DE102011120888B3

DE102011120888B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Abbau von biogenem Material

Info

Publication number: DE102011120888B3
Application number: DE201110120888
Authority: DE
Inventors: Michel Walter; Jörg Borgwardt; Wolf Wunderlich
Original assignee: REBIO Water GmbH
Current assignee: REBIO Water GmbH
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-12-10

Abstract

Bekannt sind verschiedene Verfahren zur Nutzung von Gülle, nachwachsenden Rohstoffen und organisch stark belasteten Abwässern zur Gewinnung von Biogas, Düngemitteln und Wasser aus Gärresten. Die bekannten Verfahren verwenden Reaktoren, Ausgangsstoffe und Verfahrensprinzipien erreichen nicht den gewünschten technischen und ökonomischen Erfolg. Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einem komplexen System zum thermomechanischen Aufschluss von organischen Rohstoffen, einer Schwimmbettreaktorenkolonne mit anaeroben und aeroben Arbeitsstufen und integrierten Membranstufen zur Rückführung organischer Reststoffe in die Abbaustufen und Rückführung des gereinigten Wassers in den Aufbereitungsprozess sowie zur anderweitigen Nutzung. Das Verfahren zielt auf Rohstoffe, deren stoffliche Verwertung in Biogasreaktoren langer Verweilzeit bedarf und damit große Reaktorvolumina erfordern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Biogasgewinnung durch Aufschluss und Verwertung der Inhaltsstoffe aus Lebensmittelrückständen und anderen organischen Abfallstoffen einschließlich der Gärrestaufbereitung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bekannt sind verschiedene Verfahren zur Nutzung von Gülle, nachwachsenden Rohstoffen und organisch stark belasteten Abwässern zur Gewinnung von Biogas, Düngemitteln und Wasser aus Gärresten.
Aus der DE 10 2005 055 310 A1 ist ein Verfahren zur Aufarbeitung von Gärresten aus Biogasanlagen, Flüssiggülle, organisch belasteten Abwässern u. a. durch Verknüpfung mehrere Prozessketten zu komplexen Kreislaufsystemen, bekannt.
Der Patent 10 2005 055 310 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, dass alle Bestanteile und Energieinhalte im komplexen Zusammenhang einer Nutzung der beinhalteten thermischen und elektrischen Energie, der stofflichen Verwertung/Abbau der Inhaltstoffe und der Wassernutzung für hochwertige Zwecke, z. B. Aqua-Kulturen, ermöglicht.
Die in dieser Druckschrift angegebene Lösung besteht aus einem System eines Kreislaufes zur Aufbereitung und Verwertung der Gärreste aus Biogasanlagen zur Nutzung von Überschusswasser und Energie für die Aufzucht von Fischkulturen bei Maximierung der Gesamtenergieausbeute durch Anaerobfilter und den gezielten weiterführenden Abbau von C- und N-Substanzen durch Aerobfilter bei gleichzeitiger Nutzung des anfallenden CO₂ und Reststickstoffs der Umkehrosmosekonzentrate für Algenkulturen.
In der DE 10 2004 053 615 B3 ist die Anwendung eines Festmist-Reaktors mit Perkulation beschrieben, wobei mehrere Perkulatoren im Festbett-Reaktor angeordnet sind.
Hiermit soll der Abbau von biogenem Material unter bedarfsgerechter Steuerung des Biogasanfalles erfolgen.
Das in der WO 2010 034 685 A2 beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zur Behandlung biogener Stoffe ist vorrangig ein Verfahren zur Steigerung der Biogasausbeute durch den Eintrag von mechanischer Energie mit dem Ziel der Steigerung der Effizienz der Biogasgewinnung aus biogenen Rohstoffen, aber nicht die vollständige Verwertung der Inhaltsstoffe zu Düngekonzentraten und des Wassers zu Brauchwasser.
Die in diesen Druckschriften und weiteren aus der Technik bekannten Verfahren verwendeten Reaktoren, Ausgangsstoffe und Verfahrensprinzipien erreichen nicht den erwünschten technischen und ökonomischen Erfolg.
