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Dokumentenidentifikation DE102006020709A1 08.11.2007
Titel Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser
Anmelder Enviro-Chemie GmbH, 64380 Roßdorf, DE
Erfinder Götz, Willi, 64404 Bickenbach, DE;
Hellmann, Werner, 50226 Frechen, DE
Vertreter Behrens, H., Dipl.-Ing., Rechtsanw., 64295 Darmstadt
DE-Anmeldedatum 04.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006020709
Offenlegungstag 08.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse C02F 3/28(2006.01)A, F, I, 20060504, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C12M 1/107(2006.01)A, L, I, 20060504, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Reaktor (1) zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser, der aus einem geschlossenen Behälter (2) besteht, der im Bodenbereich ein Zulaufrohrsystem (3) für das Abwasser und im Kopfbereich eine Ablaufeinrichtung für das gereinigte Wasser aufweist. Zwischen Zulaufrohrsystem (3) und Ablaufeinrichtung ist eine Dreiphasen-Trenneinrichtung (4) mit einem Abscheidepaket (10) in einer nach unten sich verjüngenden Rinne (9) angeordnet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zulaufrohrsystem (3) aus einer Vielzahl von einzelnen Rohrleitungen (3') mit Einströmdüsen (7) besteht. Dabei ist das Abscheidepaket (10) aus einer Vielzahl nebeneinanderliegend angeordneter röhrenförmiger Abschnitte (10') gebildet, bei dem sich mindestens das eine Abscheidepaket (10) schrägt in die Rinne (9) der Dreiphasen-Trenneinrichtung (4) erstreckt. Dadurch strömt das zu trennende Wasser-Schlamm-Gemisch von unten nach oben durch in dem mindestens einen Abscheidepaket (10) gebildete Einzelröhren (10'). Die Strömungsrichtung ist dabei unter einem Winkel zwischen 15° und 45° zur Vertikalachse des Reaktors (1) ausgerichtet, wobei im Bodenbereich der Rinne (9) eine Reinigungseinrichtung (14) zur Beseitigung von Schlammablagerungen angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser.

Derartige Reaktoren sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt, wobei ein Reaktortyp als UASB-Reaktor (Upflow-Anaerobic-Sludge-Blanket-Reactor) bezeichnet wird. Dieser Reaktortyp ist unter anderem aus dem Buch „Anaerobtechnik Handbuch der anaeroben Behandlung von Abwasser und Schlamm" Springer Verlag, Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. Dr. E.h. B. Böhnke, Prof. Dr.-Ing. W. Bischofsberger, Prof. Dr.-Ing. C.F. Seyfried, Kap. 6.4.1, vorbekannt. Bei diesem UASB-Reaktor, dem ein biologisches Verfahren zugrunde liegt, wird die Fähigkeit von biologischen Bakterien ausgenutzt, organische Substanzen abzubauen und in niedermolekulare Substanzen umzusetzen. Bei diesen Umsetzungsprozessen entsteht Biomasseschlamm, Biogas sowie das gereinigte Wasser.

Der UASB-Reaktor besteht im wesentlichen aus einem geschlossenen Behälter, der von unten nach oben mit dem zu reinigenden Abwasser durchströmt wird, wobei sich im unteren Bereich des Behälters eine mit Mikroorganismen (Bakterien) versetzte Schlammzone, das sogenannte Schlammbett, befindet. Im Kopfbereich des Reaktors ist eine sogenannte Dreiphasen-Trenneinrichtung angeordnet, die eine Abtrennung von Gas, dem gereinigten Abwasser und Schlammpartikeln bewirkt. Um eine gute Reinigungsleistung des Reaktors zu erzielen und einen kontinuierlichen störungsfreien Betrieb des Reaktors sicherzustellen, wird insbesondere die gleichmäßige Verteilung des zugeführten zu reinigenden Abwassers als auch eine sichere Trennung von Gas, Wasser und Schlammpartikeln in der Dreiphasen-Trenneinrichtung benötigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen UASB-Reaktor derart weiterzubilden, dass eine gute Reinigungsleistung sowie ein kontinuierlicher störungsfreier Betrieb und ein geringer Wartungsaufwand des Reaktors erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Reaktors unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.

