mikrofiltration oder Ultrafiltration zur Feststoffabtrennung eingesetzt werden, wobei die Abtrennung von den Anforderungen an die Weiterverwendung des gereinigten Abwassers und damit dem verbundenen Hygienerisiko abhängig ist. Das entsprechend der zuvor erläuterten Verfahrensschritte anaerob-biologisch, aerob-biologisch und mechanisch geklärte Abwasser kann sodann zum Beispiel zur Bewässerung benutzt werden, um die noch enthaltenen Nährstoffe der Vegetation zuzuführen.
Die bei der aerob-biologischen Behandlung bzw. der mechanischen Behandlung anfallenden Feststoffe werden sodann dem zweiten Reaktor zugeführt, in dem eine anaerob-biologische Behandlung des unvollständig gefaulten Schlamms erfolgt, der von dem ersten Reaktor abgezogen wird.
Aufgrund der Kombination der anaeroben Vorbehandlung, der aeroben Nachbehandlung mit Kontaktbiologieverfahren, bei denen nur wenig überschüssige Biomasse aufwächst, ist die Schlammproduktion im Vergleich zu konventionellen Belebungsverfahren stark reduziert.
Sofern beabsichtigt ist, dass das der anaerob-biologischen Nachbehandlungsstufe entnommene geklärte Abwasser der Wasserbewirtschaftung zugeführt wird, z. B. mit aufbereiteten Regenwasser, muss das anaerob vorbehandelte Abwasser vor der aeroben Nachbehandlung einem weiteren Verfahrensschritt unterzogen werden, in dem Stickstoff und Phosphor entfernt wird, um eine Eutrophierung natürlicher Gewässer zu unterbinden. Die Entfernung von Stickstoff und Phosphor kann biologisch oder chemisch durch Ausfällen erfolgen. Ein Ausfällen von Stickstoff und Phosphor kann z. B. mittels der sogenannten MAP(Magnesium-Ammonium-Phosphat)-Fällung durchgeführt werden.
Der bei der 3-Phasen-Trennung in dem ersten Reaktor anfallende unvollständig gefaulte Schlamm wird dem zweiten Reaktor zur anaerob-biologischen Schlammfaulung zugeführt. In den zweiten Reaktor wird auch die abgetrennte Biomasse eingeleitet, die bei der aeroben Nachbehandlung des anaerob vorbehandelten Abwassers anfällt. Neben diesen Dünnschlämmen kann weitere trockene Biomasse wie sonstige organische Abfälle der Haushalte, Grünschnitt oder organische Reststoffe aus der Landwirtschaft dem zweiten Reaktor zugeführt werden, so dass die zusammengeführten organischen Abfalle Dünnschlämme bzw. Biomassen in einer Co-Vergärung ausgefault werden. Je nach Verhältnis zwischen zugeführten Schlämmen und zugeführter trockener Biomasse resultiert ein bestimmter Trockensubstanzgehalt für den Schlamm, der insgesamt der Faulung zugeführt wird. Dabei sollte der Trockensubstanzgehalt über 50 g/l liegen. Folglich müssen Schlämme gegebenenfalls vorher eingedickt oder trockene Biomasse vorher suspendiert werden.
Nach der Schlammfaulung wird der ausgefaulte Schlamm, d. h., der Gärrückstand mechanisch entwässert. Vorzugsweise gelangt eine kombinierte Schlammentwässerungsmaschine zur Eindickung und Entwässerung zum Einsatz, um den Wassergehalt im erforderlichen Umfang zu reduzieren.
Bei einer Schlammentwässerungsmaschine handelt es sich um eine Kompaktanlage zur mechanischen Entwässerung von Schlämmen, um einen Entwässerungsgrad zu erreichen, der über die rein statische Entwässerung der Schwerkraft hinausgeht. Hierzu werden Kräfte aufgebracht, die das Wasser aus dem Schlamm herausbefördern. Dekantierzentrifugen nutzen dazu Zentrifugalkräfte. Kammerfilterpressen oder Bandfilterpressen nutzen die mechanisch aufgebrachte Druckkraft und Unterdruck-Trommelfilter die atmosphärische Druckkraft.