Die EP 1 211 308 A1 betrifft ein Verfahren zur Teilverwertung von Tiermehl und/oder dessen Vorprodukten.
Der Erfindung liegt hier die Aufgabe zugrunde, ein preiswertes Verfahren zur Verwertung von Tiermehl bereitzustellen, bei dem die Menge einer Verbrennung zuzuführenden Substanz reduziert wird.
Es ist keine Aufarbeitung einer bei einer Separation anfallenden Flüssigkeit direkt nach einer anaeroben Fermentation mittels Filtrationsverfahren vorgesehen. Spezielle Membranfiltrationsverfahren sind bekanntlich nach dem Stand der Technik technisch und energetisch sehr aufwändig und problematisch.
Eine komplexe Nutzung von Inhaltsstoffen und die stoffliche Verwertung der Inhaltsstoffe ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren darzustellen, das eine komplexe Nutzung der Inhaltsstoffe von Lebensmittelrückständen, Pflanzen-, Schlacht- und Fischereiabfällen sowie anderen organischen Abfallstoffen hinsichtlich der stofflichen Verwertung bzw. Abbau der Inhaltstoffe zur energetischen Nutzung (thermische und elektrische Energie) sowie die Nutzung des anfallenden gereinigten Wassers im stofflichen Kreislauf ermöglicht.
Weiterhin soll mit der Erfindung die zur Ausführung vorgesehene Vorrichtung dargestellt werden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Aufschluss und zur Verwertung der Inhaltsstoffe von Lebensmittelrückständen und anderen Abfallstoffen gelöst, deren Merkmale im Hauptanspruch wiedergegeben sind.
Die Vorrichtung ist in den Ansprüchen 2–10 dargestellt.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einem komplexen System zum thermomechanischen Aufschluss von organischen Rohstoffen, einer Schwimmbettreaktorenkolonne mit anaeroben und aeroben Arbeitsstufen und integrierten Membrantrennstufen zur Rückführung organischer Reststoffe in die Abbaustufen und Rückführung des gereinigten Wassers in den Aufbereitungsprozess sowie zu anderweitiger Nutzung.
Das Verfahren zielt auf Rohstoffe, deren stoffliche Verwertung in Biogasreaktoren langer Verweilzeiten bedarf und damit große Reaktorvolumina erfordern.
In der anaeroben Arbeitsstufe, die als Schwimmbettreaktor gestaltet ist, entsteht Biogas mit einem Methananteil von ≥ 80%; in den nachgeschalteten, mit einem speziellen Membranintensivbelüftungssystem ausgerüstetem aeroben Arbeitsstufen erfolgt der Abbau noch verbliebener organischer Substanz und ein oxidativer Umbau von Ammoniakverbindungen zu Nitratverbindungen. Hierdurch wird eine nahezu vollständige Stickstoffabtrennung bei der Umkehrosmose möglich.
Die anaerobe wie auch die aeroben Arbeitsstufen sind als Schwimmbettreaktoren gestaltet und besitzen Schwimmkörper mit einer Dichte von 0,95–0,98 g/cm³ und einen Durchmesser von 50–250 mm. Durch die erfindungsgemäße Bettgestaltung wird erreicht, dass keine Verblockung des Bettes möglich ist, und ein effektives Absetzen des Bioschlammes unterhalb des Schwimmbettes erfolgen kann.
Erfindungsgemäß wird der Methanbildungsprozess so gestaltet, dass die Wasserstoff verbrauchende Methanbildung gegenüber der Acetat verbrauchenden Methanbildung verstärkt wird. Die Wasserstoff verbrauchende Methanbildung ist energetisch günstiger als die Acetat-Carboxylierung. Das wird erreicht durch eine Erhöhung der Wasserstoffkonzentration im Substrat durch H-bildende Mikroorganismen wie z. B. sporenbildende Clostridien. Klärschlamm dient als Starter und Mediator für eine verstärkte Wasserstoff verbrauchende Methanbildung.