Es zeigen:

1: eine Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors im Querschnitt;

2: einen Längsschnitt des in 1 dargestellten Reaktors;

3: eine Darstellung des Zulaufrohrsystems im Bereich des Behälterbodens in Draufsicht;

4: eine vergrößerte Darstellung eines Querschnittes durch ein Abscheidepaket gem. der Schnitt-Linie IV-IV in 1.

Der in 1 im Querschnitt dargestellte Reaktor 1 zur anaeroben Abwasserbehandlung wird in der industriellen Abwasserbehandlung eingesetzt.

Der Reaktor 1 besteht dabei im wesentlichen aus einem geschlossenen im Querschnitt rechteckigen Behälterraum 2, einem Zulaufrohrsystem 3 für das zu behandelnde Abwasser im Bodenbereich des Behälterraums 2, einer Dreiphasen-Trenneinrichtung 4 im Kopfbereich des Behälterraums 2 sowie einer im oberen Endbereich mittig angeordneten horizontal längsverlaufenden Wasserablaufrinne 5 und ebenfalls im oberen Endbereich angeordneten Gassammelbereichen 6 sogenannten Gasdomen mit Gasabführleitungen.

Im Bodenbereich des Behälterraums 2 befindet sich eine mit Mikroorganismen versetzte Aktivschlammzone, in die eine Vielzahl von Zuführleitungen für das zu behandelnde Abwasser mündet. Die konstruktive Ausgestaltung des Zulaufrohrsystems 3 wird nachfolgend näher erläutert.

Wie es aus der Schnittdarstellung zur 3 zu ersehen ist, besteht das Zulaufrohrsystem 3 aus einer Vielzahl parallel zueinander ausgerichteter Rohrleitungen 3', die sich im unteren Endbereich des Behälterraums 2 in einer Höhe von ca. 100 – 250mm horizontal beabstandet vom Behälterboden über die gesamte Breite des Behälterraums 2 erstrecken. Die Rohrleitungen 3' besitzen jeweils regelmäßig beabstandet angeordnete Einströmdüsen 7, wobei das Einströmen des zu behandelnden Abwassers in 3 durch die Pfeile dargestellt ist. Diese Rohrleitungen sind mit einem entsprechenden Mess-Regelsystem ausgestattet, so dass zum einen der Zulauf der einzelnen Rohrleitungen 3' individuell geregelt und zum anderen Störungen in Folge von Verstopfungen sofort erkannt und beseitigt werden können. Die Rohrleitungen 3' sind mit einem Spülanschluss versehen, so dass nach Bedarf die Rohrleitungen 3' gespült werden können.

Wie bereits zuvor beschrieben, erfolgt die Anströmung des Reaktors über das Zulaufrohrsystem 3 gleichmäßig über die gesamte Grundfläche des Reaktors 1. Durch diese Zuführung des Abwassers und geeignete Steuerung der Anströmgeschwindigkeit verbleibt die aktive Biomasse überwiegend im Höhenbereich bis maximal 2,5 m Reaktorhöhe über dem Behälterboden. In diesem Bereich findet auch der wesentliche anaerobe Umsatz der organischen Inhaltsstoffe in Gas statt.

Ein Teil der dabei gebildeten Gasblasen agglomerieren im Reaktor zu immer größer werdenden Gasblasen, steigen auf und trennen sich in den im oberen Endbereich jeweils an den Längsseiten des Behälterraumes 2 angeordneten Gassammelbereichen 6 von Wasser ab. Die Gassammelbereiche 6 sind jeweils mit Gasabführleitungen versehen und führen das Biogas ab.

