DE102011054585A1

DE102011054585A1 - Apparatus useful for processing effluent, comprises mechanical cleaning station, container, anaerobic reactor, device for separating sludge, bioreactor with algae culture, and discharge lines for removing different products from bioreactor

Info

Publication number: DE102011054585A1
Application number: DE201110054585
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Ellenbach Foundation Pa
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Apparatus comprises (a) a mechanical cleaning station for separating non-organic contaminants, (b) at least one container with an anaerobic environment for decomposing organic residues, and for compressing the effluent (A01) to sludge, (c) an anaerobic reactor for the sludge for further decomposition of organic residues, (d) a device (B07) for separating the sludge to a solid portion and a liquid portion, (e) a bioreactor with an algae culture, using which the liquid portion is processed in the flow-through method, and (f) discharge lines for removing different products from the bioreactor. An independent claim is also included for processing effluents, comprising: mechanically cleaning the effluents to separate non-organic contaminants; generating an anaerobic atmosphere in at least one container with decomposition of organic residues; compressing the effluents to sludge; introducing the sludge into the anaerobic reactor, in which a further decomposition of organic residues is carried out; separating the slurry to the solid portion and the liquid portion; adding the liquid fraction into the continuously operating bioreactor having the algae culture, in the flow-through method; and removing the different products from the bioreactor.

Description

Es gibt Kläranlagen, bei denen eine mehrstufige Reinigung der Abwässer erfolgt. Nach einer mechanischen Abwasserreinigung erfolgt meist eine biologische Abwasserbehandlung, beispielsweise mit Lebensbecken. Anschließend wird in einer dritten Behandlungsstufe eine chemische Abwasserbehandlung durchgeführt, um dann das gereinigte Abwasser wieder in ein Gewässer einzuleiten. Bei solchen Kläranlagen besteht das Problem, dass diese eine negative Energiebilanz besitzen und daher nur dort eingesetzt werden können, wo ausreichend Energie bereitgestellt werden kann, was gerade in ländlicheren Regionen problematisch ist. Zudem enthalten die Abwässer auch nach dem Durchlauf der Kläranlage immer noch Nährstofffrachten, die einen negativen eutrophischen Einfluss auf die Umwelt haben. There are sewage treatment plants, where a multi-stage cleaning of the wastewater takes place. After a mechanical wastewater treatment is usually a biological wastewater treatment, for example, with basins. Subsequently, in a third treatment stage, a chemical wastewater treatment is carried out in order to then reintroduce the treated wastewater into a body of water. Such sewage treatment plants have the problem that they have a negative energy balance and therefore can only be used where sufficient energy can be provided, which is problematic especially in more rural areas. In addition, even after the treatment plant has run through, the wastewater still contains nutrient loads that have a negative eutrophic effect on the environment.

Um die Energiebilanz von Kläranlagen zu verbessern, zeigt die EP 013 538 eine Einrichtung zur Gewinnung von Methangas aus organischen Abfällen. Dabei wird in einem Gärraum anfallendes Gas in einem Gassammelraum gesammelt, wobei eine Ableitung über einen siphonartigen Verschluss mit einem Nachgärraum in Verbindung steht. Dabei kann die Verbindungsleitung geöffnet und geschlossen werden, was die Entnahme von Methangas vereinfacht. Allerdings reicht es für den effizienten Betrieb einer Kläranlage die Gewinnung von Methangas nicht aus. To improve the energy balance of sewage treatment plants, shows the EP 013 538 a facility for the recovery of methane gas from organic waste. In this case, gas accumulating in a fermentation space is collected in a gas collecting space, wherein a discharge via a siphon-like closure communicates with a secondary fermentation space. In this case, the connecting line can be opened and closed, which simplifies the removal of methane gas. However, it is not sufficient for the efficient operation of a wastewater treatment plant, the production of methane gas.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung von Abwässern zu schaffen, die eine möglichst ausgeglichene, insbesondere auch positive Energiebilanz besitzen und zudem einen negativen eutrophischen Einfluss auf die Umwelt vermeidet. It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus and a method for processing wastewater, which have the most balanced, especially positive energy balance and also avoids a negative eutrophic impact on the environment.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. This object is achieved with a device having the features of claim 1 and a method with the features of claim 10.

