DD140740A5 - Verfahren zur schlammfaulung - Google Patents
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Description
-A-
' Verfahren zur Schlammfaulung unter aeroben/anaeroben Bedingungen ;. _
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren zur warmen Schlammfaulung unter aeroben und anaeroben Bedingungen* ·
• Im Rahmen des fortgesetzten Wachstums von Industrie und Bevölkerung ist eine entsprechende Zunahme der Probleme im Zusammenhang mit der Abwasserbeseitigung zu verzeichnen. Obwohl physikalische, chemische und biologische Behandlungs«. systeme entwickelt worden sind, die in wirksamerWeise verschmutztes Y/asaer aufbereiten können, um zu einem Abwasser zu gelangen, welches geeignet ist? zur Aufnahme durch die natürlichen Gewässer freigegeben zu werden, wandeln fast alle grundlegenden Abwasserbehandlungssysteme, von denen gegenwärtig Gebrauch gemacht wird, unter Einschluß der Klärung, der chemischen Fällung, der biologischen Filtration und des Belebtschlammes, die Wasserverunreinigungen in eine konzentrierte Form um, die den Schlamm bildet. Besonders bei dem Belebtschlammverfahren, welches zu den verbreitetsten Verfahren der konventionell verwendeten Abwasserbehandlungssysteme zu rechnen ist» gibt es in der Regel eine signifikan-
- a - Berlin,d,8,3*1979 54 334/13
te, absolute Nettoproduktion an flüchtigen, suspendierten Peststoffen (MLVSS)s d*he, die Geschwindigkeit der Zellsynthese übersteigt die Geschwindigkeit des Zellabbaues« Daher kommt es zu einer Zunahme der Schlammengen und der überschüssige Belebtschlamm muß aus dem Verfahren kontinuierlich oder periodisch ausgetragen werden»
Da die Gesamtvolumina an Abwasser, die eine Behandlung verlangen, zunehmen, im besonderen unter den Bedingungen der in zunehmendem Maße strengen Gesetzgebung zur Kontrolle der Verschmutzung, steigert sich die Menge an Abfallschlamm gemäß den weiter oben erwähnten Abwasserbehandlungsverfahren in entsprechender Weisee Polglich besteht in hohem Grade der Wunsch, mit diesem Abfallschlamm in einer solchen Art und Weise zu verfahren, daß dieser ohne weiteres und auf wirtschaftlichem
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Wege beseitigt werden kann, ohne zu einer weiteren Verschmutzung der Ökosphäre beizutragen· Während große Anstrengungen unternommen worden sind, um Verbesserungen sowohl hinsichtlich J der Technologie der Schlammbehandlung als auch bezüglich der Verfeinerung der bereits existierenden Schlammbehandlungsverfahren zu entwickeln, besteht noch ein großer Bedarf an bes- \ seren und wirksameren Schlammbehandlungssystemen·
Das grundlegende Ziel aller Schlammbehandlungsverfahren besteht darin, die Schlammfeststoffe in wirtschaftlicher und wirksamer Weise zu reduzieren und zu stabilisieren* Außerdem muß das Schlammbehandlungssystem ebenfalls in wünschenswerter Weise ein Endprodukt liefern, welches in vollem Maße geeignet ist,
.J). ohne weitere physikalische oder chemische Behandlung endgültig beseitigt au werden« "Im Rahmen der konventionellen Praxis wird die Schlammbeseitigung im allgemeinen in der Weise vorgenommen, indem entweder eine Entleerung des Schlammes in das Meer, eine Verbrennung, eine Bodenaufschüttung oder eine Bodenverteilung erfolgt© In vielen Fällen wird von der Bodenbeseitigung Gebrauch gemacht und dies ist besonders attraktiv infolge der minimalen langfristigen Umwelteffekte· In der Tat kann die Bodenverteilung des Schlammes als in hohem Grade vorteilhaft angesehen werden, um die Erneuerung des Erdbodens zu unterstützen* Die Verwendung der Bodenverteilung im Sinne eines endgültigen Schlammbeseitigungsverfahrens verlangt je-
, x doch ein gut pasteurisiertes Endprodukt, so daß die Konzentra-. tion an pathogenen Organismen in dem Schlamm hinreichend gering ist, um eine mögliche Gefahr für die Gesundheit bei der Ver~ teilung des Schlammes zu vermeiden»
Traditionell sind drei unterschiedliche Verfahren für die Behandlung.von ilbfallschlamm in hohem Maße nutzbar gemacht worden: Oxydationsbecken, anaerobe Faulung und aerobe-Faulung.
Oxydationsbecken werden im allgemeinen in.der Form von vergleichsweise flachen ausgehobenen Becken in der Erde benutzt,
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die sich über eine bestimmte Bodenfläche erstrecken und Abwasser vor der endgültigen Beseitigung zurückhalten· Derartige Becken bieten die Möglichkeit zur biologischen Oxydation des organischen Materials durch die natürliche oder künstlich beschleunigte Übertragung von Sauerstoff aus der Umgebungsluft auf das Wasser· Während des Vorganges der Biooxydation werden die Peststoffe in dem Abwasser in einem gewissen Umfange biologisch abgebaut und setzen sich schließlich am Boden des .Beckens ab, wo sie anaerob werden können und weiterhin stabilisiert werden«, In periodischen zeitlichen Abständen kann das Becken entleert und der abgesetzte Schlamm ausgebaggert werden, um das Aufnahmevermögen des Beckens für die weitere Abwasserbehandlung zu erneuern* Der entnommene Schlamm wird zum Beispiel für die Bodenaufschüttung nutzbar gemacht« Oxydationsbecken repräsentieren somit ein funktionell einfaches System für die Behandlung von Abwasser und Schlamm« Die Verwendung der Oxydationsbecken weist jedoch einen begrenzten Nutzen auf, da die Unterhaltung solcher Becken ziemlich große Bodenflächen erfordert· Darüber hinaus kommt es durch diese Behandlungs- und Beseitigungsmethode zu keiner signifikanten Reduzierung der Konzentration an pathogenen Organismen in dem Schlamm»
Die anaerobe Faulung ist im allgemeinen die am ausgedehnte« ßten verwendete Paulungsmethode zur Stabilisierung von konzentrierten organischen Peststoffen gewesen, wie sie aus Absetzbehältern, biologischen Filtern und Belebtschlammanlagen entfernt werden« Im Rahmen der allgemeinen Praxis wird der überschüssige Schlamm in großen, gewölbten Schlammfaulbehältern gesammelt, wo der Schlamm 20-30 Tage lang unter anaeroben Bedingungen vergoren wird· Die hauptsächlichen Gründe für die kommerzielle Übernahme der anaeroben Schlammfaulung sind die, daß dieses Verfahren in der Lage ist, große Volumina an verdünnten organischen Aufschiämmungen zu stabilisieren, daß es zu geringen Mengen an biologischen Peststoffen (Biomasse) beiträgt, einen relativ einfach zu entwässernden Schlamm er-
zeugt und zur Methangasgewinnung herangezogen werden kann· Außerdem ist verschiedentlich behauptet worden, daß die anaerobe Paulung einen pasteurisierten Schlamm ergibt. Selbst wenn diese Fähigkeit der anaeroben Paulung zur Pasteurisierung zweifelhaft ist, wird die anaerobe Paulung in der Praxis in hohem Maße verwendet^.weil diese Methode die Peststoffreste auf eine ziemlich stabile Porm reduziert, die zur Landaufschüttung verwendet werden kann, ohne dabei eine wesentliche Verunreinigung hervorzurufen» Die anaerobe Paulung wird in charakteristischer Weise in Großbehältern ausgeführt, in denen eine mehr oder weniger gründliche Durchmischung stattfindet, entweder mit Hilfe von mechanischen Rührwerken oder durch die Kreislaufführung des Schlammfaulbehälter-Druckgases« Eine derartige Durchmischung erhöht die Schlammstabilisationsreaktionen sehr rasch, und zwar durch die Herausbildung einer großen Zone der aktiven Zersetzung.
Wie weiter oben angegeben wurde,5ist die anaerobe Paulung im allgemeinen bei langen Retentions- bzw· Verweilteiten in der Größenordnung von 20-30 Tagen ohne irgendeine Wärmezufuhr zu dem System praktisch durchgeführt wordene Es ist gemäß dem früheren Stand der Technik festgestellt worden, daß erhöhte Temperaturen in dem mesophilen Bereich von 30 0C bis 40 0C die Herabsetzung der Porderung im Hinblick auf die Verweilzeit auf etwa 12-20 Tage erleichtern« Eine solche Herabsetzung der Behandlungszeit ist eine Polge der Tatsache, daß die Größe der Aktivität der Organismen, die für die Paulung verantwortlich sind, in hohem Maße durch die Temperatur beeinflußt wird und in dem Temperaturbereich von 30 0C bis 40 0C in hohem Grade aktive mesophile Mikroorganismen den dominierenden mikrobiellen Kulturstamm in dem Schlamm darstellen, der den Paulungsprozeß durchläuft« Die besten Temperaturen für die mesophile Paulung liegen in dem Bereich von etwa 35 0C bis 38 0C mit Mindestretentionszeiten in der Größenordnung von 12-15 Tagen« Temperaturen bis 35 °C erhöhen die Geschwindigkeit der Paulung und können zu kürzeren Retentionszeiten füh-
ren, aber auf Kosten der funktioneilen Stabilität des Systems, währenc
langen«
während .Temperaturen unter 35 0C längere Retenti.onszeiten ver-
Während der anaeroben Paulung wird Methangas erzeugt und in charakteristischer Weise in Verbrennungsheizgeräten verwendet, um die Wärmeverluste des anaeroben Paulungssystems zukompensieren, welches bei einer erhöhten Temperatur arbeitet· Saisonbedingte TemperatürSchwankungen und Fluktuationen hinsichtlich der Konzentration an suspendierten Peststoffen in dem Abwasserschlamm weisen jedoch einen signifikanten Einfluß sowohl auf die Methangaserzeugung als auch auf die Wärmemenge auf, die notwendig ist, um die Paulungszone auf dem gewünschten Betriebsniveau der erhöhten Temperatur zu halten» Wenn Bedingungen einer erhöhten Temperatur in der anaeroben Paulungszone während des ganzen Jahres aufrechterhalten werden müssen, stellt als Polge eine zusätzliche Wärmequelle im allgemeinen ein wesentliches Element der Anlage des Schlammfaulungssystems dare
Da die Geschwindigkeiten der anaeroben Paulung und die sich dabei ergebenden Bildungsgeschwindigkeiten des Methangases . sehr stark durch den Gehalt des Schlammes an suspendierten Peststoffen, der der Behandlung ausgesetzt wird, und durch das Temperaturniveau in der Paulungszone beeinflußt werden, ist es im allgemeinen erwünscht, dem Schlammfaulbehälter einen möglichst konzentrierten Schlamm zuzuführen· Auf diese Weise werden die Wärmeverluste in dem ausströmenden stabilisierten Schlammstrom, der aus dem anaeroben .Schlammfaulbehälter zum Austrag gelangt, auf ein Mindestmaß herabgesetzt, während die Erzeugung des gasförmigen Methans in dem Schlammfaulbehälter auf einen Maximalwert gesteigert wird« Sogar mit solchen Maßnahmen' ist es jedoch schwierig, erhöhte Temperaturen in der anaeroben Paulungszone wirtschaftlich aufrechtzuerhalten, im besonderen in den Wintermonaten» Darüber hinaus können sogar vergleichsweise geringfügige Temperaturschwankungen in
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der anaeroben Paulungszone zu einer unverhältnismäßig schwerwiegenden Störung des Verfahrens und zu einem Sauerwerden des Inhaltes des Schlammfaulbehälters führen, wie gut bekannt ist·
Bei dem anaeroben Paulungsverfahren durchlaufen die Schlammfeststoffe, die der Behandlung unterworfen werden, im wesentlichen drei unterschiedliche, aufeinander folgende Behänd- lungsphasen: Zunächst handelt es sich um eine Periode der löslichmachung, dann folgt eine Periode der intensiven Säurebildung (Azidifikation) und schließlich haben wir es drittens mit einer Periode der.intensiven Faulung und Stabilisierung (Vergasung) zu tun* Jede dieser Stufen wird charakterisiert durch die Hervorbringung von verschiedenartigen Zwischen- und Endprodukten in der Paulungszone· Unter normalen Arbeitsbedingungen treten alle drei Phasen simultan auf* Die hauptsächlichen Gase, die während der abschließenden Vergasungsphase erzeugt werden, sind Methan und Kohlendioxid, die normalerweise mehr Bis 95 % des entwickelten Gases ausmachen, wobei ein Anteil von Methan mit 65-70 % zu. verzeichnen ist« Die Entstehung des Methangases bei der anaeroben Paulung ergibt sich auf Grund des Abbaues vieler Verbindungen durch zahlreiche voneinander abhängige biochemische Umsetzungen, die in einer methodischen und integrierten Art und Weise stattfinden« Die komplizierten organischen Spezies in dem Schlamm werden durch eine Abart von gewöhnlichen Bakterien, den sogenannten säurebildenden Bakterien, in flüchtige Säuren und Alkohole ohne die Bildung von Methan umgewandelt· Diese Produkte der säurebildenden Phase werden anschließend durch eine andere Abart von Bakterien, die als Methanbildner' bekannt 'sind, in Methan umgewandelt«
Die fakultativen säurebildenden Bakterien, von denen im Rahmen der anaeroben Paulung Gebrauch gemacht wird, sind abgehärtet und in hohem Grade beständig gegen Verfahrensänderungen in ihrer Umgebung. Die methanbildenden Bakterien erfordern andererseits anaerobe Bedingungen und verhalten sich außeror-
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dentlich empfindlich auf Verfahrensänderungen in ihrer Umgebung· Aus diesen Gründen darf kein Sauerstoff in der anaeroben Faulungszone vorhanden sein. Die unabsichtliche Einführung von Luft i¥i den Schlammfaulbehälter wird sich sowohl auf die Methanvergärung nachteilig auswirken als auch zu einer möglicherweise gefährlichen Situation auf Grund einer Vereinigung des brennbaren Methangases mit dem Sauerstoff führen« Außerdem verhalten sich die methanbildenden Bakterien auf solche Verfahrensbedingungen, wie beispielsweise pH-Änderungen und Vorhandensein von Reinigungsmitteln, von Ammoniak und Sulfiden, empfindliche In dieser Hinsicht ist die Temperaturstabilität der anaeroben Faulungssone von besonderer Wichtigkeit? Die methanbildenden Bakterien, die bei dem Faulungsvorgang notwendig sind, verhalten sich in hohem Grade empfind-
. lieh gegenüber TemperaturSchwankungen, die ihre Aktivität und Lebensfähigkeit herabsetzen, was zu einem übermäßig starken, relativen Wachstum der säurebildenden Bakterien führt« Dies führt wiederum zu einem unzureichend stabilisierten Schlamm und zu einem Schlammprodukt, welches sich Ohne weitere Behandlung nicht zur Landaufschütung oder'zu einer ähnlichen Beseitigung eignet« Des weiteren weisen diese methanbildenden Bakterien eine relativ geringe Wachstumsgeschwindigkeit auf und ein solcher Faktor bedingt die langen Retentionszeiten, von
' denen bei der anaeroben Faulung sogar bei den mesophilen Temperaturen Gebrauch zu machen ist» Infolge dieser geringen Wachstumsgeschwindigkeit besteht die Gefahr- des Herauswaschens der methanbildenden Organismen aus dem Schlammfaulbehälter, wenn die Retentionszeit.der Schlammfeststoffe in dem betreffenden Behälter über die weiter oben beschriebenen unteren Grenzen der Verweilzeiten hinaus verringert wird« Weil der anaerobe Schlammfaulbehälter somit lange Retentionszeiten -erfordert, um das Vorhandensein von methanbildenden Bakterien zu gewährleisten, und die Strömungsgeschwindigkeit des einströmenden Schlammes zu der Faulungszone im allgemeinen ziemlich gering ist, sind die Forderungen im Hinblick auf das
Fassungsvermögen des Schlammfaulbehälters sehr erheblich· Die Arbeitsweise bei einer erhöhten Temperatur ist somit schwierig, es wird eine erhebliche Wärmezufuhr zu dem Schlammfaulbehälter zusammen mit einer genauen Kontrolle und Regelung der Temperatur des Schlammfaulbehälters, verlangt· Wie weiter oben-erörtert, hat das Verfahren gemäß dem älteren Stand der-Technik unter Berücksichtigung dieser Überlegungen von dem Methangas Gebrauch gemacht, welches durch den anaeroben Paulungsvorgang erzeugt wurde* Dieses Gas wurde als Heizbrennstoff für den Schlammfaulbehälter verwendet, um eine konstante erhöhte Temperatur sogar unter extremen Umgebungstemperaturschwankungen aufrechtzuerhalten« Eine derartige Verwendung des Methangases hat sich.als wirksam erwiesen, den großen Bedarf des Verfahrens an Wärmeenergie auf einen Mindestwert herabzusetzen« ' .
