DE3208977A1 - Process and apparatus for the microbial breakdown of organically polluted substrates - Google Patents

Process and apparatus for the microbial breakdown of organically polluted substrates

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Abstract

In a process for the microbial breakdown of organically polluted substrates, the breakdown is carried out in two or more stages and takes place in containers which are separated from one another in such a way that the pressure, the temperature, the pH and/or the chemical and/or microbial composition of the individual stages can be controlled, and moreover in each stage the substrate and the microbes growing therein are exposed to a mixing or shearing which is defined in each case. It is possible in this way to alter all the process parameters in each stage independently of one another, to expose the substrate and the microbes being produced therein to a defined shearing or mixing, and to discharge the gas being produced in the substrate by a reduction in pressure generated at certain time intervals. The residence times can thus be considerably reduced.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum mikrobiellen Method and device for microbial

Abbau organisch belasteter Substrate Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum mikrobiellen Abbau organisch belasteter Substrate. Degradation of organically polluted substrates The invention relates to a method and a device for the microbial degradation of organically contaminated substrates.

Organische als auch anorganische Abfallverbindungen können durch Mikroorganismen sowohl aerob als auch anaerob abgebaut werden.Organic as well as inorganic waste compounds can be caused by microorganisms degraded both aerobically and anaerobically.

Es ist bekannt, daß bei der aeroben Behandlung die Abfallstoffe unter ständiger Sauerstoffzufuhr in Belebungsbecken durch Bakterien zu Kohlensäure und Biomasse disproportioniert werden. Die hierbei frei werdende Energie wird in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Die Biomasse (Sekundrschlamm), die bei aerober Abwasserbehandlung zwangsläufig entsteht, wird oft in einer zweiten Behandlungsstufe (Faulturm) stabilisiert. Dabei entsteht Methan und Kohlensäure.It is known that in the aerobic treatment, the waste materials under constant oxygen supply in aeration tanks by bacteria to carbonic acid and Biomass will be disproportionate. The energy released in the process is given form given off by heat to the environment. The biomass (secondary sludge) produced by aerobic Wastewater treatment inevitably arises, is often in a second treatment stage (Digestion tower) stabilized. This creates methane and carbonic acid.

Aerobe und anaerobe Behandlungen organischer Abfallstoffe können für sich als eigenständige Disproportionierungsverfahren betrieben werden. Der anaerobe Abbau organischer Substanzen läuft z. B. in mehreren Schritten ab, nämlich, 1. fermentativer Schritt -hier werden die organischen Bestandteile zu organischen Säuren u. ä.Aerobic and anaerobic treatments of organic waste can be used for operated as an independent disproportionation process. The anaerobic Degradation of organic substances runs z. B. in several steps, namely, 1. fermentative Step - here the organic components become organic acids and the like.

abgebaut, wobei neben anderem Wasserstoff (H2) und Kohlensäure (C02) entstehen, 2. methanogener Schritt - hier wird durch verschiedene Methanbakterien hauptsächlich aus Essigsäure bzw. Wasserstoff (H2) und Kohlensäure (CO2) Methan (CH4) gebildet. degraded, whereby among other things hydrogen (H2) and carbonic acid (C02) arise, 2nd methanogenic step - here is caused by various methane bacteria mainly from acetic acid or hydrogen (H2) and carbonic acid (CO2) methane (CH4) formed.

Der fermentative Schritt zeigt folgendes Charakteristikum: Die Essigäurekonzentration respektive die Wasserstoffkonzentration steuert die Stoffwechselwege und die Aktivität der fermentativen Biozönose, d. h.,hat die Essigsäure (H ) eine bestimmte Konzentration erreicht, werden andere Fettsäuren gebildet. Unter Umständen entsteht sogar Butanol oder Äthanol. Buttersäure beispielsweise ist jedoch für die bisher bekannten Methanbakterien nicht verwertbar. Es ist folglich eine weitere Bakteriengruppe notwendig, um diese "nicht methanogenen" Substanzen zu direkt verwertbaren wie Essigsäure umzuwandeln. Diese Reaktionen sind häufig thermodynamisch nur dann möglich, wenn sie durch exergone Reaktionen, wie sie die Methanbildungsreaktion aus Essigsäure darstellt, gezogen wird (bioenergetische Symbiosen).The fermentative step shows the following characteristic: The acetic acid concentration respectively the hydrogen concentration controls the metabolic pathways and the activity the fermentative biocenosis, d. i.e., acetic acid (H) has a certain concentration other fatty acids are formed. Butanol may even be produced or ethanol. Butyric acid, for example, is for the methane bacteria known so far not usable. Another group of bacteria is therefore necessary to prevent this To convert "non-methanogenic" substances into directly usable substances such as acetic acid. These reactions are often thermodynamically only possible if they are carried out by exergone Reactions such as the methane formation reaction from acetic acid is drawn becomes (bioenergetic symbioses).

