Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur mengenmässigen Reduktion und Verwertung biologisch verunreinigter Flüssigkeiten und Stoffe in fliessfähiger Form und zur Gewinnung von Flüssigdünger, flüssigem Bodenverbesserer und Biogas, bestehend aus einem liegend angeordneten Fermenter, welcher unterhalb des Gasraumes durch Trennwände in einzelne Kammern unterteilt ist, wobei das Gärgut vom Zulauf bis zum Ablauf von Kammer zu Kammer kontrolliert geführt wird.
Die Reinigung von biologisch verunreinigten Flüssigkeiten und Stoffen in fliessfähiger Form mittels Gärprozessen ist seit einigen Jahren gut bekannt und speziell im kommunalen Kläranlagenbau bestens eingeführt. Vielerorts werden heute Abfälle getrennt eingesammelt, so dass vermehrt biologisch verunreinigte Abfälle zu behandeln sind. Wirtschaftlichkeit und ökologische Gründe setzen den Akzent vermehrt auf Gärprozesse, welche gegenüber dem Verfahren der Kompostierung den Vorteil haben, Energie zu erzeugen. Für die Verwertung organischer Feststoffe kennt man Verfahren und Vorrichtungen, welche mit horizontal angeordneten Fermentern arbeiten, z.B. aus dem Patent EP 0 476 217.
Einstufige Gäranlagen für Flüssigkeiten sind z.B. in Kläranlagen für den kommunalen Abfall und in industriellen Anlagen seit Jahren im Einsatz und gehören heute zum Stand der Technik. Grosse Vorteile bieten solche einstufige Fermenter, weil die Prozessführung durch die Überwachung des Schwefelgehaltes (H2S) im Gas verhältnismässig einfach ist. Der Schwefelgehalt (H2S) wird am Austritt des Biogases gemessen und durch Zudosieren von Luftsauerstoff, welcher mit dem Schwefel oxidiert und den Schwefelgehalt im Biogas damit reduziert, gesteuert. Sie weisen jedoch andere, im folgenden erläuterte Nachteile auf:
Die sedimentierten Stoffe, welche sich in Form von Schlamm absetzen, mischen sich immer wieder mit dem geklärten und als rein zu bezeichnenden Abwasser. Der Praktiker stellt dies fest, indem es für ihn schwierig ist, eine transparente Fraktion des geklärten Abwassers zu erhalten. Je grösser die Höhendifferenz und die Distanz zwischen den Abnahmestellen von geklärtem Abwasser und dem sedimentierten Schlammbett ist, desto besser wird die Trennung der beiden Fraktionen sein. Man arbeitet deshalb mit grossen Volumina und grossen hydraulischen Höhen, um für die Sedimentation günstige und gegen die Rückmischung wirksame, laminare Strömungen mit langsamer Geschwindigkeit zu erhalten.
Die zu klärenden Stoffe werden im Fermenter bekanntlich in flüssiger Form bearbeitet. Das heisst, in jeder einstufigen Gäranlage werden sich neu eingespeiste, verunreinigte Stoffe sofort mit bereits gereinigten und für die Entnahme bestimmten Fraktionen vermischen, wie dies in jedem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter geschieht. Eine definierte Aufenthaltszeit für die einzelnen Teilchen zu gewährleisten ist deshalb schwierig. Teile, die direkt vom Einlauf in den Ablauf gelangen, sind nicht nur unvergoren, sondern auch hygienisch nicht sauber. Dies erklärt, weshalb mit einem einstufigen Verfahren die verlangten Anforderungen an gereinigte Abwässer bezüglich Hygienisierung nur bedingt und mit Mühe und Aufwand erreicht werden können.
Man erreicht das z.B. durch Weglassen einer Rühr- oder Mischvorrichtung und verzichtet damit auf bessere Gärung und muss dies mit längerer Verweilzeit kompensieren. Deshalb werden solche Fermenter, wie von den Kläranlagen her bekannt, normalerweise sehr grosse Volumen aufweisen. Die grossen Behälter, um die Flüssigkeitsmengen zu behandeln, kosten viel und erklären den grossen Platzbedarf für solche Anlagen.
Die grossen Volumina in einer solchen Anlage haben zur Folge, dass das Verhalten des ganzen verfahrenstechnischen Prozesses schwerfällig wird. Änderungen der Eigenschaften von verunreinigten Stoffen die zugeführt werden, werden spät erkannt. Notwendige Massnahmen werden dadurch zu spät eingeleitet. Durch ihre Grösse sind die Anlagen schlecht regel- und kontrollierbar, so dass eine Verminderung der Effizienz der Anlage die logische Folge ist.
