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    • 专利摘要:

    公开号:WO1986003481A1
    申请号:PCT/CH1985/000165
    申请日:1985-11-22
    公开日:1986-06-19
    发明作者:Werner Edelmann
    申请人:Biowatt Ag；
    IPC主号:C02F1-00
    专利说明:
    [0001] Dynamischer Anaerobfilter
    [0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion der anaeroben Abbauzeit in einem dynamischen Anaerobfilter, sowie Anaerobfilter zur Durchführung des Verfahrens.
    [0003] Die anaerobe Gärung ist ein biologischer, biochemischer Prozess an dem im wesentlichen anaerobe Mikroorganismen aktiv beteiligt sind. Der anaerobe, mikrobielle Abbau von flüssigen, organischen Substraten erfolgt im sogenannten Anaerobfilter oder Fermenter. Ein wesentliches Problem bei diesem Prozess ist dabei die Abbauzeit. Zur Verkürzung der Abbauzeit werden heute vermehrt dynamische Anaerobfilter eingesetzt. Aus der europäischen Offenlegungsschrift 0061'813 ist ein dynamischer Anaerobfilter bekannt, bei dem das Filtermaterial, auf dem die Bakterienbiomasse sich festgesetzt hat, im Fermenterbehälter rotiert wird. Die Erhöhung der bei statischen Anaerobfiltern sehr geringen Durchströmungsgeschwindigkeit des beispielsweise bei der Abwasserreinigung anfallenden Substrates, führt zu einem intensiveren Kontakt zwischen Substrat und den auf dem Trägermaterial wachsenden Bakterien.
    [0004] Die Durchströmungsgeschwindigkeit des Substrates (Schlamm) durch den Fermenter ist lediglich abhängig von der Abbauzeit und die Abbauzeit ist unter anderem gegeben durch die Intensität des Stoffaustausches zwischen Bakterien und Substrat. Der Stoffaustausch wird beeinflusst durch Temperatur, Konzentration der abbaubaren Anteile und Intensität des Kontaktes.
    [0005] Wie oben beschrieben, wird die Strömungsgeschwindigkeit durch die Relativbewegung zwischen Trägermaterial mit Bakterien und dem abzubauenden Substrat bei dynamischen Anaerobfiltern durch Rotation des Trägermaterials im Fermenter erhöht, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen Substrat und Bakterien je nach Abstand des Trägermaterials von der rotierenden Achse unterschiedlich ist. Die bei üblichen, statischen Anaerobfiltern benötigte Abbauzeit liegt je nach Filter bei ca. 10 Tagen. Bei dynamischen Anaerobfilter konnte diese Zeit um einige Tage verkürzt werden. Würde man die Rotationsgeschwindigkeit des Trägermaterials weiter erhöhen, so könnte zwar eine noch höhere Intensität des Kontaktes zwischen Bakterien und Substrat erreicht werden, doch würde gleichzeitig das Substrat im ganzen Fermenter gemischt werden, wodurch die Konzentration des 'abbaufähigen Materials generell herabgesetzt " und die erforderliche Abbauzeit bzw. Aufenthaltszeit wieder erhöht werden würde.
    [0006] Diesen Effekt hat man auch bei dynamischen Anaerobfiltern die mit einer Umwälzpumpe arbeiten. Es somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu schaffen, welches eine gegenüber bekannten Verfahren mit dynamischen Anaerobfiltern eine wesentliche Verkürzung der Abbauzeit bringt. Diese Aufgabe löst ein Verfahren, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Stoffaustausch vom Substrat zu den Bakterienzellen durch eine pulsierende Relativbewegung zwischen Substrat und der auf einem Trägermaterial festhaftenden Bakterienbiomasse erhöht wird.
    [0007] Die pulsierende Bewegung zwischen Substrat und Bakterien erlaubt eine höhere Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden genannten Komponenten und damit einen intensiveren Stoffaustausch, ohne dass dadurch eine Vermischung im Substrat stattfindet. Erste Messungen haben Abbauzeiten von unter 24 Stunden ergeben.