Die zu verwertenden Rohstoffe wie Lebensmittelrückstände, Pflanzen-, Schlacht- und Fischabfälle werden in einem rotierenden Misch- und Zerkleinerungssystem weitgehend homogenisiert und mit Wasser aus dem Kreislaufsystem verdünnt und über eine kontinuierlich arbeitende Thermo-Druck-Hydrolyse-Anlage bei 130–150°C weitgehend aufgeschlossen.
Noch verbleibende grobe Feststoffe werden mittels Separation (Pressschneckenseparator/Dekanter/Schwingsieb) abgetrennt und weiter mit Wasser auf einen Trockenmassegehalt von 3–5% und eine H-bildende < 2000 mg/l eingestellt. Diese Suspension wird auf eine Arbeitstemperatur zwischen 30–55°C gekühlt und in einem Hydrolysetank mit säurebildenden Mikroorganismenkulturen beimpft und unter quasi-anaeroben Bedingungen erfolgt die Bildung der für die Biogaserzeugung erforderlichen organischen Säuren. Zur Optimierung der Methanbildung kann hier eine pH-Korrektur erfolgen, vorzugsweise auf pH 6,5–7,0.
Das vorhydrolysierte Substrat wird im Aufstromprinzip durch den anaeroben Schwimmbettreaktor gefördert. Hier erfolgt die Biogasbildung, die sowohl meso- als auch thermophil gestaltet werden kann. (Temperaturbereich 35–55°C)
In den Ablauf des Anaerob-Reaktors ist eine Mikro-/Ultrafiltrationsstufe extern geschaltet, die den aus dem Reaktor ausgeschleusten, noch C-haltigen Spaltprodukte enthaltenden und mit Mikroorganismen belasteten Ablauf soweit konzentriert, dass langkettige Spaltprodukte und Mikroorganismen in den Biogasprozess rückgeführt werden können.

– Die Mikrofiltrationsanlage besteht aus polymeren oder keramischen Rohrmembranen mit einem Rohrdurchmesser von 3–25 mm und mit einer Porenweite von 0,05–0,4 μm
– Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren: 3–6 m/s
– Transmembrane Druckdifferenz:
– Polymermembranen: max. 1,0 bar
– Keramikmembranen: max. 2,0 bar
– bei Porenweiten 0,2–0,4 um:
– Filtratdruck gegen 0,4–0,8 bar
– Rückspülmodus mit Recycling-Wasser
– 0,5–1,0 bar über Transmembrandruck
– bei Leistungsverlust > 50% auch Möglichkeit der Umkehrspülung bei gleichzeitiger Rückspülung

Das abgetrennte Filtrat dagegen wird je nach Art und Größe der Restbelastung entweder direkt über eine ein- oder zwei-stufige Umkehrosmoseanlage geführt und dort zu einem Mineralstoffkonzentrat und Wasser verarbeitet oder über eine Schwimmbettkolonne unter aeroben Bedingungen weiter gereinigt und anschließend der Aufarbeitung in einer ein- oder zweistufigen Umkehrosmoseanlage unterzogen.
In der 1. Stufe der Umkehrosmoseanlage werden Wickelmembranelemente mit einem spacer von 30–120, vorzugsweise 40–100 mil (ca. 1,0–2,5 mm) und in der 2. Stufe der Umkehrosmoseanlage werden Wickelmembranelemente mit einem spacer von 30–80, vorzugsweise 30–50 mil (ca. 0,8–1,2 mm) eingesetzt.
Vor Eintritt des Ablaufs aus den anaeroben bzw. aeroben Schwimmbettreaktoren in die Wasseraufbereitung, bestehend aus Ultrafiltration und 1–2stufiger Umkehrosmoseanlage, ist es erforderlich, die in der Flüssigkeit verbleibenden Gasreste (CH₄, CO₂, H₂S) zu entfernen, da Gase die Leistungsfähigkeit der Anlage deutlich beeinflussen und zu extremem Leistungsabfall führen können.
Das trifft besonders dann zu, wenn der pH-Wert des Ablaufs zur effektiven Abtrennung noch verbliebener NH₄-Bestandteile auf pH-Werte < 6,0 abgesenkt werden muss. Die Zudosierung von Säuren zur pH-Absenkung führt zur Bildung von CO₂ und H₂S.