Der entwässerte Gärrückstand sollte einen Trockensubstanzgehalt von etwa 25% aufweisen. Sodann wird der Schlamm eine Schlammtrocknungsanlage zugeführt, um bis auf einen definierten Restfeuchtegehalt getrocknet zu werden. Dabei bestimmt sich der Restfeuchtegehalt nach der Art der beabsichtigten Verwendung des getrockneten Gärrückstands. Eine mögliche Trocknung kann durch eine Solartrocknung erfolgen, bei der ein Großteil der Trocknung über den sogenannten Glashauseffekt erfolgt.
Zu der Solartrocknung ist Folgendes anzumerken. Hierbei gelangen Anlagen zur Schlammtrocknung zum Einsatz, die den sogenannten Glashauseffekt nutzen, wie dieser in verglasten Gewächshäusern anzufinden ist. Schlamm kann über einen Schubboden in dünnen Schichten eingebracht und mit Hilfe eines Förder- und Wendesystems mit Eggenstiften langsam durch das Glashaus transportiert werden. Die Trocknung erfolgt durch die Solarstrahlung und kann durch Bodenheizung unterstützt werden.
Zusätzlich kann eine Heizung wie Bodenheizung benutzt werden, der Abwärme zuführbar ist, die z. B. aus dem Biogas bzw. bei der Umsetzung des Biogases anfällt.
Die getrockneten Gärrückstände können auf verschiedene Weise verwertet werden. So können getrocknete Gärrückstände als Ersatzbrennstoffe in Industrie oder in Kraftwerken verfeuert werden. Hierzu ist es erforderlich, dass die vorzugsweise in Pellets geformten Gärrückstände einen Restfeuchtegehalt von weniger als 10% aufweisen. Dieser Wert kann mittels der Schlammtrocknung wie der Solartrocknung ohne Weiteres erreicht werden. Wird entsprechend der Gärrückstand benutzt, so wird der Primäreinsatz von fossilen Brennstoffen reduziert.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, getrocknete Gärrückstände als Nährstoffdünger in die Landwirtschaft zurückzuführen. Dies entspricht einer rein stofflichen Verwertung. Auf diese Weise werden Phosphatdünger aus endlichen Lagerstätten und mit fossiler Primärenergie aufwändig hergestellte Stickstoffdünger ersetzt.
Für eine landwirtschaftliche Verwertung ergeben sich aus dem erfindungsgemäßen Entsorgungskonzept mehrere Vorteile:

– Schwermetalleinträge aus Abschwämmungen bei Oberflächenabfluss sind ausgeschlossen,
– die Transportkosten der Gärrückstände sind nach der Trocknung stark reduziert,
– die Trocknung bewirkt neben der Faulung eine maßgebliche Hygienisierung der Gärrückstände.

Das sowohl in dem ersten Reaktor als auch in dem zweiten Reaktor anfallende Biogas kann auf verschiedene Weise verwendet werden, wobei die Möglichkeiten vom Strom- und Wärmebedarf in der Abwasser- und Schlammbehandlung oder von dem Bereich abhängen, aus dem das Abwasser stammt, also aus dem Siedlungsbereich der Haushalte.
Eine direkte Verwertung des Biogases besteht darin, dass eine Verstromung erfolgt. Eine Gasturbine oder ein Blockheizkraftwerk können hierzu Verwendung finden. Die dabei entstehende Abwärme kann zur Aufheizung des Anaerobreaktors (erster Reaktor) oder des Faulbehälters (zweiter Reaktor) und gegebenenfalls noch überschüssige Wärme zur Schlammtrocknung eingesetzt werden. Sollte weitere überschüssige Wärme zur Verfügung stehen, können sonstige Wärmeverbraucher versorgt werden.
Alternativ zur Stromversorgung kann das Biogas direkt als Brennstoff verwendet werden. So kann eine Direktbefeuerung einer Schlammtrocknungsanlage erfolgen. Auch eine Biogasnutzung als Brennstoff kommt in Frage. So können Gasflaschen für Haushaltszwecke abgefüllt werden oder nach entsprechender Gasaufbereitung eine Einspeisung in ein Gasnetz erfolgen. Nach weitergehender Aufbereitung lassen sich weitere Nutzungen erschließen wie z. B. eine Anlage zur Produktion von Kraftstoff aus Biogas.
Das in den Häusern anfallende Regenwasser sollte vorzugsweise dezentral gesammelt und aufbereitet werden, um ein separates Leitungsnetz von großer Gesamtfläche und großen Rohrdurchmessern zu vermeiden. Dadurch können erhebliche Investitions- und Betriebskosten gespart werden.