Diesen Tatsachen versuchen die Hersteller auszuweichen, welche mehrstufige Anlagen anbieten. Man erreicht mit der Mehrstufigkeit, dass keine Vermischung zwischen frisch zugeführtem Zulauf und gereinigtem Ablauf entsteht. Ein weiterer Vorteil solcher mehrstufiger Anlagen liegt darin, dass man in den einzelnen Stufen relativ kurze Verweilzeiten hat. Sie werden dadurch besser überblickbar und die Anlage kann flexibler und bei wechselndem Gärgut (der Normalfall für Abwasseranlagen dieser Art) effizienter und mit kürzeren Verweilzeiten gefahren werden.
Ein grosser Nachteil mehrstufiger Anlagen ist der grosse anlagetechnische Aufwand. Die in bezug auf Pumpfähigkeit zum Teil problematischen Zwischenprodukte müssen entweder mit entsprechenden mechanischen Mitteln von einem Behälter zum andern gepumpt werden, oder die Behälter müssen derart angeordnet sein, dass man die fliessfähigen Stoffe mittels Überlauf in den nächsten Behälter fliessen lässt. All dies stellt nicht zu unterschätzende Anforderungen an den planerischen Aufwand, zieht man in Betracht, dass man bei einer anaeroben Gärung unter leichtem Überdruck mit einem in sich gegen die Atmosphäre in jeder Stufe geschlossenen Fermentationsraum arbeitet.
Ein weiterer Nachteil dieser Art des Anlagenaufbaus mit mehreren Stufen, ist die Trennung der verschiedenen Gasräume. Durch die in den verschiedenen Fermentationsbehältern für die effiziente Gärung erwünschten unterschiedlichen Bedingungen wird das zu gewinnende Biogas verschiedene Qualitäten aufweisen. Eine Durchmischung der in einzelnen Gärkammern gewonnenen Biogase kann z.B. in einer zusätzlichen Sammelkammer erfolgen, was einen zusätzlichen Anlagenaufwand mit sich bringt. Die gute Durchmischung der verschiedenen Biogasqualitäten ist eine Voraussetzung, um mittels H2S-Oxidation direkt durch Anlagenführung eine gute Biogas-Qualität zu erhalten. Aus wirtschaftlichen Gründen ist die günstige Art der Anlageführung mittels H2S-Oxidation für mehrstufige Anlagen keine vertretbare Möglichkeit.
Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, eine Anlage zur Verwertung von biologisch verunreinigten Flüssigkeiten und Stoffen in fliessfähiger Form der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass mit einer kompakten Anlage die verschiedenen Stufen des Gärprozesses flexibel geregelt werden können. Die ganze Anlage soll gleichzeitig über die einfache Kontrolle des Schwefelgehaltes im Biogas kontrolliert und geregelt werden können.
Diese Aufgabe löst eine Anlage zur Verwertung von biologisch verunreinigten Flüssigkeiten und Stoffen in fliessfähiger Form mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere erfindungsgemässe Merkmale gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor und deren Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine geschnittene Darstellung des runden Fermenters mit einem Rotor und den Kammern von der Seite gesehen.
Fig. 2 eine geschnittene Darstellung des kubischen Fermenters mit einzelnen kubischen Kammern von der Seite gesehen.
Fig. 3 einen Querschnitt über die erste Kammer nach dem Zulauf.
Wie Fig. 1 zeigt, ist der Fermenter 1 mittels Trennwänden 3 in einzelne Kammern 2<I-n> unterteilt. Das verunreinigte Gärgut wird dem Fermenter 1 beim Zulauf a eingegeben und das biologisch gereinigte Gärgut 39 wird über Ablauf b dem Fermenter 1 entnommen und unter Umständen einer weiteren Reinigungsstufe zugeführt.