Diese Gase werden erfindungsgemäß über einen vorgeschalteten Vakuumabscheider aus der Flüssigkeit bei einem Unterdruck von vorzugsweise –0,2 bis –0,4 bar abgeschieden. Im Abscheider wird die Flüssigkeit über einen Tangentialverteiler auf Prallbleche gelenkt. Die Prallbleche sind so angeordnet, dass die Flüssigkeit dann in einem dünnen Film über die Prallbleche geleitet wird, die Gase abgeschieden werden und die Flüssigphase weitgehend frei von Gasen aus einem Sammler abgezogen werden kann.
Der Eintrag des Filtrates in den aeroben Schwimmbettreaktor, z. B. aus der Mikrofiltrationsanlage erfolgt über ein Membranintensiveintrags- und Belüftungssystem. Die Luft wird hier unter Druck in das Filtrat zur besseren Löslichkeit des Sauerstoffs über Membranen in Feinstverteilung gepresst und erst im Reaktor entspannt.
Das Membran Intensiv- Eintrags- und Belüftungssystem zeichnet sich aus durch:

– ein neuartiges Eintragungssystem für Luft in Klärsysteme mittels keramischer oder polymerer Cross-Flow-Module zur Erhöhung der gelösten Sauerstoffanteile im Medium
– durch die zwangsgeführte, konstant komprimierte Luftzufuhr wird eine intensive und maximale Sauerstoffversorgung der Mikroflora in z. B. Schwimmbettreaktoren gewährleistet
– bedingt durch den konstanten Überdruck im Cross-Flow-System von 0,5–4,0 bar wird die Löslichkeit des eingetragenen Luftsauerstoffs deutlich erhöht (25–40%) der bei Normaldruck eine nur geringe Löslichkeit in Wasser aufweist (20°C: 1 RT Wasser löst 0,039 RT O₂)
– Das mit Sauerstoff anzureichernde Abwasser überströmt die Membranen mit Geschwindigkeiten von 3–5 m/s
– Die Entspannung des Luft-Abwasser-Gemisches auf 0–0,3 bar Überdruck erfolgt über Tangential-Prallteller in den unteren Bereich des aerob betriebenen Schwimmbettreaktors (Aufstromprinzip).
– Das Intensivbelüftungssystem wird vorzugsweise mit Membranen mit einer Porenweite von 0,05–0,1 μm betrieben und der hydraulische Durchmesser der Einzelkanäle der Membran liegt zwischen 6 und 8 mm.
– Der mikrobielle Abbauprozess im Aerobreaktor wird somit um 25–30% beschleunigt.

Das aus der Umkehrosmose gewonnene Wasser wird direkt rückgeführt in den Verarbeitungsprozess zur exakten Einstellung des N-Gehaltes im Substrat auf max. 3000 mg/l, optimal 2000 mg/l Ammonium. Die Zuführung des Wassers kann sowohl in den Vorhydrolyse-Tank als auch in den Einlauf des anaeroben Festbettreaktors erfolgen.
Die Erfindung ist ein mehrstufiges System zum vollständigen Aufschluss und Abbau der Inhaltsstoffe von Lebensmittelrückständen und anderen organischen Abfallstoffen.
1 zeigt den Verfahrensablauf
Nachfolgend wird die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert.
Ausführungsbeispiel
Die Lebensmittelrückstände werden in ein Sammellager überführt. Aus dem Sammellager werden über Dickstoffpumpen die Lebensmittelrückstände über ein Trommelsieb 0 gegeben und von nichtorganischen Verunreinigungen befreit. Anschließend erfolgt die Feinstzerkleinerung und Homogenisierung 1 über ein Rota-cutsystem.
Das homogenisierte Produkt wird kontinuierlich in einem Wärmetauscher oder in einem Rohrheißhalter bei 3,5 bar und 130° behandelt und anschließend in einem Edelstahldruckbehälter 30 Minuten heiß gehalten und danach auf 55°C abgekühlt. Über ein Dosiersystem erfolgt die Zudosierung von Mikroorganismen in Form von Impfschlamm (Klärschlamm) sowie von Enzymen, wie Cellulasen.