Im Sinne einer Alternative zu den vorhergehenden Methoden kann der biologisch abbaubare Schlamm unter aeroben Bedingungen aufgeschlossen werden« Pur diese Zwecke ist in der Praxis im allgemeinen Luft als Oxydationsmittel eingesetzt worden* Es ist bekannt, daß die aerobe Paulung bei erhöhten Temperaturen rascher vonstatten geht«. Wenn die Temperatur über 35 °C hinaus ansteigt, nimmt die Gesamtheit der mesophilen Mikroorganismen ab und die thermophilen Pormen nehmen zue Der Temperaturbereich von 45 0C bis 75 0C gilt oftmals als der thermophile Bereich, in dem die thermophilen Bakterien vorherrschen und die meisten mesophilen Bakterien tot sind« Über diesen Bereich hinaus nehmen die thermophilen Bakterien ab und bei 90 0C wird das System im wesentlichen steril· Wegen der rascheren Oxydation des Schlammes wird bei der thermophilen Paulung eine vollständigere Entfernung der biologisch abbau.baren, flüchtigen, suspendierten Feststoffe erreicht als während derselben Zeitdauer der Paulung bei der Umgebungstemperatur· Ein stabilerer Rückstand ist zu verzeichnen, der ohne weitere. Unannehmlichkeit beseitigt werden kann· Es gilt ebenfalls als erwiesen, daß die thermophile Paulung in wirksamer Weise pathogene Bakterien in
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2 03 442 - moSchlamm reduzieren oder eliminieren kann, wodurch mögliche Gefahren für die Gesundheit in Verbindung mit der Beseitigung des Schlammes vermieden werden·
Wenn Systeme für diffuse Luft Verwendung finden, um den Sauerstoff für die Paulung zu liefern, wobei die Luft durch die Hauptmasse des Schlammes in einem Schlammfaulbehälter hindu-rchtritt und frei·; zur Atmosphäre abgelassen wird, weisen die .Wärmeverluste des Schlammes unter Wärmeabgabe an die Luft, die durch den Schlammfaulbehälter hindurchtritt, die Tendenz auf, erhebliche Werte anzunehmen Als Folge hiervon hat die aerobe Paulung unter Verwendung von Luft bis jetzt in typischer Weise der Paulung mit mesophilen Mikroorganismen entsprochen© Luftsysteme finden im allgemeinen keine Verwendung, um die thermophile .Paulung auszuführen,' sofern nicht eine wesentliche Wärmeenergie ohne Schwierigkeit zur Verfügung steht, um die Temperatur des Schlammes in dem Schlammfaulbehälter in dem thermophilen Temperaturbereich aufrechtzuerhalten Eine derartige Situation kann beispielsweise vorkommen, wenn sich das Paulungssystem in der unmittelbaren Uähe eines Kraftwerkes befindet, welches große Mengen an Abwärme erzeugt, so daß eine solche Wärmeenergie im wesentlichen zur Verwendung in der Paulungsanlage "frei" zur Verfügung steht« Die Luft erfhält nur 21 % Sauerstoff und nur etwa 5-10 % des Sauerstoffgehaltes werden davon.gelöste Als Polge davon muß eine sehr große Luftmenge verwendet worden, um den Sauerstoffbedarf zu decken^ und die fühlbare Wärme der "verbrauchten" Luft sowie die latente Wärme, die erforderlich ist, um die verbrauchte Luft mit Wasserdampf zu sättigen, sind wesentlich* Als Polge dieser Wärme-verluste bei der Luftfaulung sind die Einflüsse der autothermischen Wärme im allgemeinen unbedeutender und sehr große Mengen an äußerer Wärme werden benötigt, um die Temperaturen auf den vorteilhaften Hiveaus zu halten*
Es ist bekannt, daß die Wärmeverluste bei der aeroben Paulung in/hohem Maße durch die Verwendung eines sauerstoffangereicher-
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ten Gases statt der Luft reduziert werden können« Wenn der Sauerstoff in wirksamer Weise verwendet wird, ist die Gasmenge j die dem Schlammfaulbehälter zugeführt und aus diesem abgelassen werden muß, erheblich kleiner im Vergleich zu der entsprechenden luftmenge, weil ein großer Mengenanteil an Stickstoff oder der gesamte Stickstoff vorher entfernt worden ist β Die Wärmeverluste infolge des fühlbaren Erwärmens des Gases und auf Grund der Wasserverdampfung in das Gas werden herabgesetzt» Diese Verringerungen der Wärmeverluste sind für die autothermische ¥/ärme allein ausreichend, di© Temperatur auf einem solchen Niveau zu halten, welches be-' trächtlich über dem Umgebungstemperaturniveau liegt, so daß die Paulungsζone in der Lage ist, in wirksamer Weise in dem thermophilen Temperaturbereich zu arbeiten, wobei eine geringfügige oder keine äußere Wärmeaufuhr zur Unterhaltung des Paulungsvorganges erfolgt« Da die thermophile Stabilisierung viel rascher als die mesophile Stabilisierung vonstat- ' ten geht, wird die erforderliche Verweil«- bzw»- Retentions« zeit in der aeroben Paulungszone in hohem Maße gemäß der thermophilen Verfahrensweise reduziert« Dies wiederum-erlaubt die Verwendung von kleineren Becken, wodurch des v/eiteren die Wärmeverluste gegenüber der Umgebung herabgemindert v/erden. Wegen der rascheren Oxydationsgeschwindigkeit des Schlammes kann die thermophile aerobe Paulung in geeigneter Weise zu einer hohen Verringerung der biologisch abbaubaren, flüchtigen Peststoffe beitragen« Eo handelt sich dabei zum Beispiel um Verringerungen an Peststoffen in der Größenordnung von 80-90 % bei vergleichsweise kurzen Schlammretentionszeiten von 3 bis 10 Tagen«
Trota ihrer wesentlichen Attraktivität weist die thermophile aerobe Paulung mehrere damit in Verbindung stehende Nachteile im Verhältnis zu der anaeroben Paulung auf* Da der thermo** phile aerobe Paulungsprozeß seinem Wesen nach oxydativ ist,
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wird bei diesem Verfahren zunächst als Biooxydationsreaktionsprodukt ein Gas erzeugt, welches Kohlendioxid und Wasserdampf enthält, die keiner weiteren Verwendung zugeführt werden könnenf sondern vielmehr in wünschenswerter Weise in die Atmosphäre abgelassen werden» Im Gegensatz dazu wird bei der anaeroben Faulung Methangas erzeugt, welches als Reaktionsnebenprodukt anfällt« Dieses, Gas kann der Behandlungsanlage entnommen werden und eignet sich auch als Heizgas zur Befriedigung des Wärmeenergiebedarfes in Verbindung mit der Faulung bei erhöhten Temperaturen« Außerdem erfordert die aerobe Faulnngszone einen viel größeren Arbeitsaufwand im Hinblick auf das Mischen und die Gas/Schlamm-Berührung, als dies bei dem anaeroben Faulungssystem für das Durchmischen des Inhaltes der Schlammfaulbehälter erforderlich iste
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren für die Schlammfaulung vorzustellen«
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ©in Verfahren zur Schlammfaulung unter aeroben/anaeroben Bedingungen zu schaf» fen, das der steigenden Abwasserbeseitigung bei Einhaltung der Umweltsehutzbestimmungen gerecht wird und das geeignet ist, die Schlammfeststoffe wirtschaftlicher und γ/irksamer als bisher zu beseitigen»
Mit kurzen ?/orten läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Schlammfaulung durch die folgenden Schritte kennzeichnen: Einführung des Schlammes und des Belüftungseinsatzgases, bestehend aus wenigstens 20 VoI·-$ Sauerstoff, in eine erste Faulungszone und Mischung der Bestandteile in dieser ersten Faulungszojxe in ausreichender Menge und Geschwindigkeit zur
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aeroben Faulting des Schlammes, während der Gesamt gehalt des Schlammes an suspendierten Feststoffen (MLSS) v/enigatens in der Größenordnung von 20000 mg/1 und die Temperatur des Schlammes im Bereich von 350C bis 750C in der ersten Faulungszone aufrechterhalten werdene
Die vorhergehende aerobe Faulung wird fortgesetzt während einer Schlainmjjetentions·» bzw« Verweilzeit (Dauer) von 4 bis 48 Stunden zum Zwecke einer teilweisen Reduzierung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen, der der ersten Faulungszone zugeführt wurde, wobei der teilweise stabilisierte Schlamm aus der ersten Faulungszone ausgetragen wird· Dieser ausgetragene und teilweise stabilisierte Schlamm wird anschließend in einer geschlossenen zv/eiten Faulungszone auf anaerobem Wege aufgeschlossen, während
die Temperatur des Schlammes in dieser zweiten Faulungszone im Bereich von 25 0C bis 60 0C unter Einhaltung einer ausreichenden Feststoffretentionszeit (Dauer) aufrechterhalten wird, um zu einer weiteren Reduzierung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen auf weniger als etwa 40 % des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen zu gelangen, der der ersten Faulungszone zugeleitet wurde, und dabei Methangas zu bilden* Der weiterhin stabilisierte Schlamm und das Methangas werden aus der zweiten Faulungszone ausgetragen« . .
Die Bezeichnungsweise "Schlamm", von der hier Gebrauch gemacht wird, bedeutet ein Gemisch aus Feststoffen und einer Flüssig» keit, gekennzeichnet durch eine Feststoffphase und eine damit verbundene Flüssigkeitsphase, wobei sich die Feststoffe wenigstens teilweise biologisch abbaubar verhalten, d»h*, sie ßind in der Lage, durch die Einwirkung von lebenden Mikroorganismen abgebaut zu werden· Biologisch abbaubare Schlammmassen werden im allgemeinen entsprechend ihrem Gehalt an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen (BYSS) gekennzeichnet und auch durch ihren Gehalt an flüchtigen, suspendierten Feststoffen (VSS), wobei der letztere Parameter sowohl die biologisch abbaubaren als auch die biologisch nicht abbaubaren flüchtigen, suspendierten Feststoffe beinhaltet* Gemäß dem hier verwendeten Sprachgebrauch stellt der "Gehalt an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen" im wesentlichen die maximale Reduzierung des Gehaltes an Feststoffen dar, die durch die aerobe Schlammfaulung erreichbar ist« Die Durchführung erfolgt dabei durch die Belüftung des Schlammes mit einem sauerstoffhaltigen Gas bei der Umgebungstemperatur, zum Beispiel bei 20 °c. Es wird in diesem Zusammenhang von der Annahme ausgegangen, daß die maximale Verringerung des Feststoffgehaltes nach einer Belüftungsdauer von 30 Tagen erreicht wird* Spezifizierungen für eine solche Bestimmung sind in dem Buch von YLW· Eckenfelder und
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D.L. Ford mit dem Titel "Kontrolle der Wasserverschmutzung", The Pemberton Press, 1970, Seite 152, zu finden· Durch die Bestimmung der VSS-Werte für den frischen Schlamm und der analogen Werte nach einer Belüftungsdauer von 30 Tagen kann der biologisch abbaubare Bruchteil des Gesamt-VSS-Gehaltes wie folgt berechnet werden:
VSS (frisch) - YSS (nach 30 Tagen) VSS (frisch)
Gemäß dem.hier verwendeten Sprachgebrauch bedeutet der "Gehalt an flüchtigen, suspendierten Peststoffen" (VSS) eines Schlammes den Gehalt an flüchtigen Peststoffen des Schlammes gemäß der Bestimmung nach den Prüfungen 224A. und 224B in den"Standardverfahren für die Untersuchung von Wasser und Abwasser", 13* Auflage (1971), gemeinsam veröffentlicht durch die Amerikanische Gesellschaft für das Gesundheitswesen, durch die Amerikanische Wasserwerks-Gesellschaft und durch die Vereinigung zur Kontrolle der Wasserverschmutzung, auf den Seiten 535-536* Die Bezeichnungsweise "stabiliiserter Schlamm" bezieht sich auf einen Schlamm mit einem reduzierten Gehalt an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen im Anschluß an eine Paulungsbehandlung und als Folge einer solchen Faulungsbehandlungo "Schlaminretentionszeit" bedeutet gemäß dem hier verwendeten Sprachgebrauch die durchschnittliche Dauer, während der sich der Schlamm in einer gegebenen Paulungszone befindet« Die Berechnung dieser Retentions- bzw» Verweilzeit erfolgt dabei nach der folgenden Formel:
wobei; T' .= Schlammretentionszeit (in Tagen oder Stunden); V-,'= Schlammvolumen in der Paulungszone während der Behandlung (in ft ); und
Q0 = Volumenströmungsgeschwindigkeit des Schlammes
3 bei der Zuführung zu der Paulungszone (in ft /Tag
oder in ft /Stunde).
-M-
Entsprechend dem hier verwendeten Sprachgebrauch bedeutet die Ausdrucksweise "aerobe Faulung" den biologischen Abbau der Schlammfeststoffe* Die Durchführung dieser Faulung erfolgt dabei unter der Einwirkung von aeroben Mikroorganismen· Eine derartige Faulung verlangt, daß Sauerstoff in der flüssigen Schlammphase gelöst wird, so daß er den Mikroorganismen in dem Schlamm zugänglich iste Die Auflösung des Sauerstoffes muß in ausreichender Menge und Geschwindigkeit erfolgen, so daß dem Sauerstoffbedarf für den biologischen Abbau ent- sprechen wird* Gemäß dem hier verwendeten Sprachgebrauch bedeutet die Ausdrucksweise "Mischung des Schlammes und des Belüftungseinsatzgases in ausreichender Menge und Geschwindigkeit zur aeroben Faulung des Schlammes" entweder eine Anreicherung des Schlammes mit Sauerstoff bei einer Geschwindigkeit, die wenigstens gleich 10 % des Wertes der empirisch bestimmten 'spezifischen Geschwindigkeit der Säuerstoffaufnähme (SOUR) ist, bestimmt nach dem Verfahren, welches weiter unten naher erläutert wird, oder eine Anreicherung des Schlammes mit Sauerstoff mit den relativen Mengen des Belüftungseinsatzgases und wobei der Schlamm und die Belüftungsgeschwindigkeit ausreichen, um die Verwertung von wenigstens 0,03 lbs Sauerstoff je Ib der flüchtigen, auspendierten Feststoffe in dem Schlamm zu erzielen, der der ersten Faulungszone zugeführt wurdee Oder es handelt sich umuirgendeine geeignete alternative quantitative Bestimmung des Schlamm/Belüftungseinsatzgas-Verhältnisses während der Berührungsstufe, welches ausreicht, um das Vorhandensein der aeroben Faulung in der ersten Faulungszone zu gewährleisten« Dies entspricht dann der Definition der aeroben Faulung gemäß der weiter oben angegebenen Erläuterung« '.··..