Die erfindungsgemäße Verfahrenstechnik ermöglicht es aufgrund von Neuentwicklungen, die biologische Kreisläufe nicht nur zu schließen sondern auch gezielt zu nutzen und eine positive Energiebilanz und eine Gesamt-Rehabilitierung des Abwassers bei gleichzeitiger Herstellung von Rohstoffen, die für die Industrie von Bedeutung sind, zu erzielen. The process technology according to the invention makes it possible, due to new developments, not only to close the biological cycles but also to use them selectively and to achieve a positive energy balance and a total rehabilitation of the wastewater while producing raw materials that are of importance to the industry.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nach einer mechanischen Reinigungsstation das Abwasser in mindestens einen Behälter mit einem anaeroben Milieu zum Aufschluss organischer Reststoffe und zum Verdichten der Abwässer zu Schlämmen geführt. Dadurch erfolgt ein erster Aufschluss durch anaerobe Mikroben und verschiedene mikrobielle Kolonien. Ferner werden die Schlämme dann einem weiteren anaeroben Reaktor für einen weiteren Aufschluss organischer Reststoffe zugeführt. Diese kaskadenartige Zuführung der Abwässer in einem anaeroben Milieu führt zu dem Vorteil, dass ein anaerober Aufschluss einer Vielzahl organischer Reststoffe durchgeführt wird und zudem eine passive Fest-Flüssig-Trennung durchgeführt werden kann, bei der wenig Energie eingesetzt werden muss. Zudem erfolgt eine Verdichtung durch ein Absetzen der Schlämme. In the apparatus according to the invention, the waste water is led to sludges in at least one container with an anaerobic environment for the digestion of organic residues and for compacting the wastewater after a mechanical cleaning station. This results in a first digestion by anaerobic microbes and various microbial colonies. Furthermore, the sludges are then fed to another anaerobic reactor for further digestion of organic residues. This cascading of the wastewater in an anaerobic environment leads to the advantage that an anaerobic digestion of a variety of organic residues is carried out and also a passive solid-liquid separation can be performed in which low energy must be used. In addition, a compaction takes place by settling of the sludge.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der anaerobe Reaktor als hydraulischer Reaktor ausgebildet. Dabei kann der anaerobe Reaktor eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufweisen, die über ein Druckausgleichsventil im Bereich der Gasphase miteinander verbunden sind. Der anaerobe Reaktor kann eine statische Mischvorrichtung aufweisen, bei der Strömungen der Schlämme durch einen Druckausgleich zwischen zwei Kammern bewirkt werden, was keine Energie von außen erfordert. Dies ermöglicht einen besonders effizienten Betrieb der Vorrichtung. According to a preferred embodiment of the invention, the anaerobic reactor is designed as a hydraulic reactor. In this case, the anaerobic reactor having a first chamber and a second chamber, which are connected to each other via a pressure equalization valve in the gas phase. The anaerobic reactor may comprise a static mixing device in which flows of the slurry are caused by a pressure equalization between two chambers, which does not require external energy. This allows a particularly efficient operation of the device.

Im Hinblick auf den nachgeschalteten Bioreaktor kann dieser als gasdichter Photobioreaktor ausgebildet sein, in dem eine Algenkultur, insbesondere eine Mono-Algenkultur, vorgesehen ist. Der Bioreaktor kann für den Betrieb eine Beleuchtungseinrichtung, eine Einrichtung zum Abschöpfen erwachsener Algen sowie eine Zufuhr von CO₂ aufweisen, um effektiv betrieben zu werden. Aus dem Bioreaktor können dann unterschiedliche Erzeugnisse entnommen werden, die als Rohstoffe oder Dünger eingesetzt werden können. With regard to the downstream bioreactor this can be designed as a gas-tight photobioreactor, in which an algae culture, in particular a mono-algae culture, is provided. The bioreactor may have a lighting device, an adult seaweed skimming facility, and a supply of CO ₂ for operation to operate effectively. From the bioreactor then different products can be removed, which can be used as raw materials or fertilizer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verarbeitung von Abwässern wird für einen effektiven Betrieb vorzugsweise aus dem Behälter mit dem anaeroben Milieu eine flüssige vorgeklärte Lösung in den Bioreaktor eingeleitet. Die flüssige Lösung aus dem Behälter kann dabei mit einem flüssigen Anteil aus dem anaeroben Reaktor in eine Kammer zugeführt werden, in die CO₂-haltige Gase, insbesondere Abgase aus einer Verbrennungsanlage für Biogase, eingeleitet werden. Dadurch können die einzelnen Komponenten der Anlage effektiv miteinander verknüpft werden, um am Ende eine sogar positive Energiebilanz bewirken zu können. In the method according to the invention for processing effluents, a liquid preclarified solution is preferably introduced from the container with the anaerobic medium into the bioreactor for effective operation. The liquid solution from the container can be supplied with a liquid portion from the anaerobic reactor in a chamber into which CO ₂ -containing gases, in particular exhaust gases from a combustion plant for biogas, are introduced. As a result, the individual components of the system can be effectively linked together in order to achieve an even positive energy balance at the end.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further advantages of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. Show it:

1 ein schematisches Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verarbeitung von Abwässern; 1 a schematic flow diagram of a device according to the invention for processing wastewater;

2A bis 2D mehrere Ansichten eines im Erdreich angeordneten Behälters mit einem anaeroben Milieu; 2A to 2D several views of a container arranged in the ground with an anaerobic environment;

3 eine Ansicht eines Behälters mit einem anaeroben Milieu in einer modifizierten Ausgestaltung; 3 a view of a container with an anaerobic environment in a modified embodiment;

4 eine Ansicht eines anaeroben Reaktors; 4 a view of an anaerobic reactor;

5 eine Detailansicht des anaeroben Reaktors im Bereich eines Druckausgleichsventils; 5 a detailed view of the anaerobic reactor in the region of a pressure compensation valve;

6 einen Reaktor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und 6 a reactor according to a first embodiment, and

7 eine Ansicht eines Bioreaktors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 7 a view of a bioreactor according to a second embodiment.