Es erfolgt danach die Überführung in einen Vorhydrolysetank 3 mit einer Verweilzeit von 2 Tagen.
Das vorhydrolysierte Substrat wird über einen Preßschneckenseparator 4 mit einer Siebweite von 0,5 mm gepumpt und verbliebene Faser- und andere Feststoffe abgetrennt.
Diese Feststoffe werden anschließend getrocknet und pelletiert mittels eines kotinuierlichen Bandtrockners bei 90–130°C und in einer Pelletierungseinrichtung/Extruder 5 und ggf. mit anderen Fraktionen oder Zusatzstoffen aufgearbeitet.
Die organisch hoch belastete Flüssigkeit (Zentrat) wird aus einem Zwischenlager in den anaeroben Schwimmbettreaktor 6 gefördert.
Dort erfolgt die Biogasbildung und der Abbau organischer Bausteine bei Temperaturen von 55°C (thermophiles Verfahren) und einer Verweilzeit des Substrates von 4 Tagen. Die Befüllung und der Ablauf der Restflüssigkeit erfolgen kontinuierlich.
Im By-pass ist eine Mikrofiltrationsanlage (MF) 7 geschaltet. Der Ablauf aus dem anaeroben Reaktor 6 wird über die MF-Anlage 7 (mit Polymermembranen mit einem Rohrdurchmesser vom 3–25 mm und einer Porengröße von 0,2 μm) gepumpt; dabei werden Mikroorganismen und andere Bestandteile konzentriert und in den Schwimmbettreaktor 6 zurückgeführt. Das Filtrat wird in den aeroben Schwimmbettreaktor 8 geleitet.
Die Einleitung in den aeroben Schwimmbettreaktor 8 erfolgt über ein Intensivbelüftungssystem 8.1 durch Einpressen von Luft in die Flüssigkeit über ein Membransystem (0,2 μm keramische Membran) unter einem Druck von max. 3,0 bar. Dadurch erfolgt eine Feinstverteilung der Luft und eine hohe Löslichkeit des Sauerstoffs in der Flüssigkeit wird gewährleistet.
Die Verweilzeit im aeroben Schwimmbettreaktor 8 ist mit 4 Tagen festgelegt. Anschließend erfolgt eine Thermisierung 9 des Ablaufs aus dem Reaktor 6 bei 75°C und einer Verweilzeit von 2 Minuten in einem Plattenwärmetauscher mit einem Rohrheißhalter und die Entgasung 10 bei einem geringen Unterdruck von –0,2 bar.
Nach Abkühlung auf 60°C wird der Ablauf über eine Ultrafiltrationsanlage 11 bei 60°C und 3 bar filtriert.
Das entstehende Konzentrat (ca. 10% Trockensubstanz) wird in den aeroben Reaktor 8 rückgeführt, das Filtrat auf 35°C in einem Plattenwärmetauscher gekühlt und in einer 2-stufigen Umkehrosmoseanlage 12, 13 in ein Mineralstoffkonzentrat und in Reinwasser getrennt.
Die Arbeitsbedingungen sind 60 bar und 35°C.
In der 1. Stufe der Umkehrosmoseanlage werden Wickelmembranelemente mit einem spacer von 30–120, vorzugsweise 40–100 mil (ca. 1,0–2,5 mm) und in der 2. Stufe der Umkehrosmoseanlage werden Wickelmembranelemente mit einem spacer von 30–80, vorzugsweise 30–50 mil (ca. 0,8–1,2 mm) eingesetzt.
Das Mineralstoffkonzentrat wird mit einer Konzentration von 4–6% abgeleitet. Das entstehende Reinwasser wird in den Produktionskreislauf zur Einstellung des Trockensubstanzgehaltes des Ausgangssubstrates eingesetzt.