Durch die Strömungsführung gelangt das mit leichter Biomasse gering beladene Abwasser in den oberen Behälterraum.

Im oberen Bereich des Behälterraums 2 in dessen Kopfbereich, ist mittig eine sogenannte Dreiphasen-Trennvorrichtung 4 angeordnet, in der eine Abtrennung von Restgas, Biomasseschlamm und gereinigtem Wasser erfolgt.

Die Dreiphasen-Trenneinrichtung 4 ist an einer mittig im Behälterraum 2 angeordneten Stützkonstruktion 8 befestigt und besteht im wesentlichen aus zwei parallel nebeneinander in Längsrichtung des Reaktors angeordneten V-förmig ausgebildeten Rinnen 9, in die jeweils ein sogenanntes Abscheidepaket 10 eingefügt ist.

Die Dreiphasen-Trenneinrichtung 4 bzw. die v-förmigen Rinnenkonstruktionen 9 sind derart ausgestaltet, dass das Gas-Wasser-Schlamm-Gemisch durch die eingebaute Konstruktion entweder über die rechts oder linksseitig angeordneten Gassammelbereiche 6 geleitet werden und anschließend durch eingebaute Schikanen 11 das Wasser-Schlamm-Gemisch nach unten umgelenkt und dem Abscheidepaket 10 zugeführt wird. Durch die Umlenkung der Wasserströmung erhält man eine Tauchung, wodurch ein Gasdurchtritt in den Bereich der Dreiphasen-Trenneinrichtung verhindert wird.

Die Biomassen-Wasser-Trennung erfolgt hierbei in zwei parallel eingebauten Abscheidepakten 10, welche in Längsrichtung horizontal verlaufend im Reaktor 1 eingebaut sind. Die Abscheidepakete 10 liegen jeweils mit ihrer einander zugewandten Seitenwand an der der Behältermitte zugewandten Seitenwand der v-förmig ausgebildeten Rinne 9 an. Hierdurch erhält man eine schräggestellte Anordnung der Abscheidepakete 10, die in einem Winkel von 15° bis 45° variieren kann. Nähere konstruktive Einzelheiten sind der Schnittdarstellung in 4 zu entnehmen. Aus 4 ist ersichtlich, dass das Abscheidepaket aus einer Vielzahl nebeneinanderliegend angeordneter röhrenförmiger Abschnitte 10' besteht, wobei diese im Querschnitt eine Wabenstruktur besitzen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Wabenstruktur ein Sechseckprofil auf. Die röhrenförmige Abschnitte können auch einen anderen Querschnitt beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt besitzen. Die Abscheidepaktete 10 sind vorzugsweise aus Kunststoffen hergestellt.

Wie bereits zuvor kurz beschrieben, wird das Wasser-Schlamm-Gemisch über die Gassammelräume 6 durch eingebaute Schikanen 11 in der Richtung umgekehrt und komplett in der Durchflussrichtung von unten nach oben durch die schräg eingebauten Abscheidepakete 10 zu einer Ablaufrinne 5 geführt (dargestellt durch Pfeile in 1 und 2). Durch den Schrägeinbau der Abscheidepakete 10 ist sichergestellt, dass das gesamte Wasser-Schlamm-Gemisch durch die Abscheidepakete 10 geführt wird. Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung der Abscheidepakete 10 und des oben genannten Einbaus wird eine optimal große Abscheidefläche erreicht, wodurch eine effiziente Biomassen-Wasser-Trennung erzielt werden kann. Aufgrund des Schrägeinbaus der Abscheidepakete 10 und der Wabenstruktur im Querschnitt wird eine gesamte horizontal projizierte Oberfläche von ca. 25-60 m2/lfd. Meter Reaktorlänge erzielt.

