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Verfahren zur Eindickung von nach dem Belebtschlammverfahren anfallendem biologischem organischem Schlamm
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eindickung von nach dem Belebtschlammverfahren anfallendem biologischem organischem Schlamm, Es handelt sich bei der Erfindung nicht um die eigentliche Reinigung der Abwässer, sondern um ein Verfahren, das im Anschluss an die Reinigung von Abwässern nach der Methode des belebten Schlammes durchgeführt werden soll.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine Abtrennung bzw. Gewinnung des bei der Reinigung der Abwässer entstehenden Schlammes, der einen sehr hohen Wassergehalt aufweist (nur 0, 5 bis 1, oxo Trockensubstanz).
In Abwasserkläranlagen, die auf biologischen Verfahren, z. B. auf Aktivierung oder auf biologischer Filtration, beruhen, entsteht eine beträchtliche Menge von Schlamm. Dieser Schlamm ergibt sich durch die Biozenose von verschiedenen Mikroorganismen, Bakterien, Schimmelpilzen, Algen, Protozoen usw.
Die eigentliche Reinigung der Abwässer nach der Methode des belebten Schlammes ist seit langem bekannt und in verschiedener Weise abgewandelt worden. So kann sie z. B. in zwei Stufen durchgeführt werden, von denen in der ersten die eigentliche Reinigung des Abwassers mit Hilfe von Bakterien durchgeführt wird, und in der zweiten die Bakterien durch Mikroorganismen (Protozoa) unschädlich gemacht werden.
Es ist auch ein Verfahren bekannt, wonach Schimmelpilze zur Reinigung eingesetzt werden, die die Aufarbeitung saurer Abwässer ermöglichen. Für die Abwasseraufbereitung sind Bakterienstämme verschiedener Arten und biologisch gesetzmässig zusammengesetzte Bakteriengesellschaften bekannt.
Bei den bekannten Verfahren scheint das wichtigste Problem eine möglichst ökonomische Abtrennung der Biomasse vom Wasseranteil. Es ist eine Reihe von Entwässerungsverfahren für den biologischen Schlamm bekannt.
Eines der am meisten verbreiteten Verfahren ist die biologische Schlammfaulung. Die Investitionsund Betriebskosten für dieses Verfahren sind jedoch sehr hoch und stellen beinahe 401o der Investitionskosten bei dem Aufbau einer Kläranlage. Ein weiterer Nachteil der anaeroben Schlammfaulung ist der Verlust der organischen Masse und des Stickstoffes, denn bei der Zersetzung entwickeln sich Methan, Kohlendioxyd, Wasserstoff und Stickstoff. Der restliche ausgefaulte Schlamm, der auch mikrobielle Keime aus dem anaeroben Fermentationsverfahren enthält, lässt sich dann leichter entwässern als der ursprüngliche"native"Schlamm.
Ein anderes bekanntes Verfahren ist das Zentrifugieren von nativem Schlamm auf verschiedenen Typen von Separatoren, aber auch in diesem Fall wird nur eine geringe Entwässerung erreicht, und der Schlamm weist einen durchschnittlichen Wert von nur 6 bis 7% Trockensubstanz auf. Diese Umstände werden vor allem durch den hohen Gehalt an Wasser in den Zellen verursacht. Wenn Hochleistungszentrifugen angewandt werden, können zirka lONo Trockensubstanz erreicht werden. Einige von den vorliegenden Mikroorganismen weisen Dextrane oder Levane enthaltende Kapseln auf. so dass nach der Abtrennung vom Wasseranteil eine sehr viskose Biomasse gewonnen wird. Die Entfernung des Wassers aus
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den Zellen kann entweder durch Thermolyse oder durch chemische Wirkung durchgeführt werden.
In beiden Fällen ist aber der Wasseranteil sehr verunreinigt, und die Kosten für die Schlammaufbereitung sind in bezug auf den erreichten Effekt verhältnismässig hoch.
Weitere, auf Filtrationsmethoden begründete Verfahren können nur nach vorangehender Schlammaufbereitung angewandtwerden, z. B. nach Koagulation mit Kalk, oder unterAnwendungvonFiltrationsfüllungen, z. B. mit Kieselgur, Elektrizitätswerk-Flugasche usw. Zu dem oben erwähnten Zweck werden entweder Schlammfilter, Rotationsvakuumfilter oder Druckfilter verschiedener Typen benutzt.
Zur Abtrennung eines in städtisphen Abwässern enthaltenen Schlammes, der leichte, besonders fettige Bestandteile enthält, ist Flotation vorgeschlagen worden, es handelt sich dabei jedoch nicht um die Flotation bzw. Abtrennung eines Belebtschlammes.