Für anaerobe Disproportionierungsverfahren ist eine einstufige Prozeßführung (Lit. 1) bekannt, die jedoch anfällig für Substratstöße (Übersäuerung u.ä.) ist. Zur Erhöhung der prozeßstabilität wurde deshalb schon eine zweistuflge Prozeßführung (Lit. 2) diskutiert. So wird beispielsweise nach einer anderen Verfahrensweise (Lit. 3) der Reaktorraum so unterteilt, daß das Substrat zunächst den ersten Raum durchströmt und dabei Fettsäuren gebildet werden, und dann anschließend in den zweiten Teil des Behälters einströmt, in dem die Fettsäuren in Methan umgesetzt werden.For anaerobic disproportionation processes, a one-step process management is required (Lit. 1), which is, however, susceptible to substrate impacts (acidification, etc.). A two-stage process has therefore already been implemented to increase process stability Litigation (Ref. 2). For example, according to a different procedure (Ref. 3) the reactor space is subdivided so that the substrate initially flows through the first space and fatty acids are formed in the process, and then subsequently in the second part of the container flows in, in which the fatty acids are converted into methane.

Bei diesem zweistufigen Verfahren bleibt aber der Nachteil, daß eine Änderung der Parameter in der ersten Stufe, wie z. B. pH-Wert-Anderung, Druckänderung, Temperaturänderung usw. sich zwangsläufig in die zweite Stufe fortsetzt.In this two-stage process, however, the disadvantage remains that one Changing the parameters in the first stage, such as B. pH value change, pressure change, Temperature change, etc. inevitably continues into the second stage.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum mikrobiellen Abbau organisch belasteter Substrate zu schaffen, wobei diese Nachteile vermieden werden sollen. Es soll vielmehr erreicht werden, daß in jeder Stufe alle Verfahrensparameter unabhängig voneinander zu verändern sind, so daß der Abbau in den einzelnen Stufen unter optimalen Bedingungen und in einer erheblich kürzeren Zeit als bisher erfolgen kann.The invention is therefore based on the object of a method and to create a device for the microbial degradation of organically contaminated substrates, these disadvantages should be avoided. Rather, it should be achieved that in each stage all process parameters can be changed independently of one another are, so that the degradation in the individual stages under optimal conditions and in can take place in a considerably shorter time than before.

Das erfindungsgemäße Verfahren, mittels dem dies zu bewerkstelligen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau in zwei oder mehreren Stufen vorgenommen wird und in voneinander getrennten Behältern abläuft, derart, daß der Druck, die Temperatur, der pH-Wert und/oder die chemische und/oder mikrobielle Zusammensetzung der einzelnen Stufen für sich jeweils unabhängig von den übrigen Stufen eingesellt werden und daß dabei in jeder Stufe das Substrat und die darin wachsenden Mikroben einer jeweils definierten Scherung bzw. Mischung ausgesetzt werden.The inventive method by means of which this can be achieved is characterized in that the degradation is carried out in two or more stages is and runs in separate containers, so that the pressure that Temperature, the pH and / or the chemical and / or microbial composition of the individual levels are set independently of the other levels and that in each stage the substrate and the microbes growing in it be exposed to a defined shear or mixture.

Zweckmäßig ist es hierbei, durch Erzeugung eines vorzugsweise diskontinuierlichen und/oder periodischen Unterdruckes in den einzelnen Behältern das im Substrat entstehende Gas auszutragen, wobei das aus einem Behälter ausgetragene Gas in einen anderen Behälter eingetragen werden kann.It is useful here by producing a preferably discontinuous one and / or periodic negative pressure in the individual containers discharging gas produced in the substrate, the discharged from a container Gas can be entered into another container.

Vorteilhaft ist es des weiteren, die Mischung in bestimmten Zeitabständen zu unterbrechen, damit eine Sedimentation eintreten kann.It is also advantageous to mix at certain time intervals to interrupt so that sedimentation can occur.

Ferner sollte das Substrat einer derartigen Scherung ausgesetzt werden, daß die bioenergetischen Symbiosen mit höchstem Wirkungsgrad ablaufen.Furthermore, the substrate should be subjected to such a shear that that the bioenergetic symbioses run with the highest degree of efficiency.

Die Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens ist in einfacher Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stufe ein gesonderter Behälter zugeordnet ist und daß die räumlich voneinander getrennten Behälter über mit Pumpen und/oder Ventilen versehenen Leitungen miteinander verbunden sind.The device for using this method is simple in design characterized in that a separate container is assigned to each stage and that the spatially separated containers have pumps and / or valves provided lines are connected to each other.

