Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Aufbereitung von aus einer Kläranlage anfallendem Nassschlamm sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, kalten Nassschlamm mit Müll oder einer anderen Trockensubstanz zu vermischen und anschliessend in einer Behandlungskammer, auch Belüftungsreaktor genannt, zu belüften, wobei durch den dabei ablaufenden biologischen Umwandlungsprozess Wärme erzeugt wird und nach genügend langer Belüftungszeit im Belüftungsreaktor ein Humus entsteht
Die bekannten Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass das sehr nasse, in kaltem Zustand sich befindende zu belüftende Gut sehr lange Belüftungszeiten im Belüftungsreaktor und damit einen hohen Energieaufwand für die Belüftung sowie einen grossvolumigen Belüftungsreaktor erfordert.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches die vorangehend angeführten Nachteile vermeidet, das heisst zur Erzeugung von lockerem, pasteurisiertem Humus weniger Zeit, Energie und Volumen benötigt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man den Nassschlamm mit einem Wassergehalt von 90 bis 95 % in einen Nassschlammbelüftungsbehälter leitet, in demselben den Schlamm mit einem sauerstoffhaltigen Gas oder reinem Sauerstoff belüftet, derart, dass im Schlamm durch den biologischen Umwandlungsprozess Temperaturen im Bereich von 40 bis 700 C entstehen, den so vorbehandelten Schlamm bis auf einen Wassergehalt von 80 bis 65 % entwässert und den entwässerten Schlamm anschliessend in einer Behandlungskammer mit sauerstoffhaltigem Gas oder reinem Sauerstoff durchsetzt, bis durch den biologischen Umwandlungsprozess Temperaturen im Bereich von 65 bis 850 C in der Behandlungskammer entstehen und Humus mit einem Wassergehalt von 70 bis 45 % gebildet wird.
Durch die Vorbehandlung des frisch anfallenden Nassschlammes im Nassschlammbelüftungsbehälter bei einer Temperatur im Bereich von 40 bis 650 C erfolgt der biologische Umwandlungsprozess des in diesem Behälter sich befindenden Schlammes mittels thermophiler Bakterien. Der Vorteil der thermophilen Behandlung im Nassschlammbelüftungsbehälter ist, dass sie wesentlich schneller vor sich geht als die bisher bei wesentlich tieferen Temperaturen ohne thermophile Bakterien durchgeführten Verfahren und die in der nachfolgenden Belüftungskammer noch erforderliche Aufenthaltszeit des zu belüftenden Gutes in manchen Fällen bis auf etwa 50% der bei den bisher angewendeten Verfahren notwendigen sehr langen Aufenthaltszeit verringert werden kann,
so dass die konstruktionsmässig relativ aufwendige Behandlungskammer viel kleiner als bisher bemessen werden kann und die Verweilzeit des aufzubereitenden Gutes in der gesamten dabei erforderlichen Aufbereitungsanlage bedeutend verkürzt wird, da bei allen Schlammaufbereitungsanlagen die zur Belüftung des entwässerten Schlammes erforderliche Behandlungskammer den grössten Teil der in der gesamten Aufbereitungsanlage erforderlichen Verweilzeit beansprucht. Dies hat auch zur Folge, dass der zur Belüftung des aufzubereitenden Gutes erforderliche Gesamtaufwand bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens verglichen mit den bisher angewendeten Verfahren ebenfalls stark verringert werden kann. Ferner ist die Entwässerung von warmem Schlamm leistungsmässig wesentlich weniger aufwendig als bei der Verwendung von kaltem Schlamm.
Es ist zweckmässig, wenn man zur kontinuierlichen Entwässerung des warmen Schlammes im Innern des Nassschlammbelüftungsbehälters einen Unterdruck erzeugt und feuchtes Gas oder feuchtes Gas und Wasserdampf aus diesem abzieht.
Zur weiteren Erwärmung und Pasteurisierung des Nassschlammes kann es ferner zweckmässig sein, wenn man das aus der Behandlungskammer austretende, infolge der durch den biologischen Umwandlungsprozess entstehenden Wärme erwärmte, an Sauerstoff verarmte Abgas zur Erwärmung des im Nassschlammbelüftungsbehälter sich befindenden Nassschlammes verwendet.