Zur Aufbereitung des verunreinigten Regenwassers kommen Verfahren wie Fest-/Flüssig-Trennung zum Einsatz, bei denen sowohl flotierende als auch sedimentierende Stoffen abgetrennt werden. Je nach weiterer Nutzung des Regenwassers kann eine Feinreinigung mittels Mikrosiebung oder Mikrofiltration erfolgen.
Das so aufbereitete Regenwasser kann in Betriebswassertanks zwischengespeichert werden. Dieses Betriebswasser kann zur Außenreinigung, zur Straßenreinigung oder als Löschwasser benutzt werden. Überschüssiges Betriebswasser sollte der Wasserbewirtschaftung zugeführt werden, d. h., ins Grundwasser versickern oder in Oberflächengewässer von Naherholungsgebieten verwendet oder in Fließgewässer abgeleitet werden.
Erfindungsgemäß wird ein urbanes Ver- und Entsorgungskonzept mit Vollnutzung von Abwasser und Bioabfall zur Verfügung gestellt. Unter Einbeziehung von Regenwasser nutzt das Konzept die zugeführten Medien Wasser und Nahrung sowie die natürlich anfallenden Medien Regenwasser und wachsende Biomasse nahezu vollständig, so dass aus der Ver- und Entsorgung einer Siedlung hinsichtlich der genannten Medien nahezu keine Emissionen und Rückstände resultieren. Der Verbrauch von Trinkwasser für den Haushalt und für öffentliche Nutzung in der Siedlung wird reduziert. Das regenerative Energiepotenzial im Wasser und in der Biomasse wird voll genutzt. Es ergibt sich eine energieautarke Entsorgung.
Die Abwasserströme werden aufbereitet und über Bewässerung oder Versickerung dem natürlichen Wasserkreislauf zugeführt, wobei sich der Aufbereitungsaufwand zur Reinigung des jeweiligen Abwasserstroms an dessen Verschmutzungsgrad orientiert. Die Umweltverträglichkeit ist durch die nahezu Null-Emission maximal. Trotz weitgehender Vollnutzung und nahezu Null-Emission erfolgt jedoch grundsätzlich keine direkte Wiederverwendung, so dass keine hygienischen Risiken bestehen, die von der Zuverlässigkeit technischer Systeme abhängen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispiels.
In der einzigen Figur ist eine Prinzipdarstellung eines urbanen Entsorgungs- und Versorgungskonzepts für eine Siedlung dargestellt, die eine Vielzahl von Häusern 10 umfasst. Der Begriff „Siedlung” soll dabei nicht einschränkend verstanden werden, sondern kann auch Dörfer bzw. Städte umfassen.
Über ein Unterdruckabwassersystem – auch Vakuumkanalisation 12 genannt – werden das in den Häusern 10 anfallende Wasser, also Grau- und Schwarzwasser, sowie zerkleinerte Küchenabfälle 16 über Unterdruckleitungen 18 einem Sammelbehälter 20 zugeführt.
Von dem Sammelbehälter 20 wird das so gesammelte häusliche Abwasser einem ersten Reaktor 22 über eine Leitung 24 zugeführt, in dem eine anaerobe biologische Behandlung mit 3-Phasen-Trennung erfolgt. Bei dem Reaktor 22 handelt es sich insbesondere um einen Hochleistungsreaktor oder zumindest einem Reaktor, bei dem bei einer Aufenthaltszeit von weniger als 24 h eine Abbaurate von 60%–80% der organischen Fracht ermöglicht wird.
In dem ersten Reaktor 22 oder Anaerobreaktor fallen separat Biogas, anaerob vorbehandeltes Abwasser sowie nicht vollständig gefaulter Schlamm an, die erfindungsgemäß separat weiterbehandelt werden.