In der Ausdrucksweise der spezifischen Geschwindigkeit der Säuerstoffaufnähme können die Forderungen bezüglich der Anreicherung des Schlammes mit Sauerstoff, die für die aerobe Faulung notwendig ist, in geeigneter Weise in Übereinstimmung
- AT- -
mit dem folgenden Verfahren festgelegt werden» Dieses ist ohne weiteres im Sinne einer Methode im Versuchsmaßstab zur Identifizierung des Sauerstoffbedarfes des Schlammes anwendbar« Der zu behandelnde Schlamm strömt dabei durch einen kleinen Versuchsbehälter mit einer ausreichenden Volumenströmungsgeschwindigkeit hindurch, um die vorbestimmte Schlammretentionszeit zu erreichen, die für die aerobe Faulung ausgewählt wurde© Diese Retentionszeit für die aerobe Faulung liegt erfindungsgemäß im Bereich von 4 bis 48 Stundene Dabei erfolgt die Berührung des Schlammes mit einem Belüftungsgas mit wenigstens 50 Vol»-% Sauerstoff· Die Belüftung wird in der Weise ausgeführt, indem eine Konzentration an gelöstem Sauerstoff (D„0e) von wenigstens 2 mg/1 in dem Schlamm aufrechterhalten wird, gemäß Messung mit irgendeiner geeigneten D.O0-Meßsonde bekannter Bauarte Während der Belüf tung wird der Schlamm in dem Versuchsbehälter auf der vorbestimmten Temperatur gehalten, ausgewählt für die aerobe Pau-Diese Temperatur entspricht für die erfindungsgemäße
aerobe Paulung dem Bereich von 35 0C bis 75 DC· Die vorhergehende Versuchsbehandlung des Schlammes, bei der eine Verdünnung des einströmenden Schlammes in den Versuchsbehälter mit Leitungswasser zur Erlangung des erforderlichen De0.-Wertes von wenigstens 2 mg/1 notwendig sein kann, wird bis zur Erreichung eines stationären Zustandes durchgeführt» Zur Erreichung eines solchen Zustandes kann eine längere Arbeitsweise des Versuchssystems in der Größenordnung von beispielsweise 5 bis 7 Tagen erforderlich sein«
Nach der Erlangung der stationären Arbeitsbedingungen in dem Versuchssystem wird dem Versuchsbehälter eine gemessene Schlammprobe entnommen und diese rasch belüftet, während die Temperatur der entnommenen Probe auf dem vorhergehenden Wert in dem Versuchsbehälter aufrechterhalten bleibt* Die Belüftung erfolgt dabei zum Beispiel durch ein kräftiges Aufrühren des Schlammes durch das Belüftungsgäs, welches wenigstens 50 Vol«-%
Sauerstoff aufweist» Das Aufrühren des Schlammes geschieht in der V/eise, um den De 0·-Wert des belüfteten Schlammes auf etwa 7,0 mg/1 zu steigern· An dem Punkt,an dem die Konzentration an gelöstem Sauerstoff ungefähr 7,0 mg/1 erreicht hat, wird die Belüftung der Schlammprobe unterbrochen* Im Anschluß daran wird während der nachfolgenden Abnahme der Konzentration des gelösten Sauerstoffes in dem Schlamm von dem ?/ert von ungefähr 7,0 mg/1 bei der Beendigung der Belüftung bis hinunter zu der im v^esentlichen vernachlässigbaren Konzentration an gelöstem Sauerstoff die Zeit gemessen, die für die Abnahme der Konzentration an gelöstem Sauerstoff von einem Wert gleich 6,0 mg/1 auf einen Wert gleich 1,5 mg/1 erforderlich istffl Die Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit (OUR) der Schlammprobe wird dann in der Weise berechnet, indem die Änderung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff während der Dauer der Messung, d«he, 4,5 mg/1 (= 6,0 mg/1 -1,5 mg/1), durch die Zeit, die erforderlich war, damit die Konzentration an gelöstem Sauerstoff von 6,0 mg/1 auf 1,5 mg/1 abnehmen konnte, dividiert wird· Aus dem sich ergebenden OUR-Wert wird die spezifische Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit C30UR) in der Y/eise berechnet, indem der OUR-Wert in den Einheiten mg/1/Zeit durch die Peststoffkonzentration der Schlammprobe in mg/1 dividiert wirde Der SOUR-Wert weist somit gemäß dieser Berechnung die Einheiten mg Sauerstoff/Zeit/mg Peststoffe aufe
Auf der Grundlage der vorhergehenden Berechnung des SOUR-Parameters für den zu behandelnden Schlamm können die Menge und die Geschwindigkeit der Sauerstoffübertragurig von dem sauerstoffhaltigen Belüftungsgas auf den Schlamm bei der aeroben Faulung des gegenwärtigen Verfahrens ermittelt werden*' Um nun dem Atmungsbedarf (Säuerstoffverbrauch) des Schlammes für die aerobe Faulung zu genügen, und zwar auf der Grundlage von Überlegungen, eine angemessene Stabilisierung des Schlammes während der aeroben Faulung'vor der nachfolgenden anaeroben Faulung zu erlangen, muß die Anreicherung des Schlammes mit
Sauerstoff in der ersten Paulungszone bei dem gegenwärtigen Verfahren mit einer Geschwindigkeit ausgeführt werden, die wenigstens gleich 10 % des empirisch berechneten SOUR-Wertes ist* Unter bevorzugten praktischen Bedingungen...muß eine derartige Anreicherung des Schlammes mit Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit ausgeführt werden, die wenigstens gleich 50 % des empirisch berechneten SOUR-Wertes ist*
Als Alternative bietet sich die folgende Möglichkeit· Auf der Grundlage der Überlegungen über die Sauerstoffmenge, die erforderlich ist, um eine' Einheitsmenge an flüchtigen suspendierten Feststoffen in einem gegebenen Schlamm biologisch abzubauen, und zwar gemäß den Bestimmungen für Schlammarten mit verschiedenen Charakteristiken, muß das Mischen des Schlammes und des sauerstoffhaltigen Belüftungseinsatzgases zum Zwecke der Durchführung der aeroben Paulung in der ersten Paulungszone bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den relativen Mengen an Bel'üftungseinsatzgas und Schlamm und bei der Belüftungsgeschwindigkeit durchgeführt werden, die zur Erlangung der Nutzanwendung ausreichen, d*tu, es handelt sich um die Aufnahme von wenigstens 0,03 lbs Sauerstoff durch den Schlamm je Ib der flüchtigen, suspendierten Peststoffe in dem Schlamm, d.er der aeroben Paulungszone zugeführt wurde* Der Mindestwert eines derartigen Berührungsverhältnisses ist mit einem Schwellenwert der aeroben Paulung assoziiert, der notwendig ist, um eine angemessene Stabilisierung des Schlammes in der ersten Paulungszone des erfindungsgemäßen Verfahrens vor der nachfolgenden anaeroben Paulung zu gewährleisten· Unter praktischen Bedingungen ist es im allgemeinen wünschenswert, die Anreicherung des Schlammes mit Sauerstoff bei den relativen Verhältnissen von Schlamm und Belüftungseinsatzgas und bei der Belüftungsgeschwindigkeit durchzuführen, die zur Erlangung der Nutzanwendung ausreichen· Es handelt sich dabei um die Aufnahme von 0,1 bis 0,35 lbs Sauerstoff durch den Schlamm je Ib der flüchtigen, suspendierten Peststoffe in dem Schlamm, der der
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aeroben Paulungszone zugeführt wurde* Derartige Gas/Schlamm-Berührungsverhältnisse bieten im allgemeinen die Möglichkeit, daß der Gehalt an flüchtigen, suspendierten Peststoffen in dem Schlamm, der der ersten Paulungszone bei dem gegenwärtigen Verfahren zugeführt wurde, auf aerobem Wege,,um etwa 5 bis 20 % in der ersten Paulungszone reduziert wird«, Im allgemeinen wird der Gehalt an flüchtigen, suspendierten Peststoffen in dem Schlamm, der der.aeroben Paulungszone'zugeführt wird, in wünschenswerter Weise um wenigstens 5 % in dieser Paulungszone reduziert, um einen teilweise hinreichend •stabilisierten Schlamm für die Weiterleitung zu der nachfolgenden anaeroben Paulung zu bekommen· Ein derartiges Mindestniveau der teilweisen Stabilisierung ist besonders wünschenswert j so daß die anaerobe Paulung in angemessener Weise darch die aerobe Paulung gegen verfahrenstechnische Störungen "gepuffert" ist, die sich auf Grund von Änderungen hinsichtlich der Art und Beschaffenheit des Schlammes ergeben können, der dem Gesamtprozeßsystem zugeleitet wird· Andererseits wird die Verringerung des Gehaltes an flüchtigen, suspendierten Peststoffen in dem Einsatzschlamm, der der aeroben Paulungszone zugeführt wird, im Verlaufe der Behandlung in einer solchen Paulungszone in wünschenswerter Weise auf einem Wert von
. etwa 20 % oder weniger gehalten, um die synergistischen ¥or™ teile der vorliegenden Erfindung voll zu realisieren· Über derartige Vorteile wird im Detail weiter unten mehr gesagt und hierbei handelt es sich um eine unvorhergesehen hohe Gesamtproduktion an Methangas im Rahmen der zweiten anaeroben Paulungsbehandlung im Verhältnis zu einem bekannten, anaeroben Paulungssystem« Als eine Art Bilanz der vorhergehenden Überlegungen kann gesagt werden, daß das Mischen des Belüftungseinsatzgases und des Schlammes in der ersten Paulungszone in der bevorzugtesten Art und Weise mit den relativen Mengen an Belüftungseinsatzgas und Schlamm und bei der· Belüftungsgeschwindigkeit durchzuführen ist, die zur Erlangung der Nutzanwendung durch den Schlamm ausreichen· Es handelt sich
dabei um die Aufnahme von 0,15 bis 0,25 lbs Sauerstoff durch den Schlamm für jedes Ib an flüchtigen, suspendierten Feststoffen in dem Schlamm, der der ersten Faulungszone zugeführt wurde·
Gemäß dem hier benutzten Sprachgebrauch bedeutet die Ausdrucksweise "anaerobe Faulung" den biologischen Abbau der Feststoffe in einem Schlamm, wobei die Durchführung dieses Abbaues ohne freien Sauerstoff erfolgt«
Die vorliegende Erfindung basiert auf der überraschenden Entdeckung, daß eine aerobe Faulungszone, die im Bereich der thermophilen oder fast thermophilen Temperatur arbeitet, in vorteilhafter Weise mit einer nachgeschalteten anaeroben Faulungszone integriert werden kann, um zu einer teilweisen Faulung des Schlammes in jeder der nachfolgenden Zonen zu gelangen, und daß eine derartige Integration zu einer wesentlichen Yerfahrensverbesserung über diejenige hinaus beiträgt, die zu erwarten sein würde, legt man die Überlegungen hinsichtlich der betreffenden Faulungsbehandlungen zugrund-e, wenn diese einzeln getrennt für sich durchgeführt werden, wie weiter unten näher erläutert wird»
Beim Verfahren gemäß dem früheren Stand der Technik ist kein Versuch unternommen worden, um eine aerobe und anaerobe Schlammfaulung bei erhöhter Temperatur in der Art und Weise zu kombinieren, wie sie aus zahlreichen Gründen gemäß der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird· Zunächst einmal ist das Fassungsvermögen der Behälter in Verbindung mit dem anaeroben Faulungsprozeß gemäß der weiter oben geführten Diskussion außerordentlich groß und es hat sich als notwendig herausgestellts große Mengen an Methangas für Heizzwecke zu erzeugen, um einen wirtschaftlichen Betrieb der riesigen Schlammfaulbehälter zu gewährleisten· Die Kombination eines anaeroben Schlammfaulbehälters mit einer aeroben Faulungsstufe würde somit in Anbetracht der Überlegungen über die Anforderungen an das Gesamt-
fassungsvermögen der Behälter für das kombinierte Verfahren als nicht wünschenswert erscheinen Es wäre nämlich zu erwarten, daß die Anforderungen an das Fassungsvermögen der Behälter größer wären als im Hinblick auf das Passungsvermögen in Verbindung mit jedem Paulungsprozeß allein für sich* Eine derartige Vereinigung bzw« Kombination scheint auf den ersten Blick bloß die Punktionen zu verdoppeln, die normalerweise mit jedem der aeroben und anaeroben Paulungsprozesse verbunden sind, bei gestiegenen Anlagenkosten ohne erwarteten Vorteil bezüglich des Wirkungsgrades der Behandlung«
Darüber hinaus würde die Kombination aus einem anaeroben Schlammfaulbehälter mit einer aeroben Paulungsstufe auf Grund der erwarteten Unfähigkeit der anaeroben Paulungsbehandlung als nicht wünschenswert erscheinen, nur eine teilweise Paulungsbehandlung des Schlammes in dem kombinierten System zu liefern, und dies bei Schlammretentionszeiten (Dauer) unter den langen Retentionszeiten, die für die Arbeitsweise der "be-, kannten anaeroben Schlammfaulbehälter allein charakteristisch ßindo Wie weiter oben bereits gesagt wurde, sind lange Verweilszeiten während der anaeroben Paulung notwendig, um eine wirksame Erzeugung von Methangas und eine entsprechende Schlammstabilisierung zu bekommen» Wenn die Retentionszeit unter .anaeroben Bedingungen unter ihren normalen Wert gemäß einer Vollbehandlung in einem kombinierten aeroben/anaeroben Paulungsprozeß herabgesetzt werden würde, um auf diese Y/eise nur eine teilweise Paulung während der anaeroben Behandlung zu gewährleisten, hätte man eine übermäßig starke Verarmung an methanbildenden Bakterien während der anaerobeh Behandlungsstufe bei einer kurzen Verweilzeit zu erwarten, und zwar durch den Verlust dieser langsam wachsenden Spezies in dem Abfluß aus dem Schlammfaulbehälter, bei einer sich ergebenden Unzulänglichkeit der Schlammstabilisierung bei dem kombinierten Verfahren*
Zusätzlich zu den vorhergehenden Gründen würde das kombinierte
aerobe/anaerobe Paulungssystem vom Standpunkt der Betriebsstabilität aus nachteilig erscheinen, da jede der aeroben und anaeroben Paulungsbehandlungen allein für sich eine exakte Kontrolle und Regelung der Betriebstemperatur verlangen, wenn bei erhöhten Temperaturen gearbeitet wird, so daß die Kopplung der beiden betreffenden Paulungsprozesse in der Weise in Erscheinung treten würde, eine noch genauere Temperaturkontrolle zu erfordern, wobei die.Möglichkeit für ein Auftreten von verstärkten nachteiligen Effekten auf Grund einer Temperaturinstabilität und -Schwankung zu berücksichtigen ist·
Schließlich würde ein kombiniertes aerobes/anaerobes Paulungssystem nachteilig in Erscheinung treten, wenn man die Möglichkeit einer Verschleppung von gelöstem Restsauerstoff aus der ersten aeroben Behandlungsstufe in die nachgeschaltete zweite anaerobe Behandlungsstufe des Verfahrens in's Auge faßte Wie weiter oben bereits gesagt wurde, weisen die methanbildenden Bakterien, die in der anaeroben Paulungszone anzutreffen sind, · einen streng anaeroben Charakter auf und verhalten sich auf Änderungen in ihrer Umgebung äußerst empfindlich« Es ist gut bekannt, daß irgendeine signifikante Einführung von Sauerstoff in die anaerobe Paulungszone in nachteiliger Y/eise die Schlammstabilisierung durch Methanbildung beeinflussen und somit die Gefahr einer Sauerstoffentwicklung aus der Plüssigkeit in die methanhaltige Gasphase und die Bildung eines brennbaren Gasgemisches in dem Schiammfaulbehälter verursachen wird»
Im Gegensatz zu dem vorhergehend antizipierten Verhalten ist unerwartet festgestellt worden, daß die Verwendung einer thermophilen oder fast thermophilen aeroben Paulungszone vor einer mesophilen oder thermophilen anaeroben Paulungszone und die Arbeitsweise dieser betreffenden Behandlungszonen in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur ein arbeitsfähiges und wirtschaftliches Schlammbehandlungseystem ergeben, sondern auch zu einem Paulungssystem mit einzig-
artigen Gesamtprozeßverbesserungen im Verhältnis zu den Verfahren gemäß dem früheren Stand der Technik beitragen« Diese Verbesserungen sind dem Synergismus zuzuschreiben, der zwischen den aeroben und anaeroben Paulungszonen bei dem gegenwärtigen Prozeß erreicht wird« Zum Beispiel ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, eine thermische Betriebsstabilität in dem Gesamtschlammfaulungssystem zu liefern, die in Jeder für sich arbeitenden Paulungsstufe nicht erreicht werden kann«. Darüber hinaus liefert das integrierte erfindungsgemäße Paulungsverfahren einen in hohem Grade stabilisierten Schlamm, trotz einer merklichen Herabsetzung der Schlammretentionszeit für den Gesamtprozeß über die Dauer hinaus, die auf der Grundlage der antizipierten zusätzlichen Retentionszeitforderungen für die teilweisen Paulungsbehandlüngen der einzelnen Bestandteile erwartet werden würde© Besonders über~ raschend ist in dieser Hinsicht die Peststellung, daß die anaerobe Paulungszone bei diesem Verfahren in der Lage ist, bei Schlammretentionszeiten zu arbeiten, die wesentlich kürzer sind als diejenigen Zeiten, die für eine vollständige Stabilißierungsbehandlung des Schlammes in bekannten anaeroben Schlammfaulbehältern erforderlich sind, die alleine für sich arbeiten, und daß eine solche Arbeitsweise ohne Verlust an Hutzleistung im Hinblick auf die Versorgungseinrichtung oder die Behandlung erreicht wird? wie zu erwarten sein würde« Als Beispiel für Retentionszeiten, von denen in geeigneter Weise im Rahmen der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht wurde, ist ein System einer Versuchsanlage unter Verkörperung des gegenwärtigen er— findungsgemäßen Verfahrens in zufriedenstellender Weise bei einer Schlammretentionszeit in der ersten aeroben Paulungsstufe von 24-48 Stunden und einer Retentionszeit (Dauer) in der zweiten anaeroben Paulungsstufe von 4 bis 5 Tagen betrieben worden* Die vorhergehenden Vorteile werden bei der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer wesentlichen Herabsetzung der Anforderungen an das Passungs- bzw«. Aufnahmevermögen des Systems im Verhältnis zu einem bekannten anaeroben
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Schlammfaulbehältersystem realisiert, aber unter Beibehaltung eines unerwartet großen Anteils der Methanerzeugung des bekannten anaeroben Schlammfaulbehälters für sich allein genommen* Hierüber wird weiter unten näher berichtet. Zum Beispiel kann das erfindungsgemäße System etwa 60 % des Passungsvermögens verwenden, das nach dem anaeroben Paulungssystem gemäß dem früheren Stand der Technik erforderlich ist· Es können jedoch ungefähr 75 % der Produktionskapazität an Methangas des letzteren Systems beibehalten werden«, Das gegenwärtige erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer wesentlich größeren Erzeugung an Methangas, als dem Bedarf an Heizgas für das Verfahren entspricht« Als Polge ergibt sich, daß eine in signifikanter Weise größere Menge an Abgasen mit einem'hohen Methangehalt für die-Weiterbeförderung von der Schlammfaulanlage im Verhältnis zu dem anaeroben Paulungssystem gemäß dem früheren Stand der Technik zur Verfugung steht« Schließlich ist bei dem gegenwärtigen Verfahren keine signifikante Verschleppung von Sauerstoff aus der ersten Paulungszone in die;; Gasphase der zweiten Paulungszone beobachtet worden·
Die Gründe für die unerwarteten Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie weiter oben beschrieben wurden, sind nicht voll verständlich. Es besteht jedoch die Wahrscheinlichkeit, daß das Fehlen eines signifikanten Verschleppens von Sauerstoff aus der ersten Paulungszone in die zweite Paulungszone der unerwartet hohen Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit des Schlammes in der ersten Paulungszone zuzuschreiben ist, was zu einer raschen und vollständigen Verarmung an irgendwelchem gelösten Sauerstoff in dem Schlamm beiträgt, der von der ersten zu der zweiten Paulungszone gelangt, bevor irgendeine nennenswerte Entwicklung von gelöstem Sauerstoff in die Gasphase in der zweiten Paulungszone vorkommen kann« Die eindruckvollen, niedrigen Schlammretentionszeiten (Dauer) bei dem gegenwärtigen Verfahren, im besonderen bei der anaeroben Paulungsbehandlung, können zusammen mit der für das Verfahren
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charakteristischen thermischen Stabilität und der unerwartet hohen Methangaserzeugung während der anaeroben Behandlung eine Folge einer chemischen oder biologischen Akklimatisation des Schlammes und der Mikroorganismen in der aeroben Paulungszone darstellen^, wodurch die Wirkungsweise der nachfol- genden anaeroben Behandlungsstufe verstärkt wird« nichts"-destoweniger haben wir nicht den Wunsch,'durch irgendeine besondere Theorie zur Erklärung eines solchen Verfahrens gebunden au sein,, und folglich sind die weiter oben gemachten Ausführungen nicht in irgendeinem einschränkenden Sinne in bezug auf die vorliegende Erfindung ziu verwenden· Es gelten lediglich die wesentlichen Stufen und Eigenschaften, die hierin beschrieben und beansprucht sind«
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläuterte In der Zeichnung zeigern
Fig* 1j ein sohematisches Fließbild eines Faulungsverfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Verkörperung, wobei Wärme von den austretenden Medien aus jeder der er- sten und zweiten Faulungssonen wiedergewonnen wird;
Fig„ 2; stellt ein schematisches Fließbild eines Faulungsverfahrens gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Verkörperung dar, wobei sauerstoffverarmtes Faulungs gas, welches aus einer geschlossenen ersten Faulungs aone zum Austrag gelangt, in einer sekundären Be- . : handlungssauerstoffaufnahme von Wasser mit dem bio~ chemiechen Sauerstoffbedarf verwertet wird?
