CH661496A5 - Verfahren und vorrichtung zur aeroben behandlung von fluessigschlamm. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aeroben Behandlung von Flüssigschlamm, bei dem der Flüssigschlamm mit Luft begast und währenddessen umgewälzt sowie im mesophilen oder thermophilen Temperaturbereich gehalten wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der biologischen Stabilisierung von Klärschlamm, der in einer biologischen Abwasserreinigungsanlage als Primär- oder Sekundärschlamm anfallt, wird bekanntlich durch Mikroorganismen der organische Anteil des Rohschlamms in kontrollierten Stoffwechselprozessen bis zum gewünschten Stabilisierungsgrad vermindert. Die Faulung mit anaeroben Stoffwechselprozessen ist dabei das am weitesten verbreitete Verfahren zum Stabilisieren von Schlamm, was wohl darauf zurückzuführen ist, dass für einen anaeroben Prozess nur ein geringer mechanischer Energieeintrag nötig ist und gleichzeitig Faulgas erzeugt wird, das den Energiebedarf einer nach dem Faulprozess arbeitenden Anlage deckt. Häufig wird sogar ein Überschuss an Faulgas produziert. Da ein Faulprozess sich jedoch veränderten Umweltbedingungen gegenüber sehr empfindlich verhält, müssen solche Parameter, wie organische Belastung, pH-Wert und Temperatur, sorgfaltig überwacht werden, um einen stabilen Faulprozess zu gewährleisten. Diese Empfindlichkeit reduziert die Zuverlässigkeit des anaeroben Prozesses. Dazu kommt, dass aufgrund der langsamen Abbautätigkeit der Mikroorganismen eine lange Aufenthaltszeit des Schlamms von 15 bis 20 Tagen im Faulreaktor notwendig ist, was wiederum einen grossen Platzbedarf einer entsprechenden Anlage bedingt.

Demgegenüber zeichnen sich die aeroben Schlammstabilisierungsverfahren durch eine grössere Stabilität und erhöhte Abbaugeschwindigkeit aus, wobei jedoch der Energiebedarf wesentlich höher liegt. Die Aufenthaltszeit des Schlamms in einem Belüftungsreaktor beträgt in der Regel 10 bis 15 Tage, wobei die Temperatur normalerweise im mesophilen Temperaturbereich liegt. Bei besonders hohen Feststoffkonzentrationen und einem weitgehenden Abbau an organischer Substanz können auch thermophile Temperaturen erreicht werden, die zum Abtöten pathogener Keime anzustreben sind. Da bei den erhöhten Temperaturen durch unvermeidbare Wasserverdampfung in das Behandlungsgas und mit der Abführung des Abgases erhebliche Wärmeverluste entstehen, ist es dabei zur Einhaltung der gewünschten Temperatur in der Regel notwendig, dem System von aussen Wärme zuzuführen. Dies ist vor allem dann zweckmässig, wenn dem aeroben Abbau noch eine anorganische Faulung mit Methangaserzeugung nachgeschaltet werden soll, da dann durch die äussere Wärmezufuhr während der aeroben Behandlung nicht so viel organische Substanz zur Erreichung der gewünschten Temperatur abgebaut werden muss und somit mehr organische Substanz für die nachfolgende Faulung und die Erzeugung von Methangas zur Verfügung steht.

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, dass auf einfache und wirtschaftliche Weise Wärmeverluste vermindert und die notwendigen Prozesstemperaturen ohne Zufuhr von Fremdenergie erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die aerobe Behandlung in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Behandlungszonen durchgeführt, Frischluft der ersten Behandlungszone zugeleitet und Abluft aus der ersten Behandlungszone zumindest teilweise zur Begasung der weiteren Behandlungszone bzw. Behandlungszonen verwendet wird.

