AT393377B - Verfahren fuer die reinigung von abwasser und fuer die schlammbehandlung - Google Patents

Description

AT 393 377 B

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren für die Reinigung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, und für die Schlammbehandlung, · wobei das Rohabwasser in eine hochbelastete Adsorptionsstufe und danach in eine schwachbelastete Belebungsstufe eingeführt sowie der Überschußschlamm aus der Adsoiptionsstufe und aus der Belebungsstufe als Überschußschlammischung nach einer Voreindickung einer Schlammbehandlungsstufe zugeführt werden, die zumindest eine Pasteurisierungseinrichtung und zumindest einen Methanreaktor auf weist. Es versteht sich, daß der Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe und dar aus der Belebungsstufe auch getrennt einer Voreindickung unterworfen werden können. - Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt Reinigung des Abwassers nach der sogenannten Adsorptionstechnologie (vgl. "Korrespondenz Abwasser", 30. Js., Heft 7, S. 452). Nach der Grundkonzeption der Adsorptionstechnologie und der vorliegenden Erfindung erfolgt keine mechanische Vorreinigung. Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch, eine solche vorzusehen.

Bei einem gattungsgemäßen Verfahren (DE-OS 34 05 236) werden Faulbehälter als Methanreaktoren eingesetzt, mit denen ohne besondere Maßnahmen ein Trockensubstanzgehalt von mehr als 100 kg TS/m^ nicht erreicht werden kann.

Bei einem aus der Praxis bekannten Verfahren werden der Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe sowie der Überschußschlamm aus der hochbelasteten Belebungsstufe nach der Voreindickung zunächst entwässert, z. B. mit Hilfe eines Dekanters oder einer Entwässerungssiebanlage, und danach in den Versäuerungsreaktor sowie in den Methanreaktor eingeführt. Der Schlammischung wird häufig auch der Rohschlamm aus der mechanischen Voneinigung des zufließenden Abwassers beigegeben. Der Feststoffgehalt der Schlammischung bei der Behandlung im Methanreaktor liegt bei 45 kg TS/nP und kann maximal 70 bis 90 kg TS/nr* erreichen. Ein Betrieb des Methanreaktors oder auch des Versäuerungsreaktors als Feststoff reaktor ist bei Schlamm konventioneller Kläranlagen wegen Verstopfungsgefahr nicht möglich. Andererseits ist es notorisch, daß ein Betrieb mit einem Trockensubstanzgehalt von = 50 bis 60 kg TS/m^ ohne Beigabe von körnigem Trägermaterial für die Mikroben im Rahmen der bekannten Maßnahmen nicht möglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß mit einem wesentlich erhöhten Trockensubstanzgehalt in dem Methanreaktor betriebssicher gearbeitet werden kann, und zwar bereits ohne Beigabe von körnigem Trägermaterial für die Mikroben.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die nichtentwässerte Überschußschlammischung einer mechanischen Feinreinigung mittels Rechen und/oder Siebtrommel unterworfen wird, daß die feingereinigte Schlammischung durch pasteurisierende Erwärmung auf 70° bis 75 °C und Versäuerung bei 50° bis 55 °C verflüssigte Schlammischung in einem Festbett-Methanreaktor mit einem Trockensubstanzgehalt von über 100 kg TS/m^ weiterbehandelt wird. Vorzugsweise erfolgt die pasteurisierende Erwärmung bei etwa 70 °C, die Versäuerung bei etwa 50 eC. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Versäuerung in einem Festbett-Versäuerungsreaktor durchgeführt wird. Es versteht sich, daß die feingereinigte Schlammischung, die in der ersten Stufe durch Erwärmung pasteurisiert wurde, danach in einer zweiten Stufe in dem Versäuerungsreaktor weiter verflüssigt werden kann. Die Verflüssigung durch Pasteurisierung und Versäuerung kann aber auch in dem Versäuerungsreaktor durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist das im Versäuerungs- bzw. Methanreaktor zirkulierende Abwasser dünnflüssig. Der wesentliche Teil der Bakterien bzw. des anaeroben Belebtschlammes (rund 80 % bis 85 %) sitzt fest auf dem Festbettsystem, ist jedoch bei der vorstehenden Aufgabe über den Trockensubstanzgehalt mitgerechnet. Das sehr dünnflüssige Abwasserschlammgemisch mit einem eigenen Feststoffanteil von 30 bis 50 gln? (= 3 % bis 5 % TS) wird in dem Festbett-Methanreaktor weiterbehandelt. Die insgesamt zur Verfügung stehende Biomasse ist dadurch erhöht, daß zumindest in dem Methanreaktor, vorzugsweise auch in dem Versäuerungsreaktor, für sessile Bakterien über Festbetten weitere Siedlungsflächen geschaffen werden. Die Schlammischung kann in dem Festbett-Methanreaktor mit einem Trockensubstanzgehalt von 150 bis 300 kg TS/nP behandelt werden.

Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß hinter einer Reinigungsanlage mit hochbelasteter Adsorptionsstufe und schwachbelasteter Belebungsstufe durch eine mechanische Feinreinigung, die mit Rechen und/oder Siebtrommeln durchgeführt wird, eine Schlammischung gewonnen werden kann, die in Festbettreaktoren wie ein hochkonzentriertes Abwasser ohne Verstopfungsgefahr weiterbehandelt werden kann, wobei ausgenutzt wird, daß sowohl die Pasteurisierung als auch die Versäuerung eine weitere Verflüssigung bewirken. Fällt Rohschlamm aus einer Grobvorreinigungsanlage an, so kann dieser ebenfalls der Feinreinigung unterworfen und danach der Schlammischung beigefügt werden. Man könnte aber auch zu Beginn des Abwasserpfades hinter und/oder vor dem üblichen Rechen bzw. Sandfang einen Siebrechen anordnen, der hier eine mechanische Feinreinigung bewirkt. Die Feinreinigung erfolgt zweckmäßigerweise mit einem "Grenzkom" von < 3 mm. Der Ausdruck "Grenzkom" besagt hier, daß der maximale freie Raum zwischen den Rechenstäben oder Siebstäben bzw. Siebmaschen 3 mm oder weniger beträgt Man könnte auch mit einem gröberen Grenzkom, beispielsweise im Bereich von 3 bis 7 mm, arbeiten, wenn zusätzlich im Schlammrücklauf ein feines Sieb eingebaut ist. Es versteht sich, daß man der feingereinigten Schlammischung zellauflösende Substanzen, z. B. Lysin, beigeben kann. Um die üblichen Verfahrensparameter einzustellen, kann die Schlammischung in dem Versäuerungsreaktor bzw. in dem Festbett-Methanreaktor einer inneren und/oder äußeren Umwälzung unterworfen werden. Innere -2-

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Umwälzung meint gleichsam ein Umrühren, gleichgültig mit welchen Mitteln das Umrühren bewirkt wird. Z. B. kann man eine Einblasung von gewonnenem Methangas vornehmen. Äußere Umwälzung meint eine Kreislauf-führung über entsprechende Leitungen.

Die erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß in dem Medianreaktor mit einem wesentlich erhöhten Trockensubstanzgehalt der Schlammischung betriebssicher gearbeitet werden kann, und zwar mit einem Methanreaktor, der als Festbett-Methanreaktor ausgelegt ist Die Beigabe von körnigem Trägermaterial ist nicht erforderlich. Insbesondere kann durch Zugabe von Kohle ein merklich höherer Schadstoffabbau (= CSB) erreicht werden. Im Ergebnis erreicht man eine beachüiche Verringerung des Flächenbedarfs bzw. des Volumens für die Schlammbehandlung. Im einzelnen erreicht man weitere Vorteile. Diese bestehen darin, daß die nach dem Stand der Technik erforderliche Entwässerung über Dekanter oder Entwässerungssiebe bzw. Siebbandpressen entfallen kann. Auch eine Eindickung hinter dem Versäuerungsreaktor ist nicht erforderlich. Bei der Pasteurisierung erfolgt eine Hydrolisierung der Schlammischung sowie eine Teilzerstörung der Zellen und im Ergebnis eine Verflüssigung. Eine Nacheindickung hinter dem Versäuerungsreaktor kann entfallen, eine geringfügige Entwässerung an dieser Stelle kann jedoch zweckmäßig sein und läßt sich unschwer verwirklichen. Es versteht sich, daß vor Festbett-Methanreaktor Aktivkohle beigegeben werden kann, um toxische Stoffe zurückzuhalten bzw. biologisch abzubauen. Auch kann Kalk vor dem Methanreaktor zugegeben werden, falls der Versäuerungsgrad des Abwasserschlammgemisches zu hoch ist Wegen des geringen Volumens besteht die Möglichkeit, in apparativer Hinsicht mit Stahlbehältem zu arbeiten, die typisiert werden können. Im übrigen erreicht man eine erhöhte Ausbeute an Methangas.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Verfahrensschemas mit Ausführungsbeispiel erläutert

Im dem Verfahrensschema ist oben eine Abwasserreinigungsanlage mit Adsorptionsstufe (A) und Belebungsstufe (B) schematisch angedeutet Das Rohabwasser läuft von links zu, das gereinigte Abwasser läuft oben nach rechts ab. Die Leitungen (SR) dienen der Schlammrückführung. Die Schlammabführungen (SA) münden als Zuleitung (1) in die nachgeschaltete erfindungsgemäße Anlage zur Überschußschlammbehandlung.