Die Behälter können hierbei konzentrisch ineinander angeordnet werden, wobei der Behälter mit der jeweils höheren Betriebstemperatur in dem Behälter mit der nächst niederen Betriebstemperatur installiert sein sollte.The containers can be arranged concentrically inside one another, wherein the container with the higher operating temperature in the container with the next lower operating temperature should be installed.

Zur Scherung und Mischung der Substrate in den Behältern können ein oder mehrere Wendelrührer oder dgl. vorgesehen werden, die jeweils ein gewendeltes Rührerblatt aufweisen, das an einer drehbaren Achse angebracht und mit einer Vielzahl von Ausnehmungen in Form von Löchern versehen ist.To shear and mix the substrates in the containers, a or several helical stirrers or the like. Are provided, each with a helical Have agitator blade attached to a rotatable shaft and with a plurality is provided by recesses in the form of holes.

Zur Scherung und Mischung des Substrates können aber auch in den Behältern Einbauten eingesetzt sein, die als etwa achssenkrecht zur Strömungsrichtung des Substrates angeordnete Lochplatten mit gleichmäßiger oder ungleichmäßiger Lochung oder als Düsenplatten ausgebildet sind.For shearing and mixing of the substrate, however, can also be used in the containers Be used internals that are approximately perpendicular to the flow direction of the Perforated plates arranged on the substrate with uniform or uneven perforation or are designed as nozzle plates.

Die Düsenplatten können hierbei mit in Reihe und/oder gegeneinander versetzt angeordneten Freisparungen oder Einstanzungen versehen sein, die jeweils einen durch eine Ausbiegung gebildeten Ein- oder Auslaßkanal aufweisen.The nozzle plates can be in series and / or against each other be provided offset recesses or stampings, each have an inlet or outlet channel formed by a bend.

Die Behältereinbauten können aber auch als Füllkörper ausgebildet sein, wobei diese aus auf Kreisringen mit seitlichem Abstand nebeneinander angeordneten Stegen bestehen können.The built-in containers can, however, also be designed as filling bodies be, these from arranged side by side on circular rings with a lateral distance Bars can exist.

Zum Anströmen der Behältereinbauten und/oder zur Überführung des Substrates von einem Behälter in einen anderen Behälter ist es des weiteren zweckmäßig, in diese jeweils eine durch Druckmittel bewegbare Membran einzusetzen.For the flow against the built-in containers and / or for transferring the substrate from one container to another container, it is also useful in these each use a diaphragm movable by pressure medium.

Ferner können zwischen je zwei miteinander verbundenen Behältern in deren Verbindungsleitung eine Kolben- oder Membranpumpe eingesetzt werden, mittels der die in den Behältern eingebaute Membrane wechselweise beaufschlagbar sind.Furthermore, between two interconnected containers in the connecting line of which a piston or diaphragm pump is used, by means of which the membrane installed in the container can be acted upon alternately.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens ist es möglich, alle Verfahrensparameter wie Druck, pH-Wert, chemische Zusammensetzung oder mikrobielle Zusammensetzung in jeder Stufe unabhängig voneinander zu ändern, das Substrat und die darin entstehenden Mikroben einer definierten Scherung bzw. Mischung auszusetzen und durch einen in bestimmten Zeitabständen erzeugten Unterdruck das im Substrat entstehende Gas auszutragen. Unter definierter Scherung soll dabei verstanden werden, daß eine bestimmte Gruppe von Mikroorganismen einer für sie optimalen Scherbeanspruchung ausgesetzt wird.By means of the method according to the invention and the device for Using this process it is possible to set all process parameters such as pressure, pH, chemical composition or microbial composition at each stage to independently change the substrate and the microbes that develop in it to a defined shear or mixture and exposed to a certain At intervals, the negative pressure generated in the substrate can be discharged. Defined shear should be understood to mean that a specific group of microorganisms is exposed to a shear stress that is optimal for them.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung zum mikrobiellen Abbau organisch belasteter Substrate dargestellt und nachfolgend im einzelnen erläutert. Hierbei zeigen, jeweils in schematischer Darstellung: Fig. 1 die aus zwei voneinander getrennt angeordneten Behältern bestehende Vorrichtung, Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 mit ineinander angeordneten Behältern, Fig. 3 einen zur Mischung vorgesehenen Wendelrührer, Fig. 4 einen mit einer aufblasbaren Membran und Behältereinbauten versehenen Behälter, Fig. 5 eine Draufsicht auf eine der Behältereinbauten des Behälters nach Fig. 4, Fig. 6, 7 und 8 jeweils einen mit einer eingespannten Membran als Impulsgeber und unterschiedlich ausgebildeten Behältereinbauten versehenen Behälter, Fig. 9 einen Ausschnitt der als Düsenplatte ausgebildeten Einbauten der Behälter nach den Fig. 6 bis 8, Fig. 1o zwei mit Membranen ausgestattete und über eine Kolbenpumpe miteinander verbundene Behälter und Fig. 11 einen als Füllkörper ausgebildeten Behältereinbau.In the drawing are some embodiments according to the invention trained device for the microbial degradation of organically contaminated substrates and explained in detail below. Here show, each in a schematic Representation: Fig. 1 consisting of two containers arranged separately from one another Device, FIG. 2 the device according to FIG. 1 with containers arranged one inside the other, 3 shows a spiral stirrer provided for mixing, FIG. 4 shows one with an inflatable one Membrane and container internals provided container, FIG. 5 is a plan view of a the container internals of the container according to Fig. 4, Fig. 6, 7 and 8 each with one a clamped membrane as a pulse generator and differently designed container internals provided container, FIG. 9 shows a section of the internals designed as a nozzle plate the container according to FIGS. 6 to 8, FIG. 1o two equipped with membranes and A container connected to one another via a piston pump, and FIG. 11 one as a filling body trained container installation.