Wie es aus den 1 und 2 ersichtlich ist, ist mittig im oberen Bereich der Dreiphasen-Trenneinrichtung 4 eine horizontal längs verlaufende Wasserablaufrinne 5 angeordnet, die im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt besitzt und wobei die in Längsrichtung verlaufenden oberen Kanten 12 ein Zackenprofil aufweisen. Das durch die Abscheidepakete 10 geführte vom Biomassenschlamm getrennte Wasser kann nachfolgend über die gezackten Einlaufkanten 12 in die Wasserablaufrinne 5 strömen und wird abgeführt. Die Wasserablaufrinne 5 ist höhenverstellbar ausgebildet. Durch die Ausbildung der Wasserablaufrinne 5 werden stark beruhigte Ablaufgeschwindigkeiten erreicht, wodurch ein mitziehen von Feinstpartikeln verhindert wird. Eventuell gebildeter Schwimmschlamm wird über eine beidseitig an der Reaktorstirnseite angebrachte nicht dargestellten Überlauf abgezogen.

Der in den Abscheidepaketen 10 abgetrennte Schlamm wird aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung der v-förmigen Rinnen 9 nach unten geleitet und gelangt über eine im unteren Bereich der v-förmigen Rinnen 9 angeordnete Austrittsöffnung 13 in den Behälterraum 2 zurück. Bedingt durch die im Wasser-Schlamm-Raum erhöhte Dichte des Wassers und durch den zurücklaufenden Schlamm wird innerhalb des Abscheidepaketes 10 eine Gassperre aufgebaut, welche einen Gasdurchtritt von unten aus dem Behälterraum 2 in den Abscheideraum der Dreiphasen-Trenneinrichtung 4 und damit in die Atmosphäre verhindert. Weiterhin ist im unteren Bereich der v-förmigen Rinnen 9 jeweils eine Reinigungseinrichtung 14 vorgesehen, die eine Ablagerung von Schlammbrücken in dem Durchtrittsbereich 13 zum Behälterraum 2 entfernt. Die Reinigungsvorrichtung 14 ist hierzu als Schlammscraper ausgebildet, der angepasst an das Rinnenprofil 9 einen dreieckigen Querschnitt aufweist und über eine Seilkonstruktion periodisch in Längsrichtung am Bodenbereich der v-förmigen Rinnen 9 entlang gezogen werden kann. Dies ist durch die Pfeile 15 angedeutet.

Im Bereich des Zu- und Ablaufes des Reaktors 1 ist weiterhin eine Messeinrichtung zur elektrooptische Trübungsmessung zwecks Online-Überwachung der Wasserqualität hinsichtlich der Trübstoffe installierbar. Mit dieser Messeinrichtung wird die jeweilige Konzentration an partikulären und emulgierten Trübstoffen wie z.B. Bioschlamm, emulgierten Fetten oder feinpartikulären Lebensmittelresten durch den Einfluss auf die Lichtstreuung erfasst. Die Messsignale der Trübungsmessung werden in dem Mess-Regelsystem ausgewertet und der Zulaufvolumenstroms entsprechend der anlagenspezifischen Kennlinie geregelt. Durch diese Überwachungs- und Mess-Regelungstechnik wird eine hohe Ablaufqualität mit geringer Trübstoffbelastung erreicht und der Austrag von Bioschlamm vermieden. Die Trübungsmessung ermöglicht neben der Onlineregelung auch eine Fernüberwachung der Reinigungsleistung des Reaktors 1. Die entsprechende Messeinrichtung und das Mess-Regelsystem ist zeichnerisch nicht dargestellt.


