DE3623242A1 - Verfahren zur behandlung von hochbelasteten und organisch abbaubaren, stickstoffreichen abwaessern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von hochbelasteten und organisch abbaubaren Abwässern, insbesondere tierischen Abgängen, wie Gülle, Deponiesickerwässern, Schlachthofabfällen und Abwässern von Tierkörperbeseitigungsanlagen, zum Zwecke der Reinigung und/oder Verwertung durch Einleiten der Abwässer in ein mit Bakterien besiedeltes, organisch abbaubares Haufwerk.

Biomassen, wie Gülle, fallen in sehr großen Mengen an. Eine Entsorgung muß kontrolliert erfolgen, da bei überhöhten Konzentrationen wegen des hohen Gehaltes gelöster Stoffe die Oberflächengewässer und das Grundwasser geschädigt werden können.

Es ist bekannt, daß Gülle in Mischung mit Stroh durch einen Fermentationsprozess so weit unter Abbau gereinigt werden kann, daß sie als flüssiges Düngemittel brauchbar ist. Dabei entsteht gleichzeitig Biogas. Dieser Fermentationsprozeß ist beim Vorliegen großer Güllemengen und für eine zentrale Entsorgung landwirtschaftlicher Abfallprodukte nicht geeignet.

Bei der biologischen Abwasserreinigung werden Tropfkörper eingesetzt, die unter Zufuhr von Luft oder Sauerstoff betrieben werden. Als Füllmaterial für Tropfkörper werden üblicherweise Lavaschlacken oder Füllkörper aus Kunststoff und gelegentlich auch gebrannter poröser Ton verwendet. Die wesentlichen verfahrenstechnischen Anforderungen an die Füllkörper bestehen darin, daß diese sich nicht zusetzen, eine große Oberfläche für die Besiedelung durch Mikroorganismen zur Verfügung stellen und selbst bei Bakterienaufwuchs nicht zur Verstopfung neigen. Die Größe der wirksamen Oberfläche liegt üblicherweise zwischen 200 und 1000 m²/m³. Füllkörpermaterialien, die eine sehr große Oberfläche mit geringer Verstopfungsneigung miteinander verbinden, sind relativ kostenaufwendig. Sind Abwässer zu reinigen, welche keine größeren Partikeln oder Fasern enthalten, so ist aufgrund der weitgehend entfallenden Verstopfungsgefahr eine hohe Oberfläche der Füllkörper leichter zu realisieren. Solche Abwässer ergeben sich beispielsweise durch Abwassersiebung oder durch Schaltung einer Vorstufe und Zwischenklärung, aber auch bei der Separierung von Gülle, was einen zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Aus der DE-OS 22 30 725 ist ein Verfahren zur Behandlung von Toilettenabwässern bekannt, bei dem die Abwässer auf eine Biomasse als Träger geleitet werden; eine Verrottung des Trägers selbst ist nicht vorgesehen. Eine solche Methode ist zur Behandlung großer Mengen von Abwässern nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem organisch hochbelastete Abwässer, die in sehr großen Mengen anfallen, insbesondere Gülle, in wirtschaftlicher Weise behandelt werden können. Die Verfahrensführung sollte durch den variierenden Feststoffgehalt der Abwässer nicht beeinträchtigt werden. Ferner sollten keine zusätzlichen, umweltbelastenden Nebenprodukte entstehen, deren Entsorgung ebenfalls Probleme mit sich bringen würden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abwässer über ein stickstoffarmes Haufwerk, wie bei einem Tropfkörper, unter anaeroben Bedingungen mehrfach geführt werden und daß anschließend unter aeroben Bedingungen eine Kompostierung des Haufwerks vorgenommen wird, wobei der Ablauf aus der anaeroben Behandlung weiter über das Haufwerk mehrfach geführt wird. Ansprüche 2 bis 6 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgmäßen Verfahrens.

Bei der Abwasserreinigung ist eine anaerobe Behandlung bekannt, die nur in flüssiger Phase in homogen durchmischten Reaktoren oder in Festbett- oder Wirbelschichtreaktoren durchgeführt wird. Die anaeroben Bakterien siedeln dabei frei in der Flüssigkeit auf Partikeln des Substrats sowie auf der Oberfläche des Materials des Festbettes oder des Wirbelschichtmaterials. Im erfindungsgemäßen Fall bildet sich die flüssige Phase jedoch nur als Film auf der Oberfläche des biologisch abbaubaren Haufwerks und die Poren des Haufwerks bilden einen zusammenhängenden Gasraum.

Erfindungsgemäß wird als Haufwerk ein stickstoffarmes organisch abbaubares Material, vorzugsweise Stroh, verwendet. Auch andere Feststoff-Biomassen, vorzugsweise solche mit niedrigem Feuchte- und Mineralstoffgehalt, können eingesetzt werden, z. B. landwirtschaftliche Abfallprodukte wie Sonnenblumenstengel, Rapsstroh, Kartoffelkraut, Gartenabfälle, Waldrestholz, Baumschnitte, andere Holzabfälle, Sägespäne, Baumrinden, Nadel- und Glattstreu und dgl. Sichergestellt werden muß dabei, daß die flüssige Phase in dem Reaktor sich als Film auf der Oberfläche des Haufwerks ausbildet und die Poren oder Zwischenräume des Haufwerks einen zusammenhängenden Gasraum bilden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden demzufolge eine stickstoffreiche und eine stickstoffarme Fraktion miteinander verbunden. Damit wird ermöglicht, daß der Stickstoff im Abwasser in die organische Substanz eingebunden wird. Dies ist die Folge einer gezielten Verfahrensführung. Das nach der anaeroben Behandlung erhaltene, gefäulte und ammoniakreiche Abwasser wird bei der Kompostierung des Haufwerks durch Einbindung des Ammoniaks in das organische Material gereinigt.