Mit dem Überleiten der Abluft aus der ersten Behandlungszone in die weitere oder die weiteren Behandlungszonen wird erreicht, dass die Abluftmenge insgesamt wesentlich verringert und dadurch der Wärmeverlust durch Verdampfung minimiert wird. Dazu kommt, dass der Flüssigschlamm selbst in der ersten Behandlungszone aufgrund der aeroben Abbauprozesse bereits auf eine gewisse Temperatur erwärmt wird und in erwärmtem Zustand in die zweite Begasungszone eingeleitet wird. In Verbindung mit dem Einleiten der warmen Abluft aus der ersten Behandlungszone kann dadurch der Flüssigschlamm in der zweiten Behandlungszone oder gegebenenfalls auch erst in einer weiteren Behandlungszone auf thermophile Temperaturbereiche erwärmt und dadurch eine weitgehende Hygienisierung des Flüssigschlamms erreicht werden, wobei dann, je nach dem ob der Flüssigschlamm in einer anschliessenden Faulungszone weiterbehandelt werden soll oder nicht, der Flüssigschlamm nur teil- oder aber vollstabilisiert wird. Eine Teilstabilisation bei thermophilen Temperaturen ist dabei ohne zu grossen Abbau an organischer Substanz insofern möglich, als durch die Verfahrensführung selbst Wärmeverluste in nennenswertem Umfang nicht mehr auftreten.

Um auf einfache Weise die gewünschte Prozesstemperatur in den einzelnen Behandlungszonen einhalten zu können, ist es zweckmässig, die Frischluftzufuhr zur ersten Behandlungszone in Abhängigkeit der in dieser Behandlungszone herrschenden Temperatur durchzuführen und ebenso die Abluftzufuhr zur zweiten Behandlungszone und gegebenenfalls zu weiteren Behandlungszonen in Abhängigkeit der in diesen Behandlungszonen herrschenden Temperaturen durchzuführen und eventuell überschüssige Abluft aus der ersten Behandlungszone abzuleiten. Die Variation der Frischluftzufuhr bzw. der Abluftzufuhr zu den einzelnen Behandlungszonen kann dabei unter Einbeziehung der Temperaturmesswerte handgesteuert und temperaturgeregelt erfolgen. Gegebenenfalls kann es notwendig sein, auch in die zweite Behandlungszone oder in die weiteren Behandlungszonen zusätzlich zu der Abluft noch Frischluft einzuleiten, einerseits um die gewünschten Temperaturen besser einhalten zu können, andererseits um den Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen in diesen Behandlungszonen zu decken.

Da zur Überleitung der Abluft aus der ersten Behandlungszone in die weiteren Behandlungszonen und zur Vermeidung von Wärmeverlusten die einzelnen Behandlungszonen gegen die Umgebung geschlossen ausgebildet sind, sammelt sich über dem Flüssigschlamm in jeder Behandlungszone eine Gasphase. Zur vollständigen Ausnutzung des Sauerstoffgehaltes und auch der Wärmeeneregie der Gasphase kann es deshalb ohne technischen Aufwand vorteilhaft sein, die in den Behandlungszonen vorhandene Gasphase in den in den jeweiligen Behandlungszonen vorhandenen Flüssigschlamm zu rezirkulieren. Dies hängt jedoch im einzelnen davon ab, wieviel Sauerstoff in der zweiten Behandlungszone oder in den weiteren Behandlungszonen zum Abbau organischer Substanzen gebraucht wird.

Um in den einzelnen Behandlungszonen ohne grossen Energieaufwand für das Eintragen von Frischluft entsprechend der Abbautätigkeit der Mikroorganismen eine möglichst hohe Temperatur erreichen zu können, ist es nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens von Vorteil, den aus den Behandlungszonen abgezogenen behandelten Flüssigschlamm zur Vorwärmung des zu behandelnden Flüssigschlamms zu verwenden. Dabei kann bereits der aus der ersten Behandlungszone abgezogene, teilstabilisierte Schlamm mit dem zu behandelnden Flüssigschlamm gegebenenfalls über ein Wärmeträgermedium in Wärmeaustausch gebracht werden oder zusätzlich oder nur der aus der zweiten Behandlungszone und gegebenenfalls den weiteren Behandlungszonen abgezogene, auf thermophile Temperaturwerte erwärmte Schlamm mit dem zu behandelnden Flüssigschlamm in Wärmeaustausch gebracht werden. Die Wärmeübertragung sollte dabei in jedem Fall durch entsprechende Auslegung der Wärmetauscher immer in dem Mass erfolgen, dass sich der Schlamm für die Behandlung in den nachgeschalteten Behandlungszonen noch auf einem ausreichenden Temperaturniveau befindet.

