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Verfahren zum Behandeln von organischen Substraten wie z.B. tierische unbehandelte Abprodukte, hoch konzentrierte Abwässer u. a. durch mikrobiologischen Stoffwechsel zeichnet sich dadurch aus, daß das organische Substrat in einem gemeinsamen Reaktionsraum gleichzeitig der aeroben und anaeroben Behandlung unterworfen wird. Es wird eine limitierte Sauerstoffmenge eingetragen, die nur einem Teil das aerobe Reagieren ermöglicht.

Anmeldung am 22.07.1982

Patentinhaber

Uwe Halbach
heute im Institut für Wasserwirtschaft Halbach

Die Patentfrist ist abgelaufen. Die Urheberrechte gelten noch.

Titel

Verfahren zum Behandeln von organischen Substraten

Anwendungsgebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Behandeln von organischen Substraten, wie tierische unbehandelte Abprodukte mit und ohne Verdünnung, flüssige Rückstände tierischer Abprodukte vor oder nach einer vorherigen mechanischen Behandlung, wie z.B. Absetzen, Sieben, Zentrifugieren, hoch konzentrierter Abwässer, wie z.B. Futtersiloabwässer, Rückstände einer Abwasserbehandlung wie Schlämme mit einem organischen Anteil der Trockenmasse von größer als fünfundvierzig Prozent im Sinne eines mikrobiologischen Stoffwechsels.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein bekanntes Verfahren zur Behandlung von organischen Substraten ist das Verfahren der getrennten aeroben Schlammstabilisierung. Dabei wird der Überschußschlamm in einem Becken mit Sauerstoff begast. Durch aerobe mikrobielle Stoffwechselprozesse kommt es nach längerer Reaktionszeit von ca. 10 Tagen zu einer Stabilisierung des Überschußschlammes. Der Sauerstoffeintrag ist dabei immer etwas größer als der Sauerstoffbedarf. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe Energiebedarf für den Sauerstoffeintrag während der gesamten Reaktionszeit.

Ein Verfahren zur Schlammfaulung ist in der DD-EB 140 740 beschrieben, bei dem nach einer aeroben Vorbehandlung eine anaerobe Nachbehandlung erfolgt. Der zu behandelnde Schlamm wird in einem Reaktor mit Sauerstoff begast. In einem nachgeschalteten zweiten Reaktor erfolgt die anaerobe Behandlung des Schlammes im mesophilen Bereich. Dabei entsteht Biogas. Dieser Reaktor ist ein geschlossener Behälter. Ein Teil des Biogases wird verbrannt. Die entstehende Wärme wird dem Reaktionsbehälter zugeführt und dient der Aufrechterhaltung der anaeroben Prozesse.

Nachteilig an diesem Verfahren ist ein sehr großer apparativer Ausrüstungsaufwand, hoher Bedienungsaufwand und großer sicherheitstechnischer Aufwand. Weiterhin ist die Beseitigung von Schwimmdecken und Sandablagerungen problematisch.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein ökonomisch günstigeres Verfahren zur Behandlung von organischen Substraten zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Behandeln von organischen Substraten zu schaffen, bei dem gegenüber dem aeroben Verfahren der Sauerstoffeintrag gesenkt wird und gegenüber dem anaeroben Verfahren der apparative Aufwand und der Bedien-, Wartungs- und sicherheitstechnische Aufwand verringert wird. Weiterhin soll das Entstehen von Schwimmdecken vermieden und die Beseitigung von Ablagerungen erleichtert werden.

Erfindungsgemäß wird das organische Substrat in einen vorgesehenen Reaktionsraum eingebracht. Der Reaktionsraum besteht in zweckmäßiger Weise aus einem offenen Behälter, der in seinen Maßen und seiner Form einen guten Sauerstoffeintrag und ein gutes Umwälzen des Substrates ermöglicht. Anschließend wird in das organische Substrat Sauerstoff, vorzugsweise Luftsauerstoff, eingetragen und das Substrat einer Umwälzung unterworfen. Die Umwälzung ist notwendig, damit der eingetragene Sauerstoff gleichmäßig im Reaktionsraum verteilt wird und damit Absetzvorgänge verhindert werden. Der Sauerstoffeintrag erfolgt in einer solchen Menge, daß nur einem Teil des organischen Substrates ein aerobes Reagieren ermöglicht wird. Die bei diesem Prozeß entstehende Reaktionswärme ermöglicht es, dem anderen Teil des organischen Substrates ohne weitere Einflußnahme gleichzeitig intensiv anaerob, d.h. ohne gasförmigen Sauerstoff zu reagieren. Der Sauerstoffeintrag ist so bemessen, daß die Reaktionswärme des dadurch aerob reagierenden organischen Substrates ausreicht, den anderen Teil des organischen Substrates anaerob reagieren zu lassen.