Bei dem Durchlauf der verunreinigten Flüssigkeit wird deren Anteil an biologischer Verunreinigung von Kammer 2<I> zur Kammer 2<n> kontinuierlich kleiner. Während z.B. in der dem Zulauf a am nächsten liegenden Kammer 2<I> noch am meisten Schlamm- und Schmutzstoffe dem Gärgut 39 entnommen werden müssen, ist dasselbe in der letzten, dem Ablauf am nächsten liegenden Kammer 2<n> gereinigt, und meist von sämtlichen Feststoffen befreit, beinahe transparent. Es liegt deshalb auf der Hand, dass die einzelnen Kammern 2<I-n> mit unterschiedlichen Vorrichtungen wie Heizungen, Rührwerken, Ventilen, Pumpen etc. ausgerüstet werden müssen, um die Prozesse in den einzelnen Kammern 2<I-n> auf den für die entsprechende Stufe optimalen Bedingungen fahren zu können.
Ebenfalls in Fig. 1 ist zu sehen, dass der gemeinsame Gasraum 4 über allen Kammern 2<I-n> verbunden und offen ist. Dies hat zur Folge, dass man in diesem grossen, vollständig offenen Gasraum 4 eine langsame Strömung des Gases erreichen kann, welche für die definierbare Gasqualität am Gasdom 36 zuverlässig als durchschnittliche Messgrösse und Basis zur Kontrolle und Regelung des Fermenters gelten kann.
Um von diesem als absolut repräsentativ zu bezeichnenden Messresultat des Gases die Anlage steuern zu können, kann ein Teilstrom über das Gebläse 24 in die Messbox 25 gebracht und dort nochmals nach Menge und Eigenschaft beurteilt werden. Je nach Bedarf kann dem Gasgemisch mittels Gebläse 26 Luft oder Sauerstoff beigefügt werden. Das Gemisch Luft und Biogas wird dann in die vom Gasdom 36 am entferntesten liegende Kammer 2<I> eingepumpt.
Der zugeführte Sauerstoff reagiert mit dem im Biogas enthaltenen Schwefel. Durch Oxidation wird der Schwefel dem Biogas entnommen und als elementarer Schwefel mit dem Gärgut 39 ausgebracht. Die Reaktion erfolgt dabei nach folgender Formel:
H2S + 1/2O2 -> S +H2O
Luft oder Sauerstoff kann dem Prozess über in den Zeichnungen nicht gezeigte Einlassdüsen direkt in das Gärgut eingegeben werden. Um den anaeroben Prozess nicht zu stören und trotzdem die angestrebte Wirkung zu haben, muss dies sehr gezielt und kontrolliert erfolgen.
Wie bereits erwähnt werden in den Kammern 2<I-n> je nach Art und dem verbleibenden Grad der biologischen Verunreinigung andere Bedingungen für Temperatur, Durchmischung, Impfung, etc. erforderlich. Durch gezielte und dem Grad der biologischen Verunreinigung des Gärgutes 39 angepasste Führung der Reaktionsbedingungen, kann der Gärprozess in der entsprechenden Kammer 2 effizient ablaufen.
Um z.B. die Temperatur und/oder die Impfung des Gärgutes 39 zu beeinflussen, ist jede Kammer 2 verbunden mit einem Heizkreislauf d der entweder mit gereinigtem Abwasser oder mit frischem Wasser betrieben wird. In diesem Kreislauf d sorgt eine Pumpe 23 dafür, dass das vorhandene Wasser durch einen Wärmetauscher 27 geführt wird. Über die Ventile 11 kann das im Heizkreislauf d verwendete Medium entweder den Kammern zugeführt werden oder der Gärkammer Flüssigkeit entzogen werden. Mit diesem Kreislauf kann die Temperatur und die Biozönose in den einzelnen Kammern beeinflusst und gesteuert werden. Aus den dem Ablauf näher liegenden Kammern z.B. der Kammer 2<n> kann auch Gärgut 39 entnommen und zur Impfung den dem Einlauf am nächsten liegenden Kammern z.B. der Kammer 2<I> zugeführt werden.
Nährstoffe, Ph-regelnde Substanzen und andere Impfstoffe können über Mischer 35 dem Kreislauf d zugegeben und in eine der Kammern 2 geführt werden.
In Fig. 1 ist ein zylindrischer Fermenter 1 dargestellt, in dessen Zentrum ein Rotor 5 der durch alle Kammern 2 hindurch geht, dargestellt. An diesem Rotor sind in jeder Kammer einige Rührarme 10 befestigt, um das Abwasser stetig in Bewegung zu halten und eine minimale Durchmischung in den einzelnen Kammern zu gewährleisten.
