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E-Book

Anaerobtechnik

VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2005
Seitenanzahl718 Seiten
ISBN9783540265931
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis249,00 EUR

Dieses umfassende Handbuch für Praxis und Lehre vermittelt den aktuellen Kenntnisstand der anaeroben Behandlung organisch verschmutzter Industrieabwässer und von Schlämmen, die bei der Reinigung kommunaler und industrieller Abwässer anfallen. Des Weiteren werden landwirtschaftliche Biogasanlagen sowie die Cofermentation behandelt. Die detaillierte Darstellung von Funktionsweise, Einsatzbereich, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit anaerober Technologien bietet Ingenieurbüros, Beratungsunternehmen, Anlagenbauern und Betreibern solcher Anlagen vielfältige Informationen zu allen Fragen der Anaerobtechnik.

Seit der Herausgabe der 1. Auflage hat sich die Anaerobtechnik weiterentwickelt. Nationale und internationale Auflagen und Verordnungen zum Schutz der Umwelt erforderten eine Anpassung der Verfahren. Dank einer umfassenden Überarbeitung liefert diese Neuauflage in bewährter Weise den planenden und ausführenden Ingenieuren der Abwasser-, Biogas- und Abfalltechnik ebenso wie den Verantwortlichen in der Verwaltung und im Betrieb eine kompetente Arbeitshilfe auf dem aktuellsten Stand.

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Leseprobe

9 Sicherheitsaspekte im Umgang mit Faulgas (S. 693-694)

9.1 Allgemeine sicherheitstechnische Hinweise

9.1.1 Allgemeines


Faulgas ist ein brennbares und in Verbindung mit Luft bzw. Sauerstoff in einem bestimmten Mischungsverhaltnis explosives Gas. Folgende Gefahren bzw. Risiken konnen aufgrund seiner Zusammensetzung bzw. Eigenschaften auftreten:

• Lebens- und Gesundheitsgefahrdung durch Ersticken oder Vergiftung in Schachten, Kanalen und Behaltem,
• Explosion durch ztindfahige Gas-/Luft-Gemische,
• Entstehung von Branden,
• Einfrieren von Gasleitungen und dadurch bedingtes unabsichtliches Absperren der Leitungen,
• Kondensatbildung, insbesondere durch Abktihlung des wasserdampfgesattigten Gases mit der Gefahr des Einfrierens und des VerschlieBens von Leitungen,
• Korrosion durch aggressive Gasbestandteile, wie insbesondere Schwefelwasserstoff.

Faulgas birgt somit ein erhebliches Gefahrenpotential in sich und Unfalle infolge Gaseinwirkens bei Arbeiten in Schachten und Kanalen sowie Reparaturarbeiten enden haufig todlich. Die Beachtung und Einhaltung der einschlagigen Hinweise und Vorschriften bzw. der sachgemaBe Umgang mit Faulgas ist daher lebensnotwendig.

9.1.2 Erstickungsgefahr

Erstickungsgefahr tritt bei Sauerstoffmangel in der Luft ein. Normale Luft besteht aus einem Gemisch von ca. 21 Vol.-% Sauerstoff und 78 Vol.-% Stickstoff Sofem der Sauerstoffanteil der Luft durch Anwesenheit anderer Gase oder Dampfe in der Umgebungsluft sinkt, besteht unterhalb einer Sauerstoffkonzentration von 14 Vol.-% Erstickungsgefahr fur den Men- schen. Bei Unterschreitung eines Sauerstoffanteils von 17 Vol.-% ist mit Gesundheitsgefahrdung zu rechnen. Erstickungsgefahr besteht also auch, wenn sich z.B. ungiftige Gase in der Umgebungsluft befinden.

Bei schwerer korperlicher Arbeit und Anwesenheit fremder Gase besteht schnell Erstickungsgefahr. Die Erstickung ktindigt sich nicht vorher an. Bei Sauerstoffmangel wird man innerhalb ca. 1 Sekunde bewusstlos. Sauerstoffmangel kann insbesondere in geschlossenen Raumen eintreten, wenn infolge Gasaustrittes (z.B. aus einer Klargasleitung oder aus einem Behalter) oder auf Grund der Bildung von speziellen Gasen in Graben oder Schachten (z.B. durch erstickende Gase) der Sauerstoffanteil in der Luft sinkt.