Zur Erzielung eines optimalen Behandlungsablaufes ist es ferner vorteilhaft, wenn man den entwässerten Schlamm mit einer Temperatur von 40 bis 550 C der Behandlungskammer zuführt und wenn die Intensität der Belüftung des in der Behandlungskammer sich befindenden Gutes derart geregelt wird, dass das letztere einen Wassergehalt von 55 bis 45% Wassergehalt aufweist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ausserdem eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen mit Belüftungsmitteln versehenen, wärmeisolierten Nassschlammbelüftungsbehälter zur Aufnahme und Belüftung des zugeführten Nassschlammes, Entwässerungsmittel zur Entwässerung des belüfteten und warmen Schlammes auf einen Wassergehalt von 80 bis 65 % sowie eine zur Aufnahme des entwässerten Schlammes bestimmte Behandlungskammer, welche mit Zufuhrmitteln zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas oder reinem Sauerstoff in den in der Behandlungskammer zu belüftenden Schlamm versehen ist, aufweist.
Dabei ist es zweckmässig, wenn die Einrichtung einen mit dem Innern des Nassschlammbelüftungsbehälters verbundenen Unterdruckerzeuger zur Erzeugung von Unterdruck im Innern des Nassschlammbelüftungsbehälters und zur Absaugung von feuchtem Gas oder feuchtem Gas und Wasserdampf aus letzterem aufweist.
Zur weiteren Erwärmung des im Nassschlammbelüftungsbehälters sich befindenden Schlammes kann es vorteilhaft sein, wenn die Einrichtung einen einerseits mit dem Innern der Behandlungskammer und anderseits mit dem Innern des Nassschlammbelüftungsbehälters verbundenen Wärmeaustauscher zur Erhitzung von aus dem Nassschlammbelüftungsbehälter zugeführtem und nach der Erhitzung in denselben zurückgeführtem Nassschlamm mittels aus der Behandlungskammer stammendem, erhitztem Abgas aufweist.
Zur Erzielung von möglichst geringen Wärmeverlusten ist es zweckmässig, wenn der Wärmeaustauscher auf der Oberseite der Behandlungskammer angeordnet ist und direkt mit dem Innern der letzteren in Verbindung steht, derart, dass aus der Behandlungskammer austretendes erhitztes Abgas direkt in den Wärmeaustauscher gelangt.
Zur Auflockerung des zu belüftenden Gutes kann es vorteilhaft sein, wenn die Einrichtung eine Zufuhranordnung aufweist, um dem bereits entwässerten Schlamm oder dem im Nassschlammbelüftungsbehälter sich befindenden Schlamm bis zu 20%, zweckmässigerweise 10 bis 20%, Trockenmüll beizumischen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Der aus einer Kläranlage anfallende Nassschlamm wird mit einem Wassergehalt von 90 bis 95 % zur Durchführung der ersten Verfahrensstufe über eine Zuleitung 1 einem wärmeisolierten Nassschlammbelüftungsbehälter 2 zugeführt, in welchem der hochkonzentrierte Schlamm über die mit einer Luftpumpe oder einem Sauerstofferzeuger 3 verbundene Zuleitung 4 mit Sauerstoff versorgt wird.
Infolge dem im Schlamm ablaufenden biologischen Umwandlungsprozess und der später noch ausführlicher diskutierten thermischen Kopplung mit dem Belüftungsreaktor 5 der dritten Verfahrensstufe stellt sich in dem im Nassschlammbelüftungsbehälter 2 sich befindenden Schlamm eine Temperatur im Bereich von 40 bis 650 C ein, so dass thermophile Bakterien aktiv werden, die bewirken, dass der biologische Umwandlungsprozess viel schneller als bei den bisher angewandten Verfahren abläuft und sich eine hohe Konzentration an Enzymen bildet, was für den nachfolgenden Verfahrensablauf sehr wichtig ist.
Gleichzeitig wird mittels eines Unterdruckerzeugers 22 im Innern des Nassschlammbelüftungsbehälters 2 ein Unterdruck erzeugt, so dass das im Schlamm sich befindende Wasser bereits bei tieferen Temperaturen als bei Atmosphärendruck verdampft und die sich bildende feuchte Luft und der Wasserdampf abgezogen und zur Kondensation durch den wassergekühlten Kondensator 23 geleitet
Der derart vorbehandelte Schlamm wird darauf in warmem Zustand einer mechanischen Entwässerungsvorrichtung 6 zugeführt, wo der Schlamm bis auf einen Wassergehalt von 70 bis 75 % weiter entwässert wird. Der Vorteil dieser warmen Entwässerung liegt im reduzierten Energieverbrauch, da sich der Schlamm im warmen Zustand besser und schneller entwässern lässt.
