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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur anaeroben Reinigung von Abwasser in einem Reaktor, dem das zu reinigende Abwasser über eine Zulaufleitung zugeführt und das gereinigte Abwasser über eine Ablaufleitung abgeführt wird, wobei sich im Reaktor zumindest eine Gassammelhaube befindet, die über eine sich oberhalb des Firstes der betreffende Gassammelhaube befindliche Öffnung mit einem Innenraum des Gassammelkastens verbunden ist.
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Durch die Anordnung von Trennwänden unterhalb der Gassammelhaube, gelingt es, Aktiv-Pellets weitgehend zurückzuhalten und überschüssige Pellets schonend in den Gassammelraum zu leiten und von dort in den Bodenbereich zurückzuführen.
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Stand der Technik
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Eine derartige Vorrichtung und ein Verfahren dient der so bezeichneten anaeroben Reinigung von Abwasser nach dem UASB-(upflow-anaerobic-sludge-blanket)Verfahren.
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In dem sogenannten UASB-Reaktor findet die Umwandlung von gelösten organischen Substanzen (Substrat) in Methan statt. Diese Umwandlung wird mit Hilfe von Methanbaktterien vollzogen. Neuere Entwicklungen haben die Methanbakterien in Form von pelletisiertem Schlamm erzeugt. Dazu wird in den Bodenbereich des Reaktors das Substrat eingeleitet. Die Pellets bilden ein Pellets-Bett im Bodenbereich. Dieses wird von dem Substrat umströmt und beginnt damit, Methan zu produzieren. Einige der Pellets (Aktiv-Pellets) haben die Eigenschaft, bei starker Methanproduktion im Reaktor aufzusteigen und erst nach einiger Zeit wieder abzusinken. Die Wachstumsgeschwindigkeit der Methanbakterien ist sehr langsam. Bei einem gewöhnlichen Behälter ohne jede Rückhaltevorrichtungen würde die Bakterienmasse schneller ausgeschwemmt als sie nachwachsen könnte. Der Umwandlungsprozess käme zu erliegen, da bald keine Bakterien mehr im Reaktor vorhanden wären. Die im Aufstromverfahren betriebenen Biogasreaktoren besitzen im oberen Teil des Reaktors mindestens eine Auffanghaube oder ein System von mehreren gestaffelt übereinander angeordneten Auffanghauben für das bereits im Bodenbereich des Reaktors entstehende Biogas. Diese Auffanghauben sammeln das Biogas und leiten es in einen Gassammelraum. Diese Einrichtungen werden auch als 3-Phasentrennung (Gas, Wasser, Schlamm) bezeichnet.
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Durch den Prozess der Gasbildung und infolge von Bakterienwachstum kommt es darüber hinaus je nach Gestaltung der 3-Phasen-Trenneinrichtung zu einer Anreicherung und einem Austrag bestimmter Pellet-Arten.
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Bei den meisten Auffanghauben, ist das Volumen unterhalb der Hauben begrenzt. Sind diese Hauben mit schwimmenden Pellets gefüllt, so werden neu hinzu kommende Pellets nicht mehr zurückgehalten sondern schwimmen an den Auffanghauben vorbei an die Reaktoroberfläche und werden mit dem abfliessenden Wasser aus dem Reaktor ausgetragen.
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Diese Aktiv-Pellets sind jedoch besonders wertvoll für den anaeroben Abbauprozess, da sie eine erheblich höhere Aktivität an der Pelletoberfläche aufweisen, als die im Reaktor absinkenden Pellets. Im Bodenbereich eingeleitet, können die Aktiv-Pellets in mehrfacher Weise positiv wirken. Zum einen befinden sich dann die Pellets mit der höchsten Aktivität an der Stelle, wo die Substratkonzentration am höchsten ist, im Zulaufbereich des Reaktors. Zum anderen bewirkt die Einleitung der Aktiv-Pellets in das Pellet-Bett eine gleichmässige Auflockerung des Pellet-Bettes. Durch diese gleichmässige Auflockerung ist wiederum ein gleichmäßiges Umströmen der Pellets mit dem Substrat möglich. Es werden Kurzschlußströmungen vermieden, die Leistungsfähigkeit des Reaktors steigt erheblich.