Bei ausreichender Standzeit des aerob betriebenen Haufwerks kommt es zur Nitrifikation von Ammoniak zu NO₃. Die damit verbundene pH-Absenkung erlaubt weiters Ammoniak zu binden und die Austragung durch die Luft zu verhindern. Dies ist weder bei der herkömmlichen Biogas-Erzeugung noch bei der Reinigung mit herkömmlichen Tropfkörpern möglich, die allenfalls die Nitrifikation nicht aber die Fixierung von Ammoniak erlauben.

Die Kombination von anaerober und aerober Behandlung verbessert nicht nur wesentlich den Abbauvorgang sondern weist auch verfahrenstechnische Vorteile auf. Bei der anaeroben Behandlung wird die Fließfähigkeit des Abwassers verbessert und durch den Filtereffekt des Tropfkörpers ein wesentlicher Anteil der Feststoffe zurückgehalten. Die nachfolgende Kompostierung hat einen reduzierten Anteil an rasch abbaubarer Verbindungen und ist weniger empfindlich auf Luftmangel. Da ferner ein durchrieseltes Haufwerk kompostiert wird, kann die Wärme des Kompostierungsprozesses unter Einsatz von preiswerten Wasser-Wasser-Wärmetauschern gewonnen werden.

Erfindungsgemäß wird bei zweistufiger anaerober Behandlung die Kreislaufführung des Ablaufs aus der Methanisierung belüftet, bevor das Faulwasser der Hydrolysestufe zugeführt wird. Die Hydroloysestufe wird auf diese Weise bewußt davon abgehalten in Methangärung überzugehen. Diese Gärstufe bleibt dadurch technisch einfach zu beherrschen. Es ist nicht mit explosiven oder brennbaren Gasen zu rechnen. Dies ermöglicht die Verwendung von einfachen Abdeckungen für das Haufwerk.

Aus dem abgebauten und anschließend unter aeroben Bedingungen kompostierten Haufwerk wird erfindungsgemäß ein wertvolles Düngemittelsubstrat gewonnen. Der Unterbrechung der Behandlung wird z. B. dadurch entgegengewirkt, daß mehrere Reaktoren verwendet werden, die derart zusammengeschlossen sind, daß in jedem der Reaktoren die wesentlichen Verfahrensschritte, d. h. anaerober und aerober Abbau, Kompostierung, Entladen und Nachladen ablaufen können, ohne daß die gesamte Anlage für die Dauer der Unterbrechung stillgellegt werden muß.

Bei einer Verfahrensführung abwechselnd unter aeroben und anaeroben Bedingungen kann für den jeweiligen Schritt ein gesonderter Reaktor vorgesehen werden, welche derart zusammengeschaltet sind, daß während Entleerung und Neuladung des einen Tropfkörpers die Behandlung ohne Unterbrechung in einem anderen Tropfkörper weiterläuft.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es, z. B. das Gülleentsorgungsproblem und, soweit vorhanden, auch das Strohentsorgungsproblem umweltfreundlich zu lösen, aus Gülle und Stroh unter Erhalt der vollständigen Düngekraft beider Komponenten Energie in Form von Methan zu gewinnen und aus dem Rückstand der Fermentation ein humusreiches Düngesubstrat herzustellen, das hochwirksam ist und ein ausbringungsfreundliches Bodenverbesserungsmittel darstellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ferner von großem Vorteil, daß das Haufwerk zunächst als ein kostengünstiger Tropfkörper dient und später als ein gegenüber dem Ausgangszustand erheblich wertvolleres Bodenverbesserungsmaterial verwendet werden kann.

Claims (9)

1. Verfahren zur Behandlung von hochbelasteten und organisch abbaubaren, stickstoffreichen Abwässern, insbesondere tierischen Abgängen, wie Gülle, Deponiesickerwässern, Schlachthofabfällen und Abwässern von Tierkörperbeseitigungsanlagen, zum Zwecke der Reinigung und/oder Verwertung durch Einleiten der Abwässer in ein mit Bakterien besiedeltes, organisch abbaubares Haufwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwässer über ein stickstoffarmes Haufwerk, wie bei einem Tropfkörper, unter anaeroben Bedingungen mehrfach geführt werden und daß anschließend unter aeroben Bedingungen eine Kompostierung des Haufwerks vorgenommen wird, wobei der Ablauf aus der anaeroben Behandlung weiter über das Haufwerk mehrfach geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anaerobe Behandlung in zwei Stufen durchgeführt wird, wobei die erste Stufe der Hydrolyse und Versäuerung dient und über einem Tropfkörper mit organisch abbaubarem Haufwerk erfolgt und die zweite Stufe der Methanisierung dient und über einem Tropfkörper mit organisch abbaubarem Haufwerk oder mittels eines Hochleistungsmethanreaktors erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Rückführung des Ablaufs aus der Methanisierungsstufe zur Hydrolysestufe der Ablauf belüftet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anearobe Behandlung bei beginnender Verstopfungsneigung des Haufwerks beendet und das Haufwerk belüftet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere aerobe oder anaerobe Behandlungen vor- oder zwischengeschaltet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Haufwerk Stroh, vorzugsweise in Form von Hochdruckballen oder Strohbriketts, verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis vom Haufwerk zu dem Abwasser 3 zu 1 bis 1 zu 4 besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in einem Reaktor oder in mindestens zwei zusammengeschalteten Reaktoren, die nacheinander betrieben werden, durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im aerob betriebenen Haufwerk entstehende Kompostierungswäre unter Verwendung von Wasser-Wasser-Wärmetauschern abgefangen wird.