In 1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm des Reinigungsverfahrens dargestellt. Zunächst wird entsprechend den einzelnen Schritte A01 bis A03 das Abwasser A01 im Rahmen einer mechanischen Reinigung A verarbeitet. Bei der mechanischen Reinigung werden Steine, Sand und andere nicht-organische Fremdstoffe über Rechen und Sandfallen A02 abgesondert. Außerdem wird in diesem Schritt auch gegebenenfalls vorhandenes Fett in einem Fettabscheider A03 abgeschieden. In 1 a schematic flow diagram of the cleaning process is shown. First, according to the individual steps A01 to A03, the waste water A01 is processed as part of a mechanical cleaning A. In mechanical cleaning stones, sand and other non-organic contaminants are separated by rakes and sand traps A02. In addition, optionally present fat is deposited in a grease trap A03 in this step.

Die weiteren Stationen B bis E basieren auf bionomen Prinzipien, bei denen die aktiven biologischen Prozesse gefördert werden, um eine positive Gesamtenergiebilanz, neue biologisch erzeugte Rohstoffe und sauberes rehabilitiertes Wasser zu erzielen. Subsequent stations B to E are based on bionomic principles that promote active biological processes to produce a positive overall energy balance, new biologically produced raw materials and clean rehabilitated water.

Nach der mechanischen Reinigung werden in den Schritten B01 und B02 in den Abwässern enthaltende Partikel zerkleinert. Dies kann zum Beispiel durch Einsatz von Pralltellern oder Ultraschallgeräten erreicht werden. After the mechanical cleaning, particles containing wastewater in the steps B01 and B02 are comminuted. This can be achieved, for example, by using baffle plates or ultrasonic devices.

Der Schritt B03 dient zur anaeroben Verdichtung und ist eine Neuentwicklung, um eine Konzentrierung der suspendierten Partikel in einem anaeroben Milieu zu erzielen. Hierzu sind zwei neue Vorrichtungen entwickelt worden, die je nach Organik und Gegebenheiten einzeln oder zusammen angewendet werden können. In der Natur werden organische Reststoffe zuerst durch anaerobe Mikroben in Ihre Bestandteile zerlegt. Diese Prozesse werden von verschiedensten mikrobieller Kolonien ausgeführt. Step B03 is for anaerobic compaction and is a new development to achieve concentration of the suspended particles in an anaerobic environment. For this purpose, two new devices have been developed, which can be used individually or together depending on the organics and circumstances. In nature, organic residues are first broken down into their constituents by anaerobic microbes. These processes are performed by a variety of microbial colonies.

Für die Verdichtung gemäß Schritt B03 kann ein im Erdreich 11 eingelassenes Becken 10 eingesetzt werden, das in 2A bis 2D gezeigt ist. Dieses Becken 10 umfasst für eine passive Fest-Flüssig Trennung ein unteres Sammelbecken 12, eine stufenförmigen Mittelabschnitt 13 sowie ein höheres Becken 14, das ein leichtes Gefälle zu dem Mittelabschnitt 13 hin besitzt. Das unterste Sammelbecken 12, der Mittelabschnitt 13 und das höhere Becken bilden 3 Sohlen aus, die beheizbar ausgebildet sind. Durch das Becken 10 sollen die Abwässer durch Absetzen verdichtet werden. Ferner findet ein erster anaerober Aufschluss der hochflüchtigen organischen Reststoffe statt. For compaction according to step B03, a soil can 11 taken in basin 10 be used in 2A to 2D is shown. This basin 10 includes a lower reservoir for a passive solid-liquid separation 12 , a step-shaped middle section 13 as well as a higher basin 14 that is a slight slope to the middle section 13 owns. The lowest reservoir 12 , the middle section 13 and form the higher pelvis 3 Soles, which are formed heated. Through the basin 10 should the wastewater be compacted by settling. Furthermore, a first anaerobic digestion of the highly volatile organic residues takes place.

Zwischen den einzelnen Bereichen in dem Becken 10 können zwei oder mehr Trennwände 16 und 17 angeordnet werden, welche oberhalb des Mittelabschnittes 13 angeordnet sind und die vertikale versetzte Durchflussschlitze aufweisen. Unterhalb der Trennwände 16 und 17 kann eine Fütterung angeordnet sein. Für eine Gasdurchflutung unterhalb der Trennwände 16 und 17 auf dem Mittelabschnitt 13 können entsprechende Leitungen mit Öffnungen vorgesehen sein. Das Becken 10 ist nach oben hin verschlossen, wobei eine mit Gasableitungen ausgestattete Abdeckungsmembrane zum Gasfang vorgesehen ist. Between the individual areas in the basin 10 can have two or more partitions 16 and 17 are arranged, which above the middle section 13 are arranged and have the vertical offset flow slots. Below the dividing walls 16 and 17 a feeding can be arranged. For a gas flow below the partitions 16 and 17 on the middle section 13 appropriate lines can be provided with openings. The basin 10 is closed at the top, with a gas discharge equipped cover membrane is provided for gas.