Ebenso ist es weiterhin möglich, die aus den Behandlungszonen abgezogene Abluft zur Vorwärmung der Frischluft und/oder des zu behandelnden Flüssigschlamms zu verwenden. Diese Verfahrensweise ist insbesondere für die aus der zweiten Behandlungszone und aus den weiteren Behandlungszonen abgezogene Abluft sinnvoll, die zwar aufgrund der Wasserverdampfung viel Wärme gespeichert hat, aber nur noch wenig Sauerstoff enthält und dadurch zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen in den nachfolgenden Behandlungszonen nicht mehr eingesetzt werden kann.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens um-fasst einen Behandlungsreaktor für Flüssigschlamm, der einen Schlammzulauf für zu behandelnden Flüssigschlamm, einen Schlammablauf für behandelten Flüssigschlamm sowie eine Lufteintragseinrichtung und eine Umwälzeinrichtung aufweist. Erfindungsgemäss ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsreaktor gegen die Atmosphäre geschlossen ausgebildet ist und eine Frischluftzuleitung aufweist, an den Schlammablauf mindestens ein weiterer, gegen die Atmosphäre geschlossen ausgebildeter Behandlungsreaktor mit Belüftungseinrichtung und Umwälzeinrichtung angeschlossen ist, der erste Behandlungsreaktor eine Abluftableitung aufweist und diese Abluftableitung mit dem oder den weiteren Behandlungsreaktoren in Verbindung steht.

Zur Einstellung der Temperatur in den einzelnen Behandlungsreaktoren ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung in der Frischluftzuleitung des ersten Behandlungsreaktors ein Regelorgan angeordnet, dieses Regelorgan an eine Regelungs- und/oder Steuereinheit angeschlossen und der Regelungs- und/oder Steuereinheit eine Temperaturmesseinrichtung im ersten Behandlungsreaktor zugeordnet sowie in der Abluftableitung des ersten Behandlungsreaktors ein Regelorgan angeordnet, dieses Regelorgan an eine Regelungs- und/oder Steuereinheit angeschlossen und dieser Regelungs- und/oder Steuereinheit eine Temperaturmesseinrichtung im weiteren Behandlungsreaktor zugeordnet. Ein mit der jeweiligen Temperaturmesseinrichtung gemessener Ist-Wert kann damit in der Regelungs- und/oder Steuereinheit mit einem Soll-Wert verglichen werden. Gemäss dem ermittelten Differenzwert wird dann die Zuluftmenge durch das Regelorgan in der Weise erhöht oder vermindert, dass bei einem niedrigen Temperaturwert mehr Zuluft in den Behandlungsreaktor eingeleitet wird und umgekehrt.

Um die Wärme des behandelten Schlamms nach den einzelnen Behandlungsreaktoren zur Vorwärmung des Frisch3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

661 496

schlamms nutzen zu können, weisen die Schlammabläufe für behandelten Flüssigschlamm aus den einzelnen Behandlungsreaktoren zweckmässigerweise Wärmeübertragungseinrichtungen zur Übertragung der im behandelten Flüssigschlamm enthaltenen Wärme an den zu behandelnden Flüssigschlamm im Schlammzulauf des ersten Behandlungsreaktors auf. Die Wärmeübertragungseinrichtungen können dabei Wärmetauscher sein, deren erster Strömungsweg mit dem jeweiligen Schlammablauf und dessen zweiter Strömungsweg mit dem Schlammzulauf zum ersten Behandlungsreaktor in Verbindung steht oder es können im Schlammablauf und in der Schlammzuleitung angeordnete Wärmetauscher sein, die untereinander über eine Kreisleitung für ein Wärmeträgermedium in Verbindung stehen.

Zur Ausnutzung der Wärme in der Abluft können weiterhin die Abluftleitungen der Behandlungsreaktoren Wärmeübertragungseinrichtungen zur Übertragung der in der Abluft enthaltenen Wärme an die Frischluft in der Frischluftzuleitung des ersten Behandlungsreaktors und/oder an den zu behandelnden Flüssigschlamm im Schlammzulauf des ersten Behandlungsreaktors aufweisen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt.

In der Figur ist mit 1 ein erster Behandlungsreaktor und mit 10 ist ein dem ersten Behandlungsreaktor 1 nachgeschalteter zweiter Behandlungsreaktor bezeichnet. Der erste Behandlungsreaktor 1 weist einen Schlammzulauf 2 für zu behandelnden Flüssigschlamm, einen Schlammablauf 3 für behandelten Flüssigschlamm, eine Lufteintragseinrichtung 4 sowie eine Umwälzeinrichtung 5 auf.

Zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen ist an den Behandlungsreaktor 1, der gegen die Atmosphäre geschlossen ausgebildet ist, eine Frischluftzuleitung 6 angeschlossen, die dabei direkt in einen nahe dem Boden des Behandlungsreaktors angeordneten Gasverteiler münden kann, wobei als Umwälzeinrichtung 5 dann eine gesonderte Rühreinrichtung mit Elektromotor vorhanden sein muss. Andererseits besteht, wie dargestellt auch die Möglichkeit, zur Eintragung der über die Frischluftzuleitung 6 zugeführten Luft einen Oberflächenbelüftungskreisel 4 zu verwenden, an den als zusätzliche Umwälzeinrichtung 5 eine abgetauchte Rühreinrichtung angekuppelt ist.

Der Schlammablauf 3 des ersten Behandlungsreaktors 1 ist an den zweiten Behandlungsreaktor 10 angeschlossen. Dieser zweite Behandlungsreaktor 10 ist im wesentlichen genauso aufgebaut, wie der erste Behandlungsreaktor 1 und weist ebenso wie dieser einen Schlammablauf 13 für behandelten Schlamm, eine Lufteintragseinrichtung 14 und eine Umwälzeinrichtung 15 auf.

Zur Ausnutzung der in der Abluft des ersten Behandlungsreaktors 1 aufgrund der Wasserverdampfung während des aeroben Abbauprozesses gespeicherten Wärme ist eine Abluftleitung 7 des ersten Behandlungsreaktors an eine Luftzuleitung 16 zum zweiten Behandlungsreaktor 10 angeschlossen. Um dabei in den einzelnen Behandlungsreaktoren eine Einstellung der Temperatur auf einen gewünschten Wert zu ermöglichen, ist sowohl in der Frischluftzuleitung 6 als auch in der Luftzuleitung 16 je ein Regelorgan 6a bzw. 16a angeordnet, dem jeweils eine Regelungs- und/oder Steuereinheit 8,18 zugeordnet ist, die ihrerseits jeweils mit einem Temperaturmessfühler 9, 19 in den einzelnen Behandlungsreaktoren 1,10 in Verbindung steht. Dadurch kann der Temperatur-Ist-Wert in den einzelnen Behandlungsreaktoren 1,10 festgestellt und in den Regelungs- und/oder Steuereinheiten mit einem Soll-Wert verglichen werden, worauf dann entsprechend den ermittelten Differenzwerten die Regelorgane 6a, 16a mehr oder weniger geöffnet werden.

Die Abluft aus dem zweiten Begasungsreaktor enthält insbesondere bei einer Sauerstoffversorgung des zweiten Behandlungsreaktors 10 weitgehend nur über die Abluft des ersten Behandlungsreaktors 1 in der Regel nicht mehr genügend Sauerstoff, dass sich eine weitere Verwendung der Abluft als Behandlungsgas lohnen würde. Anders verhält es sich mit der in der Abluft des zweiten Behandlungsreaktors 10 gespeicherten Wärme, da aufgrund der in diesem Behandlungsreaktor erreichten thermophilen Temperaturbereiche viel Flüssigkeit verdampft und in die Abluft übergeht, wodurch der Wärmeinhalt der Abluft gesteigert wird. Aus diesem Grund ist es zweckmässig, die Abluftableitung 17 des zweiten Behandlungsreaktors 10 mit einem in der Frischluftzuleitung 6 zum ersten Behandlungsreaktor 1 angeordneten Wärmetauscher 20 zu verbinden, um auf diese Weise den Wärmeinhalt der Abluft aus dem zweiten Behandlungsreaktor 10 zumindest teilweise auf die dem ersten Behandlungsreaktor 1 zuzuführende Frischluft zu übertragen. Anschliessend kann, wie durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist, die Abluftableitung 17 an eine Gaseintragseinrichtung 21 in der Schlammzuleitung 2 angeschlossen sein, um auf diese Weise durch direkte Kondensation die Restwärme in der Abluft an den zu behandelnden Flüssigschlamm zu übertragen. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Abluftableitung 17 des zweiten Behandlungsreaktors 10 nur an die Gaseintragseinrichtung 21 anzuschliessen.