Die in Fig. 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum mikrobiellen Abbau organisch belasteter Substrate besteht aus zwei voneinander getrennten aber miteinander verbundenen Behältern 11 und 21, wobei der Behälter 11 mit einem Substrateintrag 12 und der Behälter 21 mit einem Substrataustrag 23 versehen sind. Über Leitungen 13 und 22, die über eine Pumpe 22 miteinander verbunden sind, sind die beiden Behälter 11 und 21 aneinander angeschlossen. Jeder der Behälter 11 und 21 ist mit einer Rückführungsleitung 14 bzw. 24 und einem Sedimentaustrag 15 bzw. 25 ausgestattet. In die Rückführungsleitungen 14 und 24, die an die jeweiligen Austragsleitungen 13 bzw. 23 angeschlossen sind, sind hierbei ebenfalls Pumpen 19 bzw. 29 eingesetzt.The device shown in Fig. 1 and designated 1 for microbial Degradation of organically polluted substrates consists of two separate but interconnected containers 11 and 21, the container 11 with a substrate entry 12 and the container 21 are provided with a substrate discharge 23. Via lines 13 and 22, which are connected to one another via a pump 22, are the two containers 11 and 21 connected to one another. Each of the tanks 11 and 21 is provided with a return line 14 and 24 and a sediment discharge 15 and 25 respectively. In the return lines 14 and 24, which are connected to the respective discharge lines 13 and 23, pumps 19 and 29 are also used here.

Ferner weisen die Behälter 11 und 21 jeweils einen Gasaustrag 16 bzw. 26 auf, der mit einem Absperrventil 17 bzw. 27 versehen ist. Bei geöffneten Ventilen 17 bzw. 27 kann das in den Behältern 11 bzw. 21 erzeugte Gas über Überdruckventile 18 bzw. 28 abströmen.Furthermore, the containers 11 and 21 each have a gas outlet 16 or 26, which is provided with a shut-off valve 17 and 27, respectively. With the valves open 17 and 27, the gas generated in the containers 11 and 21 can be via pressure relief valves 18 and 28 flow off.

Das in dem Behälter 11, in dem die Stufe 1 des mikrobiellen Abbaues organisch belasteter Substrate beispielsweise bei Temperaturen von 32 - 38 C vorgenommen wird, erzeugte Gas kann aber auch dem Behälter 21, der für die Stufe II, die z. B. bei Temperaturen von So - 60 C abläuft, zugeführt werden. Dazu ist der Gasaustrag 16 über eine Leitung 30 mit dem Behälter 21 verbunden. In die Leitung 30 ist eine Pumpe 31 eingesetzt, so daß das Gas aus dem Behälter 11 abgepumpt und somit ein Unterdruck erzeugt werden kann. Auf diese Weise wird die Gasbildung erhöht. Das in dem Behälter 21 unter Druck anfallende Gas kann mit Hilfe einer in eine Leitung 32 eingesetzten Pumpe 33 abgesaugt und verbraucht werden. Das Beheizen der Behälter 11 und/oder 21 kann auf herkömmliche Art erfolgen.That in the container 11, in which the stage 1 of the microbial degradation organically contaminated substrates carried out, for example, at temperatures of 32 - 38 C. is, generated gas can also the container 21, which is for stage II, the z. B. expires at temperatures of So - 60 C, are supplied. This is the gas discharge 16 is connected to the container 21 via a line 30. In the line 30 is one Pump 31 used so that the gas is pumped out of the container 11 and thus a Vacuum can be generated. In this way the gas formation is increased. That In the container 21 occurring under pressure gas can with the help of a in a line 32 used pump 33 are sucked off and consumed. The heating of the containers 11 and / or 21 can be done in a conventional manner.