Die in dem Becken 10 verdichteten Partikel können dann an einem Abfluss am Boden des Sammelbeckens 12 entnommen werden. Ferner kann ein Abfluss an dem Mittelabschnitt zum Abzug einer vorgeklärten Lösung vorgesehen sein. The one in the basin 10 compacted particles can then be attached to a drain at the bottom of the collecting basin 12 be removed. Furthermore, a drain can be provided at the central portion for withdrawing a pre-clarified solution.

Eine weitere Verdichtung kann zusätzlich oder alternativ in einem Behälter 20 durchgeführt werden, der in 3 gezeigt ist. Der Behälter 20 umfasst eine gasdichte Abdeckung 21, an der ein Einflussverteiler 21 für die zu verarbeitenden Abwässer vorgesehen ist. Der Behälter 20 umfasst verschieden Kammern, wobei an einer ersten Kammer ein Einfluss 23 dargestellt ist. An einer syphonartigen Umlenkung der ersten Kammer ist ein Stein- und Sandfilter 26 vorgesehen, um noch Feststoffe abzuscheiden. Anschließend gelangen die Abwässer zu einem Perlenfilter 24, der schwimmend an einer zweiten Kammer vorgesehen ist. Der Perlenfilter 24 umfasst einen an der Oberseite angeordneten Entgaser 25, der im Bereich der Abdeckung 21 angeordnet ist. An der Abdeckung 21 befindet sich auf eine Gasableitung 29 zum Abzug der Gase. A further compression may additionally or alternatively in a container 20 be carried out in 3 is shown. The container 20 includes a gas-tight cover 21 , at which an influence distributor 21 intended for the wastewater to be processed. The container 20 includes various chambers, wherein at a first chamber an influence 23 is shown. At a siphon-like deflection of the first chamber is a stone and sand filter 26 provided to separate still solids. Subsequently, the wastewater to a pearl filter 24 which is provided floating on a second chamber. The pearl filter 24 includes a degasser located at the top 25 in the area of the cover 21 is arranged. At the cover 21 is located on a gas outlet 29 to deduct the gases.

In dem Behälter 20 ist ferner eine Gaseinleitung 27 und 37 vorgesehen. Über einen Wasserlösungfiltratausgang 28 und eine Wasserableitung 30 kann kann ein Teil der flüssigen Phase abgezogen werden. Hierfür ist im Bereich der Wasserableitung 30 eine Schwimmschichtsammlung 31 vorgesehen. In the container 20 is also a gas inlet 27 and 37 intended. Via a water solution filtrate outlet 28 and a drainage system 30 may be deducted part of the liquid phase. This is in the field of water drainage 30 a swimwear collection 31 intended.

In dem Behälter 20 befindet sich an den letzten drei Kammern jeweils ein Filtermodul 32 und eine Gaseinblasung 33. An sämtlichen Kammer ist an der Unterseite ein Absatzentzug 34 mit einem Absatzentzugsventil 35 angeordnet, um das verdichtete Materials aus dem Behälter 20 abzuziehen. Das verdichtet Material wird dann über ein Sammelrohr 36 in Form von Schlamm zu einer weiteren Station geleitet. In the container 20 There is a filter module at each of the last three chambers 32 and a gas injection 33 , At the bottom of each chamber there is a dislocation at the bottom 34 with a descent valve 35 arranged to the compacted Material from the container 20 deducted. The compacted material is then passed over a manifold 36 passed in the form of mud to another station.

Die aus dem Erdbecken 10 und/oder dem Behälter 20 in dem Verfahrensschritt B03 gewonnenen verdichteten Partikel (Schlämme) werden nun in einen weiteren anaeroben Schritt B04 zum Zweck des weiteren anaeroben Aufschlusses geleitet. Hierfür wird ein anaerober Reaktor 40 eingesetzt, der in den 4 und 5 dargestellt ist. Der Reaktor 40 umfasst eine innere Kammer 52, die ringförmig von einer äußeren Kammer 45 umgeben ist. Die innere Kammer 52 ist von einem inneren Dach 41 mit einem Gasabzug verschlossen, während die äußere Kammer 45 von einem äußeren Dach 54 verschlossen ist. The from the earth basin 10 and / or the container 20 Compacted particles (sludges) obtained in process step B03 are now conducted into a further anaerobic step B04 for the purpose of further anaerobic digestion. This is an anaerobic reactor 40 used in the 4 and 5 is shown. The reactor 40 includes an inner chamber 52 which is annular from an outer chamber 45 is surrounded. The inner chamber 52 is from an inner roof 41 sealed with a gas vent, while the outer chamber 45 from an outer roof 54 is closed.