9.1.3 Vergiftungsgefahr

Vergiftungsgefahr besteht bei Anwesenheit von giftigen Gasen oder Dampfen (Stauben) in der Umgebungsluft, die bei bestimmter Konzentration Gesundheitsschadigungen hervorrufen konnen.

Ein Maß für die Gefahrlichkeit von Gasen oder Dampfen sind die sogenannten MAK-Werte. MAK ist die Abkiirzung für "Maximale Arbeitsplatzkonzentration". Als MAK-Wert wird diejenige Konzentration eines gas-, dampf- oder staubformigen Arbeitsstoffes in der Luft am Arbeitsplatz bezeichnet, die nach der derzeitigen Kenntnis bei taglich 8-stiindiger Einwirkung im Allgemeinen die Gesundheit der dort Beschaftigten nicht schadigt. Der MAK-Wert darf nicht dauerhaft tiberschritten werden. Die MAK-Werte aller gesundheitsschadlichen Gase, Dampfe und Staube sind in einer speziellen MAK-Wert-Liste zusammengestellt. Einige Gase oder Dampfe verursachen schon bei geringer Konzenteration in der Luft Vergiftungen, andere erst bei groBerer Konzentration.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Inhalt7
Verzeichnis der Autoren12
Anschriften13
Abbildungsverzeichnis15
Tabellenverzeichnis26
1 Geschichte der Anaerobtechnik35
1.1 Historische Entwicklung35
1.2 Weitere Entwicklungen der anaeroben Schlammstabilisierung39
1.3 Anaerobe Abwasserbehandlung41
Literatur52
2 Mikrobiologische Grundlagen57
2.1 Energiegewinn aus mikrobiellen Stoffwechselprozessen57
2.2 Anaerober Abbau - Uberblick und Organismen58
2.2.1 Hydrolysierende und versauernde Bakterien60
2.2.2 Acetogene Bakterien62
2.2.3 Methanbakterien65
2.2.4 Aufbau von Pellets68
2.2.5 Bedingungen der Pelletbildung70
2.3 Anaerobe Abbauprozesse organischer Stoffe71
2.3.1 Hydrolyse73
2.3.2 Versauerung73
2,3.3 Acetogenese76
2.3.4 Methanogenese77
2.4 Nahrstoff- und Spurenelementbedarf anaerober Abbauprozesse79
Literatur82
3 Einflussfaktoren auf die anaeroben biologischen Abbauvorgange83
3.1 Einfluss der Temperatur83
3.2 Einfluss des pH-Wertes und der Saurekapazitat86
3.3 Einfluss der Durchmischung90
3.4 Einfluss der Substratzusammensetzung92
3.4.1 Substrat-Konzentration94
3.4.2 Feststoffgehalt94
3.4.3 Verhaltnis von CSB, Stickstoff und Phosphor97
3.4.4 Kalziumgehalt98
3.5 Einfluss hemmender und toxischer Stoffe99
3.5.1 Begriffserklarung99
3.5.2 Sauerstoff101
3.5.3 Schwefelverbindungen102
3.5.4 Organische Sauren109
3.5.5 Schwermetalle114
3.5.6 Sonstige Hemmstoffe116
3.6 Spurenelemente117
Literatur118
4 Verfahrenstechniken zur Behandlung von Klarschlamm121
4.1 Klarschlammmengen und -beschaffenheit121
4.1.1 Primarschlamm122
4.1.2 Sekundarschlamm123
4.1.3 Tertiarschlamm124
4.1.4 Rohschlamm124
4.1.5 Stabilisierte Schlamme, Faulschlamm125
4.1.6 Stoffbedingte Eigenschaften von Klarschlammen125
4.1.6.1 Bestimmung des Wassergehaltes und des TrockenriJckstandes126