In Fig. 3 ist gezeigt, dass in der dem Zulauf a am nächsten liegenden Kammer 2<I> nebst Rührarm 10 auch noch eine Schaufel 6 am Rotor befestigt ist. Diese Schaufel kann nach hinten winklig verstellt werden. Fig. 3 zeigt ebenfalls, wie mit dieser winklig nach hinten verstellbaren Schaufel zum einen die sich unten befindenden Sinkstoffe 40 über eine zentral unterhalb der Mittelachse des Fermenters 1 liegende \ffnung 7 in einen Sammelbehälter 8 gebracht werden können. Auf diese Art können Sinkstoffe 40 wie z.B. Sand und Steine leicht entsorgt werden. Um das mit den Sinkstoffen 40 mitgebrachte Wasser von denselben zu trennen, befindet sich seitlich an diesem Sammelbehälter 8 ein Grobfilter 9.
Ist dieser Sammelbehälter 8 mit Sinkstoffen 40 gefüllt, wird der Schieber 12 geschlossen. Nun wird der Sammelbehälter 8 via Grobfilter 9 in den Kreislauf d entwässert und die Sinkstoffe 40 mit Schieber 13 in Behälter 14<I> abgelassen. Auf diese Art wird die Hauptmenge der Sinkstoffe 40 die schwerer sind als Wasser, vom verunreinigten Gärgut 39 getrennt und aus dem Fermenter 1 entfernt. Schieber 13 wird sodann wieder geschlossen und Schieber 12 geöffnet, um die durch Schaufel 6 angeförderten Sinkstoffe 40 von neuem aus der Kammer 2<I> zu entfernen.
Ebenfalls in dieser dem Zulauf a am nächsten liegenden Kammer 2<I> bilden sich je nach Art der Verunreinigung des Abwassers mehr oder weniger Schwimmstoffe 41. Dieselbe Schaufel 6 die sich an einem Rührarm 10 befindet, und winklig nach hinten angeordnet ist, bringt diese Schwimmstoffe 41 über \ffnung 15 in den Sammelbehälter 16.
Wie im Sammelbehälter 8 des schwereren Schlammes 40 wird auch hier der Sammelbehälter 16 mit Schwimmstoffen 41 gefüllt, und während dieser Füllung wird über den Grobfilter 17 das Wasser von den Schwimmstoffen 41 abgetrennt. Ist der Sammelbehälter 16 voll, schliesst man Schieber 18, lässt die im Sammelbehälter 16 befindlichen Schwimmstoffe 41 abtropfen, öffnet den Schieber 19 und lässt es in den vorhandenen Behälter 14<II> gleiten. Darauf wird Schieber 19 wieder geschlossen, Schieber 18 geöffnet und neuerlich entstandene Schwimmstoffe 41 können in den Sammelbehälter 16 gefüllt werden.
Mit dem Heizkreislauf d wird die in den Sammelbehältern 8 und 16 vorhandene und über die Grobfilter 9 und 17 abgesonderte Flüssigkeit abgezogen. Mittels Anpassung der Druckverhältnisse im Heizkreislauf d werden die Grobfilter 9 und 17 während des Prozesses rückgespült und gereinigt.
Um das kontaminierte Abwasser nun vom Einlauf a bis zum Auslauf b von einer Kammer zur nächsten zu befördern, sind verschiedene Mittel eingesetzt. Fig. 1 zeigt, dass das Fördermittel, welches das Abwasser von der ersten Kammer 2<I> in die zweite Kammer 2<II> befördert, ein Zerkleinerer 28 sein kann. Das Abwasser kann aber auch von einer Kammer zur nächsten mit einem Überlauf, einem Deckel 29 oder einer Verbindung 30 in die nächste Kammer befördert werden.
Der Fluss vom Einlauf a zum Auslauf b ist immer gewährleistet, weil der Füllstand beim Zulauf a höher ist als beim Ablauf b. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Kammern 2 bilden Schieber 42, mittels welchen \ffnungen in den Trennwänden geöffnet und verschlossen werden können. Solche Schieber ermöglichen, den Durchfluss zwischen den einzelnen Kammern 2<I-n> kontrolliert zu regeln, resp. an ganz bestimmten Stellen den Durchfluss zu beeinflussen. Weitere Möglichkeiten der Verbindungen zwischen den Kammern sind syphonartige Labyrinthe 33 und prallwandähnliche Durchgänge 34 wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt sind.