Die Vorrichtung 1' nach Fig. 2 entspricht in allen Einzelheiten der Vorrichtung 1 nach Fig. 1, jedoch sind bei dieser Ausgestaltung die Behälter 11' und 21' ineinander angeordnet. Die einzelnen Teile der Vorrichtung 1' sind daher mit den gleichen Bezugsziffern versehen, zur Unterscheidung wurden diese jedoch jeweils mit einem (') gekennzeichnet.The device 1 'of FIG. 2 corresponds in all details to Device 1 according to FIG. 1, but in this embodiment the containers 11 'are and 21 'arranged one inside the other. The individual parts of the device 1 'are therefore provided with the same reference numbers, but these have been used to distinguish them each marked with a (').

Das in den Behältern 11 bzw. 11' eingebrachte Substrat wird in diesem in einer Stufe 1 abgebaut, wobei die einzelnen Verfahrensparameter unabhängig von den Verfahrensparametern der Stufe II, die nachfolgend in den Behältern 21 bzw. 21' abläuft, beeinflußbar sind.The substrate introduced into the containers 11 and 11 'is in this dismantled in a stage 1, whereby the individual process parameters are independent of the process parameters of stage II, which are subsequently stored in containers 21 or 21 'expires, can be influenced.

Der in Fig. 3 dargestellte Wendelrührer 41 besteht aus einem gewendelten Rührerblatt 43, das an einer Achse 42 angebracht ist und Löcher 44 aufweist. Die Zahl und Größe der Löcher 44 sowie die Wendelsteigung können je nach dem Verwendungszweck gewählt werden. Wird ein Behälterdurchmesser von 20 cm gewählt, sollte der Rührerdurchmesser beispielsweise 19 cm sein. Bei einer Achsenlänge von ca.The helical stirrer 41 shown in FIG. 3 consists of a helical one Agitator blade 43, which is attached to an axis 42 and has holes 44. the The number and size of the holes 44 and the helix pitch can vary depending on the intended use to get voted. If a container diameter of 20 cm is selected, the stirrer diameter should be for example 19 cm. With an axis length of approx.

1 m besteht der Rührer aus 10 Vollwendeln. Die Lochdurchmesser variieren zwischen ca. o,5 und 2 cm. Die Lochzahl pro Vollwendel ergibt sich aus der Gesamtlochfläche pro Einzelwendel. Von Mikrobenart zu Mikrobenart verschieden kann es sich auch als günstig erweisen, die Lochgröße von unten nach oben zu variieren.1 m the stirrer consists of 10 full helices. The hole diameters vary between approx. 0.5 and 2 cm. The number of holes per full helix results from the total hole area per single helix. Different from microbe species to microbe species it can also turn out to be It will prove beneficial to vary the hole size from bottom to top.

Im Fall der konzentrischen Anordnung der Behälter 11' und 21 gemäß Fig. 2 kann der Rührer 43 im Außenbehälter als Ringwendel ausgebildet sein. Die Antriebe der Rührer können, falls erforderlich, unabhängig voneinander sein. Die flächig wirkende Schervorrichtung (Wendelrührer) unterstützt das Ausscheiden der Gase aus der flüssigen Phase.In the case of the concentric arrangement of the containers 11 'and 21 according to FIG 2, the stirrer 43 in the outer container can be designed as an annular helix. the The stirrer drives can, if necessary, be independent of one another. the flat shearing device (spiral stirrer) supports the elimination of the Gases from the liquid phase.

Bei den Ausgestaltungen nach den Fig. 4, 6, 7 und 8 ist in den Behälter 11 jeweils eine Membran 51 bzw. 61 eingesetzt, um das Substrat in Bewegung halten zu können.In the embodiments according to FIGS. 4, 6, 7 and 8 is in the container 11 each have a membrane 51 or 61 used to keep the substrate in motion to be able to.

Außerdem sind feste Behältereinbauten 54 bzw. 64 vorgesehen, die bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 aus mit Löchern 56 versehenen Blechen 55 bestehen. Die Behältereinbauten 64 können aber auch als Düsenplatten 66 ausgebildet werden, in dem gemäß Fig. 9 in diese schlitzartige Freisparungen 67 und sich an diese anschließende Ausbiegungen 68 eingearbeitet Sind, so daß Strömungskanäle 69 entstehen. Das Substrat wird somit gezwungen, durch die Kanäle 69 hindurchzuströmen. Auf diese Weise erfolgt eine gute Vermischung.In addition, fixed container internals 54 and 64 are provided, which at 4 and 5 consist of metal sheets 55 provided with holes 56. The container fixtures 64 can also be designed as nozzle plates 66, 9 in this slot-like recesses 67 and adjoining them Bends 68 are incorporated, so that flow channels 69 arise. The substrate is thus forced to flow through the channels 69. This is done in this way a good mix.