Das anaerob vorbehandelte Abwasser wird über eine Leitung 26 einer zweiten biologischen Behandlungsstufe 28 zugeführt, um verbliebene abbaubare organische Stoffe zu entfernen. Die zweite biologische Behandlung erfolgt mit Hilfe einer aeroben Biozynose, vorzugsweise einem Kontaktbiologieverfahren 30, bei dem die Biomasse auf Trägern immobilisiert ist. Wegen der anaeroben Vorbehandlung ist der Sauerstoffbedarf und damit der Energieverbrauch für das Belüftungsgebläse vergleichsweise gering. Als Trägermaterial können ein Festbett, ein Wirbelbett oder sonstige regelmäßig eintauchende Kontaktoren Verwendung finden. Bei dem entsprechenden Kontaktbiologieverfahren 30 bildet sich vergleichsweise wenig überschüssige Biomasse. In der Verfahrensstufe 28, die die Kontaktbiologie 30 umfasst, kann eine Feststoffabtrennungsstufe 32 integriert oder angeschlossen sein. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Mikrosiebung, eine Mikrofiltration oder eine Ultrafiltration zur Feststoffabtrennung handeln. Das auf diese Weise anaerob-biologisch in dem Reaktor 22, aerob-biologisch in dem durch die Kontaktbiologie (Stufe 30) und mechanisch durch die Mikrosiebung (Stufe 32) mittels z. B. Mikrofiltration oder Ultrafiltration geklärte Abwasser kann sodann direkt zur Bewässerung benutzt werden, um die noch enthaltenen Wertstoffe der Vegetation zuzuführen (Verbindung 34 zur Vegetation).
Der in der Behandlungsstufe 28 angefallene Feststoffanteil wird über eine Leitung 36 einem zweiten Reaktor 38 zugeführt, in dem eine anaerob-biologische Behandlung erfolgt. In dem Reaktor 38 mündet gleichfalls eine Leitung 40, die von dem ersten Reaktor 22 ausgeht, und über die der bei der anaeroben Behandlung des häuslichen Abwassers entstehende unvollständig gefaulte Schlamm zugeführt wird.
Mit anderen Worten wird der Schlamm aus dem Anaerobreaktor 22 und der Schlamm aus abgetrennter Biomasse der Aerobbehandlung 28 einer Schlammfaulung in dem zweiten Reaktor 38 zugeführt. Diesen Dünnschlämmen können trockene Biomasse wie z. B. sonstige organische Abfälle der Haushalte, Grünschnitte aus der Siedlung oder organische Reststoffe aus der umliegenden Landwirtschaft dem auch als Faulbehälter zu bezeichnenden zweiten Reaktor 38 zugeführt werden, um die zusammengeführten organischen Abfälle und Biomassen in einer Co-Vergärung auszufaulen. Das Zufügen von trockener Biomasse wird durch die Leitung 40 symbolisiert.
Je nach Verhältnis zwischen zugeführten Schlämmen und zugeführter trockener Biomasse resultiert ein bestimmter Trockensubstanzgehalt für den Schlamm, der insgesamt der Faulung zugeführt wird. Der Trockensubstanzgehalt sollte bei über 50 g/l liegen, so dass erforderlichenfalls Schlämme vorher eingedickt oder trockene Biomasse vorher suspendiert werden.
Der ausgefaulte Schlamm, d. h. der Gärrückstand wird sodann in einer Schlammentwässerungsmaschine 42 im erforderlichen Umfang entwässert und getrocknet. Um sodann zum Einstellen eines gewünschten Restfeuchtegehalts in einer Anlage 44 wie Solartrocknungsanlage zusätzlich getrocknet zu werden. Bei der Solartrocknungsanlage 44 erfolgt eine Trocknung nach dem sogenannten Glashauseffekt. Ferner kann über in der Anlage 44 vorhandene Heizungen eine zusätzliche Erwärmung und damit Trocknung erfolgen. Dabei kann die Heizung wie Bodenheizung 46 mit Abwärme über eine Leitung 48 gespeist werden, die von einer Verwertungseinrichtung 50 für das sowohl in dem ersten Reaktor 22 als auch in dem zweiten Reaktor 38 stammende Biogas stammt.
Die in der Trocknungsanlage 44 getrockneten Gärrückstände können sodann z. B. über einen Förderer 51 einem Silo 52 zugeführt werden, von dem die Gärrückstände abtransportiert werden. Zuvor können die Gärrückstände in Pelletform gepresst werden.
Eine Nutzung der getrockneten Gärrückstände kann unmittelbar in Form einer landwirtschaftlichen Verwertung, und zwar als Nährstoffdünger, oder als Ersatzbrennstoff in Industrie- und Kraftwerken erfolgen.
