Unterschiede zwischen anaeroben IC- und UASB-Prozessen

1.1 UASB-Reaktor

1.1.1 Einführung in UASB

Der Upflow-Anaerob-Schlammdeckenreaktor (UASB) ist eine anaerobe biologische Methode zur Abwasserbehandlung, auch bekannt als Upflow-Anaerob-Schlammdeckenreaktor, erfunden von Professor Lettinga aus den Niederlanden im Jahr 1977.

Das Abwasser fließt von unten nach oben durch die UASB. Am Boden des Reaktors befindet sich ein hochkonzentriertes, hochaktives Schlammbett, in dem die meisten organischen Schadstoffe im Abwasser einer anaeroben Fermentation und dem Abbau zu Methan und Kohlendioxid unterliegen. Durch die Bewegung des Wasserstroms und der Luftblasen bildet sich über dem Schlammbett eine Schlammsuspensionsschicht. Oben im Reaktor ist ein Dreiphasenabscheider installiert, um Faulgas, Faulflüssigkeit und Schlammpartikel zu trennen. Das Faulgas wird oben aus dem Reaktor abgeführt; Schlammpartikel rutschen automatisch nach unten und setzen sich im Schlammbett am Boden des Reaktors ab. Faulflüssigkeit wird aus der Klärzone abgeführt.

UASB verfügt über eine hohe Beladungskapazität und eignet sich für die Behandlung hochkonzentrierter organischer Abwässer. Ein gut-funktionierender UASB (Ultra-Anaerober Schlammbunker) weist eine hohe Entfernungsrate organischer Schadstoffe auf, erfordert kein Rühren und kann sich an erhebliche Laststöße, Temperatur- und pH-Änderungen anpassen.

1.1.2 UASB-Struktur

Der UASB zeichnet sich durch sein integriertes biologisches Reaktions- und Sedimentationssystem aus und ist damit ein kompakter Anaerobreaktor. Der Reaktor besteht hauptsächlich aus einem Zuflussverteilungssystem, einer Reaktionszone, einem Dreiphasentrenner, einer Gaskammer und einem Abflusssystem für behandeltes Wasser.

1.1.3 UASB-Arbeitsprinzip

Der anaerobe Reaktionsprozess im UASB-Reaktor ähnelt anderen anaeroben biologischen Behandlungsprozessen, einschließlich Hydrolyse, Ansäuerung, Essigsäureproduktion und Methanogenese. Verschiedene Mikroorganismen sind am Substratumwandlungsprozess beteiligt und wandeln das Substrat in die Endprodukte -Biogas, Wasser und andere anorganische Substanzen um.

Das UASB besteht aus drei Teilen: einer Schlammreaktionszone, einem gas-flüssigen-festen Drei--Phasenabscheider (einschließlich einer Sedimentationszone) und einer Gaskammer. In der unteren Reaktionszone verbleibt eine große Menge anaerober Schlamm, und der Schlamm mit guten Sedimentations- und Flockungseigenschaften bildet am Boden eine Schlammschicht. Das zu behandelnde Abwasser fließt in den Boden des anaeroben Schlammbetts und vermischt sich mit dem Schlamm in der Schlammschicht. Mikroorganismen im Schlamm zersetzen die organische Substanz im Abwasser und wandeln es in Biogas um. Das Biogas wird kontinuierlich in Form winziger Bläschen abgegeben. Wenn diese Blasen aufsteigen, verschmelzen sie und bilden nach und nach größere Blasen. An der Oberseite des Schlammbetts bewegt das Biogas den Schlamm und erzeugt ein relativ verdünntes Schlamm-{9}}Wassergemisch, das zusammen mit dem Wasser in den Drei-{10}}Phasenabscheider aufsteigt. Wenn das Biogas auf die Reflektorplatte am Boden des Separators trifft, wird es um die Platte herum umgelenkt und gelangt dann durch die Wasserschicht in die Gaskammer, wo es konzentriert wird. Anschließend wird das Biogas über eine Leitung abgeführt. Das feste-flüssige Gemisch gelangt nach der Reflexion in die Sedimentationszone des Drei-Phasenabscheiders. Der Schlamm im Abwasser flockt aus, die Partikel vergrößern sich allmählich und setzen sich unter der Schwerkraft ab. Der Schlamm, der sich an der geneigten Wand absetzt, rutscht zurück in die anaerobe Reaktionszone und führt zu einer großen Schlammansammlung in der Reaktionszone. Das vom Schlamm getrennte gereinigte Abwasser läuft oben über das Überlaufwehr der Sedimentationszone über und wird dann aus dem Schlammbett abgeleitet.

1.2 IC-Reaktor

1.2.1 Einführung in IC

Angesichts der zunehmenden Widersprüche zwischen der Produktionsentwicklung und Faktoren wie Kapital, Energieverbrauch und Landnutzung müssen sich Wasseraufbereitungsmitarbeiter darum bemühen, technisch und wirtschaftlich optimierte anaerobe Prozesse zu finden, insbesondere im Umgang mit dem neuen hochkonzentrierten organischen Abwasser, das durch die Produktionsentwicklung entsteht. Der interne Kreislauf-Anaerobreaktor (IC) ist ein neuer Reaktortyp, der vor diesem Hintergrund entstanden ist. Es ist ein Produkt der Kombination von Theorie der anaeroben Abwasserbehandlung und technischer Praxis und spiegelt die Entwicklungsanforderungen anaerober Prozesse selbst wider. 1985 errichtete das niederländische Unternehmen PAQUES den ersten IC-Reaktor im Pilotmaßstab und 1988 wurde der erste IC-Reaktor im Produktionsmaßstab in Betrieb genommen. Derzeit werden IC-Reaktoren erfolgreich zur Behandlung von Industrieabwässern in Branchen wie der Bierproduktion und der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt. Aufgrund seiner hohen Aufbereitungskapazität, der geringen Investition, des geringen Platzbedarfs und des stabilen Betriebs hat er die Aufmerksamkeit des Wasseraufbereitungspersonals weltweit auf sich gezogen und einige betrachten ihn als eine der repräsentativen Technologien der dritten Generation anaerober biologischer Reaktoren. Die weitere Forschung und Entwicklung von IC-Reaktoren und die Förderung ihrer Anwendung sind zu einem der aktuellen Themen in der anaeroben Abwasserbehandlung geworden.