Fig. 3: entspricht einem schematischen Fließbild?eines Fau- - ·lungsverfahrens gemäß, einer noch anderen erfindungsgemäßen Verkörperung, wobei der Schlamm aus den pri~?
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mären und sekundären Abwasaerbehandlungsstufen zu den Schlammfaulungszonen geleitet wirdj
Fig» 4: stellt eine graphische Darstellung des Temperaturverlaufes des einströmenden Schlammes in die erste. Faulungszone dar, die notwendig ist, um eine Betriebstemperatur von'500C in der ersten Faulungszone aufrechtzuerhalten, aufgetragen als Funktion des Gesamtgehaltes an suspendierten Feststoffen (MLSS) in dem in die erste Faulungszone einströmen-' den Schlamm?
Fig· 5ϊ entspricht einem schematischen Fließbild einer noch anderen erfindungsgemäßen Verkörperung, wo-
bei ein geringerer Teil des in das Prozeßsystem einströmenden Schlammes in die zweite Faulungszone abgelenkt wird*
Wir beschäftigen uns nunmehr mit Fig« 1e Es handelt sich um ein schematisches Fließbild eines Verfahrens gemäß einer Verkörperung der vorliegenden Brfindunge Ein solches Verfahren eignet sich für die Behandlung von Schlamm in einer thermophilen oder fast thermophilen aeroben ersten Faulungsstufe, gefolgt von einer anschließenden mesophilen anaeroben Faulunge Der Schlamm kann aus einem Primärsedimentationsbe*- hälter, aus dem Klärbehälter einer Belebtschlamm-Abwasserbehandlungsanlage oder von einem Tropfkörper oder aus irgendeinem anderen schlammerzeugenden System herstammen. Dieser Schlamm tritt in den Behandlungsprozeß durch die Zuleitung 8 ein und wird nachfolgend in den Wärmeaustauschern 22 und 15 erwärmt, beispielsweise auf eine Temperatur von 300C bis 350C. Diese Erwärmung geschieht vor der Einführung des Schlammes in die erste Faulungszone 10, um die Temperatur in der Faulungszone iia Bereich von 35°C bis 75°C und
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vorzugsweise in dem thermophilen Bereich von 450C bis 75°C aufrechtzuerhalten* Der Schlamm in der Zuleitung 8 sprioht seiner Temperatur nach der Umgebungstemperatur» Er wird zunächst in dem Wärmeaustauscher 22 erwärmt, und zwar durch ©inen Durchgang des betreffenden Schlammes in einem indirekten Wärmeaustausch im Gegenstrom mit dem weiterhin stabilisierten Schlamm? der über die Zuleitung 24 aus der geschlossenen zweiten Paulungszon© 20 sum Austrag gelangt« Auf diese Art und Weise wird Wärme von dem weiterhin stabilisierten Schlamm wiedergewönnen und der sich ergebende, abgekühlte, stabilisierte Schlamm gelangt aus dem Wärmeaustauscher22 zum Austrag und wird über die Lei-
tung 25 zur endgültigen Beseitigung oder zum Zwecke einer ,anderen Endverwendung aus dem System herausgeführt. Der weiterhin stabilisierte Schlamm, der in den Wärmeaustauscher 22 über die Zuleitung 24 eintritt, kann in geeigneter Weise eine Temperatur von 35 0C bis 40 0C aufweisen, so daß der einströmende Schlamm, der den Wärmeaustauscher auf der Leitung 9 verläßt, auf eine Temperatur von 28 0C bis 30 G erwärmt wird« Über die Leitung 9 wird der teilweise erwärmte einströmende Schlamm weiterhin in -dem Wärmeaustauscher 15 auf eine Temperatur von 30 0C bis 35 0C erwärmt, und zwar durch einen indirekten Gegenstrom-Wärmeaustausch mit dem teilweise stabilisierten Schlamm, der aus der ersten Paulungszone 10 über die Zuleitung 14 zum Austrag gekommen ist und durch den Wärmeaustauscher über die Leitung 16 zur zweiten Paulungszone 20 gelangt·
Als eine Alternative zu dem weiter oben beschriebenen Y/ärmeaustausch mit den Schlammproduktdurchflußmengen aus den betreffenden Paulungszonen kann der einströmende Schlamm vor der Einführung in die erste Paulungszone durch einen indirekten Wärmeaustausch mit einem geeigneten, von außen .zugeführten Wärmeübertragungsmedium, wie etwa Dampf oder Heißwasser, erwärmt werden, obgleich die Wärmerückgewinnung von den warmen Schlammproduktdurchflußmengen aus der betreffenden Paulungszone bevorzugt wird, da dieses Verfahren der Wärmerückgewinnung in wirksamer Weise dazu dient, um die Wärme innerhalb des Prozesses aufrechtzuerhalten und den Wärmeenergiebedarf für den Prozeß auf einen Mindestwert herabzusetzen. Obwohl ein Erwärmen des einströmenden Schlammes vor dessen Einführung in die erste Paulungszone im Rahmen der ausgedehnten praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung von keiner wesentlichen Bedeutung ist, kann es unter praktischen Einsatzbedingungen erwünscht sein, den thermischen Wirkungsgrad' des Verfahrens bei erhöhter Temperatur maximal zu verbessern« Die Erwünschtheit eines solchen Erwärmens des Schlammes, worüber weiter unten näher gesprochen wird, hängt von dem Gehalt an Peststoffen des
einströmenden Schlammes, von der Schlamrnretentionszeit in der aeroben Paulungszone und von anderen verfahrenstechnischen Parametern ab*
Der weiterhin erwärmte Schlamm, der aus dem Wärmeaustauscher 15 über die Zuleitung 11 ausgetragen wird, wird der ersten Paulungszone' 10 zusammen mit dem Belüftungseinsatzgas über die Zuleitung 17.als strömende Medien des Prozesses iür die erste Paulungszone zugeführte Das Belüftungseinsatzgas in der Zuleitung 17 enthält minimal wenigstens 20 VoI4*-% Sauerstoff, wobei wenigstens 50 YoI·-$ Sauerstoff und in wünschenswerter Weise wenigstens 80 Vole~% Sauerstoff in dem Belüftungseinsatzgas bevorzugt werden, um in geeigneter Weise eine hohe Stoffübergangs-Triebkraft und eine hohe Geschwindigkeit der Sauerstoff auf lösung in dem Schlamm bei den hohen Schlammtemperaturen in der ersten Paulungszone zu liefern, wie es erfindungsgemäß beabsichtigt ist« Die Zuleitung 17 weist einen Anschluß zu einer Quelle des sauerstoffhaltigen Beluftungseinsatzgases (nicht wiedergegeben) auf, die sich beispielsweise aus einer Druckluftversorgungsanlage zusammensetzen kann, oder, wenn das Belüftungseinsatzgas vorzugsweise einen hohen Sauerstoffgehalt aufweist, kann die Quelle für die Erzeugung eines solchen Beluftungseinsatzgases in geeigneter V/eise aus einer Tieftemperatursauerstoffanlage oder aus einem Versorgungsbehälter oder aus einer Adsorptionsluft-Trennschaukel bei adiabatischen Druckverhältnissen bestehen, wie sie in bekannter ¥/eise als Versorgungsquellen für ein an Sauerstoff angereichertes Gas zur Verfügung stehen«. Gemäß der Wiedergabe kann das sauerstoffhaltig^ Belüftungseinsatzgas über die Zuleitung 1.7 ebenfalls durch eine Heizvorrichtung 19 erwärmt werden, um bei der Aufrechterhaltung der Temperatur in der Paulungszone 10 auf.dem gewünschten Prozeßniveau mitzuwirken* Im Rahmen der allgemeinen erfindungsgemäßen Praxis kann Luft oder ein anderes Belüftungseinsatzgas mit einem geringen Sauerstoffge™ halt,, d.h.·, mit 20-50 VoI*-% Sauerstoff, in geeigneter Weise ver?/endet werden, wenn die autothermische Erwärmung des Schlam-
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mes in der aeroben Faulungszone nicht erforderlich ist, um die Temperatur in dieser Faulungszone in dem erforderlichen Bereich von 35 °C bis 75 °C aufrechtzuerhalten, sofern eine große Quelle einer von außen gelieferten Wärmeenergie, für die Erwärmung des Schlammes zur Verfügung steht, um die erforderliche hohe Temperatur in der aeroben Faulungszone aufrechtzuerhalten· Wie bereits weiter oben erwähnt würde, weisen die Wärmeverluste unter Zugrundelegung der Luft (oder bei Vorhandensein eines anderen Belüftungseinsatzgases mit einem geringen Sauerstoffgehalt) die Tendenz auf, sehr groß zu sein, so daß ein Belüftungseinsatzgas mit wenigstens 50 VpI·-% Sauerstoff und in wünschenswerter Weise mit wenigstens 80 VoI;-% Sauerstoff bevorzugt wird,.um die autothermische Schlammerwär-.mung in der aeroben Faulungszone zu unterstützen* Dabei wird dann die Menge an sauerstoffverarmtem Faulungsgas auf ein Minimum herabgesetzt, welches aus einer solchen Faulungszone abgelassen wird und ansonsten Wärmeenergie aus dem Prozeßsystem herausbringt» Außerdem wird ein Belüftungseinsatzgas mit.einem hohen Sauerstoffgehalt, dehe,· welches wenigstens 50 Vol.-% Sauerstoff enthält, bevorzugt, um den Umfang des Sauerstoffüberganges von dem Belüftungseinsatzgas zu dem Schlamm während der aeroben Faulung zu erhöhen und dadurch eine intensivere aerobe Faulung zu ermöglichen, als diese mit dem Belüftungseinsatzgas mit dem niedrigen Sauerstoffgehalt zui- verwirklichen ist« Unabhängig davon, ob nun ein Belüftungseinsatzgas mit einem hohen oder mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt (gemäß der Definition weiter oben) in der aeroben Faulungszone gemäß dem gegenwärtigen Prozeß verwendet wird, wird im allgemeinen bevorzugt, daß die aerobe Faulungszone mit einem Deckel geschlossen wird, um einen Gasraum zu bilden, der sich über dem Schlamm befindet und aus welchem das sauerstoffverarmte Abfallfaulungsgas abgelassen werden kann* Eine, derartige Anordnung bietet die Möglichkeit, ein kontrolliertes Ablassen des Abgases durchzuführen, zum Beispiel mit Hilfe eineäy kleinen Entlüftungsrohres durch den Deckel und unter
Verbindung des Gasraumes mit der äußeren Gasumgebung« Dadurch kommt es zu einer Wärmerückhaltung in der aeroben Paulungszone im Verhältnis zu einer offenen Paulungszone, wobei das sauerstoffverarmte Belüftungsgas die Möglichkeit hat, aus dem behandelten Schlammvolumen frei in großer Menge in'die äußere Gasumgebung herauszutreten, d«ho, in die Umgebungsatmosphäre«. Wo ein Belüftungseinsatzgas mit einem hohen Sauerstoffgehalt in der aeroben Paulungszone verwendet wird, kann es erwünscht sein, für die Paulungszone einen Deckel vorzusehen, um einen Gasraum zu bilden, aus welchem das sauerstoffhaltige Belüftungsgas in den Kreislauf gegenüber dem Schlamm zurückgeführt werden kann, zum Beispiel durch Rückführung des Gases aus dem obenliegenden Gasraum zu einer Unterwassersprengvorrichtung, oder in welchem der Schlamm in den Kreislauf gegenüber dem'Belüftungsgas zurückgeführt werden kann, zum Beispiel mit Hilfe einer Oberflächenbelüftungsvorrichtung« Derartige Anordnungen für eine Rückführung des Belüftungsgases oder des Schlammes in den Kreislauf bieten die Möglichkeit, daß die aerobe Paulungsbehandlung dazu beiträgt, eine hohe Ausnützung des Sauerstoffgehaltes in dem Belüftungseinsatzgas zu verwirklichen, das der aeroben Paulungszone zugeleitet wurde»
In der aeroben Paulungszone 10 werden die aus dem Schlamm und aus dem Belüftungseinsatzgas bestehenden strömenden Medien untereinander vermischte Wenn die Paulungszone 10 mit einem Deckel abgeschlossen ist und ein Belüftungseinsatzgas mit einem hohen Sauerstoffgehalt verwendet wird, kann eines der strömenden Medien, der Schlamm oder das Belüftungseinsatzgas, in wünschenswerter Weise gemäß den weiter oben gemachten Ausführungen und simultan mit dem Vermischen der Stoffe gegenüber dem anderen strömenden Medium in der Paulungszone in ausreichender. Menge und Geschwindigkeit für die aerobe Faulung des Schlammes in den Kreislauf zurückgeführt werden, während der gesamte G-ehalt des Schlammes an suspendierten Peststoffen (MLSS) wenigstens auf 20000 mg/1 gehalten wird«, Eine derartige Vermischung und Rückführung von strömenden Medien in den-Kreis-
lauf wird in geeigneter Weise durch die Rührvorrichtungen 12 bewirkt, die unter praktischen Einsatzbedingungen aus einer Unterwasserturbinensprengvorrichtung und einem Gasverdichter bestehen können, wobei der Gasverdichter eine Verbindung aufweist zu dem Gasdruckraum in der Paulungszone und zu der Gassprengvorrichtung, um das sauerstoffhaltige Belüftungsgas ge-_ genüber dem Schlamm in den Kreislauf zurückzuführen, oder als Alternative dazu können die Rührvorrichtungen 12 aus einer Oberflächenbelüftungsvorrichtung für die Rückführung des Schlammes gegenüber dem Belüftungsgas in dem Gasdruckraum der Paulungszone 10 bestehen· Die Rückführung eines der strömenden Medien, des Schlammes oder des Belüftungseinsatagases, gegenüber dem anderen strömenden Medium in der aeroben Faulungszone kann gemäß den weiter oben gemachten· Aussagen unter praktischen Einsätzbedingungen für wünschenswert angesehen werden, wo ein Belüftungseinsatzgas mit einem hohen Sauerstoffgehalt verwendet wird, um hohe Konzentrationen hinsichtlich der Sauerstoffauflösung in dem Schlamm und eine hohe Ausnutzung des in dem Belüftungseinsatzgas enthaltenen Sauerstoffes zu bekommen· Dennoch ist eine derartige Rückführung von Stoffen in den Kreisprozeß im Rahmen der ausgedehnten praktischen Einsatzbedingungen der vorliegenden Erfindung nicht von wesentlicher Bedeutung und in einigen -Fällen kann es möglich sein, eine angemessene Auflösung des Sauerstoffes in dem Schlamm und eine hohe Ausnützung des Sauerstoffes in dem Belüftungseinsatzgas bei einem einmaligen Durchlauf des Belüftungseinsatzgases durch die aerobe Paulungszone zu erzielen· Die relativen Verhältnisse' zwischen dem Belüftungseinsatzgas und dem zu berührenden Schlamm in der ersten. Paulungszone für die aerobe Paulung in dieser Zone können in geeigneter Weise in der Art festgesetzt werden, wie sie in der vorhergehenden Zusammenfassung beschrieben wurde· Die Grundlage hierfür stellt zum Beispiel eine empir-ische Bestimmung der spezifischen Sauerstoff auf nahmegeschwindigkeit (SOUR) des zu behandelnden Schlammes dar oder die Menge an Sauerstoff, die erforderlich ist,
