Biomasse
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Biofilter: Upward-flow Anaerobic Sludge Blanket
Upward-flow Anaerobic Sludge Blanket
Die anaerobe Granulatschlammbett-Technologie bezeichnet ein spezielles Reaktorkonzept für die anaerobe Behandlung von Abwässern mit hohem Durchsatz. Das Konzept wurde mit dem UASB-Reaktor (UASB = upward-flow anaerobic sludge blanket) eingeführt. Ein Schema eines UASB-Reaktors ist in der Abbildung dargestellt.
Aus der Sicht der Hardware ist ein UASB-Reaktor auf den ersten Blick nichts anderes als ein leerer Tank (also eine extrem einfache und kostengünstige Konstruktion).
Das Abwasser wird über entsprechend angeordnete Einlässe in den Tank geleitet. Das Abwasser fließt nach oben durch ein anaerobes Schlammbett, wo die Mikroorganismen im Schlamm mit den Abwassersubstraten in Kontakt kommen. Das Schlammbett besteht aus Mikroorganismen, die auf natürliche Weise Körnchen (Pellets) mit einem Durchmesser von 0,5 bis 2 mm bilden, die eine hohe Sedimentationsgeschwindigkeit aufweisen und daher auch bei hoher hydraulischer Belastung nicht aus dem System ausgewaschen werden. Der daraus resultierende anaerobe Abbauprozess ist in der Regel für die Produktion von Gas (z. B. CH4- und CO2-haltiges Biogas) verantwortlich. Die Aufwärtsbewegung der freigesetzten Gasblasen verursacht hydraulische Turbulenzen, die für eine Durchmischung des Reaktors ohne mechanische Teile sorgen. Am oberen Ende des Reaktors wird die Wasserphase in einem Dreiphasenabscheider (auch Gas-Flüssigkeits-Feststoffabscheider genannt) von den Schlammfeststoffen und dem Gas getrennt. Der Dreiphasenabscheider ist in der Regel eine Gaskappe, über der sich ein Absetzer befindet. Unterhalb der Öffnung des Gasdeckels werden Leitbleche verwendet, um das Gas zur Öffnung des Gasdeckels zu leiten.
Kurze Geschichte UASB
Das UASB-Verfahren wurde von Dr. Gatze Lettinga und Kollegen in den späten 1970er Jahren an der Universität Wageningen (Niederlande) entwickelt. Angeregt durch Veröffentlichungen von Dr. Perry McCarty (Stanford, USA) experimentierte das Team um Lettinga mit einem anaeroben Filterkonzept. Der anaerobe Filter (AF) ist ein anaerober Hochgeschwindigkeitsreaktor, in dem Biomasse auf einem inerten porösen Trägermaterial immobilisiert wird. Bei Versuchen mit dem AF hatte Lettinga beobachtet, dass sich neben der auf dem Trägermaterial fixierten Biomasse ein großer Teil der Biomasse zu freien körnigen Aggregaten entwickelte. Das UASB-Konzept kristallisierte sich während einer Reise von Gatze Lettinga nach Südafrika heraus, wo er in einer anaeroben Anlage zur Behandlung von Weinvinasse beobachtete, dass sich der Schlamm zu kompakten Granulaten entwickelte. Das Reaktordesign der besuchten Anlage war ein "Clarigestor", der als Vorläufer des UASB betrachtet werden kann. Der obere Teil des "Clarigestor"-Reaktors hat ein Klärbecken, aber keinen Gasdeckel.
Die Geburt des UASB
Das UASB-Konzept entstand aus der Erkenntnis, dass ein inertes Trägermaterial für die Biomassebefestigung nicht notwendig ist, um einen hohen Anteil an aktivem Schlamm im Reaktor zu halten. Stattdessen beruht das UASB-Konzept auf einem hohen Rückhaltegrad der Biomasse durch die Bildung von Schlammgranulat. Bei der Entwicklung des UASB-Konzepts berücksichtigte Lettinga die Notwendigkeit, die Ansammlung von körnigem Schlamm zu fördern und die Ansammlung von dispersem Schlamm im Reaktor zu verhindern. Die wichtigsten Merkmale für die Entwicklung von körnigem Schlamm sind erstens die Aufrechterhaltung eines Aufwärtsstroms im Reaktor, der Mikroorganismen auswählt, die sich zusammenballen, und zweitens die Gewährleistung einer angemessenen Trennung von Feststoffen, Flüssigkeit und Gas, um ein Auswaschen der Schlammkörner zu verhindern.