Zwischen den inneren Kammer 52 und der äußeren Kammer 45 ist ein syphonartiger Wasserverschluss 42 als Sicherheitsventil angeordnet. Der Wasserverschluss 42 umfasst eine Wasserverschlussableitung 43 und einen Syphon 44, wie dies auch in der vergrößerten Ansicht der 5 gezeigt ist. Die Wasserverschlussableitung 43 ist so angeordnet, dass sie zur Entsorgung von eventuell auftretenden Schwimmdecken in der äußeren Kammer 45 genutzt werden kann. Between the inner chamber 52 and the outer chamber 45 is a siphon-like water seal 42 arranged as a safety valve. The water lock 42 includes a water seal drainage 43 and a siphon 44 as in the enlarged view of the 5 is shown. The water lock drainage 43 is arranged to dispose of any floating debris in the outer chamber 45 can be used.

Der Wasserverschluss 42 und der Siphon 44 zwischen der äußeren Kammer 45 und der inneren Kammer 52 sind so angeordnet, dass die in dem Siphon 44 und Wasserverschluss 42 angeordnete Wassersäule der maximal erlaubten Druckdifferenz zwischen der äußeren Kammer 45 und der inneren Kammer 52 entspricht. Dies dient dazu, einen unerwünschten Überdruck im Reaktor 40 zu vermeiden. The water lock 42 and the siphon 44 between the outer chamber 45 and the inner chamber 52 are arranged so that in the siphon 44 and water lock 42 arranged water column of the maximum allowed pressure difference between the outer chamber 45 and the inner chamber 52 equivalent. This serves to create an undesirable overpressure in the reactor 40 to avoid.

Der Reaktor 40 ist auf einem Fundament 48 angeordnet, an dem benachbart zu Verankerungen 46 auch eine untere statische Mischvorrichtung 47 vorgesehen ist. Die statische Mischvorrichtung 47 umfasst einen inneren Bodenkonus 50, der dafür sorgt, dass bei Druckausgleich zwischen den beiden Kammern 45 und 52 Strömungen ähnlich einer Turbine in die entsprechende Erdumlaufrichtung auftreten, die zu einer teilweisen Durchmischung des Gutes der inneren Kammer 52 und der äußeren Kammer 45 führen. Die Anordnung der unteren Mischvorrichtung 47 ist so, dass laminare Strömungen unter Mithilfe der Corioliskraft solange wie möglich bestehen bleiben. The reactor 40 is on a foundation 48 arranged on the adjacent to anchorages 46 also a lower static mixer 47 is provided. The static mixer 47 includes an inner ground cone 50 , which ensures that when pressure is equalized between the two chambers 45 and 52 Flows similar to a turbine occur in the corresponding orbital direction, resulting in a partial mixing of the material of the inner chamber 52 and the outer chamber 45 to lead. The arrangement of the lower mixing device 47 is such that laminar flows with the help of Coriolis force remain as long as possible.

Im oberen Bereich der inneren Kammer 52 sind Ausgleichsschächte 53 angeordnet, deren Länge und Höhe maßgebend für den Maximaldruck in der äußeren Kammer 45 ist. Durch dies Ausgleichsschächte 53 kann in der äußeren Kammer 45 erzeugtes Gas in die innere Kammer 52 abströmen. In the upper part of the inner chamber 52 are shafts 53 whose length and height are decisive for the maximum pressure in the outer chamber 45 is. Through this shafts 53 can in the outer chamber 45 generated gas in the inner chamber 52 flow out.

In der inneren Kammer 52 ist im oberen Bereich ferner ein Abzug 55 vorgesehen, der über ein inneres Abzugsrohr 51 mit einem Absatzentzug 49 verbunden ist. In the inner chamber 52 is also a deduction in the upper area 55 provided, which has an inner exhaust pipe 51 with a loss of sales 49 connected is.

Wie in 5 gezeigt ist, befindet sich ein Druckausgleichsrohr 56 an dem Syphon 44. Der Wasserverschluss 42 umfasst eine innere Säule 57 und eine äußere Säule 58, die im unteren Bereich miteinander verbunden sind und in die eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, bis zu einem bestimmten Füllgrad eingefüllt ist. Über die Wassersäule wird dem maximale Druckdifferenz zwischen innerer Kammer 52 und äußerer Kammer 45 vorgegeben. As in 5 is shown, there is a pressure equalization tube 56 at the siphon 44 , The water lock 42 includes an inner column 57 and an outer column 58 , which are connected to each other in the lower region and in which a liquid, in particular water, is filled to a certain degree of filling. About the water column is the maximum pressure difference between the inner chamber 52 and outer chamber 45 specified.

Das über das innere Abzugsrohr 51 entzogene ausgegorene Gut wird in einem nächsten Schritt einer Entgasung B06 zugeführt und hierzu in einen Tank geleitet, in dem das flüssige Gut einer Fest-Flüssig Trennung unterzogen wird. Hierbei bleibt ein Teil der Nährstoffe mineralisiert im Festgut und kann als Dünger verwendet werden, wie dies in dem Schritt E09 dargestellt ist. The over the inner exhaust pipe 51 withdrawn fermented Good is fed in a next step of degassing B06 and for this purpose passed into a tank in which the liquid material is subjected to a solid-liquid separation. In this case, a part of the nutrients remains mineralized in the solid and can be used as a fertilizer, as shown in step E09.