Der derart entwässerte Schlamm gelangt darauf über eine wärmeisolierte Verbindungsleitung 7 in einen auf der Oberseite des Belüftungsreaktors 7 angeordneten Mischer 8, welcher mit seiner Austragöffnung ohne Wärmeverlust direkt in das Innere des Belüftungsreaktors 5 mündet. In diesem Mischer 8 werden zur Auflockerung des Schlammes etwa 10 bis 20% aus einem Speicher abgezogener und über die Zuleitung 10 zugeführter Trockenmüll dem Schlamm beigemischt. Auch hier ist es möglich, zur weiteren Entwässerung des in der Behandlungskammer 5 zu belüftenden Gutes mittels des Unterdruckerzeugers 22 im Innern des Mischers 8 einen Unterdruck zu erzeugen, feuchte Luft und Wasserdampf abzuziehen und zur Kondensation durch den Kondensator 23 zu leiten.
Um den biologischen Umwandlungsprozess und die Entwässerung zu fördern, ist der Mischer 8 von einem Wärmeaustauscher 11 umgeben, welcher von den aus dem Belüftungsreaktor 5 austretenden heissen Abgasen zusätzlich erwärmt wird. Das derart erhaltene Müll-Schlammgemisch gelangt nach dem Mischen 8 direkt in den die dritte Verfahrensstufe durchführenden Belüftungsreaktor 5, wo dieses Gemisch intensiv mit einem sauerstoffhaltigen Gas, wie zum Beispiel Luft, mit reinem Sauerstoff angereicherter Luft oder reinem Sauerstoff, belüftet wird. Dabei entstehen im heissesten Bereich des Belüftungsreaktors 5 infolge des biologischen Umwandlungsprozesses Temperaturen im Bereich von 65 bis 850 C.
Nach einer genügend langen Verweil- und Belüftungszeit im Belüftungsreaktor 5 kann an der Unterseite des letzteren eine sterile und gesunde Erdsubstanz in humusähnlicher Form und mit einem Wassergehalt von 45 bis 55 % ausgetragen werden.
Der Wärmeaustauscher 11 ist ferner über eine Zuleitung 12 und eine Rückführleitung 13 mit dem Nassschlammbelüftungsbehälter 2 verbunden, um mittels einer Schlammförderpumpe 14 aus dem Nassschlammbelüftungsbehälter 2 stammenden Schlamm durch den Wärmeaustauscher 11 zu befördern, wo er unter Ausnutzung der in den Abgasen des Belüftungsreaktors 5 enthaltenen Wärme erhitzt und pasteurisiert wird.
Die in dem aus dem Wärmeaustauscher 11 austretenden Gas noch enthaltene Wärme kann nur noch weiter ausgenutzt werden, indem man dieses warme Gas über eine wärmeisolierte Leitung 15 und ein Sauggebläse 16 zum Beispiel einem weiteren Wärmeaustauscher 17 zuführt, um für die Landwirtschaft benötigten Nassschlamm zu sterilisieren oder um den Nassschlammbelüftungsbehälter 2 zu erwärmen. Wenn das aus dem Belüftungsreaktor 5 abgeführte Gas noch genügend Sauerstoff enthält, dann kann dieses Abgas nach dem Wärmeaustauscher 11 zur Ausnutzung des darin enthaltenen Sauerstoffs noch in den im Nassschlammbelüftungsbehälter 2 sich befindenden Schlamm eingeleitet werden.
Der Betrieb der Anlage wird automatisch derart gesteuert, dass im Belüftungsreaktor 5 keine Temperaturen von über 850 entstehen, da sonst der biologische Umwandlungsprozess nachteilig beeinflusst wird.
Zur Auflockerung des über die Leitung 1 zugeführten Nassschlammes und zum Erhalten eines weniger wasserhaltigen Gutes ist es auch möglich, über die Leitung 21 aus dem Speicher 9 abgezogenen Trockenmüll dem im Nassschlammbelüftungsbehälter 2 sich befindenden Schlamm beizumischen.
Bei dieser Anlage ist es nun möglich, über die Leitung 18 erhitzten, pasteurisierten Schlamm mit einem Wassergehalt von 80 bis 95 %, über die Leitung 19 erhitzten, entwässerten und pasteurisierten Schlamm mit einem Wassergehalt von 80 bis 80% und über die Austraganordnung 20 sterile, gesunde Erdsubstanz in humusähnlicher Form und mit einem Wassergehalt von 45 bis 55 % abzugeben.