4.1.6.2 Gliihverlust und Gluhruckstand126
4.1.6.3 pH-Wert127
4.1.6.4 Saureverbrauch127
4.1.6.5 Organische Sauren127
4.1.6.6 Spezifischer Filtrationswiderstand128
4.1.6.7 Kompressibilitat128
4.1.6.8 Heizwert128
4.1.7 Klarschlammmengen128
4.1.7.1 Einwohnergleichwerte fur Klarschlamme129
4.1.7.2 Auswirkungen der Abwasserbelastung130
4.1.7.3 Auswirkungen der Regenwassermitbehandlung130
4.1.7.4 Auswirkungen von Wasserinhaltstoffen aus Gewerbe und Industrieabwasser131
4.2 Behandlung kommunaler Schlamme132
4.2.1 Schlammstabilisierung134
4.2.1.1 Stabilisierungskriten'en134
4.2.1.2 Verfahren der Schlammstabilisierung137
4.2.2 Klärschlammdesintegration178
4.2.3 Klärschlammentseuchung194
4.2.3.1 Mechanismen fur eine Entseuchung von Klärschlämmen196
4.2.4 Schlammwasserabtrennung202
4.2.4.1 Beurteilung des Entwasserungs- und Konditionierungsverhaltens von Schlammen202
4.2.4.2 Eindickung218
4.2.4.3 Entwasserung227
4.2.5 Rückbelastung der Klaranlage aus der Schlammbehandlung239
4.2.5.1 Prozesswasseranfall und Riickbelastung240
4.2.5.2 Moglichkeiten der Prozesswasserbewirtschaftung und - behandlung241
4.2.6 Wertstoffrückgewinnung aus Klärschlamm250
4.2.6.1 Stoffmengen und Wertstoffpotenziale251
4.2.6.2 Verfahrenstechniken zur Wertstoffnutzung253
4.2.6.3 Weitergehende Uberlegungen zu Wertstoffen im Abwasser263
4.2.6.4 Zusammenfassende Bewertung268
4.2.7 Schlammfaulung auf deutschen Kläranlagen269
4.3 Beispiele zur Co-Fermentation280
4.3.1 Einleitung280
4.3.2 Co-Substrate281
4.3.2.1 Allgemeines281
4,3.2.2 Industrielle und gewerbliche Co-Substrate284
4.3.2.3 Prozesstechnische und stoffliche Anforderungen289
4.3.3 Großtechnische Erfahrungen290
4.3.3.1 Einleitung290
4.3.3.2 Baden-Baden291
4.3.3.3 Radeberg293
4.3.3.4 Abwasserreinigungsanlage Solden (Osterreich)294
4,3.3.5 KläranIage M296
4.3.3.6 KläranIage N299
4.3.3 Weitere Beispiele302
4.3.4 Zusammenfassung312
5 Anaerobe Abwasserbehandlung317
5.1 Vor- und Nachteile der anaeroben Behandlung von Abwassern gegenuber den aeroben Verfahren317
5.2 Verfahrenstechniken zur Behandlung von Abwassern320
5.2.1 Grundsatzliches sowie Gliedemng anaerober Verfahren320
5.2.2 Ausschwemmreaktor (CSTR)322
5.2.3 Anaerobe Belebung (Kontakt-Prozess)323
5.2.3.1 Prozessbeschreibung323
5.2.3.2 Abscheideeinhchtungen und unterstutzende MaRnahmen324
5.2.3.3 GroRtechnische Auslegungsdaten325
5.2.3.4 Bedeutung des Reaktortyps sowie Vor- und Nachteile327
5.2.4 Membranunterstiitzte Anaerobreaktoren329
5.2.5 UASB-Reaktoren (Schlammbettreaktoren)329
5.2.5.1 Prozessbeschreibung329
5.2.5.2 GroRtechnische Auslegungsdaten330
5.2.5.3 Bedeutung des Reaktortyps sowie Vor- und Nachteile336
5.2.6 EGSB-Reaktoren338
5,2.6.1 Prozessbeschreibung und Ubersicht338