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Die besondere Effizienz des Reaktors wird deshalb durch Einbauten erreicht, welche nicht nur die Methanbakterien im Reaktorsystem zurückhalten, und das entstehende Gas ableiten sondern auch möglichst alle aktiven Pellets im System halten und in den Bodenbereich des Reaktors leiten können.
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Viele Systeme sind jedoch nicht geeignet, die Aktiv-Pellets im System zuhalten. So sind Systeme wie z. B. in der
DE 40 42 223 A1 oder
CA 2386035 A1 mit sogenannten umgekehrten Trichtern als Auffangsystem eingerichtet. Hier sind die Aufströmgeschwindigkeiten in der 3-Phasentrennung so hoch, dass gerade die spezifisch größeren Aktiv-Pellets aus dem System ausgetragen werden. Zurück bleiben die sehr feinen Pellets, die sich am Boden ablagern und undurchdringliche Schichten von Pellets bilden. Aufgrund dieser negativen Selektion kommt es zu einer erhebliche Leistungseinbuße des Reaktors.
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Ähnliches lässt sich an Anlagen, die nach der
US 005855785 A errichtet sind, nachweisen. Hier wird ein unzureichender Lamellenabscheider als Trennsystem eingesetzt. Aktiv-Pellets sind jedoch zumindest zeitweise leichter als Wasser und durchschwimmen diese Trenneinrichtung.
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In Anlagen der
EP 0170 332 werden zwar Pellets von den Sammelhauben aufgefangen, aufgrund der Mindesthöhe des Reaktors von 14 m, werden diese jedoch im Steigrohr bei gleichzeitiger Einleitung des Biogases extrem nach oben beschleunigt und gegen die Auffangeinrichtung geschleudert. Infolgedessen werden die Aktiv-Pellets in ihrer Struktur zerstört. Auch diese Einrichtung ist daher nicht in der Lage, große Aktiv-Pellets im Reaktorsystem anzureichern.
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Des Weiteren wird in der
DE 103 14 933 A1 eine Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser in einem Reaktor beschrieben, dem das zu reinigende Abwasser über eine Zulaufleitung zugeführt und das gereinigte Abwasser über eine Ablaufleitung abgeführt wird, wobei sich im Reaktor zumindest eine Gassammelhaube befindet, die über eine sich oberhalb des Firstes der Gassammelhaube befindliche Öffnung mit einem Innenraum des Gassammelkastens verbunden ist. Hierbei soll der First nahe der Öffnung geöffnet und auf den First in diesem Bereich ein Gasüberleitungskasten aufgesetzt sein, der das Gas zur Öffnung hinleitet und andererseits die Öffnung in einem Gasüberleitungskasten in dem Gassammelkasten einmünden und die Ansaugöffnungen ausserhalb der Gas-/Wasser-Grenzfläche liegen.
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Die
EP 0 808 805 B2 wiederum beschreibt ein Verfahren und Reaktor zur anaeroben Abwasserreinigung in einem Schlammbett aus Biomasse, in dessen Bodenbereich das zu behandelnde Abwasser zugeführt wird. Über dem Schlammbett wird mit einem Dreiphasentrennsystem einerseits Biomasse im Verfahren zurückgehalten und andererseits behandeltes Wasser und bei der Vergärung gebildetes Biogas separat aus dem Verfahren abgezogen.