The present invention relates to a method for the continuous processing of wet sludge arising from a sewage treatment plant and a device for carrying out the method.
It is known to mix cold wet sludge with rubbish or some other dry substance and then to aerate it in a treatment chamber, also known as an aeration reactor, whereby the biological conversion process that takes place generates heat and, after a sufficiently long aeration time, a humus is formed in the aeration reactor
However, the known methods have the disadvantage that the very wet material to be ventilated, which is in the cold state, requires very long aeration times in the aeration reactor and thus a high expenditure of energy for the aeration and a large-volume aeration reactor.
The purpose of the invention is to create a method which avoids the disadvantages mentioned above, that is, less time, energy and volume are required to produce loose, pasteurized humus.
The method according to the invention is characterized in that the wet sludge with a water content of 90 to 95% is fed into a wet sludge aeration tank, in the same the sludge is aerated with an oxygen-containing gas or pure oxygen, in such a way that temperatures in the range of in the sludge due to the biological conversion process 40 to 700 C arise, the pretreated sludge is dewatered to a water content of 80 to 65% and the dehydrated sludge is then permeated with oxygen-containing gas or pure oxygen in a treatment chamber, up to temperatures in the range of 65 to 850 C in the biological conversion process the treatment chamber and humus with a water content of 70 to 45% is formed.
Due to the pretreatment of the freshly accumulating wet sludge in the wet sludge aeration tank at a temperature in the range of 40 to 650 C, the biological conversion process of the sludge in this tank takes place by means of thermophilic bacteria. The advantage of the thermophilic treatment in the wet sludge aeration tank is that it takes place much faster than the processes previously carried out at much lower temperatures without thermophilic bacteria and the remaining time of the material to be ventilated in the subsequent aeration chamber is in some cases up to about 50% of the the very long residence time required for the previously used procedures can be reduced,
so that the treatment chamber, which is relatively complex in terms of construction, can be made much smaller than before and the dwell time of the material to be processed in the entire processing system required is significantly shortened, since in all sludge processing systems the treatment chamber required to aerate the dewatered sludge accounts for the largest part of that in the entire processing system required residence time. This also has the consequence that the total expenditure required for ventilating the material to be processed can also be greatly reduced when using the method according to the invention compared with the methods previously used. Furthermore, the dewatering of warm sludge is significantly less expensive in terms of performance than when using cold sludge.
It is useful if, for continuous dewatering of the warm sludge, a negative pressure is generated inside the wet sludge aeration container and humid gas or humid gas and water vapor are drawn off from it.
For further heating and pasteurization of the wet sludge, it can also be useful to use the oxygen-depleted exhaust gas exiting the treatment chamber, which is warmed up as a result of the heat generated by the biological conversion process, to heat the wet sludge in the wet sludge aeration tank.
To achieve an optimal treatment process, it is also advantageous if the dewatered sludge is fed to the treatment chamber at a temperature of 40 to 550 C and if the intensity of the aeration of the material in the treatment chamber is regulated so that the latter has a water content of 55 has up to 45% water content.
The present invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, which is characterized in that it has a heat-insulated wet sludge aeration tank provided with aeration means for receiving and aerating the supplied wet sludge, dewatering means for dewatering the aerated and warm sludge to a water content of 80 to 65% as well as a treatment chamber intended to receive the dewatered sludge, which is provided with supply means for supplying oxygen-containing gas or pure oxygen into the sludge to be aerated in the treatment chamber.
It is useful if the device has a vacuum generator connected to the interior of the wet sludge aeration tank for generating negative pressure inside the wet sludge aeration tank and for sucking off moist gas or moist gas and water vapor from the latter.
For further heating of the sludge in the wet sludge aeration tank, it can be advantageous if the device uses a heat exchanger connected on the one hand to the interior of the treatment chamber and on the other hand to the interior of the wet sludge aeration tank to heat the wet sludge supplied from the wet sludge aeration tank and returned to the same after heating the treatment chamber originating, heated exhaust gas.
To achieve the lowest possible heat losses, it is useful if the heat exchanger is arranged on the top of the treatment chamber and is directly connected to the interior of the latter, in such a way that heated exhaust gas emerging from the treatment chamber passes directly into the heat exchanger.