In dem unteren Verfahrensschema erkennt man die Zuleitung (1) für den Überschußschlamm aus der hochbelasteten Adsorptionsstufe und aus der schwachbelasteten Belebungsstufe, den Voreindicker (2a) mit nachgeschalteter mechanischer Feinreinigung (2b), die nachgeschaltete Tauchbrenner-Pasteurisiereinrichtung (3) und in der abgehenden Leitung (4) eine Pumpe (5). Man könnte auch zwei separate Voreindicker, einen für den Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe, einen für den Überschußschlamm aus der Belebungsstufe, vorsehen. Der Versäuerungsreaktor (6) schließt sich an. Er ist ein Festbett-Versäuerungsreaktor mit angedeutetem Festbett (7). In der abgehenden Leitung (8) liegt eine weitere Pumpe (5), falls der Versäuerungsreaktor nicht hochgesetzt wird, um das Abwasserschlammgemisch im freien Gefälle zum Methanreaktor zu transportieren. Der Methanreaktor (9) ist angeschlossen. Es handelt sich ebenfalls um einen Festbettreaktor mit Festbett (10). Eine Nacheindickung (11) mit Schlammrückführung und eine Entwässerung (12) schließen sich an. Das Trübwasser wird über die Leitungen (13) der Trübwasserbehandlung zugeführt, wobei die üblichen chemischen Substanzen zur P-Reduzierung beigegeben werden. Im übrigen ist an den Nacheindicker die Rückführleitung (14) angeschlossen, die zu der schon genannten Pumpe (5) vor dem Festbett-Methanreaktor geführt ist. Das entstehende Gas wird über die Leitung (15) abgezogen und einem Gasometer (16) zugeführt Dem Gasometer (16) kann über die Leitung (19) auch aus dem Versäuerungsieaktor (6) abziehbares Gas zugeführt werden. Die Leitung (17) dient der Rückführung von Gas aus dem Gasometer (16) zum Methanreaktor (9) zum Zwecke der inneren Umwälzung. Ein Entgasungsschacht (18) ist nachgeschaltet. Bei (20) kann eine Kalkzugabe bzw. eine Kohlezugabe erfolgen. Der Zuleitung (1) werden der nichtentwässerte Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe sowie der nichtentwässerte Überschußschlamm aus der schwachbelasteten Belebungsstufe der vorgeschalteten Reinigungsanlage als Schlammischung nach mechanischer Feinreinigung zugeführt Die feingereinigte Schlammmischung wird mit Hilfe der Tauchbrenner bei (3) pasteurisiert und dabei bereits verflüssigt Die pasteurisierte Schlammischung wird danach in dem Versäuerangsreaktor (6) durch Teilzerstörung der Zellen weiter verflüssigt sie kann danach mit einem Feststoffgehalt im Mittel aus sessiler und schwebender Biomasse von über 100 kg TS/πΡ in dem Festbett-Methanreaktor (9) weitrabehandelt werden. Für ein Ausführungsbeispiel werde angenommen, daß in einer für 100.000 E/EW ausgelegten Abwasserreinigungsanlage mit Adsorptionsstufe und Belebungsbecken täglich 200 m^ Überschußschlamm anfallen.

Der aus dem Abwasserpfad bereits im Rechen vorgereinigte Schlamm gelangt über die Zuleitung (1) in einen etwa 200 m^ großen Voieindicker (2a). Nach einer Eindickung auf etwa 4 - 5 % Feststoffgehalt gelangt dieser völlig einheitlich ausgebildete und gleichartige Schlamm über einen Reinrechen bzw. über eine feinma-schige Siebanlage (2b), um das Schlammwassergemisch faserfrei zu halten. Bei verhältnismäßig geringen Fließgeschwindigkeiten um 90 cm/s weist das Abwasserschlammgemisch eine weitgehende abwasserähnliche und organisch hochkonzentrierte Beschaffenheit auf. Durch die Behandlung im Abwasserpfad ist die BSB5-Konzen-tration des Abwassers von 300 mg/1 einerseits auf etwa 5 mg/1 gesenkt worden, aber andererseits die flüssige Schlammwasserphase auf rund 15.000 bis 20.000 mg/1 - also um den Faktor 50 bis 70 aufkonzentriert worden.