Da die Behältereinbauten 64' und 64'' bei den Ausgestaltungen nach den Fig. 7 und 8 unterschiedlich gerichtete Strömungskanäle aufweisen, werden mittels der Membran 61 auch unterschiedliche Substratströme erzeugt. Durch die eingezeichneten Pfeile ist dies gekennzeichnet. Auf diese Weise wird zusätzlich die Vermischung des Substrates unterstützt.Since the container internals 64 'and 64' 'in the configurations according to 7 and 8 have differently directed flow channels are by means of the membrane 61 also generates different substrate currents. Through the drawn This is indicated by arrows. This way, there is also the mixing of the substrate.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Membran 51 als Blase ausgebildet, in deren Druckraum 52 über eine Leitung 53 Druckmittel einführbar ist. Gemäß den Fig. 6 bis 8 kann die Membran 61 mit ihrem Randbereich aber auch als Trennwand fest in den Behälter 11 eingespannt werden, so daß bei einer Druckmittelzuführung über die Leitung 63 in den dadurch gebildeten Druckraum 62 eine pulsierende Bewegung, die auf das Substrat übertragen wird, hervorgerufen wird.In the embodiment according to FIG. 4, the membrane 51 is a bladder formed, in the pressure chamber 52 via a line 53 pressure medium can be introduced. According to FIGS. 6 to 8, the membrane 61 with its edge area can also be used as a partition be firmly clamped in the container 11, so that when a pressure medium is supplied A pulsating movement via the line 63 into the pressure chamber 62 thus formed, which is transferred to the substrate is caused.

Und durch das Anströmen der Behältereinbäuten 54 bzw. 64 wird dieses einer definierten Scherung unterworfen.And this becomes due to the flow against the container installations 54 and 64 subjected to a defined shear.

Gemäß Fig. lo können die Druckräume der in die Behälter 11 und 21 eingebauten Membran 61 auch durch eine Leitung 71 miteinander verbunden sein, in die eine Kolbenpumpe 72 eingesetzt ist. Die Membranen 61 und 61' , mittels denen der Eintrag, der Ubertrag und der Austrag von Substrat vorgenommen werden kann, sind somit wechselweise beaufschlagbar.According to FIG. Lo, the pressure spaces in the containers 11 and 21 built-in membrane 61 can also be connected to one another by a line 71, in a piston pump 72 is used. The membranes 61 and 61 ', by means of which the entry, transfer and discharge of substrate can be carried out, can thus be acted upon alternately.

Als Behältereinbau kann auch ein Füllkörper 57 verwendet werden, wie dieser beispielsweise in Fig. 11 dargestellt ist. Auf Kreisringen 58 sind hierbei mit Abstand zueinander Stege 59 angeordnet, so daß eine große Oberfläche geschaffen ist, auf der sich Mikroben ansiedeln können.A filling body 57 can also be used as a container installation, such as this is shown, for example, in FIG. On circular rings 58 are here spaced apart webs 59, so that a large surface is created is where microbes can settle.

Die Behältereinbauten 54, 57 und 64, die zum Scheren des Substrats verwendet werden, unterstützen das Ausscheiden von Gasen aus der flüssigen Phase Der beim fermentativen Schritt entstehende Wasserstoff hat mit zunehmender Konzentration eine Inhibitorwirkung. Verstärkt wird dieser Effekt durch Feststoffe (Schlammpartikel oder gningerüste), an welchen sich lokale Nester von Wasserstoff bilden. Der Vorteil dieser Erfindung ist es daher, daß das Substrat in den öffnungen der Behältereinbauten so geschert wird, daß solche Nester zerstört werden, ohne jedoch dabei Scherkräfte zu erreichen, die die Mikroorganismen in ihrer Produktion negativ beeinflussen. Durch geeignete Ausbildung des Wendelrührers (Wendelsteigung/Lochfläche) bzw. der Behältereinbauten (Zahl, Anordnung, Lochform, -fläche) ist es darüberhinaus möglich, Entmischungseffekte an der Oberfläche der Substratsäule bzw. am Boden zu vermeiden oder zu fördern.The container internals 54, 57 and 64, which are used to shear the substrate support the elimination of gases from the liquid phase The hydrogen produced in the fermentative step has an increasing concentration an inhibitory effect. This effect is reinforced by solids (sludge particles or gninger framework), on which local nests of hydrogen form. The advantage This invention is therefore that the substrate in the openings of the container internals is sheared so that such nests are destroyed, but without shear forces that have a negative impact on the production of the microorganisms. By suitable design of the spiral stirrer (spiral pitch / hole area) or the Container installations (number, arrangement, hole shape, area) it is also possible to To avoid segregation effects on the surface of the substrate column or on the floor or promote.