Die deutsche Patentschrift Nr. 114 281 beschreibt Gärung im Temperaturbereich zwischen 15 und 5 C, sowie eine Flotation des Schlammes und Bildung einer Schlammdecke auf der Oberfläche der Flüssigkeit. Das dort beschriebene Verfahren lässt sich eindeutig als ein solches beurteilen, worin die Flotation des primären, im ungereinigten Abwasser enthaltenen Schlammes behandelt wird, nicht aber eine Behandlung des Schlammes nach der Klärung, und eine spontane, ungeregelte Gärung, die häufig inKläranlagen auftritt und ein Aufschwimmen des Schlammes verursacht, die jedoch mehr den Charakter einer Fäulnis hat, herangezogen wird. Dabei werden keine spezifischen Kulturen verwendet.
Das neueste Verfahren zur partiellen Entwässerung von biologischem Schlamm ist die Luftflotation oder Druckflotation, die auf der Sättigung der Schlammflüssigkeit mit komprimierter Luft beruht, welche Sättigung in einem Druckgefäss durchgeführt wird. Auf diese Weise gesättigte Schlammflüssigkeit wird dann kontinuierlich in einen auf Normaldruck'gehaltenen Behälter eingeführt, worin die Luft aus der gesättigten Flüssigkeit in feinen Bläschen zu der Oberfläche aufsteigt und so die Flotation der einzelnen Schlammteilchen hervorruft. So kann, entsprechend der Literaturangaben, ein biologischer Schlamm mittels Luftflotation auf 5 bis 61o Trockensubstanz gebracht werden. Durch weitere Eindikkung, z. B. auf Separatoren, können aber wieder nur etwa leo Trockensubstanz erreicht werden. Auch
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die Kosten entsprechen nicht den erreichten Effekten.
Die Erfindung weist keinen dieser angeführten Nachteile auf. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass das schlammhaltige Abwasser mit einer Kultur von unpathogenen, anaeroben oder fakultativ anaeroben Mikroorganismen, z. B. Bakterien vom Stamm Clostridium, im Temperaturbereich von 15 bis 30 C und im pH-Bereich von 5, 0 bis 7, 0 versetzt wird, wobei unter fermentativer Einwirkung der Mikroorganismen eine teilweise Flotation des Schlammes stattfindet, und dass der flotierte Schlamm, gegebenenfalls nach Waschen mit Wasser, gesammelt, entwässert und getrocknet wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in einer oder mehreren Stufen geführt werden. Die Fermentation wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt. Zur Impfung von neu zugeleitetem, schlammhaltigem Abwasser wird vorzugsweise der sedimentierte Anteil des fermentierten Milieus aus der vorangehenden Stufe angewandt.
Nach der Erfindung kann derselbe Effekt wie bei der Flotation mittels Luft erreicht werden, jedoch ohne grosse Energie oder grössere Investitionskosten. Das Prinzip des neuen Verfahrens liegt in der Anwendung von spezifischen Mikroorganismen, z. B. Bakterien, die imstande sind, eine Lyse der Zellwand von den im biologischen Schlamm anwesenden Mikroorganismen zu verwirklichen, und die anwesenden Stoffe vom Dextran- und Levan-Typ im Zellwasser unter Gasentwicklung (CO, CH) teilweise zu fermentieren. Durch das sich entwickelnde Gas wird die Flotation bewirkt und der Schlamm sammelt sich an der Oberfläche.
Der biologisch verarbeitete Schlamm weist nach der Beendigung des Verfahrens 5 bis 70/0 Trockensubstanz auf. Dieser Wert kann ohne jede energetische Kosten erreicht werden. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird der biologische, z. B. in den Nachbecken auf 10/0 Trockensubstanz konzentrierte, Schlamm auf drei Schichten verteilt. Der obere Anteil (zirka 10 Vol. -0/0) enthält den biologisch ausflotierten Schlamm. Der mittlere Anteil (zirka 80 Vol. je) enthält das geklärte Abwasser, das niedrigere Verunreinigungswerte als das ursprüngliche vom nativen biologischen Schlamm abgetrennte Filtrat aufweist.