Eine spezielle Art der Verbindung ist zwischen den Kammern 2<I> und 2<II> angeordnet. In der Kammer 2<I> befinden sich normalerweise noch immer grobe Feststoffe im Gärgut 39. Um den Prozess in Kammer 2<II> verfeinern zu können, wird zwischen den beiden Kammern ein als Transportmittel wirkender Zerkleinerer 28 eingesetzt.
Wie Fig. 2 zeigt, kann ein erfindungsgemässer Fermenter 1 auch eine beliebige Form aufweisen. Aus fertigungstechnischen Gründen wird er möglichst zylindrisch oder kubisch sein. In einem solchen Gerät wird in jeder Kammer 2<I-n> vorzugsweise ein rohrförmiger, mit Heizmantel 22 versehener Wärmeaustauscher 21 eingebaut sein. Durch den in der Mitte des Wärmetauschers 21 erzeugten Auftrieb wird in einer Kammer 2 eine gewisse Umschichtung des Gärgutes 39 erreicht. Diese Bewegung zur Umschichtung des Gärgutes 39 in einer Kammer 2 kann durch verschiedene Mittel erzeugt werden.
Es ist z.B. denkbar, dass man wie in Fig. 2 in der Kammer 2<I> gezeigt der Kammer Gärgut 39 entnimmt, über eine Pumpe 23 führt und im Zentrum des Wärmetauschers 21 der Kammer 2<I> mit Druck wieder zugibt. Auf diese Art wird die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes im Wärmetauscher 21 erhöht, der Wärmeübergang im Wärmetauscher 21 intensiviert und gleichzeitig die Umschichtung des Abwassers in dieser Kammer verbessert. Ob die Pumpe dabei ausserhalb des Fermenters 1 liegt, wie in der dem Zulauf a am nächsten liegenden Kammer 2<I> der Fig. 2 gezeigt ist, oder ob sie wie in der Fig. 2 gezeigt in der zweiten Kammer nach dem Zulauf der Kammer 2<II> innerhalb des Gärgutes 39 montiert ist, ist dabei für deren Wirkung unerheblich. Eine weitere Möglichkeit die Umschichtung in einer Kammer zu verbessern, ist das Einbauen einer Propellerpumpe 31 im Zentrum des Wärmetauschers 21.
Die Wirkung, wie sie die Fig. 2 in Kammer 2<III> zeigt, ist ähnlich der oben beschriebenen, mit Pumpen 23.
In jeder Kammer, vor allem aber in der letzten Kammer 2<n> die dem Ablauf b am nächsten liegt, bietet sich die Möglichkeit, das Biogas am Gasdom 36 abzunehmen und über ein Gebläse 38 direkt ins Zentrum des Wärmetauschers 21 einzublasen. Durch den Venturi-Effekt entsteht in der Mitte des Wärmetauschers 21 eine Strömung, die eine Durchmischung der ganzen Kammer zur Folge hat. Unter Umständen kann dem Biogas an dieser Stelle auch Luftsauerstoff zugemischt werden. Der beigemischte Luftsauerstoff bewirkt die oben beschriebene Oxidation, um den Schwefelgehalt des Gases zu reduzieren.
Der gasdichte Deckel 20 im Gasraum oben bildet eine Einheit mit dem Wärmetauscher 21, welcher an diesem Deckel 20 befestigt ist. Der Heizmantel 22 wird über diesen Deckel 20 mit einem Heizkreislauf e mit Heizmedium versorgt. Jede Einheit, am Deckel 20 befestigt, kann in jeder Kammer 2<I-n> eingesetzt werden und ist austauschbar. Die Vorrichtungen wie Pumpen 43, 44, Propellerpumpe 31 oder Gaszuführung 37 bilden zusammen mit dem Wärmetauscher 21 und dem Deckel 20 einen austauschbaren Monoblock.
The present invention relates to a system for the quantitative reduction and utilization of biologically contaminated liquids and substances in flowable form and for the production of liquid fertilizer, liquid soil conditioner and biogas, consisting of a fermenter arranged horizontally, which is divided below the gas space by dividing walls into individual chambers, wherein the digestate is guided from chamber to chamber from inlet to outlet.
The cleaning of biologically contaminated liquids and substances in a flowable form by means of fermentation processes has been well known for some years and has been particularly well established in municipal sewage treatment plant construction. In many places today, waste is collected separately, so that more biologically contaminated waste has to be treated. Economics and ecological reasons increasingly focus on fermentation processes, which have the advantage over the composting process of generating energy. For the recycling of organic solids, processes and devices are known which work with horizontally arranged fermenters, e.g. from patent EP 0 476 217.