1.2.2 IC-Struktur

Der IC-Reaktor besteht aus zwei UASB-Reaktoren, die vertikal in Reihe gestapelt sind und eine Höhe von 16–25 m erreichen, wobei das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser typischerweise zwischen 4 und 8 liegt. Er besteht aus fünf Grundteilen: einer Mischzone, einer erweiterten Bettzone für körnigen Schlamm, einer Endzone, einem internen Zirkulationssystem und einer Ausflusszone. Das interne Zirkulationssystem ist die Kernstruktur des IC-Prozesses und besteht aus einem primären Drei{7}}Phasenabscheider, einem Biogassteigrohr, einem Gas-Flüssigkeitsabscheider und einem Schlammfallrohr.

1.2.3 IC-Funktionsprinzip

Das Produktionsabwasser gelangt nach pH- und Temperaturanpassung zunächst in die Mischzone am Boden des Reaktors. Dort wird es gründlich mit der intern zirkulierenden Schlamm--Wassermischung aus dem Fallrohr vermischt, bevor es zum biochemischen CSB-Abbau in das expandierte Granulatschlammbett gelangt. Die CSB-Volumenbelastung ist hier sehr hoch, wobei der größte Teil des zugeführten CSB abgebaut wird und eine große Menge Biogas entsteht. Das Biogas wird vom primären Dreiphasenabscheider gesammelt. Die während der Biogasblasenbildung auf die Flüssigkeit ausgeübte Expansionsarbeit erzeugt einen Gashebeeffekt, der dazu führt, dass die Mischung aus Biogas, Schlamm und Wasser entlang der Biogas-Hebeleitung zum Gas-Flüssigkeitsabscheider oben im Reaktor aufsteigt. Hier trennt sich das Biogas vom Schlamm und Wasser und wird aus der Aufbereitungsanlage abgeleitet. Das Schlammwassergemisch gelangt dann entlang des Schlammfallrohrs in die Mischzone am Boden des Reaktors, wo es sich gründlich mit dem Zufluss vermischt, bevor es in die erweiterte Schlammbettzone gelangt und die sogenannte interne Zirkulation bildet. Abhängig von der CSB-Belastung des Zulaufs und der Struktur des Reaktors kann die Durchflussrate der internen Zirkulation das 0,5- bis 5-fache der Durchflussrate des Zulaufs erreichen. Nach der Behandlung durch das expandierte Bett nimmt ein Teil des Abwassers an der internen Zirkulation teil; Das verbleibende Abwasser durchläuft einen primären Dreiphasenabscheider und gelangt in die körnige Schlammbettzone des Feinaufbereitungsbereichs für den Rest-CSB-Abbau und die Biogasproduktion, wodurch die Abwasserqualität verbessert und sichergestellt wird. Da der Großteil des CSB abgebaut wurde, ist die CSB-Belastung im Feinaufbereitungsbereich gering und auch die Biogasproduktion gering. Das hier erzeugte Biogas wird von einem sekundären Dreiphasenabscheider gesammelt, gelangt über ein Gassammelrohr in den Gas-Flüssigkeitsabscheider und wird aus dem Aufbereitungssystem abgeführt. Nach der Aufbereitung in der Feinklärzone durchläuft das Abwasser einen zwei-stufigen Drei-Phasenabscheider. Der Überstand wird über die Auslaufzone abgeführt, während der körnige Schlamm in der Feinbehandlungszone in das Schlammbett zurückgeführt wird.

Im Vergleich zu anaeroben Reaktoren der zweiten -Generation wie UASB bieten IC-Reaktoren die folgenden Vorteile:<1>Hohe organische Beladungsrate und kurze hydraulische Verweilzeit;<2>Großes Verhältnis von Höhe{0}}zu-Durchmesser, geringer Platzbedarf und geringere Investitionen in die Infrastruktur;<3>Stabiles Abwasser und starke Beständigkeit gegen Stoßbelastungen. Mittlerweile setzen immer mehr Hersteller in China IC-Reaktoren ein, deren Biogasrückgewinnungs- und -nutzungswert ebenfalls von Bedeutung ist. Das größte Merkmal von IC-Reaktoren besteht darin, dass sie über zwei anaerobe Reaktionskammern verfügen, die die Zirkulation des Schlamm-{2}}Wassergemisches innerhalb des Reaktors ermöglichen. Dadurch werden die negativen Auswirkungen eines unzureichenden Schlamm-{4}}Wasserkontakts in UASB-Reaktoren behoben, der die biochemische Behandlungskapazität von körnigem Schlamm schwächt.

Daher stellen IC-Reaktoren einen Durchbruch bei modernen anaeroben Reaktoren dar und bieten breite Entwicklungsperspektiven bei der industriellen Abwasserbehandlung organischer Schadstoffe. Sie werden zunehmend UASB-Reaktoren ersetzen und verdienen weitere Forschung, Entwicklung und Förderung.