Die in der katabolischen Kaskade B in den Schritten B03 und B07 erhaltenen Lösungen werden über eine UV Anlage C04 in eine biologische Stickstoff Umwandlung C05 eingeleitet, in der die Abgase aus einer Verbrennungsanlage für Biogas C03 eingeleitet werden. Die in dem Stickstoffwandler C05 werden vorhandene NH3 und NH4 Verbindungen in Nitrate umgewandelt und dann als biologisch stabile Nährlösung in einem Bioreaktor zu dem Schritt D1 weitergeleitet. The solutions obtained in the catabolic cascade B in steps B03 and B07 are introduced via a UV system C04 into a biological nitrogen conversion C05, in which the waste gases are introduced from a biogas C03 incinerator. The existing in the nitrogen converter C05 existing NH3 and NH4 compounds are converted into nitrates and then forwarded as a biologically stable nutrient solution in a bioreactor to step D1.

Aus dem Stickstoffwandler C05 kann ferner Biomasse oder Biosäure erzeugt werden, die dann bei der Versauerung und der Hydrolyse im Schritt B04 zugegeben wird. Weiterhin kann ein Teil des als Schwefelwasserstoff gebundenen Schwefels als Elementarschwefel gemäß dem Schritt E09 gewonnen werden. Biomass or bio-acid can also be generated from the nitrogen converter C05, which is then added in acidification and hydrolysis in step B04. Furthermore, part of the sulfur hydrogen bonded sulfur can be recovered as elemental sulfur according to the step E09.

Die Nährlösung aus dem Stickstoffwandler C05 wird in einen gasdichten Photobioreaktor 60 und/ oder 80 mit einer gezielten Algenkultur eingeleitet. Der Bioreaktor kann wahlweise als rechteckiges oder rundes Becken bzw. Behälter ausgebildet sein. The nutrient solution from the nitrogen converter C05 turns into a gas-tight photobioreactor 60 and or 80 initiated with a targeted algae culture. The bioreactor can optionally be designed as a rectangular or round basin or container.

In 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bioreaktors 60 gezeigt, der eine obere Abdeckung 61 aufweist. An der Abdeckung 61 ist eine Gasableitung 68 vorgesehen. In 6 is a first embodiment of a bioreactor 60 shown a top cover 61 having. At the cover 61 is a gas discharge 68 intended.

An einer ersten Kammer des Bioreaktors 60 ist eine Nährlösungseingang 63 vorgesehen, der über Diffusoren 62 die Nährlösung in die erste Kammer gibt. In den Kammern des Bioreaktors 60 sind interne Lichtquellen 64 angeordnet, die das Algenwachstum anregen. At a first chamber of the bioreactor 60 is a nutrient solution input 63 provided by diffusers 62 Add the nutrient solution to the first chamber. In the chambers of the bioreactor 60 are internal light sources 64 arranged, which stimulate the growth of algae.

Ferner ist eine Gaseinleitung 65 vorgesehen, die über eine Gasverteilerleitung Gas in die einzelnen Kammern des Bioreaktors 60 einleitet. Im oberen Bereich des Bioreaktores ist eine Rücklaufleitung 67 vorgesehen, mittels der Wasser und/oder Algen rückführbar sind. Furthermore, a gas inlet 65 provided, via a gas distributor gas in the individual chambers of the bioreactor 60 initiates. In the upper part of the bioreactor is a return line 67 provided by means of which water and / or algae are traceable.

Am Ende des Bioreaktors 60 ist eine Wasserableitung 69 vorgesehen, an der das nährstoffarme und von Algen befreite Wasser abgeleitet werden kann. Hierfür ist an der letzten Kammer des Bioreaktors 60 ein erster Algenfilter 75 und ein zweiter Algenfilter 76 mit einem Schergasdiffusor vorgesehen. At the end of the bioreactor 60 is a water drainage 69 provided that the nutrient-poor and algae-free water can be derived. This is due to the last chamber of the bioreactor 60 a first algae filter 75 and a second algae filter 76 provided with a Schergasdiffusor.

In den einzelnen Kammern des Bioreaktors sind ferner mehrere Gasdiffusoren 71 angeordnet. Am konisch zulaufenden Boden der einzelnen Kammern ist jeweils ein Algenabzug 72 vorgesehen, an dem ein Abzusgventil 73 den Abfluss steuern kann. Die Rohre des Algenabzuges 72 münden in einem Sammelrohr 74. In the individual chambers of the bioreactor are also several gas diffusers 71 arranged. At the conically tapering bottom of each chamber is an algae trigger 72 provided, on which a Abzusgventil 73 can control the outflow. The tubes of the algae trigger 72 lead into a collecting pipe 74 ,

In der 7 ist ein Ausführungsbeispiel für einen im Wesentlichen zylinderförmigen Bioreaktor 80 gezeigt. In the 7 is an embodiment of a substantially cylindrical bioreactor 80 shown.

Der Bioreaktor 80 umfasst eine zylinderförmigen Tank 81, in dem zahlreiche Lichtquellen 82 montiert sind. Der Tank 81 ist mit einer Abdeckung 84 verschlossen. Um eine Nährlösung in den Tank 81 einzubringen, sind Nährlösungsdiffusoren vorgesehen. The bioreactor 80 includes a cylindrical tank 81 in which numerous light sources 82 are mounted. The Tank 81 is with a cover 84 locked. To add a nutrient solution to the tank 81 nutrient solution diffusers are provided.