um eine Einheitsmenge an flüchtigen, suspendierten Peststoffen in einem solchen Schlamm biologisch abzubauen^ In einigen Systemen kann es wünschenswert sein, das Vorhandensein einer intensiven aeroben Paulung in der ersten Paulungszone durch die Aufrechterhaltung hoher Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff (DeO.) in dem Schlamm in der betreffenden Paulungszone au gewährleisten, zum Beispiel handelt es sich um wenigstens 2 mg/1, aber im allgemeinen ist. die Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit des Schlammes in der ersten Paulungszone des gegenwärtigen Prozesses ausreichend hoch, so daß die Aufrechterhai tung einer wesentlichen D.0e-Konzentration in dem mit Sauerstoff anzureichernden Schlamm für eine wirksame aerobe Paulung nicht notwendig iste
In der aeroben Paulungszone wird der Gesamtgehalt an suspendierten Peststoffen (IiLSS) des Schlammes wenigstens auf 20000 mg/1 aufrechtgehalten, um auf diese Weise die Beibehaltung der hohen Schlammtemperatur in der ersten Paulungszone zu ermöglichen» Dies ist notwendig, um einen zufriedenstellenden Grad der teilweisen Schlammstabilisierung in der aeroben Paulungszone bei kurzen Retentionszeiten (Dauer) zu erhalten*
Unter den vorhergehenden Prozeßbedingungen wird der Schlamm in der ersten Paulungszone für eine Paulung auf einer Temperatur in dem Bereich von 35 C bis 75 0C und vorzugsweise in dem thennophilen Bereich von 45 °C bis 75 0C gehalten, um zu einem raschen biologischen Abbau des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen, suspendierten Peststoffen zu gelangen» In dieser Hinsicht ist einzusehen, daß die aerobe Paulung in dem fast thermophilen Temperaturbereich von 35 °C bis 45 0C in geeigneter Weise im Rahmen der ausgedehnten praktischen Einsatzbedingungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um zu Abbaugeschwindigkeiten der Peststoffe zu gelangen,· die, wenn auch nicht so rasch, wie die für den thermophilen Ablauf charakteristischen Geschwindigkeiten, hinreichend hoch sind, um zu einer angemessenen Schlammstabilisierung bei den liedri-
gen Schlammretentionszeiten zu gelangen, die für die erste .Paulungsbehandlung bei dem gegenwärtigen Verfahren charakteristisch sind·
Die aerobe Paulungsbehandlung wird in der ersten Paulungszone während einer Schlammretentionszeit (Dauer) von 4 bis 48 Stunden fortgesetzt, um den Gehalt des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen teilweise zu reduzieren, der der ersten Paulungszone zugeführt wurde· Wie weiter oben bereits erwähnt wurde, wird die aerobe Paulungsbehandlung vorzugsweise derart durchgeführt, um den Gehalt des Schlammes an flüchtigen, suspendierten Feststoffen, · der der ersten Paulungszone zugeführt wurde, um 5 % bis 20 % herabzusetzen, und dies aus Gründen, über die weiter oben bereits gesprochen wurde* Bei der aeroben Paulung ist die Schlammretentionszeit (Dauer) wenigstens gleich 4 Stunden, um zu einem ausreichenden Grad der teilweisen Stabilisierung in der ersten Paulungszone zu gelangen« Bei Retentionszeiten unter 4 Stunden wird der Umfang der Schlammstabilisierung, der bei der nachfolgenden anaeroben Behandlung erforderlich ist, unverhältnismäßig groß im Verhältnis zu dem Stabilisierungsniveau während der aeroben ersten Behandlung und die Retentionszeit des Gesamtsystems und die Erfordernisse im Hinblick auf das Fassungsvermögen beginnen damit, sich denjenigen Forderungen des bekannten anaeroben Paulungssystems anzunähern,, mit einem zunehmenden Verlust der unerwarteten Verbesserung bei diesen Verfahrensveränderlichen (d»h·, Retentionszeit des Gesamtsystems und Passungsvermögen). Die charakteristischen Verweilzeiten im Rahmen der aeroben Paulungsbehandlung erstrekken sich von 4 bis 48 Stunden· Aus entsprechend ähnlichen Gründen darf die Schlammretentionszeit in der aeroben Paulungszone 48 Stunden nicht übersteigen· Über einen derartigen Wert hinaus wird der Umfang der Schlammstabilisierung in der aeroben Paulungszone unangemessen groß in bezug auf die Reststabilisierung bei der nachfolgenden anaeroben Behandlung, so daß
die Methangaserzeugung in der letzteren Behandlungsstufe die Tendenz aufweist, in ernsthafter Weise nachteilig herabgesetzt zu seine Und wiederum kommt es zu einer zunehmenden Einbuße an der unerwarteten Verbesserung der Retentionszeit des Gesamtsystems und der Anforderungen an das Passungsvermögen, erreichbar in Verbindung mit der Schlammretentionszeit während der aeroben Paulung im Bereich von 4 bis 48 Stundene Vorzugsweise liegt die Retentionszeit (Dauer) in dem'Bereich von 12 bis 30 Stunden und in geeigneter Weise im Bereich von 12 bis 24 Stunden» Dabei werden die vorhergehenden Überlegungen zugrunde gelegte
Im Anschluß an die weiter oben beschriebene aerobe Paulungsbehandlung werden der teilweise stabilisierte Schlamm aus der aeroben Zone-über die Leitung 14 und das sauerstoffverarmte Paulungsgas getrennt für sich aus der aeroben Zone über die leitung 18 zum Austrag gebracht« In dem Palis, wo das Belüftungseinsatzgas mit einem Gehalt an Sauerstoff von wenigstens 50 VoIe-% der ersten Paulungszone zugeführt wird, enthält das sauerstoffverarmte Paulungsgas, welches aus der aeroben Paulungszone ausgetragen wird, in wünschenswerter' Weise wenigstens 21 Vol©-% Sauerstoff, um zu einer in geeigneter Weise hohen Ausnützung des in dem Belüftungseinsatzgas enthaltenen Sauerstoffes zu gelangen, während der Energieaufwand für die Berührung zwischen dem Belüftungsgas und dem Schlamm zum Zwecke einer wirtschaftlichen Verfahrensweise auf -einem geeigneten, niedrigen ITiveau gehalten wird« Um nun eine hohe Sauerstoff-» ausnutzung zu gewährleisten, im besonderen, wenn ein Belüftungseinsatzgas mit einem hohen Sauerstoffgehalt verwendet wird, kann der Reinheitsgrad des Sauerstoffes des Abgases aus der Paulungszone über die Leitung 18 ohne weiteres auf einem geeigneten Mveau gehalten werden, indem die relativen Geschwindigkeiten der Einführung des Belüftungsgases über die Zuleitung 17 u-nd der Entlüftung über die Leitung 18 in geeigneter Weise reguliert werden«. Hierzu dienen zum Beispiel Gasströ-
mungsregelventile entweder in den Eintrittsgaszuleitungen oder in den Abgasleitungen, unter Beteiligung eines Analysiergerätes zur Analyse der Reinheit des Sauerstoffes (nicht wiedergegeben) , das sich in der Abgasleitung 18 in einer solchen Art und Weise befindet, die für diejenigen, die auf diesem Gebiet der Technik versiert sind, gut bekannt ist·
Es ist nun ermittelt worden, daß bei Aufrechterhaltung.des Schlammes in der aeroben Paulungszone gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer thermophilen Temperatur von wenigstens etwa 50-52 0C eine im wesentlichen vollständige Pasteurisation des Schlammes erreicht wird» Im Rahmen der ausgedehnten praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung wird der teilweise stabilisierte Schlamm aus der aeroben Paulungsaone 10 über die Leitung Ή bei einer Temperatur im Bereich zwischen 35 °C und 75 0C ausgetragen« Insofern als diese spezifische erfindungsgemäße Verkörperung von der mesophilen anaerOben Faulung in der geschlossenen zweiten Paulungszone 20 Gebrauch macht, kann Wärme in wünschenswerter Weise dem teilweise stabilisierten Schlamm über die Leitung 14 entnommen werden, um einen wirksamen Ablauf der anaeroben Schlammbehandlung bei einer niedrigeren Temperatur gegenüber derjenigen zu gewährleisten, von der in der ersten Paulungszone 10 Gebrauch gemacht wurde« Demgemäß strömt der Schlamm über die Zuleitung 14 durch den Wärmeaustauscher 15 in einem indirek-. ten Wärmeaustausch mit dem teilweise erwärmten einströmenden Schlamm, der in den Wärmeaustauscher 15 über die Zuleitung 9 eintritt» Der abgekühlte, teilweise stabilisierte, auf aerobem Wege behandelte Schlamm strömt sodann durch die Zuleitung 16 in die geschlossene zweite Paulungszone 20* Es gibt hierzu noch eine Alternative< > Dabei könnte der teilweise stabilisierte Schlamm in der Leitung 14 durch ein von außen zugeführtes Kühlmittel abgekühlt werden. Zu diesem Zweck könnte ein geklärtes Abwasser einer Abwasserbehandlungsanlage herangezogen werden* Außerdem kann während des Winters keine Notwendigkeit bestehen, von einem Wärmeaustausch Gebrauch zu machen, wie
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dies durch den Wärmeaustauscher 15 geschieht, um den teilweise stabilisierten Schlamm abzukühlen* Hierbei können die Wärmeverluste an die Umgebung von der zweiten Paulungszone und durch den Strom des Schlammes von der ersten zur zweiten Faulungszöne in zufriedenstellender Weise das Fehlen eines solchen Wärmeaustauschers kompensieren»
Der teilweise stabilisierte Schlamm wird nach dem Eintritt in die zweite Paulungszone über die Zuleitung 16 in dieser Zone unter anaeroben Bedingungen auf einer Temperatur von 25 0C bis 45 0C unter Einhaltung einer ausreichend langen Sehlammretentionszeit (Dauer) gehalten, um zu einer weiteren Verringerung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen auf weniger als etwa 40 % und vorzugsweise auf weniger als 20 % des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen zu gelangen, der der ersten Paulungszone zugeführt wurde, und dabei Methangas zu bildene
Im Rahmen der ausgedehnten praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des Schlammes in der geschlossenen zweiten Paulungszone in dem Beereich von 25 0C bis 60 0C aufrechterhalten* Dieser Temperaturbereich beinhaltet sowohl den Arbeitsablauf in dem mesophilen Bereich von 25 0C bis 45 0C als auch den Arbeitsablauf in dem thermophilen Bereich von 45 0C bis 60 0C. Pur den Zweck eines in hohem Grade wirksamen Arbeitsablaufes wird die anaerobe Paulungszone während der mesophilen Arbeitsweise auf einer Schlammbehandlungstemperatur zwischen 35 .0C und 40 C und vorzugsweise zwischen 37 °C und 38 0G gehalten. Ein bevorzugter Arbeitstemperaturbereich für die anaerobe thermophile Faulung erstreckt sich von.45°C bis 50 0C. Ein Arbeitsablauf in den vorhergehenden bevorzugten Temperaturbereichen ergibt einen besonders raschen Abbau der biologisch abbaubaren, flüchtigen Feststoffe durch die mikrobiellen Kulturstämme, die hierfür in Präge kommen«
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Bei dem Arbeitsablauf in der anaeroben Faulungszone 20 wird der Inhalt dieser Zone in vorteilhafter Weise kontinuierlich durch Rührvorrichtungen 21 durchmischt. Dadurch wird eine große Zone des aktiven Abbaues und einer in signifikanter Weise zunehmenden Geschwindigkeit der Stabilisierungsreaktionen geschaffen. Die Verweilzeit des Schlammes in der.zweiten Paulungszone kann in geeigneter Weise in dem Bereich von 4 bis 12 Tagen und vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 9 Tagen liegen«, Schlammretentionszeiten (Dauer) in der zweiten Paulungszone von weniger als 4 Tagen können als unerwünscht angesehen werden, weil unterhalb eines solchen Wertes die Retentionszeit die Tendenz aufweist, in zunehmendem Maße un-.zulänglich zu werden, eine große lebensfähige Gesamtheit an methanbildenden Bakterien während der anaeroben Behandlung zu unterstützen, mit einem sich einstellenden nachteiligen Einfluß auf die Gesamtschlammstabilisierung des Paulungssystems. Andererseits wird bei Schlammretentionszeiten in der anaeroben Paulungszone von mehr als 12 Tagen die Retentionszeit für die zweite Paulungszone unnötig lang und es wird in zunehmendem Maße schwierig, die Vorteile der synergistischen Retentionszeit und der Erfordernisse im Hinblick auf das Pas~ sungsvermögen, die im Rahmen des erfindungsgemäßen, integrierten Verfahrens in dem ausgedehnten Retentionsbereich von 4 bis 12 Tagen verwirklicht werden können, zu erreichen.