5.2.6.2 Bedeutung des Reaktortyps sowie Vor- und Nachteile339
5.2.6.3 BIOBED®'Reaktor340
5.2.6.4 IC®'Reaktor347
5.2.7 Festbettreaktoren354
5.2.7.1 Prozessbeschreibung354
5.2.7.2 Grolitechnische Auslegungsdaten357
5.2.7.3 Bedeutung des Reaktortyps sowie Vor- und Nachteile360
5.2.8 FlieRbettreaktoren361
5.2.8.1 Prozessbeschreibung und Ubersicht361
5.2.8.2 Bedeutung des Reaktortyps sowie Vor- und Nachteile365
5.2.8.3 ANAFLU)^'366
5.2,8.4 BMA'Flielibettreaktor370
5.2.9 Hybridreaktoren372
5.2.9.1 Prozessbeschreibung und Ubersicht372
5.3 Beispiele zur Behandlung von industriellen Abwassern aus der Lebensmittelindustrie377
5.3.1 Fruchtsaftindustrie377
5.3.2 Erfrischungsgetrankeindustrie389
5.3.2.1 Allgemeines389
5.3.2.2 Beispiel Coca-Cola Knetzgau394
5.3.3 Brauereien398
5.3.4 Schlacht- und Fleischverarbeitungsbetriebe413
5.3.4.1 Allgemeines413
5.3.4.2 Abwasser415
5.3.4.3 Abfall' und Reststoffe420
5.3.4.4 GroRtechnische Beispiele422
5.3.5 Starkeherstellung430
5.3.5.1 Allgemeines430
5.3.5.2 Anaerobe Behandlungsverfahren442
5.3.6 Kartoffelveredelungsindustrie451
5.3.7 Pektinfabriken460
5.3.7.1 Allgemeines460
5.3.7.2 Beispiel Pektinfabrik in GroRenbrode, Deutsctiland463
5.3.7.3 Beispiel Pektinfabrik in Kopenhagen, Danemark (Nyns 1986)468
5.3.7.4 Beispiel Pektinfabrik in Redon (lle-et-Vilaine), Frankreich469
5.3.8 Zuckerindustrie470
5.3.9 Brennereien und Hefefabriken479
5.3.10 SuRwarenindustrie487
5.3.10.1 Allgemeines487
5.3.10.2 Grolitechnisches Beispiel 1495
5.3.10.3 Grolitechnisches Beispiel 2495
5.3.10.4 Zusammenfassung503
5.4 Beispiele zur Behandlung von sonstigen industriellen Abwassern504
5.4.1 Zellstoff- und Papierfabriken504
5.4.1.1 Allgemeines504
5.4 1.2 Zellstofffabriken508
5.4.1.2.1 Produktion, Abwasseranfall, Abwasserbeschaffenheit508
5.4.1.2.2 Behandlungsverfahren und Praxisbeispiele510
5.4 1.3 Papierfabriken511
5.4.1.3.1 Produktion, Abwasseranfall, Abwasserbeschaffenheit511
5.4.2 Tierkorperbeseitigungsanstalten521
5.4.2.1 Allgemeines521
5.4.2.2 Abwasseranfall und -beschaffenheit521
5.4.2.3 Reinigungsanforderungen523
5.4.2.4 Abwasserreinigung allgemein524
5.4.2.5 Anaerobe Abwasserbetiandlung524
5.4.2.6 GroRtechnische Beispiele527
5.4.2.6.1 GroBtechnisches Beispiel 1527
5.4.2.6.2 GroBtechnisches Beispiel 2528
5.4.2.6.3 GroCtechnisches Beispiel 3529
5.4.2.6.4 GroBtechnisches Beispiel 4530
5.4.3 Aniagen mit anorganischen Abwassern535
5.4.3.1 Allgemeines535
5.4.3.2 Grofitechnisches Beispiel 1: Budel Zink, Niederlande538
5.4.3.3 GroRtechnisches Beispiel 2: Caribou Mine, Kanada541
5.4.3.4 Zusammenfassung542
5.4.4 Chemische- und Pharmazeutische Industrie544
5.4.4.1 Daten und Fakten zur deutschen Chemieindustrie Anonym (2002)544
5.4.4.2 Abwasseranfall und -zusammensetzung546