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Die
EP 0 244 029 B1 wiederum beschreibt eine Einrichtung für die anaerobe Reinigung für Abwasser, welche einen Reaktor mit Faulabteil, eine oberhalb des Faulabteils angeordnete Klärvorrichtung, eine Vorrichtung zum Zuführen von Abwasser zum Faulabteil und eine am Oberteil oder oberhalb der Klärvorrichtung angeordnete Anordnung zum Ableiten von gereinigtem Wasser enthält. Die Klärvorrichtung enthält mindest ein Deck von Gassammelhauben, aber wobei jede Gassammelhaube an mindestens einem Ende über eine oder mehrere Öffnungen in eine Gassammelkammer mündet, wobei sich die obere Begrenzung der Öffnungen unterhalb der inneren Oberfläche des Firstes oder des Oberteils der betreffenden Haube befindet
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Aufgabe
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Modul und ein Verfahren zur anaeroben Abwasserreinigung vorzustellen, bei dem sowohl die aufsteigende Pellets durch Sammelhauben zurückgehalten werden können als auch Aktiv-Pellets gezielt in den Gessammelraum geleitet und von dort schonend in den Bodenbereich zurück geführt werden können, so daß die oben beschriebenen Vorteile erreicht werden können.
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Lösung der Aufgabe
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Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe liegt darin, ein System gefunden zu haben, bei dem die in einem nach dem UASB-Prinzip arbeitenden Anaerob-Reaktor aufsteigenden Pellets innerhalb der Gassammelhauben durch im Querschnitt der Hauben und vorzugsweise im rechten Winkel zur Firstachse verlaufenden mindestens zwei Trennwände weitgehend zurückgehalten werden, wobei mindestens eine Trennwand bis in den First hineinreicht und die andere Trennwand nicht ganz in den First hineinreicht so dass zwischen Trennwandoberkante und Firstinnenkante ein Durchgang für das Gas entsteht und keine der mindestens beiden Trennwände bis an die Unterkante der Gassammelhaube reicht sodass darüber hinaus aus den Gassammelhauben austretende Aktiv-Pellets in den Gassammelraum geleitet werden, von wo aus sie in den Bodenbereich des Reaktors schonend zurückgefördert werden können.
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Auf diese Art und Weise können zum einen eine maximale Menge an Pellets unterhalb der Hauben gesammelt werden, andererseits können zusätzlich die überschüssigen Pellets in den Gassammelraum geführt und in den Bodenbereich zurückgeleitet werden.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale, Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
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1 eine teilweise perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur anaeroben Reinigung von Abwasser;
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2 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss 1 mit den im Querschnitt der Gassammelhaube 1 vorzugsweise im rechten Winkel zur Firstachse verlaufenden Trennwand 7 und 14 und gegebenenfalls auch 17, wobei mindestens eine Trennwand 7 bis in den First hineinreicht und die andere Trennwand 14 nicht ganz in den First 2 hineinreicht so dass zwischen Trennwandoberkante und Firstinnenkante ein Durchgang für das Gas entsteht und keine der mindestens beiden Trennwände 7 (17) und 14 bis an die Unterkante 3 der Gassammelhaube 1 reicht und die Unterkante mindestens einer Trennwand 14 tiefer liegt als die Gas-Wasser Grenzschicht 13, so dass falls der Raum zwischen Gas-Wassergrenzschicht 13 und Unterkante der Trennwand 14 bereits mit aufschwimmenden Pellets gefüllt ist und noch mehr Pellets in den Gassammelraum aufschwimmen, diese zusätzlichen Pellets über die Unterkante der Trennwand 14 und die Auslassöffnung 8 in den Gassammelraum 4 geleitet werden;
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3 eine schematisch dargestellte Frontansicht einer Vorrichtung gemäss 1;
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4 bis 6 schematisch dargestellte Querschnitte durch weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemässen Vorrichtungen zur anaeroben Reinigung von Abwasser.
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Gemäß den 1 und 2 wird eine Gassammelhaube 1, die nach unten geöffnet ist und an einer Seite mit einer Seitenwand 9 versehen ist, an einen Gassammelkasten 4 angebracht, vorzugsweise angeschweißt, zumindest über eine Schweissnaht 5.
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Zumindest auf einer Seite der Gassammelhaube 1 ist auf dessen First 2 ein Gasüberleitungskasten 6 oberhalb des Firstes und der Gassammelhaube angebracht, vorzugsweise angeschweißt mit einer Schweißnaht 11. Dieser Kasten ist unten geöffnet und an drei Seitenwänden sowie oben geschlossen. Er ist ebenfalls an den Gassammelkasten 4 angebracht, vorzugsweise angeschweißt. Die Wand des Gassammelkastens 4 ist gleichzeitig die Wand des Gasüberleitungskastens 6.