Die Ausbildung der Behältereinbauten schafft eine sehr große Oberfläche, auf der sich die Mikroben in Form eines Rasens niederlassen. Dadurch steigt die Mikrobenkonzentration in den Behältern, weil mit dem Substrat weniger Mikroben ausgetragen werden. Zwischen Mikrobenkonzentration und Verweilzeit des Substrates in einem Behälter gibt es aber einen unmittelbaren Zusammenhang derart, daß mit zunehmender Mikrobenkonzentration die Verweilzeit abnimmt. Daher wird die Zeit, die erforderlich ist, um den organischen Anteil der Substrate abzubauen, verkürzt.The design of the tank internals creates a very large surface area, on which the microbes settle in the form of a lawn. This increases the Microbe concentration in the containers because fewer microbes are carried away with the substrate will. Between the microbe concentration and the residence time of the substrate in a container But there is a direct connection such that with increasing microbe concentration the residence time decreases. Hence the time it takes to get the organic Degradation of the proportion of substrates is shortened.

Durch die erfindungsgemäße apparative Trennung der Stufen ist es auch möglich, durch Erzeugung eines Unterdruckes die Entgasung des Substrates in der jeweiligen Stufe noch weiter zu unterstützen und diese Gase aus dem Einzelbehälter zu entfernen. Der Gasstrom aus einzelnen Behältern kann durch die Trennung in andere Behälter zur mikrobiellen Weiterverarbeitung eingebracht werden. Darüberhinaus kann in jeder Stufe die für das jeweilige Substrat im Laborversuch gefundenen optimalen Verfahrensparameter wie Druck, Temperatur, pH-Wert, chemische und mikrobielle Zusammensetzung eingestellt und auch geregelt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die bisher noch sehr langen Verweilzeiten in derartigen anaeroben Verfahren auf einen Bruchteil zu senken.It is also due to the separation of the stages in accordance with the invention possible, by generating a negative pressure, the degassing of the substrate in the to support each stage even further and these gases from the individual container to remove. The gas flow from individual containers can be separated into others Containers for further microbial processing are introduced. In addition, can in each stage the optimum found for the respective substrate in the laboratory test Process parameters such as pressure, temperature, pH value, chemical and microbial composition adjusted and also regulated. In this way it is possible to do that so far still very long residence times in such anaerobic processes to a fraction to lower.

Literatur 1: DE-AS 27 28 585 Literatur 2: Lettinga et al Biotechnology and Bioengeneering 22, 1980,S.699-734 Literatur 3:"Biogasanlage" Druckschrift der Firma MBB-Raumfahrt, ,w1ünchen und Planungsbüro und landwirtschaftlicher Anlagenbau Schraufstetter, Ismaning.Literature 1: DE-AS 27 28 585 Literature 2: Lettinga et al Biotechnology and Bioengeneering 22, 1980, p.699-734 Literature 3: "Biogasanlage" publication of the Company MBB-Raumfahrt,, w1ünchen and planning office and agricultural plant construction Schraufstetter, Ismaning.

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Claims (16)