Single-stage fermentation plants for liquids are e.g. Used in sewage treatment plants for municipal waste and in industrial plants for years and are now state of the art. Such single-stage fermenters offer great advantages because the process control is relatively simple by monitoring the sulfur content (H2S) in the gas. The sulfur content (H2S) is measured at the outlet of the biogas and controlled by metering in atmospheric oxygen, which oxidizes with the sulfur and thus reduces the sulfur content in the biogas. However, they have other disadvantages, as explained below:
The sedimented substances, which settle in the form of sludge, mix again and again with the clarified and clean water. The practitioner finds this out because it is difficult for him to obtain a transparent fraction of the treated wastewater. The greater the height difference and the distance between the points of withdrawal of treated wastewater and the sedimented sludge bed, the better the separation of the two fractions will be. Large volumes and high hydraulic heights are therefore used in order to obtain laminar flows with slow speed that are favorable for sedimentation and effective against backmixing.
As is known, the substances to be clarified are processed in liquid form in the fermenter. This means that in every single-stage fermentation plant, newly fed, contaminated substances are immediately mixed with fractions that have already been cleaned and are intended for removal, as happens in every container filled with liquid. It is therefore difficult to guarantee a defined residence time for the individual particles. Parts that go directly from the inlet to the drain are not only not fermented, they are also not hygienically clean. This explains why the required requirements for purified wastewater with regard to sanitation can only be met to a limited extent with effort and effort using a one-step process.
You can do this e.g. by omitting a stirring or mixing device and thus foregoing better fermentation and must compensate for this with a longer retention time. Therefore, such fermenters, as known from sewage treatment plants, will normally have very large volumes. The large containers for treating the liquid quantities cost a lot and explain the large space requirement for such systems.
The large volumes in such a system mean that the behavior of the entire process engineering process becomes cumbersome. Changes in the properties of contaminated substances that are added are recognized late. Necessary measures are initiated too late. Due to their size, the plants are difficult to regulate and control, so that a reduction in the efficiency of the plant is the logical consequence.
The manufacturers who offer multi-stage systems try to avoid these facts. The multi-stage approach ensures that there is no mixing between the freshly fed inlet and the cleaned outlet. Another advantage of such multi-stage systems is that the individual stages have relatively short dwell times. This makes it easier to keep an overview and the system can be operated more flexibly and with changing fermentation material (the normal case for wastewater systems of this type) more efficiently and with shorter dwell times.
A major disadvantage of multi-stage systems is the great investment in technical equipment. The intermediate products, which are sometimes problematic in terms of pumpability, must either be pumped from one container to another using appropriate mechanical means, or the containers must be arranged in such a way that the flowable substances are allowed to flow into the next container by means of an overflow. All this places demands on the planning effort that should not be underestimated, taking into account that anaerobic fermentation with slight overpressure works with a fermentation room that is self-contained against the atmosphere in each stage.
Another disadvantage of this type of system construction with several stages is the separation of the different gas spaces. Due to the different conditions desired for efficient fermentation in the different fermentation tanks, the biogas to be obtained will have different qualities. Mixing of the biogases obtained in individual fermentation chambers can e.g. take place in an additional collecting chamber, which entails an additional outlay on equipment. The thorough mixing of the different biogas qualities is a prerequisite for obtaining good biogas quality directly through plant management using H2S oxidation. For economic reasons, the inexpensive type of plant management using H2S oxidation is not an acceptable option for multi-stage plants.
The object of the present invention is to improve a plant for recycling biologically contaminated liquids and substances in a flowable form of the type mentioned at the outset in such a way that the various stages of the fermentation process can be flexibly regulated with a compact plant. The entire plant should be able to be controlled and regulated at the same time by simply checking the sulfur content in the biogas.
This object is achieved by a system for recycling biologically contaminated liquids and substances in a flowable form with the features of patent claim 1. Further features according to the invention emerge from the dependent claims and their advantages are explained in the following description.
In the drawing shows
Fig. 1 is a sectional view of the round fermenter with a rotor and the chambers seen from the side.
Fig. 2 is a sectional view of the cubic fermenter with individual cubic chambers seen from the side.
Fig. 3 shows a cross section over the first chamber after the inlet.