5.4.4.3 Abwasserbehandlung - Beispiel aus der Backhefe- und Penicilinabwasser Behandlung550
5.5 Beispiele zur Behandlung von kommunalen Abwassem557
5.5.1 Einleitung557
5.5.2 Vor- und Nachteile der Anaerobtechnik bei kommunalem Abwasser558
5.5.3 Reaktortypen559
5.5.4 EinflussgroRen und Bemessungsparameter der anaeroben Reinigung kommunaler Abwasser559
5.5.5 Technische Details bei kommunalen UASB-Reaktoren562
5.5.6 Beispiele von UASB-Reaktoren zur kommunalen Abwasserreinigung563
6 Landwirtschaftliche Vergarungsanlagen567
6.1 Verfahrenstechniken567
6.1.1 Historische Entwicklung und Einordnung567
6.1.2 Herkunft und Potential der eingesetzten Substrate569
6.1.3 Verfahrenskonzepte572
6.1.3.1 Nassvergarung573
6.1.3.2 Trockenvergarung581
6.1.4 Aufbereitung und Speicherung von Biogas585
6.2 Beispiele landwirtschaftlicher Vergamngsanlagen590
6.2.1 Vorbemerkungen590
6.2.2 Einstufige Kofermentation590
6.2.3 Zweistufige Kofermentation591
6.2.4 Zweistufige Kofermentation mit thermischer Desintegration593
6.2.5 Kofermentations-Gemeinschaftsanlage mit Garruckstandskonditionierung594
6.2.6 Trocken-Nass-Simultanvergarung596
7 Vergärung von Bio- und Restabfallen599
7.1 Status quo599
7.2 Rechtliche Rahmenbedingungen602
7.3 Mengen, Qualitaten und Potenziale604
7.3.1 Verwertung von Bioabfallen und sonstiger qualitativ hochwertiger organischer Abfallstoffe604
7.3.2 Behandlung von Restabfallen606
7.4 Aniagen- und Verfahrenstechnik608
7.4.1 Aniieferung609
7.4.2 Mechanische Aufbereitung vor der Vergarung612
7.4.3 Vergarung620
7.4.5 Biogasverwertung651
7.5 Abluftemissionen656
7.6 Abwasseremissionen663
7.7 Energiebilanz671
7.8 Ausgewahlte Leistungsdaten673
7.9 Ausblick679
Literatur681
8 Einrichtungen zur Nutzung / Verwertung von Faulgas689
8.1 Allgemeines689
8.2 Faulgasanfall689
8.3 Eigenschaften von Faulgas694
8.4 Faulgastransport und -speicherung696
8.4.1 Faulgastransport696
8.4.2 Faulgasspeicherung697
8.5 Ausrustungsteile ftir das Gassystem701
8.5.1 Gashaube/Schaumfalle702
8.5.2 Gasfackel702
8.5.3 Entwässerungseinrichtungen702
8.5.4 Gasfilter703
8.5.5 Flammenrückschlagsicherungen703
8.5.6 Messeinrichtungen703
8.6 Faulgasaufbereitung705
8.6.1 Entschwefelung705
8.6.2 Aniagen zur Gastrocknung706
8.6.3 Aniagen zur Siloxanentfernung707
8.7 Gasverwertung707
8.7.1 Allgemeines707
8.7.2 Energiebedarf auf Kläranlagen707
8.7.3 Gasverwertung in Heizkessein711
8.7.4 Verwertung in BHKW712
8.8 Sonstiges718
8.9 Beispielrechnung720
9 Sicherheitsaspekte im Umgang mit Faulgas727
9.1 Allgemeine sicherheitstechnische Hinweise727
9.2 Mess- und Kontrolleinrichtungen732
9.3 Bauliche Hinweise733
9.4 Vorschriften733
10 Verzeichnis der verwendeten Abkiirzungen und Symbole737
Sachwortverzeichnis741

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