To loosen up the material to be aerated, it can be advantageous if the device has a feed arrangement in order to mix up to 20%, suitably 10 to 20%, of dry waste with the already dewatered sludge or the sludge in the wet sludge aeration tank.
The invention is explained below with reference to the drawing, for example.
The wet sludge from a sewage treatment plant with a water content of 90 to 95% is fed via a feed line 1 to a heat-insulated wet sludge aeration tank 2 with a water content of 90 to 95%, in which the highly concentrated sludge is supplied with oxygen via the feed line 4 connected to an air pump or an oxygen generator 3 becomes.
As a result of the biological conversion process taking place in the sludge and the thermal coupling with the aeration reactor 5 of the third process stage, which will be discussed in more detail later, a temperature in the range of 40 to 650 C is established in the sludge in the wet sludge aeration tank 2, so that thermophilic bacteria become active, which have the effect that the biological conversion process takes place much faster than with the previously used processes and a high concentration of enzymes is formed, which is very important for the subsequent process sequence.
At the same time, a negative pressure is generated by means of a negative pressure generator 22 inside the wet sludge aeration tank 2, so that the water in the sludge evaporates at lower temperatures than atmospheric pressure and the moist air and water vapor formed are drawn off and passed through the water-cooled condenser 23 for condensation
The sludge pretreated in this way is then fed in a warm state to a mechanical dewatering device 6, where the sludge is further dewatered to a water content of 70 to 75%. The advantage of this warm dewatering is the reduced energy consumption, since the sludge can be dewatered better and faster when it is warm.
The sludge dewatered in this way then passes via a thermally insulated connecting line 7 into a mixer 8 arranged on the top of the aeration reactor 7, which opens with its discharge opening directly into the interior of the aeration reactor 5 without loss of heat. In this mixer 8, to loosen up the sludge, about 10 to 20% of the dry waste drawn off from a reservoir and supplied via the supply line 10 is mixed with the sludge. Here, too, it is possible, for further dewatering of the material to be ventilated in the treatment chamber 5, to generate a negative pressure inside the mixer 8 by means of the negative pressure generator 22, to draw off moist air and water vapor and to pass it through the condenser 23 for condensation.
In order to promote the biological conversion process and the dehydration, the mixer 8 is surrounded by a heat exchanger 11, which is additionally heated by the hot exhaust gases emerging from the ventilation reactor 5. The garbage-sludge mixture obtained in this way passes after mixing 8 directly into the aeration reactor 5 performing the third process stage, where this mixture is intensively aerated with an oxygen-containing gas, such as air, air enriched with pure oxygen or pure oxygen. As a result of the biological conversion process, temperatures in the range from 65 to 850 C. arise in the hottest area of the aeration reactor 5.
After a sufficiently long dwell and aeration time in the aeration reactor 5, a sterile and healthy soil substance in humus-like form and with a water content of 45 to 55% can be discharged from the underside of the latter.
The heat exchanger 11 is also connected to the wet sludge aeration tank 2 via a feed line 12 and a return line 13, in order to convey sludge originating from the wet sludge aeration tank 2 by means of a sludge pump 14 through the heat exchanger 11, where it, using the heat contained in the exhaust gases of the aeration reactor 5, is conveyed heated and pasteurized.
The heat still contained in the gas emerging from the heat exchanger 11 can only be used further by feeding this warm gas via a heat-insulated line 15 and a suction fan 16, for example to a further heat exchanger 17, in order to sterilize wet sludge required for agriculture or to heat the wet sludge aeration tank 2. If the gas discharged from the aeration reactor 5 still contains sufficient oxygen, then this exhaust gas can be introduced into the sludge in the wet sludge aeration tank 2 after the heat exchanger 11 to utilize the oxygen contained therein.
The operation of the system is automatically controlled in such a way that no temperatures above 850 arise in the aeration reactor 5, since otherwise the biological conversion process is adversely affected.
To loosen up the wet sludge supplied via line 1 and to obtain less water-containing material, it is also possible to mix dry waste withdrawn from storage unit 9 via line 21 to the sludge in the wet sludge aeration tank 2.
With this system, it is now possible to use the line 18, pasteurized sludge with a water content of 80 to 95%, heated, dewatered and pasteurized sludge with a water content of 80 to 80% via the line 19 and sterile, to release healthy soil in a humus-like form and with a water content of 45 to 55%.