Dieses Schlammwassergemisch (200 m^) wird im etwa 10 großen Tauchbrenner (3) auf 70 °C erhitzt und verbleibt hier etwa 1/2 Stunde. Anschließend gelangen über den Tag verteilt die 200 m^ Schlammwascher -3-

Claims (5)

1. AT 393 377 B mit einer Temperatur von 50/55 °C (mesophil) in die etwa 300 nr* große Versäurungsstufe (6/7) und verbleiben hier etwa 1 bis 1,5 Tage. Hier erfolgt die Aufschließung der organsichen Verbindungen und eine weitere Verflüssigung und eine Pasteurisierung des Schlammes. Das Schlammwassergemisch wird über eine Methangas-einblasung (17) in (6,7) im internen Kreislauf gehalten und somit durch den Festbettreaktor getrieben. Mit einer Temperatur von etwa 33 °C (mesophil) durchläuft dann das Schlammwassergemisch den Festbett-Methanreaktor, d. h. den mit Festbettreaktoren ausgerüsteten Methanfaulbehälter (9) und verbleibt in dem etwa 2.400 nr* großen Behälter etwa 10 bis 12 Tage. Die Leitung (17) dient der Rückführung von Gas aus dem Gasometer (16) zum Zwecke der inneren Umwälzung des Schlammes durch die Festbetten (7 und 10). Nach der Entgasung des ansgefaulten Schlammes im Entgasungsschacht (18) wird der Schlamm in den Nacheindicker (11) geführt und verbleibt hier etwa 1 bis 1,5 Tage. Zur Aufirechterhaltung des äußeren Biomassenkreislaufes und zur Aktivierung der Bioprozesse wird ein Teil des eingedickten Schlammes über Leitung (14) wieder zum Methanreaktor geführt, der Rest zur Schlammentwässerungsanlage (12). Das anfallende Trübwasser wird über Leitung (13) zum Kläranlagenzulauf transportiert In der Hydrolyse-Phase, die im Ausführungsbeispiel in dem Versäuerungsreaktor (6) erfolgt, weiden polymere Stoffe durch Exoenzyme in Bruchstück zerlegt die dann in der Versäuerungs-Phase z. B. zu Alkoholen, C02, H2 und organischen Säuren abgebaut werden. Die hydrolysierenden und die versäuemden Bakterien weisen kurze Generationszeiten auf. Für die versäuemden Bakterien ist eher ein saures Milieu günstig. In der methanogenen Phase, die im Ausführungsbeispiel in dem Methanreaktor (9) erfolgt, werden nur Acetat, H2 und C02 direkt von den Methanbakterien zu CH4 umgesetzt. Andere organische Säuren, Alkohole, etc. müssen zunächst durch acetogene Bakterien zu Acetat umgesetzt werden, wobei acetogene und methanogene Bakterien aus energetischen Gründen nur in engem räumlichen Kontakt existieren können. Beide Organismenarten haben lange Generationszeiten. Für die Methanbakterien ist ein neutrales bis leicht alkalisches Milieu günstig. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren für die Reinigung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, und für die Schlammbehandlung, - wobei das Rohabwasser in eine hochbelastete Adsorptionsstufe und danach in eine schwachbelastete Belebungsstufe eingeführt sowie der Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe und aus der Belebungsstufe als Überschußschlammischung nach einer Voreindickung einer Schlammbehandlungsstufe zugeführt werden, die zumindest eine Pasteurisiereinrichtung und zumindest einen Methanreaktor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtentwässerte Überschußschlammischung einer mechanischen Feinreinigung mittels Rechen und/oder Sieben unterworfen wird, daß die feingereinigte Schlammischung durch pasteurisierende Erwärmung auf 70° bis 75 °C und Versäuerung bei 45° bis 55° verflüssigt und die verflüssigte Schlammischung in einem Festbett-Methameaktor mit einem Trockensubstanzgehalt von üb» 100 kg TS/m^ weiterbehandelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versäuerung in einem Festbett-Versäuerungsreaktor durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasser- schlammischung in dem Festbett-Methanreaktor mit einem Trockensubstanzgehalt von 150 bis 300 kg TS/n? behandelt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinreinigung mit einem "Grenzkom" von < 3 mm durchgeführt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlammischung in dem Veisäuerungsreaktor bzw. in dem Festbett-Methanreaktor einer inneren und/oder äußeren Umwälzung unterworfen wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-