As shown in FIG. 1, the fermenter 1 is divided into individual chambers 2 <I-n> by means of partitions 3. The contaminated digestate is fed into the fermenter 1 at the inlet a and the biologically cleaned digestate 39 is removed from the fermenter 1 via the outlet b and possibly passed to a further purification stage.
As the contaminated liquid passes through, its proportion of biological contamination from chamber 2 to chamber 2 continuously decreases. While e.g. In the chamber 2 <I> closest to the inlet a, most of the sludge and contaminants still have to be removed from the digestate 39, the same is cleaned in the last chamber 2 <n> closest to the outlet, and mostly from all solids liberated, almost transparent. It is therefore obvious that the individual chambers 2 <In> must be equipped with different devices such as heaters, agitators, valves, pumps etc. in order to optimize the processes in the individual chambers 2 <In> for the corresponding level Conditions.
It can also be seen in FIG. 1 that the common gas space 4 is connected and open over all chambers 2 <I-n>. The result of this is that a slow flow of the gas can be achieved in this large, completely open gas space 4, which for the definable gas quality at the gas dome 36 can be reliably used as an average measurement and the basis for controlling and regulating the fermenter.
In order to be able to control the system from this measurement result of the gas, which can be described as absolutely representative, a partial flow can be brought into the measuring box 25 via the blower 24 and there again assessed according to quantity and property. Depending on requirements, air or oxygen can be added to the gas mixture by means of blowers 26. The mixture of air and biogas is then pumped into chamber 2 <I>, which is the most distant from gas dome 36.
The supplied oxygen reacts with the sulfur contained in the biogas. The sulfur is removed from the biogas by oxidation and is brought out with the digestate 39 as elemental sulfur. The reaction takes place according to the following formula:
H2S + 1 / 2O2 -> S + H2O
Air or oxygen can be fed to the process directly into the digestate via inlet nozzles not shown in the drawings. In order not to disturb the anaerobic process and still have the desired effect, this must be done in a very targeted and controlled manner.
As already mentioned, depending on the type and the remaining degree of biological contamination, different conditions for temperature, mixing, vaccination, etc. are required in the chambers 2 <I-n>. The fermentation process can run efficiently in the corresponding chamber 2 through targeted control of the reaction conditions and the degree of biological contamination of the digestate 39.
To e.g. To influence the temperature and / or the inoculation of the digestate 39, each chamber 2 is connected to a heating circuit d which is operated either with purified waste water or with fresh water. In this circuit d, a pump 23 ensures that the water present is passed through a heat exchanger 27. Via the valves 11, the medium used in the heating circuit d can either be supplied to the chambers or liquid can be withdrawn from the fermentation chamber. With this circuit, the temperature and the biocenosis in the individual chambers can be influenced and controlled. From the chambers closer to the drain e.g. Digestion 39 can also be removed from chamber 2 <n> and, for vaccination, the chambers closest to the inlet, e.g. the chamber 2 <I> are supplied.
Nutrients, pH-regulating substances and other vaccines can be added to the circuit d via mixer 35 and fed into one of the chambers 2.
In Fig. 1, a cylindrical fermenter 1 is shown, in the center of which a rotor 5 which passes through all chambers 2 is shown. Several agitator arms 10 are attached to this rotor in each chamber in order to keep the wastewater constantly in motion and to ensure minimal mixing in the individual chambers.
FIG. 3 shows that in the chamber 2 closest to the inlet a, in addition to the agitator arm 10, a blade 6 is also attached to the rotor. This bucket can be angularly adjusted to the rear. FIG. 3 also shows how, on the one hand, this scoop, which is angularly adjustable to the rear, can be used to bring the sediments 40 located at the bottom into a collecting container 8 via an opening 7 located centrally below the central axis of the fermenter 1. In this way, sediments 40 such as e.g. Sand and stones can be easily disposed of. In order to separate the water brought along with the sediments 40 from the latter, a coarse filter 9 is located on the side of this collecting container 8.
If this collecting container 8 is filled with sediments 40, the slide 12 is closed. Now the collecting container 8 is drained into the circuit d via a coarse filter 9 and the sediments 40 are discharged into the container 14 with a slide 13. In this way, the majority of the sediments 40, which are heavier than water, are separated from the contaminated digestate 39 and removed from the fermenter 1. Slider 13 is then closed again and slider 12 is opened in order to remove the sediments 40 conveyed by shovel 6 from chamber 2 again.