Bezugszeichenliste

0: Grobtrennung
1: Feinstzerkleinerung/Homogenisierung
2: Thermodruck-Hydrolyse
3: Vorhydrolyse
4: Separation
5: Trocknung/Pelletierung
6: Anaerober Aufstrom-Schwimmbettreaktor
7: Mikrofiltration
8: Anaerober Aufstrom-Schwimmbettreaktor
8.1: Intensivbelüftung
9: Thermisierung
10: Entgasungssystem
11: Ultrafiltration
12: Umkehrosmose 1
13: Umkehrosmose 2

Claims

Verfahren zum Abbau von biogenem Material, wobei der thermo-mechanische Aufschluss und die Verwertung der Inhaltsstoffe von Lebensmittelrückständen und anderen organischen Abfallstoffen einschließlich der Gärrestaufbereitung in einem mehrstufigen System erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass – die zu verwertenden Rohstoffe in einem rotierenden Misch- und Zerkleinerungssystem (1) weitgehend homogenisiert, mit Wasser aus dem Kreislaufsystem verdünnt und über eine kontinuierlich arbeitende Thermo-Druck-Hydrolyse-Anlage (2) bei 130–150°C aufgeschlossen werden – das in der anaeroben Arbeitsstufe in einem Schwimmbettreaktor (6) mit Schwimmkörpern Biogas mit einem Methangehalt von ≥ 80% entsteht – das in den nachgeschalteten mit einem speziellen Membranbelüftungssystem ausgerüsteten aeroben Arbeitsstufen (8) die noch verbliebene organische Substanz abgebaut und ein oxidativer Umbau von Ammoniakverbindungen zu Nitratverbindungen erfolgt – die Wasserstoff verbrauchende Methanbildung gegenüber der Azetat verbrauchenden Methanbildung eine Erhöhung der Wasserstoffkonzentration im Substrat durch H-bildende Mikroorganismen, verstärkt wird – als Starter und Mediator für eine verstärkte Wasserstoff verbrauchende Methanbildung Klärschlamm eingesetzt wird – mittels Separation (4) nach der Thermo-Druck-Hydrolyse (2) und der Vorhydrolyse (3) noch verbliebene grobe Feststoffe abgetrennt, getrocknet und pelletiert werden; und das bei der Separation erhaltene Zentrat mit Wasser auf einen Trockenmassegehalt von 3–5% und einen NH₄-Gehalt von max. 2500 mg/l eingestellt, auf eine Arbeitstemperatur zwischen 30–55°C temperiert und in einem Hydrolysetank mit Säure bildenden Mikroorganismenkulturen beimpft wird, so dass unter anaeroben Bedingungen die Bildung der für die Biogaserzeugung erforderlichen Säuren erfolgt, wobei eine pH-Korrektur auf pH-Werte von 6,5–7,0 erfolgt – die Förderung des vorhydrolysierten Substrats im anaeroben Schwimmbettreaktor (6) zur Biogasbildung in einem Temperaturbereich von 35–50°C im Aufstromprinzip erfolgt – durch die externe Einschaltung einer Mikro- oder Ultrafiltrationsstufe (7) im Ablauf des Anaerob-Reaktors (6) oder mehrerer parallel oder in Reihe geschalteter Reaktoren die aus dem Reaktor ausgeschleusten, noch C-haltigen Spaltprodukte und Mikroorganismen soweit konzentriert werden, so dass langkettige Spaltprodukte und Mikroorganismen in den Biogasprozess rückgeführt werden – das abgetrennte Filtrat über eine Schwimmbettkolonne (8) unter aeroben Bedingungen weiter gereinigt und anschließend einer Thermisierung (9) bei 60–75° zur Abtötung der Mikroflora unterzogen und in einer Ultrafiltrationsanlage und der nachgeschalteten ein- oder zweistufigen Umkehrosmoseanlage (11, 12, 13) aufbereitet wird – die in der Flüssigkeit verbleibenden Gasreste (CH₄, CO₂, H₂S) über einen vorgeschalteten Vakuumabscheider (10) aus der Flüssigkeit bei einem Unterdruck von –0,2 bis –0,4 bar vor der Ultrafiltration entfernt werden