Hach dem Abschluß der anaeroben Behandlung des Schlammes in der zweiten Paulungszone 20 wird der anfallende, weiterhin stabilisierte Schlamm aus der zweiten Paulungszöne. über die Leitung 24 ausgetragen. Es findet in dem Wärmeaustauscher 22 ein entsprechender Wärmeaustausch zur Y/ärmerückgewinnung durch den einströmenden Schlamm vor dem endgültigen Austragen des Schlammes aus dem Prozeß über die Leitung 25 statt. Das in der zweiten Paulungszone 20 als ein Produkt der biochemischen Reaktionen in dieser Zone gebildete Methangas wird aus der anaeroben Behandlung über die Leitung 23 ausgetragen. In dieser Leitung 23 befindet sich ein Mengenregelungsventil 26*
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Wie weiter oben bereite besprochen wurde, ist die kontinuierliche Arbeitsweise eines anaeroben Schlammfaulbehälters bei hohen Durchsatz strömen und bei optimalen Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur im Rahmen bekannter praktischer Einsatzbedingungen der inneren Uatür nach schwierig aufrechtzuerhalten gewesen« Schwankungen der Umgebungstemperatur rufen in typischer Weise eine Änderung sowohl der Temperatur des einströmenden Schlammes als·auch des Wärmeverlustes des Schlammfaulbehälters hervor, was wiederum zu unerwünschten Temperaturschwankungen innerhalb des Schlammfaulbehälters führt«, Derartige Temperaturschwankungen beeinflussen gemäß der Diskussion die relativen Wachstumsgeschwindigkeiten der säurebildenden und methanbildenden Bakterien« Die säurebildenden Bakterien sind in typischer Weise sehr abgehärtet und mäßig starke Temperaturschwankungen ändern ihre Stoffwechselaktivität in keinem signifikanten Grade. Die methanbildenden Bakterien sind andererseits außerordentlich empfindlich gegenüber den Umgebungsbedingungen. Wenn die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur in der anaeroben Fäulungszone durch sogar geringfügige Temperaturschwankungen gestört ist, ergibt sich mit großer Wahrscheinlichkeit eine Instabilität hinsichtlich der Aktivität und des Wachstums der methanbildenden Bakterien. Als Folge wird die Aktivität der säurebildenden Bakterien vorherrschen« Es kommt dann zu einer gleichzeitigen Anhäufung von sauren Zwischenprodukten der Zersetzung und zu einer Erniedrigung des pH-Wertes in der Paulungszone* ?/enn der pH-Wert abfällt, wird die Aktivität, der methanbilden-, den Bakterien weiterhin herabgesetzt und eine schwere Störung des Prozeßablaufes veranlaßt*
Der Versuch zur Lösung der weiter oben beschriebenen Störung des Verfahrens in der bekannten anaeroben Paulungszone umfaßt im allgemeinen den Zusatz von großen Kalkmengen zu dem Schlammfaulbehälter, um die Pufferung zu verstärken und dadurch den pH-Wert in dem Schlammfaulbehälter zu erhöhen. Durch eine Erhöhung des pH-Wertes und durch eine Drosselung der Eintrags-
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menge an Schlamm je Zeiteinheit besteht mitunter die Möglichkeit, den Schlammfaulbehälter unter Beseitigung einer derartigen Störung wieder in den normalen Betrieb zurückzubringen. Diese Korrektur eignet sich jedoch im allgemeinen nur im Falle von kurzfristigen Schwankungen oder Prozeßstörungen und meistens nicht im Falle langfristiger Schwankungen oder Störungsbedingungen·
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Regelung und Aufrechterhaltung der erhöhten Arbeitstemperaturen in der Paulungszone bei minimalen Temperaturschwankungen unabhängig von den klimatischen Bedingungen durch die Integration einer thermophilen oder fast thermophilen aeroben Paulungsbehandlung mit einer nachfolgenden anaeroben Schlammbehandlung erreichte Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die thermophile oder fast thermophile aerobe Faulung im allgemeinen in der Lage, mehr als genug Wärme zu liefern, um auf thermischem Y/ege die anaerobe Behandlung zu stabilisieren» Dies geschieht auf Grund des Wärmeinhaltes des teilweise stabilisierten Schlammstromes aus der aeroben Paulungszone auf dem ?/ege zu der anaeroben Behandlung. Als Folge können Temperaturschwankungen in der anaeroben Paulungszone des gegenwärtigen Verfahrens im wesentlichen in der V/eise eliminiert werden, indem solche Verfahrensparameter geändert werden, wie zum Beispiel die Schlammretentionszeit (Dauer) in der aeroben Paulungszone, der Gehaita des Schlammes an Peststoffen, der der aeroben Paulungszone zugeführt wird, und der Umfang des Wärmeaustausches bei dem Erwärmen des Eintragsschlammes vor dessen Einführung in die aerobe Paulungszone.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil entsprechend dem erfindungsgemäßen integrierten Verfahren über den Nutzen hinaus,, der der Stabilität der Arbeitstemperatur zuzuschreiben ist, liegt in der Fähigkeit eines solchen Systems, eine sporadisch auftretende Störung zu kompensieren, wie etwa eine Überlast, ohne dabei .eine Einbuße an Wirkungsgrad des Verfahrens hinnehmen
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zu müssen. In einer bekannten anaeroben Paulungszone geschieht nicht nur die Anfangslöslichmachungsphase des Faulungsprozesses rasch, sondern auch die mikrobielle Tätigkeit der fakultativen säurebildenden Bakterien erfolgt mit einer hohen Geschwindigkeit· Nach dem Eintreten einer plötzlichen hohen Belastung durch Feststoffe in dem bekannten anaeroben Paulungssystem geschehen die Löslichmachung und die Azidifikation bei einer schnelleren Geschwindigkeit, als die methanbildenden Bakterien die sauren Zwischenprodukte verwenden können» Als Polge davon kommt es zu einer Anhäufung von sauren Bestandteilen in der Paulungszone, zu einer Erniedrigung des pH-Wertes in der Paulungszone und zu einer Tendenz zum Sauerwerden des Schlammfaulbehälterinhaltes. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fördert die vorgeschaltete thermophile oder fast thermophile aerobe Behandlung die rasche LösliGhmachung der biologisch abbaubaren Spezies in dem Schlamm, so daß nach dem Eintreten einer Überlast in der aeroben Paulungszone sowohl eine schnelle Löslichmachung in dieser aeroben Paulungszone geschieht als auch eine Stabilisierung der am stärksten flüchtigen Schlammbestandteile zu verzeichnen ist«, Dadurch kommt es zu einem Ausgleich der plötzlichen Überlast und der nachfolgende Einfluß auf die nachgeschaltete anaerobe Paulungszone wird in hohem Maße gemindert. Bei der weiteren Behandlung empfängt die anaerobe Paulungszone einen teilweise stabilisierten Schlamm, in dem die säurebildenden und die methanbildenden Bakterien in einem Gleichgewicht wachsen können»
Insofern als die aerobe Paulung bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Schlammbehandlungsverfahren vorzugsweise von einer thermophilen Paulungszone Gebrauch macht, kann das "Verfahren, welches in dem U.S.-Patent Hr. 3926794 beschrieben und beansprucht wird, erteilt am 16. Dezember 1975 an M".P. Vahldieck, hier aufgenommen entsprechend dem einschlägigen Umfange, in vorteilhafter Weise in Verbindung mit dem Verfahren der gegenwärtigen Erfindung für die Behandlung eines Abwassers
- Haunter Abtrennung mit Hilfe des biochemischen Sauerstoffbedarfes (BSB) daraus durch das Belebtschlammverfahren und zur Behandlung des sich ergebenden Abfallbelebtschlammes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
Auf Grund der Vorgeschichte der vorliegenden Erfindung wird die Belebtschlammsekundärbehandlung des Abwassers in bekannter Weise wie folgt durchgeführt· Ein Abwasser mit dem. entsprechenden biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB), wobei wir es beispielsweise mit einem städtischen Abwasser zu tun haben, kann zunächst einer Behandlung ausgesetzt werden, wie etwa einer Befreiung von Grobsanden und einer primären Sedimentation zur Abtrennung eines primären Schlammes aus dem Abwasser, bestehend aus biologisch abbaubaren, suspendierten Peststoffen· Dadurch kommt es zur Bildung eines an Peststoffen verarmten primären Abwassers, welches anschließend dem sekundären Behandlungssystem zugeführt werden kann· Im Rahmen der Sekundärbehandlung werden das primäre Abwasser und der Zirku·» lationsschlamm vermischt und bei einer ausreichenden Geschwin-
digkeit und hinreichend lange genug belüftet, um zu einer gemischten Flüssigkeit mit einem reduzierten Gehalt an biochemischem Sauerstoffbedarf zu gelangen. Im A_nschluß daran wird die gemischte Flüssigkeit in die gereinigte Flüssigkeit und den Belebtschlamm getrennt und wenigstens ein Hauptanteil des Belebtschlammes wird zurückgeführt, wobei ein Vermischen mit dem primären Abwasser erfolgt und wir den weiter oben erwähnten Zirkulationsschlamm erhalten. Dieses Abwasserbehandlungssystem kann in geeigneter Weise in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, wobei der Primärschlamm und der nicht zurückgeführte Belebtschlamm der ersten Paulungszone entsprechend dem gegenwärtigen Verfahren als Eintragschlamm dieser ersten Zone zugeführt werden.
Gemäß der Beschreibung in dem weiter oben erwähnten Patent . , von Vahldieck wird Sauerstoffgas für die thermophile Faulung des Belebtschlammes in einer warmen geschlossenen Faulungs-
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zone verwendet und das Abgas aus der Paulungszone findet wenigstens zu einem hauptsächlichen Teil als Bestandteil des BeTUftungsgases in einer kühleren geschlossenen Zone zur Belebtschlamrasekundärbehandlung des Abwassers Verwendung« Entsprechend der Beschreibung dieses Patentes ist, um die hohe Stoffübergang-Triebkraft zu bekommen,' die notwendig ist, damit sich der Sauerstoff in wirksamer Weise während der aeroben Faulung bei erhöhter Temperatur, auflösen kann, ein Sauerstoffgas mit einer relativ hohen Reinheit als Belüftungsgas · für die Paulungsbehandlurg zu verwenden· Bei den erhöhten Temperaturen erzeugt die größere Geschwindigkeit des biochemischen Abbaues des Schlammes in der aeroben Paulungszone erhebliche Mengen an Kohlendioxid als gasförmiges Reaktionsprodukt. Da die Löslichkeit von Kohlendioxid bei den hohen Temperaturen verhältnismäßig gering ist, die für die aerobe thermophile'Paulung charakteristisch sind, gelangt eine signifikante Menge an Kohlendioxid in dem aeroben Schlammfaulbehälter in die Gasphase» Dadurch wird die wirksame Konzentration an Sauerstoff in dem Belüftungsgas in dem Schlammfaulbehälter, erniedrigt« Darüber hinaus wird bei hohen thermophilen Temperaturen die Sauerstoffkonzentration in der Gasphase in der Paulungszone des weiteren durch V/asserdampf reduziert, der sich in dem Belüftungsgas befindet, und zwar auf Grund des relativ hohen Dampfdruckes des Y/assers bei solchen Temperaturniveaus·
Die vorhergehenden Einflüsse reduzieren die Triebkraft für den Sauerstoff-Stoffübergang von der Gasphase zu dem Schlamm in der thermophilen Paulungszone* Die Triebkraft für den Sauerstoff-Stoffübergang auf die flüssige Schlammphase wird ebenfalls als Polge der geringeren Sauerstofflöslichkeit bei den erhöhten thermophilen Temperaturwerten reduziert. Aus diesen Gründen ist aus dem Vahldieckschen Patent zu entnehmen, daß das sauerstoffhaltige Gas, welches der thermophilen Paulungszone zugeleitet wc d, in wünschenswerter Weise eine Sauer-
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Stoffkonzentration von wenigstens 80 V!ol·-^ aufweist. Im Eahmen einer solchen Arbeitsbeschränkung kann das verbrauchte Belüftungsgas aus der thermophilen Paulungszone in vorteilhafter Weise als Oxydationsmittel in einem Belebtschlaiam« sekundärbehandlungssystem verwendet werden· Fig. .2 entspricht einem schematischen Fließbild entsprechend einer anderen erfindungsgemäßen Verkörperung, Diese Darstellung zeigt ein Schema einer Behandlung, bei der die Aussagen des Vahldieckschen Patentes in vorteilhafter Weise in Verbindung mit den praktischen erfindungsgemäßen Einsatzbedingungen verwendet werden können.
Wie wollen uns nun mit Fig, 2 beschäftigen* Über die Rohrleitung 1Ot tritt' Wasser, welches den biochemischen Sauerstoffbedarf aufweist, sum Beispiel Schmutzwasser, in die Belüftungszone 102 ein· Über die Zuleitung 118 (gestrichelte linie)- tritt zunächst Gas mit einem Sauerstoffgehalt von wenigstens 40 Vol«-% Sauerstoff in die Zone 102 ein und Zirkulationsbelebtschlamm gelangt ebenfalls in die Zone 102 über die Rohrleitung 108, die über eine Pumpe 109 verfügt» Über die Zuleitung 150 wird ebenfalls überstehende Flüssigkeit aus dem Schlammverdicker 151 der geschlossenen Belüftungszone 102 zugeleitet· In dieser Figur sind die Rohrleitungen für den Transport der Flüssigkeiten und des Schlammes durch ausgezogene Linien wiedergegeben, wohingegen die Rohrleitungen für die Gase durch gestrichelte Linien gekennzeichnet werden. Aus Gründen einer einfachen Darstellung werden die Ventile nicht wiedergegeben, aber die entsprechende Verwendung dieser Ventile bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung wird sehr gut von denjenigen zu verstehen sein, die auf diesem Gebiet der Technik versichert sind. Die weiter oben erwähnten Stoffströme werden in der Belüftungszone 102 durch mechanische Rührwerke 103 innig miteinander vermischt. Die Rührwerke 103 können aus Kreiselmischern bzw« SehneHruhrerη mit Motorantrieb bestehen, angebracht in der Hähe der Oberfläche
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der Flüssigkeit oder unterhalb der Oberfläche untergetaucht· Das Sauerstoffgas kann dabei durch die Rohrleitung 118 ent-* weder über oder unter der Flüssigkeit eingeführt werden. Eine derartige Apparatur ist denjenigen nicht unbekannt, die auf diesem Gebiet der Technik gut versiert sind, und ist auszuwählen, um eine große Berührungsfläche zwischen den strömenden Medien mit einem minimalen Arbeitsaufwand zu erreichen· Wenn das Sauerstoffgas in die Flüssigkeit hineinperlt oder hineindiffundiert, müssen die Blasen klein sein, so daß ihre Gesamtoberfläche groß und ihr Auftrieb gering ist. Die Auf»· lösung des Sauerstoffes wird ebenfalls in der Y/eise unterstützt, indem die Begasungsröhrchen bis zu einer Tiefe in die Flüssigkeit eingetaucht werden, wo sich der hydrostatische Effekt in signifikanter Weise bemerkbar macht.
Unter bevorzugten praktischen Einsatzbedingungen sind Elemente in geeigneter Weise für eine kontinuierliche Rezirkulation des einen strömenden Mediums gegenüber den anderen strömenden· Medien in der Belüftungszone 102 vorgesehen· Beispielsweise kann ein Verdichter (nicht wiedergegeben) mit dem Gasraum in der Belüftungszone durch geeignete Rohrleitungen verbunden werden, um das Belüftungsgas dem unteren Teil der Zone zurückzuführen, wo die Freisetzung in Form von kleinen Gasblasen mit Hilfe einer bekannten Sprengvorrichtung erfolgt. Als Alternative hierzu können die weiter oben erwähnten Rührvorrichtungen ebenfalls zur Rezirkulation der strömenden Medien eingesetzt werden, wie im Falle der Oberflächenbelüftungsschnellrührer. Die Belüftungsvorrichtungen werden im allgemeinen hinsichtlich ihrer Nennleistung ausgelegt durch den sogenannten "Standardluftübertragungswirkungsgrad". Durch diesen Begriff wird die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung gekennzeichnet, Sauerstoff -aus der Luft in Leitungswasser mit einem Gehalt an gelöstem Sauerstoff gleich KuIl bei einem Druck von 1 Atmosphäre und einer Temperatur von 20 0C aufzulösen. Geeignete Vorrichtungen sind die, die über einen Standardluftübertra-
gungswirkungsgrad von wenigstens 1,5 Ib O2 Pferdestärkenstunde (PSh.) und vorzugsweise von wenigstens 3,0 verfügen. Pur diese Zwecke entspricht die für die Auslegung verwendete leistung der gesamten nutzbaren Energie, die sowohl für das Umrühren der Flüssigkeit als auch für die Gas/Flüssigkeit-Berührung verbraucht wurde.
Der weiter oben erwähnte Sauerstoff wird eingeführt und gelangt in Berührung mit der durchsmischten Flüssigkeit in ausreichender Menge und bei einer entsprechenden Geschwindigkeit, um den Gehalt an gelöstem Sauerstoff (DO) in der durchmischten Flüssigkeit wenigstens auf 0,5 mg/1 aufrechtzuerhalten. Auch wird die Temperatur der Flüssigkeit vorzugsweise wenigstens auf 15 0C gehalten, so daß Einrichtungen bei kalten Witterungsbedingungen notwendig sein 'können, um eine niedrigere.Temperatur in der Belüftungszone 102 zu verhindern. Zum Beispiel handelt es sich um Einrichtungen für das Erwärmen des ankommenden Abwassers über die Rohrleitung 101. Die Konstruktion und die Arbeitsweise der Abwasserbelüftungszone 102 können derart sein, wie sie in irgendeinem der U.S.-Patente .Hr · 3547811, 3547812 oder 3547815 beschrieben sind.