Das behandelte Substrat wird nach abgeschlossener Reaktion dem Reaktionsraum entnommen und gegebenenfalls nach einer Entwässerung einer landwirtschaftlichen oder anderen Verwertung zugeführt.

Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß bedingt durch das gleichzeitige nebeneinander Ablaufen der aeroben wie anaeroben Prozesse in einem gemeinsamen Reaktionsraum die Reaktionswärme des aeroben Prozesses ohne zusätzlichen apparativen Aufwand für den anaeroben Prozeß zur Verfügung steht und damit auch keine weitere Energiezuführung notwendig ist.

 Patentanspruch

Verfahren zum Behandeln von organischen Substraten durch aerobe und anaerobe Stoffwechselprozesse dadurch gekennzeichnet, daß das organische Substrat in einem gemeinsamen Reaktionsraum gleichzeitig einer aeroben und einer Behandlung ohne Sauerstoff unterworfen wird, wobei eine limitierte Sauerstoffmenge eingetragen wird, die ein aerobes Reagieren nur eines Teils des organischen Substrates in soweit ermöglicht, daß die dadurch entstehende Reaktionswärme dazu führt, daß das Substrat auf ein solches Temperaturniveau angehoben wird, daß auch der andere Teil des Substrates trotz Sauerstoffunterangebot reagieren kann.

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Bemerkungen zur Entdeckung

Die wissenschaftlichen Ergebnisse zu diesem Patent wurden an einer großtechnischen Versuchsanlage zur aeroben Hühnergüllebehandlung im damaligen VEB KIM Halle-Gutenberg gewonnen. Die Anlage bestand aus

  • Fugatbehälter
  • Intensivstufe
  • vorgeschaltete Denitrifikation
  • Nitrifikation
  • Nachklärung
  • Pumpstation
  • zwei mobile, bestens ausgerüstete Laborwagen

Analysiert wurde vor Ort u. a.

  • TS-Konzentration
  • BSB5
  • CSB
  • Dehydrogenaseaktivität
  • Viskostät
  • organischer Kohlenstoff mittels Infralyt
  • CO2-Respiration online im Reaktor mittels Infralyt
  • mikroskopische Bild

Das Forschungsthema wurde im Institut für Geflügelwirtschaft Merbitz bearbeitet. Konsultativ wirkte die TU Dresden, Sektion Wasserwesen mit.

Der hochbelastetet Intensivreaktor hatte ein Nutzvolumen von 80 m³ und erreichte allein durch den aeroben Stoffwechsel Reaktionstemperaturen über 60 °C.

Beschickt wurde der Reaktor mit Hühnergüllefugat.

Das Patent beruht u. a. auf der zunächst unerklärlichen Entdeckung, dass der BSB5-Abbau im Intensivreaktor in Größenordnung jene Grenze überschritt, die mit dem Sauerstoffeintrag durch den sog. Saugkreisel nach Dr. Franz oder dem Druckstrahler nach Dr. Langhans (siehe Foto am Ende des Beitrages) überhaupt möglich war.

Das Sauerstoffeintragsvermögen wurde großtechnisch zunächst durch Sulfid-Oxidation und danach mittels Sauerstoffkonzentrationsmessung bei Wiederbelüftung durch mehrmalige Messungen genauestens erfasst.

Die Zu- und Ablauffrachten wurden in 24-h-Mischproben täglich gemessen bzw. berechnet.

Druckstrahler_KIM_Halle_Gutenberg

Sauerstoffeintrag mittels Druckstrahler nach einem Patent von Herrn Dr. Langhans. Hier außer Betrieb.  (Foto: U. Halbach)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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