    [0008] Erfindungsgemäss 'kann entweder das Substrat oder das Trägermaterial pulsierend bewegt werden.
    [0009] Die Richtung der pulsierenden Bewegung kann in Durchströmungsrichtung durch den Anaerobfilter, senkrecht dazu, oder in überlagerter Form erfolgen.
    [0010] Die pulsierende Bewegung lässt sich mechanisch oder fluiddynamisch bewerkstelligen oder unter Ausnutzung des beim Abbau freiwerdenden Biogases. Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich in einem dynamischen Anaerobfilter durchführen, der sich dadurch auszeichnet, dass im Fermenterbehälter Mittel zur Erzeugung einer pulsierenden Relativbewegung zwischen Substrat und Trägermaterial vorgesehen sind.
    [0011] Weitere Beispiele vorteilhafter Ausgestaltungsformen des erfindungsgemässen Anaerobfilters gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
    [0012] In der Zeichnung sind einige Beispiele verschiedener Ausführungsmöglichkeiten schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens erläutert.
    [0013] Die schematischen Schnittzeichnungen zeigen:
    [0014] Figur 1 und 2 je einen Anaerobfilter mit in der Strömungsrichtung des Substrates beweglichen Filterpaketen;
    [0015] Figur 3 und 4 je einen Anaerobfilter mit in Strömungsrichtung bewegten Substrat bei fest angeordneten Filterpaketen;
    [0016] Figur 5 einen Anaerobfilter mit lokal unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit und -richtung des Substrats.
    [0017] Figur 6 einen Anaerobfilter mit feststehenden Filterpaketen und unter Verwendung des entstehenden Biogases in pulsierende Strömungsbewegung versetzbarem Substrat;
    [0018] Figur 7 einen Anaerobfilter mit vertikal pulsierend bewegbaren Filterpaketen.
    [0019] Figur 8 einen Anaerobfilter mit durch Seilzug bewegtem Filtermaterial
    [0020] Obwohl in den Zeichnungen die schematisch dargestellten Fermenter immer in der horizontalen Einbaulage gezeigt sind, kann deren Einbaulage beliebig geändert werden, so dass beispielweise die Durchströmungsrichtung nicht von links nach rechts, sondern von unten nach oben oder umgekehrt verläuft. Das je nach Fall unterschiedlich ausgeformte, hier quaderförmig gezeichnete Fermentergehäuse 1 ist mit einer Isolierschicht 2 umgeben um möglichst isotherme Bedingungen zu schaffen ohne viel Fremdenergie zur Temperaturregulierung zu benötigen. Die hierzu üblichen in- oder externen Heizungselemente sind in der Zeichnung nicht dargestellt, genausowenig wie etwelche Messeinrichtungen oder ein Sedimentabzug. Das abzubauende Substrat gelangt durch die Einlassöffnung 3 in die Filterkammer des Fermenters. In der Kammer 4 strömt das S.ubstrat, beispielsweise bei der Abwasserreinigung anfallender, auf ereiteter Schlamm oder industrielle Abwässer, mit einer Geschwindigkeit, die garantiert, dass beim Verlassen der Kammer 4 durch den Auslass 5 das Substrat mindestens annähernd vollständig anaerob abgebaut ist. Der anaerσbe Abbau, der im wesentlichen ein Gärprozess ist. setzt Gase frei. Dieses Gasgemisch, welches vorwiegend Methan enthält strömt durch einen Gasabzug 6 ab zur Weiterverwertung. Das Substrat S, welches durch die Einlassöffnung 3 eingepresst wird, bewegt sich nun zwangsweise im so genannten Pfropfstrombetrieb durch die Filterkammer 4 zum Auslass 5. In den Ausführungen gemäss den Figuren 1 und 2 wird das in der Filterkammer 4 angeordnete Filterpaket 7 pulsierend bzw. oszillierend in der Strömungsrichtung des Substrates S hin und her bewegt. Hierzu ist das Filterpaket 7 beweglich gelagert8 oder aufgehängt. In Figur 1 erfolgt die Bewegung des Filterpaketes 7 fluiddynamisch oder durch einen extern angebrachten, motorisch getriebenen Exzenter 9 über eine Schubstange 10. Damit lediglich eine erhöhte Durchströmung und somit ein intensiverer Kontakt von Substrat und Bakterien erfolgt ohne eine Vermischung des Substrates in seinen verschiedenen Abbauphasen, muss der Hubweg des Exzenters 9 und die Tourenzahl • des Motors aufeinander und auf die optimalen biologischen Abbaubedingungen abgestimmt sein. Je grösser der Hubweg, desto geringer die Tourenzahl und somit die Anzahl pulsierender Bewegungen pro Zeiteinheit.