Die mit Sauerstoff angereicherte gemischte Flüssigkeit wird aus der geschlossenen Belüftungszone 102 ausgetragen und über die Rohrleitung 104 in den Klärbehälter 105 gebracht, um dort in die gereinigte überstehende Flüssigkeit und den Belebtschlamm getrennt zu werden. Unverbrauchtes sauerstoffhaltiges Gas wird aus der Belüftungszone 102 über die Rohrleitung 119 zum Austrag gebracht und kann zum Beispiel in die Atmosphäre abgelassen werden. Dieses Gas wird aus der Belüftungszone bei einer derartig einregulierten Geschwindigkeit ausgetragen, daß der Sauerstoffgehalt dieses Gases nicht mehr als 40 % des Gesaratsauerstoffgehaltes des Gases ausmacht, welches der geschlossenen aeroben Faulungszone (worüber weiter unten diskutiert wird) zugeleitet wurde.
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Doch kehren wir nun zu dem Klärbehälter 105 zurück· Die überstehende gereinigte Flüssigkeit wird über die Rohrleitung 106 ausgetragen und der Belebtschlamm durch die Rohrleitung 107 entnommen· Dieser Schlamm enthält konzentrierte Mikroorganismen in dem Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen (MLSS) in der Konzentration von etwa 10000 bis 40000 mg/1. Der größere Teil des Belebtschlammes, beispielsweise wenigstens 85 %, wird über die Rohrleitung 108 und die Pumpe 109 der Belüftungszone zurückgeführt, vorzugsweise, bei einer Strömungsgeschwindigkeit relativ zu dem den biochemischen Sauerstoffbedarf aufweisenden Abwasser derart, daß das Volumenverhältnis zwischen dem Zirkulationsschlamm und dem den biochemischen Sauerstoffbedarf aufweisenden Abwasser gleich 0^1:0,5 ist. Die Strömungsgeschwindigkeiten in die geschlossene Belüftungszone 102 sind vorzugsweise-derart', daß die Gesamtkonzentration der suspendierten Peststoffe (MLSS) darin gleich 4000 bis 12000 mg/1 und der Gehalt an flüchtigen, suspendierten Peststoffen (MLVSS) gleich 3000- bis 10000 mg/1 ist. Die Berührungszeit zwischen der Flüssigkeit und den Feststoffen mit dem Belüftungseinsatzgas in der Belüftungszone 102 für eine organische Eahrstoff-Absorption/Assimilation beträgt zwischen 30 Minuten und 24 Stunden. Diese Zeit variiert in Abhängigkeit von der Konzentration des Abwassers (Gehalt an biochemischem Sauerstoffbedarf),· der Art der Verschmutzung, dem Gehalt an Feststoffen während der Belüftung und der Temperatur. Diese Zusammenhänge sind für diejenigen, die auf diesem Gebiet der Technik versiert sind, verständlich.
Der gesamte Schlamm, der in dem Klärbehälter 105 getrennt wurde, wird nicht der Belüftungszone 102 zurückgeführt. Dafür gibt es zwei Gründe, Erstens erzeugt das Belebtschlammverfahren ein.e größtmögliche Ausbeute an Mikroorganismen, weil nämlich die Masse an neuen Zellen, die aus den Verunreinigungen in dem Abwasser synthetisiert wurden, größer ist als die Masse an Zellen, die während der Behandlung durch Autoxydation entstanden sind. Zweitens enthält das Abwasser normalerweise keine
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biologisch abbaubaren Peststoffe, die .sich absetzen und mit der Biomasse akkumulieren. Daher muß ein geringer Bruchteil des Belebtschlammes beseitigt werden, um die Gesamtheit an Mikroorganismen und die Nährstoffversorgung (biochemischer Sauerstoffbedarf) zu kompensieren und die Akkumulation der inerten Peststoffe in dem System zu unterdrücken· Die Schlammverluste durch Austrag machen in der Regel weniger als 3 % der gesamten abgetrennten Schlammenge aus und kaum mehr als 15 %. .
Während der Abfallschlamm einen kleinen Bruchteil der in dem Klärbehälter abgetrennten Gesamtfest stoffe darstellt, hand-elt es sich nichtsdestoweniger oftmals um eine große absolute Menge an Material. Unabhängig von der anfallenden Menge repräsentiert die Beseitigung dieses Schlammes einen signifikanten Teil der Kosten für die Abwasserbehandlung und außerdem wird dadurch ein ernsthaftes ökologisches Problem aufgeworfen. Der Schlamm ist fäulnisfähig und in hohem Grade biologisch aktiv und enthält oftmals pathogene Bakterien. 3s besteht die Möglichkeit, den Schlamm in geeigneter Weise als.Düngemittel und/oder zur Landaufschüttung zu verwenden, aber vor einem derartigen Einsatz muß eine hinreichende Stabilisierungdes Schlammes vorgenommen werden, um Unannehmlichkeiten und Gefahren für die Gesundheit zu vermeiden. Darüber hinaus muß der ' hohe Wassergehalt des Schlammes (zum Beispiel 96-98 %) herabgesetzt werden.
Der Abfallschlamm wird über die Rohrleitung 111 dem Klärbehälter 105 aus dem Schlammrezirkulationskreislauf entnommen, mit einem Gehalt an IdLSS (Gesamtgehalt an suspendierten Peststoffen) von 10000 bis 40000 mg/1. Dies geschieht anfänglich etwa bei'derselben Temperatur wie derjenigen des .Abwassers in der Belüftungszone 102, beispielsweise bei einer Temperatur von 15 0C bis 25 0C. Der Weitere Transport erfolgt zu einem Sindickungsbehälter 151» Der Eindickungsbehälter 151 bewirkt eine Schlammkonzentration auf einen MLSS-Gehalt zwischen 20000
2 08 442 -so60000 mg/1. Über die Rohrleitung 152 erfolgt die Weiterleitung des. eingedickten Schlammaustrages zu dem Schlammfaul ungs sy st em.
In einigen Fällen, so zum Beispiel bei der Abwasserbehandlung bei Vorhandensein einer hohen Umgebungstemperatur und bei hohen Peststoffkonzentrationen in dem dem Klärbehälter ent-s . nommenen Austrag, kann das Eindicken des AbfallSchlammes aus dem Klärbehälter nicht notwendig sein und der Schlamm in der Rohrleitung 111 in geeigneter Weise über die Rohrleitung 153 den Behälter 151 umgehen und im Anschluß daran in die Rohrleitung 152 eintreten, um zu dem Schlammfaulungssystem befördert zu werden. Der Überlauf des Sindickers (die überstehende Flüssigkeit) wird über die Rohrleitung I50 zu der Belüftungszone 102 befördert, wie bereits weiter oben beschrieben wurde.
Der eingedickte Schlamm in der Rohrleitung 152 kann erwärmt werden, wenn dies notwendig sein sollte, bevor er in die aerobe Paulungszone 110 eingeführt wird. Diesem Zweck dient der-,Methankessel 130. Im Sinne einer Alternative könnte der Schlamm mit dem stabilisierten Schlammaustrag aus der anaeroben Paulungszone 120b in einer solchen Art und V/eise einem Wärraeaustauschverfahren unterworfen werden,'das: demjenigen ähnlich ist, welches weiter oben in Verbindung mit der in Abbildung 1 wiedergegebenen Verkörperung näher beschrieben wurde. Der Abfallschlamm wird dabei einer geschlossenen ersten Fau-· lungszone 110 entweder kontinuierlich oder chargenweise über die Zuleitung 152 zugeführt. Die aer.obe Paulungszone 110 wird auf einer Temperatur in dem Bereich von 35 0C bis 75 0C und vorzugsweise in dem thermophilen Bereich von 45 0C.bis 75 .C gehalten.. Ein bevorzugter Bereich für die autothermische Arbeitsweise in der aeroben Paulungszone erstreckt sich von 50 0C bis 65 0G. Die erhöhte Temperatur in der geschlossenen ersten Paulungszone 110 kann auch in der Weise aufrechterhalten werden, indem eine äußere Wärmeenergie zugeführt wird.
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Diesem Zweck dient beispielsweise eine in geeigneter Weise erwärmte Flüssigkeit, die sich in einem Wärmeaustauscher befindet (nicht wiedergegeben'), der im Innern der Paulungszone angebracht ist. Wegen der Neigung der Peststoffe zum Anhaften und Verstopfen dürfen die Oberflächen für den Wärmeaustausch, die sich·innerhalb des Schlammfaulbehälters befinden, nicht verzweigt oder dicht beieinander angeordnet sein, sondern sie können in vorteilhafter Weise in die Behälterwand eingebettet oder daran angebracht sein. .
.Über die Rohrleitung 117 wird ein zweites Sauerstoffgas mit einem Sauerstoffgehalt von wenigstens 80 Vol.-% der geschlossenen ersten Faulungszone 110 zugeleitet. Wie weiter unten näher beschrieben wird, weist dieses Gas eine ausreichende Menge auf, um einen Teil des ersten Sauerstoffgases zu bilden, das der'Belüftungszone 102 über die Rohrleitung 118 zugeleitet wurde·
Vorzugsweise wird die erhöhte Temperatur in der geschlossenen .ersten Faulungszone 110 auf autothermischem Wege erhalten, ohne dabei Wärmeaustauscher wie zum Beispiel 130 zu benötigen. Der konzentrierte Schlamm, der in charakteristischer V/eise gemäß dem Sauerstoffbelüftungsverfahren des U.S.-Patentes ilr. 3547813 gewonnen wird, eignet sich sehr gut für einen Betrieb unter autothermischen Bedingungen, und zwar wegen seines reduzierten Wassergehaltes relativ zu seinem· biologisch ' abbaubaren "Brennstoff"-Gehalt. Darüber hinaus reduzieren hohe Feststoffkonzentrationen· die Größe eines Schlamrafaulbehälters und daher werden die' WärmeleitVerluste durch die Wände des. Schlammfaulbehälters·herabgesetzt.-Wie weiter oben bereits .gesagt wurde, muß der Gesamtgehalt des Schlammes an suspendierten Feststoffen (IvILSS) in der Faulungszone wenigstens 20000 mg/1 ausmachen. Derartige Überlegungen bilden dabei die Grundlage hierfür»· . . .
Die oberen Grenzen für die Feststoffkonzentrationen in dem aeroben Paulschlammbehälter werden im allgemeinen durch zwei
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Faktoren bedingt· Ganz allgemein hängt die Maximalkonzentration von der Fähigkeit der bekannten Sedimentations- und Eindickungsapparate ab, den Wassergehalt zu verringern« Flotations· apparate, Fliehkraftabscheider und Schwerkrafteindicker erzeugen oftmals Gesamtkonzentrationen an suspendierten Feststoffen in der Größenordnung von 60000 mg/1· Die Feststoffanteile können des weiteren heraufgesetzt werden, indem, ein primärer Schlamm oder ein konzentrierter· Abfall aus einer Quelle außer dem Abwasser zugesetzt wird. Der zweite Faktor, durch welchen die Feststoffkonzentrationen begrenzt werden, besteht in der zunehmenden Schwierigkeit, in dem Faulschlammbehälter Sauerstoff zu lösen und die Feststoffe zu durchmischen. Eine "bevorzugte obere Grenze liegt bei 80000 mg/1 und sehr bevorzugt werden 60000 mg/1, um zu gewährleisten, daß eine angemessene Anreicherung des Schlammes mit Sauerstoff ausgeführt werden kann, ohne dabei einen übermäßig hohen Energieaufwand für das Vermischen des Belüftungsgases mit dem Schlamm betreiben zu müssen. .
Die Konstruktion des Faulschlammbehälters wirkt sich ebenfalls auf die Aufrechterhaltung der erhöhten Temperaturen aus und Betonwände werden gegenüber Metallwänden bevorzugt, weil bei den Betonwänden geringere Wärmeverluste durch die Wärmeleitfähigkeit auftreten. Die Wärmeverluste können des weiteren in der Weise verringert werden, indem die Behälter unterirdisch verlegt werden und Erde.gegen irgendwelche exponierten senkrechten Behälterwände angehäuft wird. Eine Wärmedämmung durch Beton niedriger Dichte oder Schaumkunststoff kann über einem Metalldeckel in Anwendung gebracht werden, wenn dies erforderlich sein sollte.
Vorzuziehen ist ebenfalls, die vorliegende Erfindung in aeroben und anaeroben Faulschlarambehältern mit einem Oberfläche/ Volumen-Verhältnis kleiner als 0,8 ft2/ft3 (2,62 m2/m3) praktisch durchzuführen. Zu diesem Zweck bezieht sich der Begriff "Oberfläche" auf die gesamte Wandoberflache des geschlossenen
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Faulschlammbeliälters einschließlich des Deckels, des Bodens und der Seitenwände. Oberfläche/Volumen-Verhältnisse größer als 0,8 führen zu großen Verlusten durch Wärmeleitung durch die Wände in bezug auf die Wärmemenge, die notwendigerweise in dem Paulschlammbehälter aufrechterhalten werden muß. Derartige Wärmeverluste bedingen mit großer Wahrscheinlichkeit die Notwendigkeit für eine Wärmedämmung an den Wänden, die der Einwirkung der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt sind.
Die- Retentionszeit (Dauer) des Schlammes in dem aeroben Paulschlammbehälter beeinflußt ebenfalls die erhöhten Temperaturen, im besonderen die autothermischen Temperaturen, die aufrechterhalten werden können« Es ist einzusehen, daß zahlreiche Paktoren in die Beziehung zwischen der Schlammverweilz'eit und der Temperatur eingehen, wie zum Beispiel die A/bbaubarkeit des Schlammes und die Schlamrakonzentration (Konzentration an Peststoffen). Im Rahmen der allgemeinen praktischen Einsatzbedingungen der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Schlammretentionszeit in der ersten Paulungszone von 4 bis 48 Stunden« Vorzugsweise liegt die Schlammverweilzeit (Dauer) in der ersten Paulungszone in dem Bereich von 12 bis 30 Stunden und in geeigneter Weise im Bereich von 12 bis 24 Stunde».
Die erste Paulungszone 110 verfügt über mechanische Rührwerke 112, die derselben Ausführung entsprechen können, wie sie als Rührer 103 in der Belüftungszone 102 verwendet wurden, zusammen mit Einrichtungen für die kontinuierliche Rezirkulation eines der strömenden Medien in der Porm des zweiten Gases und des Belebtschlammes gegenüber den anderen'strömenden Medien in der Paulungszone. .
Das zweite Gas besteht wenigstens zu 80 % aus Sauerstoff und gelangt in die geschlossene aerobe Paulungszone 110. und wird dort mit dem darin befindlichen Schlamm in einer ausreichenden Menge und bei der Geschwindigkeit für die aerobe Paulung des Schlammes vermischt, während der Gesamtgehalt des Schlammes
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an suspendierten Peststoffen wenigstens auf 20000 mg/1 aufrechterhalten wird. '
Sauerstoffverarmtes Paulungsgas mit einer Reinheit von wenigsttens 40 % Sauerstoff tritt über die Rohrleitung 118 aus der geschlossenen Paulungszone 110 mit einer derartigen Geschwindigkeit aus, daß der Sauerstoffgehalt dieses- Gases wenigstens 35 % des Sauerstoffgehaltes an Sauerstoffeinsattigas ausmacht, welches über die Rohr'lttung 117 eintritt. Das Gas in der Rohrleitung 118 wird der geschlossenen Belüftungszone 102 zugeleitet, wenigstens als Hauptbestandteil des weiter oben erwähnten ersten Gases unter Befriedigung des Sauerstoffbedarfes für die biochemische Anreicherung des Abwassers mit Sauerstoff, ^enn erforderlich, kann eine äußere ergänzende Quelle zur Lieferung des sauerstoffhaltigen Gases benutzt werden, um äen sauerstoffhaltigen Gasstrom in der.Rohrleitung zu steigern.