In dem Tank 81 erzeugtes Gas kann an der Abdeckung 84 über eine Gasableitung 86 entzogen werden. Um die biologischen Prozesse in dem Bioreaktor 80 anzuregen, wird ferner über ein Gaseinleitung 87 Gas im unteren Bereich des Tanks 81 über Gasdiffusoren 91 eingeleitet. Ferner ist ein innerer Abgasverteiler 88 in dem Tank 81 angeordnet. In the tank 81 generated gas may be on the cover 84 via a gas discharge 86 be withdrawn. To the biological processes in the bioreactor 80 Furthermore, it is via a gas inlet to stimulate 87 Gas in the lower part of the tank 81 over gas diffusers 91 initiated. Furthermore, an internal exhaust manifold 88 in the tank 81 arranged.

Um das nährstoffarme und algenfreie Wasser abzuziehen, ist eine Wasserkammer 89 gebildet, die mit einer Wasserableitung 90 verbunden ist. To extract the nutrient-poor and algae-free water is a water chamber 89 formed with a water drainage 90 connected is.

Im unteren Bereich des Tanks 81 ist ein Algenabzug 92 mit mehrere Rohren vorgesehen, an denen Abzugsventile 93 angeordnet sind. Die Algen werden dann über ein Sammelrohr 94 entnommen. In the lower part of the tank 81 is an algae trigger 92 provided with several pipes, where extraction valves 93 are arranged. The algae are then over a collecting pipe 94 taken.

Die Bioreaktoren 60 und 80 sind vorzugsweise so ausgelegt, dass eine kontinuierliche Durchströmung ohne Kreuzströmungen erfolgt. Dabei wird in den Bioreaktoren eine mono-Algenkultur eingesetzt, die nach Möglichkeit auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Zur Beschleunigung der Umwandlungsprozesse wird CO₂ Dünger zugeführt und der Innenraum der Bioreaktoren 60 und 80 beleuchtet. Dadurch können die erwachsenen Algen kontinuierlich abgeschöpft und das nährstoffarme Wasser abgeleitet werden. The bioreactors 60 and 80 are preferably designed so that a continuous flow occurs without cross flows. In this case, a mono-algae culture is used in the bioreactors, which is kept as far as possible at a constant temperature. To accelerate the conversion processes CO ₂ fertilizer is supplied and the interior of the bioreactors 60 and 80 illuminated. This allows the adult algae to be skimmed off continuously and the nutrient-poor water to be drained off.

Der Bioreaktor 60 besitzt bereits eine Algenabfilterungsvorrichtung, während bei dem zylindrischen Bioreaktor 80 eine solche Filterung noch separat eingesetzt werden muss, um eine Algenabschöpfung zu ermöglichen. Je nach gewünschtem Algenstamm, beziehungsweise Algenstämmen, können beide Bioreaktoren 60 und 80 auch in Serie betrieben werden. The bioreactor 60 already has an algae filtering device, while in the cylindrical bioreactor 80 Such filtering must still be used separately to allow algae depletion. Depending on the desired algae strain, or algae strains, both bioreactors 60 and 80 also be operated in series.

Zur Erzielung eines kontinuierlichen Durchflusses sind Zwischenwände zwischen einzelnen Kammern so angeordnet, dass es zu einer Schleifenströmung kommt, die keinerlei Kreuzströmungen zulässt. Damit ist ein kalkulierbarer Abbaugrad der Nährstoffe sowie Wachstumsrate der Algen möglich. To achieve a continuous flow intermediate walls between individual chambers are arranged so that there is a loop flow that allows no cross flows. Thus, a calculable degree of degradation of nutrients and growth rate of algae is possible.

Die Lichtquellen 64 und 82 sind so angeordnet und direkt in lichtdurchlässige Zwischenwände eingebaut, dass eine optimale interne Lichtdurchflutung bei begrenztem Wärmeeintrag stattfinden kann. The light sources 64 and 82 are arranged and installed directly in translucent partitions, so that an optimal internal light flooding with limited heat input can take place.

Die Gaseinblasung ist so ausgelegt, dass Sie zum einen dem Eintrag von CO₂ reichem Gas dient, zum zweiten dem internen Transport wachsender Algen. Über eine dem zur Einblasung benötigten Kompressor vorgeschaltete Wärmepumpe ist es außerdem möglich die interne Temperatur in dem Bioreaktor 60 oder 80 zu steigern oder zu senken, da die in C03 auftretenden Abgase mit einem noch relativ hohen Wärmegehalt zu Verfügung stehen. The gas injection is designed so that it serves for the entry of CO ₂ rich gas, the second for the internal transport of growing algae. It is also possible to have the internal temperature in the bioreactor via a heat pump upstream of the compressor required for injection 60 or 80 increase or decrease, since the exhaust gases occurring in C03 are still available with a relatively high heat content.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können gemäß der Spalte E in 1 folgende Produkte, beziehungsweise Rohstoffe gewonnen werden:
Zunächst kann das Prozessabwasser E01 eingesetzt werden, da dieses keinerlei Keime und nur noch geringe oder gar keine gelösten Nährstoffe aufweist. Es ist außerdem über den photosynthetischen Algenschritt mit Sauerstoff vorangereichert und kann somit bedenkenlos in den Vorfluter eingelassen werden. With the device according to the invention, according to the column E in 1 the following products or raw materials are obtained:
First, the process effluent E01 can be used because it has no germs and only little or no dissolved nutrients. It is also pre-enriched with oxygen via the photosynthetic algae step and thus can safely be introduced into the receiving water.