    [0021] Im Gegensatz zum Typ nach 'Figur 1, der mit einer relativ gros-sen Amplitude und niederer Frequenz arbeitet, schwingt das Filterpaket 7 bei der Ausführung nach Figur 2 mit relativ hoher Frequenz, jedoch mit geringer Amplitude. Die Schwingung wird dem Filterpaket 7 hier durch einen Vibrator 11 aufgezwungen. Ansonsten sind die beiden Typen annähernd baugleich. Die Schwingung führt auch zu einem relativ gleichmässigen Durchsatz des Schlamms durch die Filter des Filterpaketes.
    [0022] Die Ausführungen nach Figur 3 und 4 stellen die kinematische Umkehrung der vorbeschriebenen beiden Typen dar. Gleiche Elemente sind unter Beibehaltung der Bezugszahlen gleich bezeichnet. In beiden Figuren sind die Filterpakete 7, die hier aus speziell geformten Platten oder Blöcken mit grosser Oberfläche und gutem Durchlass für das Substrat bestehen, stationär mit Stützen oder Träger 12 im Fermenter befestigt. In der Lösung nach Figur 3 wirkt der mit einer Halterung 13 am Fermentergehäuse 1 befestigte Vibrator 11 auf eine Schubplatte 14, die das Substrat S in eine pulsierende Bewegung versetzt.
    [0023] Will man das Substrat S in einer langhubigen Bewegung mit niederer Frequenz bewegen, so kann dies so bewerkstelligen werden, dass man mindestens einen Teilbereich der Wand gummielastisch deformierbar macht und mindestens einen der als Membrane 15 wirkenden Wandbereiche pulsierend deformiert. Dies kann beispielsweise durch einen zweiseitig beaufschlagten Hydraulikzylinder 16 erfolgen. Wird die vordere Membran 15 eingedrückt, so wölbt sich die hintere Membran von selbst etwa um dieselbe Grössenordnung nach aussen und umgekehrt. Die Membran kann, aus einem mit einem Gewebe verstärkten, vulkanisierten Kautschuk hergestellt und mit einem Klemmring auf die entsprechende Stirnwand befestigt werden. Dies ergibt wiederum eine langhubige mit niederer Frequenz arbeitende pulsierende Bewegung.
    [0024] In Figur 5 wird durch rhytmisches Aufblasen und Entleeren eines Balgs, oder Kissens 17 eine pulsierende Bewegung des Substrats erzeugt, bei welcher die Relativgeschwindigkeiten zwischen Substrat und Filter nicht überall gleich gerichtet und gleich gross sind und bei welcher Hin- und Rückbewegung unterschiedlich schnell ablaufen können. Das Substrat wird im Bereich des Kissenbauchs stärker bewegt als an den Enden des entsprechend ausgeformten Kissens. Durch das Dreiwegventil 26 und die Dimensionierung der Ueberbrückungsleitung des Gebläses 19 kann die Entleerungsgeschwindigkeit bestimmt werden, welche sich von der Füllgeschwindigkeit des Kissens unterscheidet. Unterschiedliche Hin- und Rückbewegungen sind auch mit anderen, bereits erwähnten Anordnungen erzielbar. Das Kissen kann auch mit Luft gefüllt werden. Das Aufblasen des Kissens führt sowohl zu horizontalen, wie durch Erhöhen der Substratoberfläche auch vertikalen und entsprechend überlagerten Bewegungen.