Erster UASB. Das UASB-Reaktorkonzept wurde rasch zur Technologie entwickelt, die erste Pilotanlage wurde in einer Rübenzuckerraffinerie in den Niederlanden (CSM suiker) installiert. Danach wurde in den Niederlanden eine große Anzahl von großtechnischen Anlagen in Zuckerraffinerien, kartoffelstärkeverarbeitenden Betrieben und anderen Lebensmittelindustrien sowie in Altpapierfabriken installiert. Die ersten Veröffentlichungen über das UASB-Konzept erschienen in den späten 1970er Jahren in niederländischsprachigen Fachzeitschriften, und die erste internationale Veröffentlichung erschien 1980 (Lettinga et al. 1980).
Grahik: By Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C. - Compendium of Sanitation Systems and Technologies - (2nd Revised Edition). Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology (Eawag), Duebendorf, Switzerland. ISBN 978-3-906484-57-0., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=42267210
Kontext:
ID: 160 -
Verwirbellungssysteme
Um die Nährlösung in der Anlage mit Sauerstoff anzureichern wird oft ein Verwirbelungssystem verwendet. Bei einigen Anlagentypen (Aeroponik, NFT, etc) entfällt dieser Bedarf systembedingt. Hier ein technischer Artikel zu professionellen Verwirbelungssystemen. Bei den meisten Anlagen, abhängig vom Typ und der Menge der Nährstofflösung, genügt eine Sauerstoffanreicherung wie man sie aus den Aquarien kennt. Stichwort Sprudelstein. Die dafür nötige Luftpumpe für Aquarien gibt es oft schon unter 10 €.
Verwirbellungssysteme Basieren auf der Taylor-Couette-Strömung und bezeichnet die Strömung einer inkompressiblen viskosen Flüssigkeit, die sich im Raum zwischen zwei koaxialen, relativ zueinander rotierenden Zylindern befindet. Die Strömung zwischen den Zylindern ist dabei nicht nur von der Rotationsgeschwindigkeit abhängig, sondern auch davon, ob der innere oder der äußere Zylinder rotiert.
Ist die Relativgeschwindigkeit der Zylinder gering (s. u.)und der Spalt zwischen ihnen klein gegenüber ihren Durchmessern, so kann die Strömung als ebene laminare Strömung behandelt werden (Couette-Strömung). Das Geschwindigkeitsprofil ist ähnlich dem idealisierten Fall einer ebenen Strömung zwischen zwei Platten, von denen die eine relativ zur anderen langsam bewegt wird. Dabei kann eine Platte als feststehend und die andere als bewegt betrachtet werden.
Die Strömung wurde nach Maurice Couette benannt, der Ende des 19. Jahrhunderts das erste funktionierende Rotationsviskosimeter konstruierte und dazu die laminare Grundströmung (Couette-Strömung) nutzte, und nach Geoffrey Ingram Taylor, der die Instabilitäten bei höherer Rotationsgeschwindigkeit untersuchte und theoretisch erklärte.[1] Couette suchte Wirbel zu vermeiden und drehte nur den äußeren Zylinder.[2] Dass dagegen Wirbel bei Drehung des inneren Zylinders entstehen vermutete schon George Stokes 1880, wurde unter anderem durch Henry R. A. Mallock (1888) experimentell gefunden und Rayleigh, dem Lord Kelvin das Phänomen mitteilte, veröffentlichte die grundlegende Erklärung dafür 1916.[3] Ausführlich analysiert wurden sie durch Taylor, dessen Arbeit auch in mehrfacher Hinsicht eine grundlegende Arbeit zur Hydrodynamik war (Bestätigung von Randbedingungen ohne Schlupf in viskosen Flüssigkeiten, Bestätigung der Gültigkeit der Navier-Stokes-Gleichungen, eines der ersten Beispiele linearer Stabilitätsanalyse in der Hydrodynamik).
Weiterführung und Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Taylor-Couette-Str%C3%B6mung
Von TaylorCouette - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0
Kontext:
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