Anlage für ein Verfahren nach Anspruch 1, bestehend aus einer Schwimmbettreaktorkolonne mit anaeroben und aeroben Arbeitstufen und integrierten Membranstufen zur Rückführung organischer Reststoffe in die Abbaustufen und Rückführung des gereinigten Wassers in den Aufbereitungsprozess, bestehend aus mindestens – einer Abtrennungseinrichtung für nichtorganische Begleitstoffe (0) als Grobtrennung – einem rotierenden Misch- und Zerkleinerungssystem mit Homogenisierung (1) – einer Thermo-Druck-Hydrolyse-Anlage (2) – einer Separationsanlage (4), wie Pressschnecken, Dekanter oder Schwingsieb – einer Trocknungs- und Pelletieranlage (5) – einer enzymatischen Vorhydrolyse (3) durch Inkubation mit Mikroorganismen bei 55°C – einem anaeroben Aufstrom-Schwimmbettreaktor (6) – einer aeroben Arbeitsstufe, die als Schwimmbettreaktor (8) ausgeführt ist und der mit Schwimmkörpern mit einer Dichte von 0,95–0,98 g/cm³ und einem Durchmesser von 50–250 mm bestückt ist – einer Mikrofiltration (7) – einer Intensivbelüftung für Lufteintrag (8.1) in das aerobe Aufstrom-Schwimmbett (8) – einer Thermisierungsanlage (9) zur thermischen Behandlung des Ablaufs aus dem aeroben Schwimmbettreaktor (8) – einem Entgasungssystem (10) mit CO₂-Entzug zur Verbesserung der Ultrafiltrationsleistung – einer Ultrafiltration (11) – einer Rückführung des entstandenen Konzentrates in den anaeroben Schwimmbettreaktor (6) – einer Weitergabe des Filtrats zur Umkehrosmose (12, 13) – einer Umkehrosmose UO (12, 13) zur Konzentrierung der Mineralstoffanteile und Rückführung des UO-Wassers zur Thermo-Druck-Hydrolyse (2) und Gewinnung von Reinwasser – einem Membran-Intensiv-Eintrags- und Belüftungssystem (8.1)
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ablauf des Anaerob-Reaktors (6) eine Mikro-Ultrafiltration extern (7) geschaltet ist.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus polymeren oder keramischen Rohrmembranen mit einem Rohrdurchmesser von 3–25 mm mit einer Porenweite von 0,05–0,4 μm besteht, eine Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren von 3–6 m/s aufweist, mit Druckdifferenzen von max. 5,0 bar arbeitet, der Filtratdruck bei Porenweiten von 0,05–0,4 μm gegen 0,4–0,8 bar geht, der Rückspüldruck 0,5–1,0 bar über dem Transmembrandruck liegt und das bei einem Leistungsverlust > 50% eine Umkehrspülung bei gleichzeitiger Rückspülung erfolgt.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus polymeren Wickelmembranelementen aus PVDF, Polysulfon, aromatischen Polyamiden o. a. Polymermaterialien mit einem spacer von 30–120 mil (ca. 0,75–3,0 mm) bei einem cut-off von 10.000–150.000, vorzugsweise 20.000–100.000 bestehen.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasseraufbereitung aus Ultrafiltration (11) und 1–2 stufiger Umkehrosmoseanlage (12, 13) besteht.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in der 1. Stufe der Umkehrosmoseanlage (UO) verwendeten Wickelmembranelemente einen spacer von 30–120, vorzugsweise 40–100 mil (ca. 1.0–2,5 mm) aufweisen.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in der 2. Stufe der Umkehrosmoseanlage (UO) verwendeten Wickelmembranelemente einen spacer von 30–80, vorzugsweise 30–50 mil (ca. 0,8–1,2 mm) aufweisen.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Aerobreaktor (8) ein Tangentialverteiler und Prallbleche angebracht sind.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrag des Filtrats in den aeroben Schwimmbettreaktor (8) über ein Membran-Intensiv-Eintrags- und Belüftungssystem erfolgt (8.1).