    [0025] Haben die bisher besprochenen Ausführungen zur Erzeugung der Bewegung immer mit Fremdenergie gearbeitet, so ist in der Figur 6 eine Lösung gezeigt, die das anfallende Methangasgemisch zur Erzeugung der pulsierenden Bewegung nutzt.
    [0026] Im Fermenter nach der Figur 6 ist etwa mittig eine senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende, relativ niedrige Trennwand 21 an der Fermenterdecke befestigt. Die Trennwand 21 unterteilt die Filterkammer im oberen Bereich in zwei Teilkammern 22' und 22". Von jeder Teilkammer führt ein Gasabzug 6',6" zum gemeinsamen Gasabzug 6. In jeder Gasabzugleitung 6',6", ist ein Schliessventil 23 ' , 23 " montiert. Entsprechend den Teilkammern 22',22" ist auch das Filtermaterial 7 in zwei Filterpakete oder -blocke 7 *,7" unterteilt, die fix in den respektiven Teilkammerbereichen befestigt sind. Schliesst und öffnet man nun wechselweise die beiden •Ventile 23', 23" in den Gasabzugleitungen, so steigt und fällt das Niveau des Substrates in den beiden Teilka mern und bewirkt einen pulsierenden Betrieb mit vertikal verlaufender Schwingung. Die Ventile 23', 23" lassen sich beispielsweise durch Schwimmerschalter, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, betätigen.
    [0027] In der Figur 7 ist nochmals ein Arraerobfilter gezeigt, bei dem in der Filterkammer 4 zwei Filterpakete 7 ',7" an einer Wippe 24 befestigt sind. Die Wippe 24 kann mechanisch oder fluiddynamisch in Schaukelbewegung versetzt werden. Auch hier erfolgt die Relativbewegung des Substrates zu den Filterpaketen, auf denen die Bakterien haften, in vertikaler Richtung. Dabei sollte man jedoch nicht vergessen, dass im dargestellten Beispiel eine Zwangsdurchströmung durch die Filterkammer 4 im Pfropfstrombetrieb vom Einlass 3 zum Auslass 5 auch noch vorhanden ist, so dass insgesamt eine Ueberlagerung zweier translatorischer Bewegungen vorliegt. Die Stütze 25 der Wippe 24 stellt keine Unterteilung der Filterkammer dar.
    [0028] Letztlich ist in Figur 8 das rhytmische Bewegung der Filterpakete mittels Seil 27 oder Ketten dargestellt. Im gezeigten Beispiel ist der Antrieb des Seils ausserhalb des Fermentergehäuses angeordnet, indem das Seil über Rollen 28 umgelenkt wird und durch Tauchrohre 20',20" zu den Filterpaketen 7',7" geführt wird. Die Tauchrohre tauchen unter die Substratoberfläche des Substrats S, um so den Austritt von Gas aus dem Gasraum zu verhindern.' Die. Filterpakete sind am Seil aufgehängt. Die Bewegung von einem oder mehreren Filterpaketen in verschiedene Richtungen mittels eventuell über Rollen umgelenkter Seile ist auf verschiedenste Weise durchführbar.
    权利要求:
    ClaimsPATENTANSPRUECHE
    1. Verfahren zur Reduktion der anaeroben Abbauzeit in einem- dynamischen Anaerobfilter, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffaustausch vom Substrat zu den Bakterienzellen durch eine pulsierende Relativbewegung zwischen Substrat und der auf einem Trägermaterial festhaftenden Bakterienbiomasse erhöht wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat pfropfstromartig vom Eingang des Filters zu dessen Ausgang bewegt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat pulsierend bewegt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial pulsierend bewegt wird.
    5. Verfahren nach den Ansprüchen3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die pulsierende Bewegung in Durchströmungsrichtung erfolgt.
    6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die pulsierende Bewegung senkrecht zur Durchströmungsrichtung erfolgt.
    7. Verfahren nach den Ansprüchen bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ueberlagerung der Bewegungen erfolgt.
    8. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die pulsierende Bewegung des Substrats bzw. des Trägermaterials mittels Fremdenergie mechanisch und/oder fluiddynamisch erfolgt.