Also in this chamber 2 closest to the inlet a, depending on the type of contamination of the wastewater, more or fewer floating substances 41 are formed. The same blade 6, which is located on a stirring arm 10 and is arranged at an angle to the rear, brings these floating substances 41 via opening 15 into the collecting container 16.
As in the collecting container 8 of the heavier sludge 40, the collecting container 16 is also filled with floating substances 41, and during this filling the water is separated from the floating substances 41 via the coarse filter 17. If the collecting container 16 is full, slide 18 is closed, the floating substances 41 in the collecting container 16 are drained, the slide 19 opens and it slides into the existing container 14. Then slide 19 is closed again, slide 18 is opened and newly created floating materials 41 can be filled into the collecting container 16.
With the heating circuit d, the liquid present in the collecting containers 8 and 16 and separated via the coarse filters 9 and 17 is drawn off. By adjusting the pressure conditions in the heating circuit d, the coarse filters 9 and 17 are backwashed and cleaned during the process.
Various means are used to convey the contaminated wastewater from inlet a to outlet b from one chamber to the next. 1 shows that the conveying means which conveys the wastewater from the first chamber 2 <I> into the second chamber 2 <II> can be a shredder 28. The wastewater can also be transported from one chamber to the next with an overflow, a cover 29 or a connection 30 into the next chamber.
The flow from inlet a to outlet b is always guaranteed because the fill level at inlet a is higher than at outlet b. The connections between the individual chambers 2 form slides 42, by means of which openings in the partition walls can be opened and closed. Such slide valves enable the flow between the individual chambers 2 <I-n> to be controlled, or respectively. to influence the flow at very specific points. Further possibilities of the connections between the chambers are siphon-like labyrinths 33 and baffle-like passages 34 as shown in FIGS. 1 and 2.
A special type of connection is arranged between the chambers 2 <I> and 2 <II>. Coarse solids are usually still present in the digestate 39 in chamber 2 <I>. In order to be able to refine the process in chamber 2 <II>, a shredder 28, which acts as a means of transport, is used between the two chambers.
As FIG. 2 shows, a fermenter 1 according to the invention can also have any shape. For manufacturing reasons, it will be as cylindrical or cubic as possible. In such a device, a tubular heat exchanger 21 provided with a heating jacket 22 is preferably installed in each chamber 2. Due to the buoyancy generated in the middle of the heat exchanger 21, a certain shifting of the digestate 39 is achieved in a chamber 2. This movement to rearrange the digestate 39 in a chamber 2 can be generated by various means.
It is e.g. it is conceivable that, as shown in FIG. 2 in the chamber 2, fermentation material 39 is removed from the chamber, passed through a pump 23 and pressure is added to the chamber 2 in the center of the heat exchanger 21. In this way, the speed of the liquid flow in the heat exchanger 21 is increased, the heat transfer in the heat exchanger 21 is intensified and, at the same time, the stratification of the waste water in this chamber is improved. Whether the pump is located outside the fermenter 1, as shown in the chamber 2 closest to the inlet a of FIG. 2, or whether it is in the second chamber after the inlet of the chamber, as shown in FIG. 2 2 <II> is mounted inside the digestate 39, is irrelevant for its effect. Another possibility of improving the shifting in a chamber is to install a propeller pump 31 in the center of the heat exchanger 21.
The effect as shown in FIG. 2 in chamber 2 <III> is similar to that described above with pumps 23.
In each chamber, but especially in the last chamber 2 <n>, which is closest to the outlet b, there is the possibility of removing the biogas at the gas dome 36 and blowing it directly into the center of the heat exchanger 21 via a blower 38. The Venturi effect creates a flow in the middle of the heat exchanger 21, which results in thorough mixing of the entire chamber. Under certain circumstances, atmospheric oxygen can also be added to the biogas at this point. The admixed atmospheric oxygen effects the oxidation described above in order to reduce the sulfur content of the gas.
The gas-tight cover 20 in the gas space above forms a unit with the heat exchanger 21, which is attached to this cover 20. The heating jacket 22 is supplied with a heating circuit e with heating medium via this cover 20. Each unit, attached to the lid 20, can be used in each chamber 2 <I-n> and is interchangeable. The devices such as pumps 43, 44, propeller pump 31 or gas supply 37 form together with the heat exchanger 21 and the cover 20 an exchangeable monoblock.