Die abgeschöpfte Algenbiomasse aus dem Bioreaktor besteht aus den drei aufgeführten Grundgruppen Kohlenhydrate E02, Proteine E03 und Fette bzw. Öle E04 und kann je nach verwendetem Stamm direkt als Rohstoff eingesetzt werden. The skimmed algae biomass from the bioreactor consists of the three listed basic groups carbohydrates E02, proteins E03 and fats or oils E04 and can be used directly as a raw material depending on the strain used.

Bei bestimmten Algenarten können außerdem durch mechanische Fraktionierung spezifische Rohstoffe gewonnen werden, wie zum Beispiel Zucker, Öle, u.s.w., wie dies unter Spezialfraktionen E05 angedeutet ist. In certain types of algae, it is also possible to obtain specific raw materials by mechanical fractionation, such as sugars, oils, etc., as indicated by special fractions E05.

Ferner kann durch eine Verbrennungsanlage Strom E06 und Wärme E07 gewonnen werden, insbesondere durch die Verbrennung des Biogas in einem Brennheizkraftwerk. Gesamtenergiebilanz des Verfahrens ist hier bei korrekter Auslegung positiv. Furthermore, electricity E06 and heat E07 can be obtained by an incinerator, in particular by the combustion of the biogas in a combined heat and power plant. Overall energy balance of the process is positive here if correctly interpreted.

Zudem wird Schwefel E08 bei korrekt angewendeter Verfahrenstechnik als Elementarschwefel bei der Entsorgung von Schwefelwasserstoff gewonnen. In addition, sulfur E08 is obtained with correctly applied process technology as elemental sulfur in the disposal of hydrogen sulfide.

Zuletzt wird auch Biologisch stabiler keimfreier Dünger E09 bei korrekter Anwendung der anaeroben Technik erhalten. Finally, Biologically stable germ-free fertilizer E09 is also obtained if the anaerobic technique is used correctly.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 013538 [0002]

Claims

Apparatus for processing waste water, in particular households, comprising: a) a mechanical cleaning station (A) for separating non-organic foreign matter; b) at least one container ( 10 . 20 ) with an anaerobic environment for the digestion of organic residues and for compacting the effluents into sludges; c) an anaerobic reactor ( 40 ) for the sludge for the further digestion of organic residues; d) means (B07) for separating the slurry into a solids fraction and a liquid fraction; e) a bioreactor ( 60 . 80 ) with an algae culture, by means of which the liquid fraction is processed in the flow-through process, and f) discharges for the removal of different products (E01-E05) from the bioreactor ( 60 . 80 ).

Device according to claim 1, characterized in that the anaerobic reactor ( 40 ) is designed as a hydraulic reactor.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the anaerobic reactor ( 40 ) a first chamber ( 45 ) and a second chamber ( 52 ), which via a pressure compensation valve ( 42 ) are interconnected in the gas phase.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the anaerobic reactor ( 40 ) a static mixing device ( 47 ) in which flows of the sludge by a pressure equalization between two chambers ( 45 . 52 ) are effected.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bioreactor ( 60 . 80 ) has a lighting device.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bioreactor ( 60 . 80 ) comprises means for skimming adult algae.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bioreactor ( 60 . 80 ) has a supply of CO ₂ .

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 10 . 20 ) is heated with the anaerobic environment via a heater.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 10 . 20 ) has a gas supply with the anaerobic environment.

Process for the treatment of effluents, comprising the following steps: a) mechanical cleaning of the effluents for separating non-organic impurities; b) generating an anaerobic environment in at least one container ( 10 . 20 ) with digestion of organic residues; c) compacting the effluents into sludges; d) introducing the sludge into an anaerobic reactor ( 40 ), in which a further digestion of organic residues takes place; e) separating the slurry into a solids fraction and a liquid fraction; f) addition of the liquid fraction into a continuous flow-through bioreactor ( 60 . 80 ) with an algae culture, and g) removal of different products (E01-E05) from the bioreactor ( 60 . 80 ).

A method according to claim 10, characterized in that from the container ( 10 . 20 ) a liquid pre-clarified solution into the bioreactor ( 60 . 80 ) is initiated.

A method according to claim 10 or 11, characterized in that the liquid solution from the container ( 10 . 20 ) and the liquid fraction from the anaerobic reactor ( 40 ) are fed into a chamber (C05) into which nitrogen-containing gases, in particular exhaust gases from an incinerator (C03) for biogas, are introduced.