    9. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die pulsierende Bewegung des Substrates bzw. des Trägermaterials unter Ausnutzung des beim anaeroben Abbau freiwerdenden Biogases erfolgt.
    10. Dynamischer Anaerobfilter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem normalerweise mit einer Thermoisolation (2) versehenen, beliebig ausgeformten Fermentergehäuse (1) und einer Einlassöffnung (3) und einem Auslass (5) zur gesteuerten, beliebig geführten Durchströmung des Substrates (S) durch die Filterk_ammer' (4), sowie mit einem Gasabzug (6), durch welchen das von den anaeroben Bakterien auf und in den Filterpaketen (7,7',7") freigesetzte Gas aus der Kammer (4) entweichen kann, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Filterkammer (4) Mittel (10,11,14,15,17,21,24,27) zur Erzeugung einer pulsierenden Relativbewegung zwischen Substrat (S) und dem Trägermaterial (7,7',7") vorgesehen sind.
    11. Dynamischer Anaerobfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterpaket (7) beweglich gelagert oder aufgehängt (8) und mittels einem Exzenter (9) durch eine Schubstange (10) in pulsierende Bewegung versetzbar ist.
    12. Dynamischer Anaerobfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterpaket (7) auf Stangen oder Schienen (8) verschiebbar gelagert oder beweglich aufgehängte und mittels einem am Filterpaket (7) angreifenden Vibrator (11) in pulsierende Bewegung versetzbar ist.
    1*3. Dynamischer Anaerobfilter nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, dass in der Filterkammer (4) eine Schubplatte (14) vorgesehen ist, auf die ein Vibrator (11) wirkt und dadurch das Substrat (S) in pulsierende Bewegung versetzt.
    14. Dynamischer Anaerobfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei einander gegenüber liegenden Wänden (1) der Filterkammer (4) Teilbereiche als gummielastisch deformierbare Membrane (15) ausgebildet und durch mechanische oder fluiddynamische Mittel bewegbar sind.
    15. Dynamischer Anaerobfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichent, dass in der Filterkammer (4) vor dem Filterpaket (7) ein Balg (17) angeordnet ist, der über eine Verbindungsleitung (18) mit dem Gasabzug (6) verbunden ist und in regelmässigen Abständen mittels einem Gebläse (19), vom sich in der Filterkammer (4) entwickelnden Gasgemisch, gefüllt und mittelseines Dreiwegventils (26) entleert wird, wodurch das Substrat pulsierend bewegt wird.
    16. Dynamischer Anaerobfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkammer (4) durch eine an der, in der Einbaulage, oberen Wand angebrachte vertikal verlaufende Teiltrennwand (21) in zwei Teilkammern unterteilt ist, in denen je ein Filterpaket (7',7") fixiert ist, und dass jede Teilkammer einen Gasabzug (6',6") aufweist, in denen Schliessventile (23',23") angeordnet sind, die im Wechselbetrieb geöffnet und geschlossen werden können, so dass das sich entwickelnde Gas abwechslungsweise das Niveau des flüssigen Substrates in der einen Teilkammer senkt und in der zweiten Teilkammer hochdrückt, so dass eine vertikal verlaufende pulsierende Bewegung des Substrates (S) erfolgt.
    17. Dynamischer Anaerobfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Filterkammer (4) eine Stütze (25) angeordnet ist, auf welcher eine Wippe (24) schwenkbar gelagert ist, und dass an jedem Ende der Wippe (24) ein Filterpaket (7 ',7") angehängt ist, wodurch beim Antrieb die Wippe die Filterpakete (7 ',7") in pulsierende Bewegung versetzt werden.
    18. Pulsierender Anaerobfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterpakete ( ',7") durch ein Seil (27) bewegbar sind und dass das Seil durch ein unter die Substratoberfläche abtauchendes Tauchrohr (20' 20") ausserhalb die Filterkammer (4) geführt wird und dort bewegbar ist.
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    引用文献:
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    法律状态:
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    1986-07-03| CFP| Corrected version of a pamphlet front page|
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    1986-07-25| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1985905603 Country of ref document: EP |
    1986-12-30| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1985905603 Country of ref document: EP |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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