Patentansprüche: 1. Verfahren zum mikrobiellen Abbau organisch belasteter Substrate, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau in zwei oder mehreren Stufen (I, lT) vorgenommen wird und in voneinander getrennten Behältern (11, 21; 11', 21') abläuft, derart, daß der Druck, die Temperatur, der pH-Wert und/oder die chemische und/oder mikrobielle Zusammensetzung der einzelnen Stufen (I, II) für sich jeweils unabhängig von den übrigen Stufen eingestellt werden und dabei in jeder Stufe ( I, II das Substrat und die darin wachsenden Mikroben einer jeweils definierten Scherung bzw. Mischung ausgesetzt werden. Claims: 1. Process for the microbial degradation of organically contaminated Substrates, characterized in that the degradation takes place in two or more stages (I, lT) and in separate containers (11, 21; 11 ', 21') runs in such a way that the pressure, the temperature, the pH and / or the chemical and / or microbial composition of the individual stages (I, II) in each case can be set independently of the other levels and in each level ( I, II the substrate and the microbes growing in it, each with a defined shear or mixture are exposed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erzeugung eines vorzugsweise diskontunierlichen und/oder periodischen Unterdruckes in den einzelnen Behältern (11, 21; 11', 21') das im Substrat entstehende Gas ausgetragen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that by generating a preferably discounted and / or periodic negative pressure in the individual containers (11, 21; 11 ', 21') the gas produced in the substrate is discharged will. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das aus einem Behälter (11; 11') ausgetragene Gas in einen anderen Behälter (21; 21') eingetragen wird.3. The method according to claim 2, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that the gas discharged from one container (11; 11 ') into another container (21; 21 ') is entered. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung in bestimmten Zeitabständen unterbrochen wird.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that the mixing is interrupted at certain time intervals. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Substrat einer derartigen Scherung ausgesetzt ist, daß die bioenergetischen Symbiosen mit höchstem Wirkungsgrad ablaufen.5. The method according to one or more of claims 1 to 4, d a d It is not noted that the substrate has been subjected to such shear is that the bioenergetic symbioses run with the highest efficiency. 6. Vorrichtung zum mikrobiellen Abbau organisch belasteter Substrate zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stufe (I, II) ein gesonderter Behälter (11, 21; 11', 21') zugeordnet ist und daß die räumlich voneinander getrennten Behälter (11, 21; 11', 21') über mit Pumpen und/oder Ventilen (20, 20') versehenen. Leitungen (13, 22; 13', 22') miteinander verbunden sind.6. Device for the microbial degradation of organically contaminated substrates for carrying out the method according to claims 1 to 5, through this characterized in that each stage (I, II) has a separate container (11, 21; 11 ', 21') is assigned and that the spatially separated containers (11, 21; 11 ', 21 ') provided with pumps and / or valves (20, 20'). Lines (13, 22; 13 ', 22') are connected to one another. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (11', 21') konzentrisch ineinander angeordnet sind.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the container (11 ', 21') are arranged concentrically one inside the other. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (11', 21') derart ineinander angeordnet sind, daß der Behälter mit der jeweils höheren Betriebstemperatur in dem Behälter mit der nächst niederen Betriebstemperatur installiert ist.8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the container (11 ', 21') are arranged one inside the other in such a way that the container with the higher Operating temperature installed in the container with the next lower operating temperature is. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Scherung und Mischung der Substrate in den Behältern (11; 21) ein oder mehrere Wendelrührer (41) oder dgl. vorgesehen sind.9. Device according to one or more of claims 6 to 8, characterized characterized in that for shearing and mixing the substrates in the containers (11; 21) one or more spiral stirrers (41) or the like. Are provided. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendelrührer (41) ein gewendeltes Rührerblatt (43) aufweist, das an einer drehbaren Achse (42) angebracht ist und mit einer Vielzahl von Ausnehmungen in Form von Löchern (44) versehen ist.10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the helical stirrer (41) has a coiled stirrer blade (43) which is attached to a rotatable shaft (42) is attached and with a plurality of recesses in the form of holes (44) is provided. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß zur Scherung und Mischung des Substrates die Behälter (11; 21) mit Einbauten (54; 64; 64'; 64'') versehen sind, die als etwa achssenkrecht zur Strömungsrichtung des Substrates angeordnete Lochplatten (55) mit gleichmäßiger oder ungleichmäßiger Lochung (56) oder als Düsenplatten (66) ausgebildet sind.11. The device according to one or more of claims 6 to lo, characterized characterized in that the containers (11; 21) for shearing and mixing of the substrate are provided with internals (54; 64; 64 '; 64' ') that are approximately perpendicular to the axis Perforated plates (55) arranged in the direction of flow of the substrate with more uniform or irregular perforation (56) or as nozzle plates (66). 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatten (66) mit in Reihe und/oder gegeneinander versetzt angeordneten Freisparungen (67) oder Einstanzungen versehen sind, die jeweils eine durch eine Ausbiegung (68) gebildeten Ein- oder Auslaßkanal (69) aufweisen.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the Nozzle plates (66) with recesses arranged in a row and / or offset from one another (67) or punchings are provided, each one through a bend (68) have formed inlet or outlet channel (69). 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6. bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Behältereinbauten als Füllkörper (57) ausgebildet sind.13. Device according to one or more of claims 6 to 12, characterized, that the container internals as a packing (57) are formed. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper (57) aus. auf Kreisringen (58) mit seitlichem Abstand nebeneinander angeordneten Stegen (59) bestehen.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the Packing body (57). arranged side by side on circular rings (58) with lateral spacing Stegs (59) exist. 15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anströmen der Behältereinbauten (54; 64, 64', 64'') und/oder zur Überführung des Substrates von einem Behälter (11) in einen anderen Behälter (21) in diese jeweils eine durch Druckmittel bewegbare Membran (51; 61) eingesetzt ist.15. Device according to one or more of claims 11 to 14, characterized in that in order to flow against the built-in containers (54; 64, 64 ', 64' ') and / or for transferring the substrate from one container (11) to another Container (21) in each of them a membrane (51; 61) movable by pressure medium is used. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei miteinander verbundenen Behältern (11, 21) in deren Verbindungsleitung (71) eine Kolben-oder Membranpumpe (72) eingesetzt ist, mittels der die in den Behältern (11, 21) eingebautm Membrane (61) wechselweise beaufschlagbar sind.16. The device according to claim 15, characterized in that between two interconnected containers (11, 21) in their connecting line (71) a piston or diaphragm pump (72) is used, by means of which the in the containers (11, 21) built-in diaphragm (61) can be acted upon alternately.
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