Zur Ausnutzung der im behandelten Schlamm enthaltenen Wärme für die Vorwärmung des zu behandelnden Flüssigschlamms ist im Schlammzulauf 2 vom ersten Behandlungsreaktor 1, im Schlammablauf 3 des ersten Behandlungsreaktors 1 und im Schlammablauf 13 des zweiten Behandlungsreaktors 10 jeweils ein Wärmetauscher 22,23,24 mit seinem ersten Strömungsweg angeordnet, während der jeweilige zweite Strömungsweg der einzelnen Wärmetauscher mit einer Kreisleitung 25 für ein Wärmeträgermedium in Verbindung steht. Dabei sind die zweiten Strömungswege der beiden in den Schlammabläufen 3,13 angeordneten Wärmetauscher parallel an die Kreisleitung 25 angeschlossen. Als Wärmeträgermedium kann beispielsweise Wasser verwendet werden. Diese indirekte Wärbeübertragung ist insofern vorteilhaft, als die erforderlichen Wärmeaustauscher einfach im Aufbau gehalten werden können und dadurch ein Zusetzen der Wärmeaustauscher durch Schlammablagerungen weitgehend zu vermeiden ist.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

661 496 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur aeroben Behandlung von Flüssigschlamm, bei dem der Flüssigschlamm mit Luft begast und währenddessen umgewälzt sowie im mesophilen oder ther-mophilen Temperaturbereich gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aerobe Behandlung in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Behandlungszonen durchgeführt, Frischluft der ersten Begasungszone zugeleitet und Abluft aus der ersten Behandlungszone zumindest teilweise zur Begasung der weiteren Behandlungszone bzw. Behandlungszonen verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluftzufuhr zur ersten Behandlungszone in Abhängigkeit der in dieser Behandlungszone herrschenden Temperatur durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftzufuhr zur zweiten Behandlungszone und gegebenenfalls zu weiteren Behandlungszonen in Abhängigkeit der in diesen Behandlungszonen herrschenden Temperaturen durchgeführt und eventuell überschüssige Abluft aus der ersten Behandlungszone abgeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Behandlungszonen vorhandene Gasphase in den in den jeweiligen Behandlungszonen vorhandenen Flüssigschlamm rezirkuliert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der aus den Behandlungszonen abgezogene behandelte Flüssigschlamm zur Vorwärmung des zu behandelnden Flüssigschlamms verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Behandlungszonen abgezogene Abluft zur Vorwärmung der Frischluft und/oder des zu behandelnden Flüssigschlamms verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Behandlungsreaktor für Flüssigschlamm, der einen Schlammzulauf für zu behandelnden Flüssigschlamm, einen Schlammablauf für behandelten Flüssigschlamm sowie eine Lufteintragseinrichtung und eine Umwälzeinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsreaktor (1) gegen die Atmosphäre geschlossen ausgebildet ist und eine Frischluftzuleitung (6) aufweist, an den Schlammablauf (3) mindestens ein weiterer, gegen die Atmosphäre geschlossen ausgebildeter Behandlungsreaktor (10) mit Belüftungseinrichtung (14) und Umwälzeinrichtung (15) angeschlossen ist, der erste Behandlungsreaktor (11) eine Abluftableitung (7) aufweist und diese Abluftableitung (7) mit dem oder den weiteren Behandlungsreaktoren (10) in Verbindung steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Frischluftzuleitung (6) des ersten Behandlungsreaktors (1) ein Regelorgan (6a) angeordnet, dieses Regelorgan (6a) an eine Regelungs- und/oder Steuereinheit (8) angeschlossen und der Regelungs- und/oder Steuereinheit (8) eine Temperaturmesseinrichtung (9) im ersten Behandlungsreaktor (1) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abluftableitung (7) des ersten Behandlungsreaktors (1) ein Regelorgan (16a) angeordnet, dieses Regelorgan (16a) an eine Regelungs- und/oder Steuereinheit (18) angeschlossen ist und dieser Regelungs- und/oder Steuereinheit (18) Temperaturmesseinrichtungen (19) in den weiteren Behandlungsreaktoren (10) zugeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlammabläufe (3,13) für behandelten Flüssigschlamm aus den einzelnen Behandlungsreaktoren (1,10) Wärmeübertragungseinrichtungen (22,23, 24) zur Übertragung der im behandelten Flüssigschlamm enthaltenen Wärme an den zu behandelnden Flüssigschlamm im Schlammzulauf (2) des ersten Behandlungsreaktors (1) aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftableitungen (17) der Behandlungsreaktoren Wärmeübertragungseinrichtungen (20,21) zur Übertragung der in der Abluft enthaltenen Wärme an die Frischluft in der Frischluftzuleitung (6) des ersten Behandlungsreaktors (1) und/oder an den zu behandelnden Flüssigschlamm im Schlammzulauf (2) des ersten Behandlungsreaktors (1) aufweisen.