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Gasüberleitungskästen können sowohl aus rechteckigen Kästen als auch aus Halbrohren mit einer oberen Abdeckung bestehen.
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Die Wand des Gassammelkastens 4 hat eine Durchlassöffnung 8 unterhalb des Gasüberleitungskastens 6 und oberhalb der Gassammelhaube 1 und des Firstes 2.
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Der Gassammelkasten 4 ist zumindest mit einem Gasauslassstutzen 10 versehen.
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Sowohl Gassammelhaube und Gassammelkasten sind in einem Reaktionsbehälter 19 (Reaktor) untergebracht. Der Reaktor 19 wird zumindest im Bodenbereich über eine Zulaufleitung mit dem substrathaltigem Wasser über eine Zulaufleitung 21 beschickt. Er enthält zumindest eine Ablaufleitung 12 mit zumindest einer Ablaufsammelrinne 20, wodurch sich im Reaktor eine Gas/Wassergrenzfläche 16 bildet.
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Eine oder mehrere Gassammelhauben 1 werden mit dem Gassammelkasten 4 verbunden, vorzugsweise verschweißt mit der Schweissnaht 5. Mehrere Gassammelhauben können übereinander angebracht werden und dabei seitlich versetzt angeordnet werden. Sie bilden so ein Gassammelsystem 24.
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In einem Reaktor können gemäss den 3 und 4 zwei oder mehre Gassammelsysteme übereinander mit einer gewissen Distanz voneinander angeordnet sein. Sie bilden so das obere Gassammelsystem 24a mit der oberen Gassammelhaube 1a, dem oberen Gasüberleitungskasten 6a, der Gas/Wassergrenzfläche 13a, der Durchlassöffnung 8a und der Gas/Wassergrenzfläche 15a unterhalb vom oberen Gassammelkasten 4a sowie der Trennwand 14a (17a) und 7a.
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Das untere Gassammelsystem 24b ist ausgestattet mit der unteren Gassammelhaube 1b, dem unteren Gasüberleitungskasten 6b und 7b, den Gas/Wassergrenzflächen 13b und 14b, der Durchlassöffnung 8b und der Gas/Wassergrenzfläche 15b unterhalb vom unteren Gassammelkasten 4b sowie der Trennwand 14b (17b) und 7b.
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Zumindest bei dem oberen Gassammelkasten 4a liegt die Gas/Wasser Grenzfläche dann auf dem gleichen Niveau wie die Gas/Wassergrenzfläche 16 des Reaktors. Zumindest der obere Gassammelkasten 4a ist mit einem Gasauslassrohr 10 versehen.
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Bei der Anordnung von zwei oder mehreren Gassammelsystemen 24a und 24b übereinander, kann zumindest die untere mit zumindest einem Gasübergangskasten 22 versehen sein. In diesem Fall bildet sich auch innerhalb des unteren Gassammelkastens 4b eine Gas/Wassergrenzfläche 15b und unterhalb des Gasüberleitungskastens 22 eine Gas/Wassergrenzfläche 27 aus. Beide liegen auf gleichem Niveau. Der Gasüberleitungskasten 22 mündet zumindest in eine Steigleitung 25. In dieser Leitung kann das Gas im Reaktor nach oben geführt und zumindest in den oberen Gassammelkasten 4a geleitet werden. Die Steigleitung 25 kann zumindest mit einem Kondensatventil versehen sein, damit gegebenenfalls anfallend es Kondenswasser abgeleitet werden kann und die Leitung 25 ausschließlich mit Gas gefüllt ist.
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Die Steigleitung 25 kann auch über die Gas/Wassergrenzfläche 12 des Reaktors hinaus geführt werden. Sie wird dann weitergeführt in einem zumindest teilweise waagerechten Querleitung 28 (siehe 5 und 6) und in eine Sinkleitung 29 bis zu einer Auslassöffnung 30, im Bodenbereich des Reaktors 19.