Der untere Anteil (zirka 10 Vol. -0/0) enthält ein schwer flotierbares Sediment, zusammen mit der angewandten Bakterien-Kultur. Dieser untere Anteil wird als Gäransatz für weitere Anteile am frisch verarbeiteten Schlamm benutzt. Der mittlere Anteil, der ganz klar ist und dessen geringfügige Verunreinigungen ein Einleiten in Flüsse erlauben, kann in den Vorfluter ausgelassen werden. Der obere,
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5 bis f5I/o Trockensubstanz enthaltende Anteil kann entweder direkt auf Düngemittel verarbeitet oder weiter konzentriert werden, z. B. auf geeigneten Zentrifugen.
Während bisher beim Zentrifugieren von nativem Schlamm mit 5000 bis 8000 Umdr/min ein Wert von 100/0 Trockensubstanz und nach der Thermolyse (80 C, aber beträchtlich verunreinigtes Zentrifugat) ein Wert von 121o erreicht wurde, ist der Schlamm nach der biologisch geführten Flotation so beschaffen, dass es möglich ist, nach Zentrifugieren mit 5000 bis 8000 Umdr/min einen Schlamm mit einer Trockensubstanz von beinahe 161o zu errei- chen. Diese Umstände werden durch eine Veränderung der physikalischen Struktur des biologischen Schlammes verursacht. Das Wasser aus dem Innern der Zellen, das in das umgebende Milieu tritt, enthält Nährstoffe, die sonst das Abwasser verunreinigen würden (s.
Thermolyse). Diese Stoffe haben für die anwesenden Bakterien als organische Nährstoffe Bedeutung und werden vollständig verbraucht, so dass keine Verunreinigung des Zentrifugats wie bei der Thermolyse auftritt.
Da bei der biologisch geführten Flotation, z. B. im Vergleich zur Faulung, keine Stickstoffverluste auftreten, hat der auf diese Weise gewonnene Schlamm einen hohen biologisch-nutritiven Wert. Im Gegenteil wird der Stickstoffgehalt im Verlauf der Fermentation gering erhöht und erreicht einen Wert von 6., 0 bis 6,'lu, was umgerechnet auf Eiweiss den Wert 38 bis 430/0 ergibt. Der Vitamingehalt, z. B.
Vitamin , bleibtauch unverändert. DieseTatsacheermöglicht die Ausnutzung des aktivierten Schlammes als Zugabe in Futtermischungen.
Im weiteren wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Beispiel : EinebakterielleKulturdes Stammes Clostridium wird aufFleischpepton-agarinübli- cher Weise kultiviert. Dann wird sie auf einen flüssigen Fleischpepton-Nährboden übergeführt und unter statischen Bedingungen während 48 h bei 20 bis 26 C kultiviert. Das MO-Substratgemisch wird entweder zentrifugiert oder tel-quel eingesetzt, u. zw. in der weiteren Passage, d. h. sie wird auf dem biologi- schen Schlamm angewandt.
100 1 biologischer Schlamm aus einer Belebungsanlage des Abwassers aus einer HolzfaserplattenHerstellung mit 1U Trockensubstanz und einem pH-Wert von 6, 0 wird mit 0, 25 g Ammoniumphosphat pro Liter versetzt und im Verhältnis 1 : 20 durch die bakterielle Kultur des Clostridium-Stammes geimpft. Die Kultivierung der Angärung der bakteriellen Kultur wird bei 250C während 24 h durchgeführt. Nach dieser Zeit werden 105 l Angärkultur in ein Becken mit 20 hl biologischem Schlamm ohne Zugabe von Nährstoffen übergeführt und unter statischen Bedingungen bei 200C während 24 h kultiviert.
Nach dieser Zeit wurde der Inhalt des 20 hl-Beckens in einen 2000 hl-Behälter, welcher biologischen Schlamm mit einem Trockensubstanzwert von 1% enthielt, überführt und unter statischen Bedin-
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ausflotierter Schlamm werden mit 100 hl Wasser verdünnt und unter Rühren während 15 min durchgewaschen. Dannwird die Entwässerung auf einer Zentrifuge durchgeführt. Hier wird bei derweiterenEntwäs-
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und mit 7, 11% Stickstoffgehalt, d. h. 44,43go rohe Eiweissstoffe (in absoluter Trockensubstanz), gewonnen. Das Endprodukt kann als Zugabe zu einem Futtergemisch angewandt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Eindickung von nach dem Belebtschlammverfahren anfallendem biologischem or-
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Stamm Clostridium, im Temperaturbereich von 15 bis 300C und im pH-Bereich von 5, 0 bis 7, 0 versetzt wird, wobei unter fermentativer Einwirkung der Mikroorganismen eine teilweise Flotation des Schlammes stattfindet, und dass der flotierte Schlamm, gegebenenfalls nach Waschen mit Wasser, gesammelt, entwässert und getrocknet wird.
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