Die aus dem ersten und zweiten Reaktor 22, 38 anfallenden Biogase werden über Leitungen 54, 56 der Gasverwertungseinrichtung 50 zugeführt. Dabei kann es sich z. B. für den Fall, dass es sich um eine Verstromung des Biogases handelt, um eine Gasturbine oder um ein Blockheizkraftwerk handeln. Die anfallende Abwärme kann sodann zur Aufheizung des Anaerobreaktors (Reaktor 22) oder des Faulbehälters (Reaktor 38) genutzt werden. Die Wärme kann jedoch auch für die Solartrocknungsanlage 44 oder für sonstige Wärmeverbraucher verwendet werden.
Alternativ kann das Biogas direkt als Brennstoff eingesetzt werden. Beispielhaft ist die direkte Befeuerung einer Schlammtrocknungsanlage zu nennen. Auch ein Abfüllen in Gasflaschen oder ein Einspeisen in ein Gasnetz, nachdem eine Gasaufbereitung erfolgte, ist möglich.
Das in den Häusern 10 anfallende Regenwasser wird über Leitungen 57 einer Fest-/Flüssig-Trennungsanlage 58 zugeführt, in der sowohl flotierende als auch sedimentierende Stoffe abgetrennt werden. Der Fest-/Flüssig-Trennungsanlage 58 kann gegebenenfalls eine Mikrosieb- oder Mikrofiltrationseinrichtung 60 nachgeordnet sein, um eine Feinreinigung vorzunehmen.
Das aufbereitete Regenwasser kann in Betriebswassertanks zwischengespeichert werden und für Außenreinigung, zur Straßenreinigung oder als Löschwasser genutzt werden. Überschüssiges Betriebswasser wird der Wasserbewirtschaftung zugeführt, d. h. ins Grundwasser versickert oder in Oberflächengewässern von Naherholungsgebieten verwendet oder in Fließgewässer abgeleitet.
Sollen dem aufbereiteten Regenwasser auch gereinigte häusliche Abwässer zugeführt werden, so ist es erforderlich, dass diese von Stickstoff und Phosphor befreit sind. Hierzu ist vorgesehen, dass in dem dem ersten Reaktor 22 über die Leitung 26 entnommenen anaerob vorbehandelten Abwasser vor Zuführen in die aerob-biologische Behandlungsstufe 28 eine Fällung von Stickstoff und Phosphor mittels der sogenannten MAP-Fällung durchgeführt wird.
Die Flotate der Regenwasserbehandlung, also diejenigen, die in der Fest-/Flüssigtrennungsstufe 58 anfallen, können dem zweiten Reaktor 38 zugeführt werden. Die Sedimente und Rückstände aus der Feststoffabtrennung der Regenwasserbehandlung (Stufe 58) werden entwässert und deponiert, da die Möglichkeit besteht, dass erhöhte Gehalte an Schwermetallen vorliegen.
Da alle drei Phasen des Anaerobreaktors 22 weiterbehandelt werden, ergeben sich keine Rückstände.
Der Dünnschlamm bzw. das Konzentrat aus der Feststoffabtrennung der aeroben Behandlung 28 des häuslichen Abwassers wird dem zweiten Reaktor 38 zugeführt.