Anspruch[de]
Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser, umfassend einen geschossenen Behälter, der im Bodenbereich ein Zulaufrohrsystem für das Abwasser und im Kopfbereich eine Ablaufeinrichtung für das gereinigte Wasser aufweist, und wobei zwischen Zulaufrohrsystem und Ablaufeinrichtung eine Dreiphasen-Trenneinrichtung und mindestens ein Gas-Sammelraum angeordnet ist, wobei die Dreiphasen-Trenneinrichtung mindestens eine nach unten sich verjüngende Rinne umfasst und wobei mindestens ein Abscheidepaket in der Rinne angeordnet ist und an der Rinne Schikanen angeordnet sind, so dass das zu trennende Gas-Wasser-Schlammgemisch derart umgelenkt wird, dass es das Abscheidepaket von unten nach oben durchströmt und wobei unterhalb des mindestens einen Abscheidepaktetes im Bodenbereich der Rinne ein Schlammabsetzbereich mit Durchtrittsöffnung gebildet wird, so dass ein Absinken der abgetrennten Schlammpartikel in den unteren Behälterraum ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zulaufrohrsystem (3) aus einer Vielzahl von einzelnen Rohrleitungen (3') mit Einströmdüsen (7) besteht, und dass das mindestens eine Abscheidepaket (10) aus einer Vielzahl nebeneinanderliegend angeordneter röhrenförmiger Abschnitte (10') besteht, und dass das mindestens eine Abscheidepaket (10) schräg in die Rinne (9) der Dreiphasen-Trenneinrichtung (4) eingebaut ist, so dass das zu trennende Wasser-Schlamm-Gemisch von unten nach oben durch in dem mindestens einen Abscheidepaket (10) gebildeten Einzelröhren (10') strömt und die Strömungsrichtung unter einem Winkel zwischen 15° und 45° zur Vertikalachse des Reaktors (1) erfolgt, und dass im Bodenbereich der Rinne (9) eine Reinigungseinrichtung (14) zur Beseitigung von Schlammablagerungen angeordnet ist. Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser nach Patentanspruch 1, wobei die röhrenförmigen Abschnitte (10') im Strömungsquerschnitt eine Wabenstruktur besitzen. Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Zulaufrohrsystem (3) aus einer Vielzahl parallel zueinander ausgerichteter Rohrleitungen (3') besteht, die über ein Mess-Regelsystem einzeln ansteuerbar ausgebildet sind. Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser nach einem der vorhandenen Patentansprüche, wobei die Dreiphasen-Trennvorrichtung (4) aus zwei nebeneinander angeordneten sich nach unten verjüngenden Rinnen (9) besteht und in jeder Rinne (9) ein in Rinnenlängsrichtung sich erstreckendes Abscheidepaket (10) angeordnet ist. Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei an den Längsseiten des Behälterraums (2) in dessen Kopfbereich jeweils benachbart der Rinnen (9) Gas-Sammelräume (6) angeordnet sind, und dass das Gas-Wasser-Schlammgemisch zunächst über die Gas-Sammel-Räume (6) und anschließend über Schikanen (11) umgelenkt in die Dreiphasen-Trenneinrichtung (4) geführt wird. Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche wobei die Abscheidepakete (10) aus Kunststoff ausgeführt sind. Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Reinigungseinrichtung (14) als Schlammscraper ausgebildet ist, der einen dreieckigen Querschnitt aufweist, der dem Rinnenprofil (9) angepasst ist und wobei der Schlammscaper mittels einer Seilkonstruktion längs des Bodenbereiches der Rinnen (9) entlang gezogen werden kann. Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Wasserablauf rinne (5) für das gereinigte Wasser mittig zwischen den Rinnen (9) der Dreiphasen-Trennvorrichtung (4) angeordnet und als Zackenwehrrinne ausgebildet ist. Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser nach Patentanspruch 7, wobei die Zackenwehrrinne höhenverstellbar angeordnet ist. Reaktor zum anaeroben biologischen Reinigen von Abwasser nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei im Bereich des Zu- und des Ablaufs des Reaktors (1) eine Messeinrichtung zur elektrooptischen Trübungsmessung vorgesehen ist, und die ermittelten Messsignale dem Mess-Regelsystem zugeführt werden und anhand einer im Mess-Regelsystem abgelegten Kennlinie ein Ist/Soll-Vergleich stattfindet und das Ausgangssignal dieser Auswertung den Zulaufvolumenstrom regelt.






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