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Die Steigleitung 25 kann mit zumindest einer Ansaugleitung 31 verbunden sein, über eine Ansaugöffnung 33. Die Ansaugöffnung 33 der Ansaugleitung 32 liegt dann unterhalb der Gas/Wassergrenzfläche 12 wahlweise auch unterhalb des oberen Gassammelkastens 4a oder unterhalb des Gassammelsystems 24a. Die Steigleitung 25 ist in diesem Fall mit Flüssigkeit gefüllt.
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Im Fall eines Übertritts von Gasblasen aus dem unteren Gassammelkasten 4b in die Steigleitung 25, einsteht durch einen Gashebereffekt die Wirkung einer Pumpe. Flüssigkeit aus dem Bereich der Ansaugöffnung 33 wird durch die Ansaugleitung 31 angezogen, gelangt über Öffnung 32 in die Steigleitung 25 und die Querleitung 28, die Sinkleitung 29 und die Austrittsöffnung 30 in den Bodenbereich des Reaktors.
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Das Gas kann über die Gasaustrittsleitung 34, die mit der Führungsleitung 28 und zumindest dem Gasauslassstutzen 10 eine Strömungsverbindung hat, aus dem Reaktor abgeführt werden.
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Die Steigleitung 25 kann zumindest teilweise aus dem Reaktor 19 herausgeführt, mit einem Absperrventil 35 versehen und wieder in den Reaktor 19 hineingeführt werden. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsaufstiegs in dem Steigrohr verändert werden. Bei einem vollständigen Verschliessen des Absperrventils füllt sich das Steigrohr 25 unterhalb des Absperrventils 34 mit Gas, solange bis das Gas über das Ansaugrohr 31 in den oberen Gassammelkasten 4a geleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gassammelhaube
- 1a
- Gassammelhaubenobersystem
- 1b
- Gassammelhaubenuntersystem
- 2
- First der Gassammelhaube
- 3
- Unterkante der Gassammelhaube
- 4
- Gassammelkasten
- 4a
- oberer Gassammelkasten
- 4b
- unterer Gassammelkasten
- 5
- Schweißnaht (zwischen Gassammelhaube, Gasüberleitungskasten und Gassammelkasten)
- 6
- Gasüberleitungskasten oberhalb der Gassammelhaube
- 6a
- 6 im oberen System
- 6b
- 6 im unteren System
- 7
- Trennwand
- 8
- Durchlassöffnung in der Wand des Gassammelkastens
- 9
- Wand der Gassammelhaube an Schmalseite
- 10
- Gasauslassstutzen
- 11
- Gas/Wassergrenzschicht unterhalb von Gasübergangskasten 22
- 12
- Wasserablauf
- 13
- Gas/Wassergrenzschicht unterhalb der Gassammelhaube
- 13a
- 13 im oberen System
- 13b
- 13 im unteren System
- 14
- Trennwand
- 15
- Gas/Wassergrenzschicht unterhalb Gassammelkastens
- 15a
- 15 im oberen System
- 15b
- 15 im unteren System
- 16
- Gas/Wassergrenzschicht oberhalb der Gassammelhauben
- 17
- Trennwand
- 18
- Abzugsöffnung für Aktiv-Pellets
- 19
- Reaktor
- 20
- Ablaufsammelrinne
- 21
- Zulaufleitung
- 22
- Gasübergangsöffnung vom unteren Gassammelkasten zum Gasübergangskasten
- 23
- Gasübergangskasten am Gassammelkasten 4b
- 24
- Haubensystem
- 24a
- oberes Haubensystem
- 24b
- unteres Haubensystem
- 25
- Steigleitung
- 26
- Kondensatablassventil
- 27
- Gas/Wassergrenzschicht unterhalb Gassammelkasten 4b
- 28
- Querleitung
- 29
- Sinkleitung
- 30
- Umlaufausströmung
- 31
- Ansaugleitung
- 32
- Öffnung von der Ansaugleitung zur Steigleitung
- 33
- Ansaugöffnung
- 34
- Gasaustrittsleitung
- 35
- Absperrventil