Alle Abwässer aus einer eventuell erforderlichen Voreindickung, der Nacheindickung, Entwässerung und Trocknung der Gärrückstände werden in den Zulauf des ersten Reaktors, also den Anaerobreaktor 22, rückgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005063228 A [0003]

Claims

Verfahren zum Aufbereiten von in Haushalten anfallendem häuslichen Abwasser, das mittels einer Unterdruckabwassersystems gefördert und sodann anaerob und/oder aerob behandelt wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: – Anreichern des häuslichen Abwassers mit organischen Stoffen und Transport des angereicherten Abwassers in einen Sammelbehälter mittels des Unterdruckabwassersystems, – anaerobes Vorbehandeln des angereicherten häuslichen Abwassers in einem ersten Reaktor, – getrenntes Abführen aus dem ersten Reaktor von durch die Vorbehandlung entstehendem Biogas, anaerob vorbehandeltem Abwasser und unvollständig gefaultem Schlamm, – wobei aus dem Biogas Energie gewonnen wird, das anaerob vorbehandelte Abwasser aerob-biologisch nachbehandelt wird und der unvollständig gefaulte Schlamm in einem zweiten Reaktor anaerob-biologisch behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das häusliche Abwasser durch zerkleinerte Küchenabfälle organisch angereichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von dem mittels des Unterdruckabwassersystems transportierten und sodann dem ersten Reaktor zugeführten angereicherten häuslichen Abwasser Fremd- wie Regenwasser ferngehalten wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das angereicherte häusliche Abwasser über einen Zeitraum t in dem ersten Reaktor anaerob-biologisch vorbehandelt wird mit t < 24 h, wobei der erste Reaktor derart betrieben wird, dass während der Vorbehandlungszeit organische Feststoffe zwischen 60% und 80% abgebaut werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Reaktor durch Wärmezufuhr mesophile oder thermophile Bedingungen eingestellt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem ersten Reaktor abgezogene anaerob vorbehandelte Abwasser mittels einer aeroben Biozynose, vorzugsweise mittels Kontaktbiologieverfahren, nachbehandelt wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aerob-biologische Nachbehandlung in einem Wirbelbett-, einem Festbettreaktor oder in einem Reaktor durchgeführt wird, in dem in das Abwasser Kontaktporen eintauchen.
Verfahren nach zumindest Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem aerob nachbehandelten Abwasser Feststoffe vorzugsweise mittels Mirkosiebung, Mikrofiltration oder Ultraschallfiltration abgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Feststoffe dem zweiten Reaktor zugeführt werden.
Verfahren nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aerob nachbehandelte Abwasser nach Abtrennen der Feststoffe z. B. zur Bewässerung verwendet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem anaerob vorbehandelten häuslichen Abwasser und vor dessen aerob-biologischer Nachbehandlung zumindest Stickstoff und Phosphor ausgefällt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfällung durch MAP-Fällung erfolgt.
Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die aerobe Nachbehandlung eine biologische Stickstoff- und Phosphor-Eliminierung integriert wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Reaktor zusätzlich trockene oder suspendierte Biomasse zugeführt wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem aerob-biologisch nachbehandelten Abwasser abgetrennten Feststoffe dem zweiten Reaktor zugeführt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Reaktor durch Wärmezufuhr mesophile oder thermophile Bedingungen eingestellt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom des dem zweiten Reaktor entnommenen ausgefaulten Schlammes (Gärrückstand) als Kontaktschlamm in den Zulauf des ersten Reaktors zurückgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem zweiten Reaktor entnommene ausgefaulte Schlamm (Gärrückstand) entwässert und getrocknet wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgefaulte Schlamm zumindest auf einem Trockensubstanzgehalt von ca. 25% eingedickt bzw. entwässert und sodann getrocknet wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen durch Solartrocknung durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete ausgefaulte Schlamm als Brennstoff verwendet wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete ausgefaulte Schlamm als Nährstoffdünger verwendet wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete ausgefaulte Schlamm in Pellets gepresst wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem ersten Reaktor und dem zweiten Reaktor abgezogene Biogas zur Verstromung oder als Brennstoff verwendet wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Biogas einer Gasturbine oder einem Blockheizkraftwerk zugeführt wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verstromung des Biogases anfallende Abwärme zur Aufheizung des ersten und/oder zweiten Reaktors und/oder zur Trocknung des ausgefaulten Schlamms verwendet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem häuslichen Abwasser ferngehaltene Regenwasser durch Fest-/Flüssig-Trennung aufbreitet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Regenwasser einer Feinreinigung wie Mikrosiebung oder Mikrofiltration unterzogen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Regenwasser vorzugsweise gesammelt und zur Außenreinigung oder Straßenreinigung oder als Löschwasser verwendet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Regenwasser einer Wasserbewirtschaftung zugeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regenwasserbehandlung anfallendes Flotat dem zweiten Reaktor zugeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regenwasserbehandlung anfallende Sedimente und/oder Rückstände aus der Feststoffabtrennung der Regenwasserbehandlung entwässert und deponiert werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abwässer aus einer eventuell erforderlichen Voreindickung, einer Nacheindickung, Entwässerung und/oder Trocknung des ausgefaulten Schlammes dem ersten Reaktor zugeführt werden.
Urbanes Ent- und Versorgungssystem zur Behandlung von in Siedlungen anfallendem häuslichen Abwasser unter Verwendung eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1–33.