Nachdem das gewünschte Niveau der aeroben Paulungsbehandlung in der Paulungszone 110 beendet ist, wird der teilweise stabilisierte Schlamm aus der ersten geschlossenen Paulungszone über die Rohrleitung 114 ausgetragen und dem Teil des integrierten Systems zur anaeroben Behandlung zugeführt. Bei dieser Verkörperung setzt sich die zweite anaerobe Paulungszone aus einer Säuerungsunterzone 12Qa und· einer Methanvergärungsunterzone 120b zusammen. Der teilweise stabilisierte"Schlamm in der Rohrleitung 114 wird aus der ersten Paulungszone 110 der Säuerungsunterzone 120a zugeführt und darin während einer Schiammretentionszeit von 24 bis 60 Stunden gemäß den Erfordernissen für die Schlammsäuerung gehalten. Der Inhalt der Unterzone 120a wird kontinuierlich durch Rühreinrichtungen 121a gemischt, um eine gleichmäßige A.bbaugeschwindigkeit der Kohlehydrate, Fette, und Proteine zu niederen Fettsäuren-in dieser Unterzone aufrechtzuerhalten, lach dem Abschluß der notwendigen Retentionszeit (Dauer) in der Unterzone 120a wird der gesäuerte Schlamm über die Rohrleitung 126 aus dieser Unter-
zone ausgetragen· Wenn die Temperatur des die Unterzone 120a verlassenden Schlammes über derjenigen liegt, die für die optimalen Werte einer Methanerzeugung gilt, wird die Temperatur des gesäuerten Schlammes in wünschenswerter Weise herabgesetzt, um eine zufriedenstellende Punktion der methanbildenden Unterzone 120b zu gewährleisten. Folglich gelangt der Schlamm über die Rohrleitung 126 in dem Wärmeaustauscher 115 zu einem V/ärmeaustausch mit einem Kühlmittel, welches über die Rohrleitung 160 durch den Wärmeaustauscher hindurchtritt« Der sich ergebende, teilweise abgekühlte, teilweise stabilisierte Schlamm, der aus dem Wärmeaustauscher 115 zum Austrag gelangt, strömt schließlich durch die Rohrleitung 127 in die-Unterzone 120b, in der die Methanvergärung erfolgt« Das für den Wärmeaustausch verwendete Kühlmedium in der Leitung 160 kann in geeigneter Weise aus einem Kühlwasserstrom bestehen, beispielsweise kann hierfür ein Teil des Abwassers aus dem sekundären Klärbehälter über die Leitung 106 herangezogen werden oder gemäß der weiter oben beschriebenen Verkörperung der in das Paulungssystem einströmende Schlammeintrag.
Die anaerobe Paulungsunterzone 120b besteht aus der methanerzeugenden Paulungsbehandlung des Verfahrens. Um eine optimale Punktionsweise zu erreichen, wird der Schlamm in der Methanvergärungsunterzone 120b auf einer Temperatur von 35 °C bis 40 0C und vorzugsweise von 37 0C bis 38 0C gehaltene Der Inhalt der Unterzone 120b wird kontinuierlich durch Rühreinrichtungen, 12ib. gemischt· Dadurch kommt es zur Herausbildung einer umfangreichen Zone eines wirksamen Abba-ues und einer signifikanten Zunahme der Geschwindigkeit der Stabilisierungsreaktionen in dieser Unterzone. Die Schlammretentionszeit (Dauer) in der Methanvergärungsunterzone 120b liegt vorzugsweise zwischen 4 und 8 Tagen, wobei die weiter oben diskutierten Überlegungen zutreffen, die die Verweildauer des Schlammes in der anaeroben zweiten Paulungszone regeln. Das auf Grund der xn der Unterzone 120b ablaufenden biochemischen Reaktionen erzeugte Methangas wird aus dieser Unterzone über die Rohr-
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leiturigi-128 entnommen,'- wobei diese Leitungein Mengenregelüiigsventil 129 aufweist»Ein Teil dieses der Unterzone 120b entnommenen Methangases kann über die-Rohrleitung 132 dem Kessel 130 zugeleitet werden, während der restliche Teil des Methangases über die Rohrleitung 131 aus dem Verfahren herausgenommen wird, um-einer weiteren Behandlung · und/öder aiideren< Endverwendungszwecken zugeführt-zu werden. Der weiterhin stabilisierte Schlamm, der nicht mehr als 40% des ursprünglichen Gehaltes des einströmenden Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen-, suspendierten Feststoffen und vorzugsweise nicht mehr als 20 % davon aufweist, wird aus dem Verfahren über die Rohrleitung 133 ausgetragen·
Fig. 3 entspricht einem schematischen Fließbild einer anderen erfindungsgemäßen Verkörperung, wobei Schlamm von den primären und sekundären Abwasserbehandlungsstellen dem Schlammfaulungssystem zugeführt wird· Diese Verkörperung veranschaulicht eine verfahrenstechnische Reihenfolge im Rahmen der vorliegenden Erfindung, bei der eine thermophile aerobe erste Faulungszone mit einer thermophilen anaeroben zweiten Faulungszone integriert ist· Bis jetzt ist die thermophile anaerobe Faulung im Rahmen der kommerziellen Praxis nicht allgemein verwendet worden. Der Grund für eine derartige begrenzte Verwendung besteht darin, daß die Probleme j die bei der bekannten mesophilen anaeroben Arbeitsweise, :nämlich die vorhandene thermische Instabilität und die außerordentliche Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Verfahrensbedingungen, worüber weiter oben bereits diskutiert wurde, bei der thermophilen anaeroben Faulung in einem sogar noch kritischeren Umfange anzutreffen sind. Es ist' in der Tat der Fall, daß wegen der ungleichmäßigen Stabilität des Arbeitsablaufes der thermophilen anaeroben Faulung diesem Schlammbehandlungsverfahren bis heute bei den kommerziellen Schlammfaulungsanwendungen wenig Auf-
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merksamkeit geschenkt worden ist. Diese Probleme einer Instabilität der Funktionsweise und einer unverhältnismäßigen Empfindlichkeit gegenüber VerfahrensSchwankungen sind bei der thermophilen aeroben/anaeroben erfindungsgemäßen Verkörperung in derselben Art und Weise überwunden, wie weiter oben in Verbindung mit den Verkörperungen der gegenwärtigen Erfindung unter Verwendung einer anaeroben mesophilen zweiten Faulungsstufe beschrieben wurde.
In Fig. 3 strömt das rohe Abwasser, welches sich zum Beispiel aus städtischen Abwässern, aus industriellen Abwässern und aus Regenwaoser zusammensetzt, über die Rohrleitung 24O der primären Sedimentationszone 24I zue Diese Sedimentationszone 241 kann in geeigneter Weise aus einem Schwerkraftklärbehälter einer bekannten Bauart bestehen, die auf diesem Gebiet der Technik gut bekannt ist* In der Sedimentationszone wird das einströmende Abwasser in ein primäres Abwasser mit einem reduzierten biochemischen Sauerstoffbedarf, welches über die Rohrleitung 201 der Belüftungszone 202 zugeführt wird, und in einen Schlammaust.rag, bestehend aus abgesetztem Schlamm, getrennt, der aus der Sedimentationszone 24I über, die Rohrleitung 242 entfernt wird. Über die Rohrleitung 218 tritt ebenfalls sauerstoffhaltiges Belüftungsgas in die Belüftungszone 202 ein, über die Rohrleitung 250 gelangt die überstehende Flüssigkeit aus dem Schlammeindicker in die Belüftungszone 202 und über die Rohrleitung 208 wird der Belebtschlamm zurückgeführt. In der Belüftungszone 202 befinden sich Vorrichtungen 203 für das Durchmischen und zur Rezirkulation der strömenden Medien. Dadurch kommt es zu einem Durchmischen der verschiedenen strömenden Medien, die der Belüftung3zone zugeleitet wurden. Es bildet sich eine gemischte Flüssigkeit heraus und gleichzeitig kommt es zu einer kontinuierlichen Rezirkulation'eines Bestandteiles der gemischten Flüssigkeiten und
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des sauerstoffhaltigen Belüftungsgases gegenüber den anderen in dieser Behandlungszone vorhandenen strömenden Medien» Wie weiter oben bereits besprochen, können die für das Mischen und die Rezirkulation der strömenden Medien vorgesehenen Vor- . . .
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richtungen in geeigneter Weise aus einer Tauchgasdurchblaseinrichtung in Kombination mit einem Tauchrührerlaufrad oder aus einem Oberflächenbelüftungsrührer bestehen. Nach der erforderlichen Belüftungszeit von beispielsweise 2. bis 6 Stunden gelangen eine gemischte Flüssigkeit mit einem verarmten biochemischen Sauerstoffbedarf und ein sauerstoffverarmtes Belüftungsgas mit einem Gehalt an Sauerstoff von wenigstens 21 ToI.-% aus der Belüftungszone -202 über die Rohrleitungen 204 bzw. 219 zum Austrag.
Die mit Sauerstoff angereicherte, gemischte Flüssigkeit mit einem verarmten biochemischen Sauerstoffbedarf gelangt über die Rohrleitung 204 in die sekundäre Sedimentationszone 205, in welcher Belebtschlamm von der gereinigten Flüssigkeit abgetrennt wird· Die gereinigte Flüssigkeit gelangt über die Rohrleitung 206 aus dem Verfahren zum Austrag. Der abgesetzte Belebtschlamm wird der sekundären Sedimentationszone 203 über die Rohrleitung 207 entnommen. Eine größere Menge dieses entnommenen Schlammes wird als Zirkulationsschlamm über die Rohrleitung 208 mit Hilfe der Umwälzpumpe 209 der Belüftungszone 202 zurückgeführt. Der übrige Teil des nicht zurückgeführten Schlammes, der zwischen 3 % und 10 % des Schlammes in der Rohrleitung 207 ausmachen kann, gelangt über die Rohrleitung 252 in den Schlammeindi.cker 251 >
In dem Schlammeindicker 251 befindet sich eine weitere Schlammabsetzeindickungszone, in der der Schlamm auf Feststoffwerte zwischen 2 % und β % konzentriert wird, d.h.,· es handelt sich um MLSS-Werte zwischen 20000 und 6OOOO mg/1. Der eingedickte Schlammaustrag wird über die Rohrleitung 245 weitergeleitet und mit primärem Schlamm über die Rohrleitung 242 aus der primären, Sedimentationszone 241 vereingt, wobei sich der kombinierte Schlammstrom über die Rohrleitung 211 ergibt.' Die überstehende Flüssigkeit aus dem Schlammeindicker 251 wird über die Rohrleitung 250 der Belüftungszone 202 zugeführt, wie weiter oben bereits beschrieben worden ist.
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Der kombinierte Schlammstrom über die Rohrleitung 211 kann teilweise, wenn dies gewünscht werden sollte, durch einen indirekten Wärmeaustausch mit dem warmen stabilisierten Schlamm, der aus der zweiten Faulungszone 220 ausgetragen wurde, erwärmt werden, wie weiter unten näher beschrieben wird· Anschließend gelangt dieser Schlamm in die erste . Paulungszone 210 über die Rohrleitung 248, Vor der Einführung in die erste Paulungszone 210 kann der Schlamm in der Rohrleitung 248 durch den mit Methangas geheizten Heizapparat 231 weiter erwärmt werden, der das Methangas für die Verbrennung über die Rohrleitung 227 empfängt.
Wenn die Umgebungstemperaturbedingungen ausreichen, um die Notwendigkeit für die Erwärmung des. einströmenden Schlammes in das Paulungssystem zu eliminieren, kann der Schlamm um den Färmeaustauscher 244 und den Heizapparat 231 herumgeführt werden, wozu die Umgehungsrohrleitungen 261 bzw. 263 vorgesehen sind.
In der geschlossenen ersten Paulungszone 210 wird die thermophile aerobe Paulung des einströmenden Abfallschlammes ausgeführt. Über die Rohrleitung 217 wird der Paulungszone 210 Belüftungsgas mit einem Gehalt an Sauerstoff von wenigstens 50 VoI♦-# und vorzugsweise mit einem Sauerstoffgehalt von wenigstens 80 VoI*-^ zugeleitet. Mechanische Rührer 212 mischen und rezirkulieren simultan kontinuierlich das einströmende Schlammgemisch gegenüber dem sauerstoffhaltig gen Gasβ Die Zuführungsgeschwindigkeit des Belüftungsgases und die Energieaufnahme der mechanischen Rühreinrichtungen 212 sind derart beschaffen, daß Sauerstoff in dem Schlamm in der ersten Paulungszone 210 in ausreichender Menge und Geschwindigkeit aufgelöst wird, um den Atmungsanforderungen des Schlammes während der aeroben Paulung in der ersten Paulungszone 210 zu genügen.
Der Schlamm verbleibt in der ersten Paulungszone 210 bei einer .
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thermophllen Temperatur von 45 0C bis 75 °C 4 bis 48 Stunden lang, um zu einer teilweisen Verringerung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigenj suspendierten Peststoffen zu gelangen. Der teilweise stabilisierte Schlamm wird aus der aeroben Faulungszone 210 über die Rohrleitung 216 zum Austrag gebracht und das sauerstoffverarmte Paulungsgas getrennt davon aus der Faulungszo-ne 210 über die Rohrleitung 218 abgelassen.
Über die Zuleitung 216 gelangt der teilweise stabilisierte Schlamm aus der ersten Paulungszone in die geschlossene zweite Paulungszone 220. -
Die zweite Paulungszone 220 besteht aus einem thermophilen anaeoben Paulschlamm^behalter» Zur Erreichung einer optimalen Arbeitsweise wird der Schlamm in dieser Paulungszone auf einer. Temperatur in dem anaeroben thermophilen Temperaturbereich zwischen 40 0C und 60 0C und vorzugsweise zwischen 45 0C und 50 C gehalten« Als Folge der thermophilen Behandlungsweise sowohl in der ersten als auch in der zweiten Paulungszone kann bei dieser erfindungsgemäßen Verkörperung der teilweise stabilisierte Schlamm aus der ersten Paulungszone direkt der zweiten Paulungszone zugeführt werden, wie der Wiedergabe ohne einen Erwärmungs- oder Abkühlungs-Wärmeaustausch zwischen den Zonen entnommen werden kann, sofern die-thermophilen Temperaturen in den betreffenden Paulungszonen hinreichend nahe beieinander liegen. Als Alternative hierzu kann es in einigen Fällen erwünscht sein, die zweite. Paulungszone bei hinreichend höheren oder niedrigeren Temperaturen relativ zu der ersten aeroben Paulungszone zu betreiben so daß ein Erwärmen oder Abkühlen des teilweise stabilisierten Schlammes nach der aeroben Paulung zwischen den Paulungszonen günstig ist. Das Erwärmen kann mit Hilfe eines Heizapparates mit Methangasheizung ähnlich dem Heizapparat 231 erfolgen; das Abkühlen kann durch einen Wärmeaustausch des teilweise stabilisierten Schlammes aus der ersten Paulungszone mit dem einströmenden
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Schlamm, der dem Paulungssystem zugeführt wird, ausgeführt werden, wie weiter oben in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Verkörperungen gemäß den Darstellungen in Fig. -ή und 2 beschrieben wurde· Da es sogar während der thermophilen anaeroben Paulung kritischer ist als in der mesophilen anaeroben Paulung, zu gewährleisten, daß in der Paulungszone keine Temperaturschwankungen vorkommen, kann es zusätzlich wünschenswert sein, einen gut isolierten Behälter als Schlammbehandlungsbehälter für die thermophile anaerobe Behandlung zu benutzen. Dadurch besteht eine entsprechende Sicherheit gegen schwerwiegende klimatische Schwankungen.
In der zweiten Paulungszone 220 wird der Schlamm kontinuierlich durch mechanische Rühreinrichtungen 221 gemischt, um eine hohe Stabili^ierungsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Methangas, welches als Polge der während der anaeroben Paulung vorkommenden biochemischen Reaktionen erzeugt wird, wird aus der zweiten Paulungszone über die Rohrleitung 223 abgelassen. DiesesMethangas kann mit sauerstoffhaltigem Gas, wie zum Beispiel mit Luft oder mit dem säuerstoffverarmten Paulungsgas aus der aeroben Paulungszone, gemischt und als Heizgas verbrannt werden, um Wärme zu liefern, damit der Schlamm in einer Paulungszone oder in beiden Paulungszonen auf der erhöhten Temperatur gehalten werden kann.
In dem vorliegenden Verfahren wird gemäß der Wiedergabe ein · Teil des Methangases über die Rohrleitungen 223 und 227 dem Methangaskessel 231 zugeführt und dort verbrannt, um die Wärme für die Aufrechterhaltung des Schlammes in der ersten Paulungszone auf der thermophilen Temperatur, von 45 0C bis 75 0C zu liefern. Das restliche Methangas wird dem Paulungssystem über die Rohrleitung 228 entnommen und abgeführt..Der weiterhin stabilisierte Schlamm aus der anaeroben Paulungszone, der nicht mehr als 40 % des Gehaltes des "über die Rohrleitung 248 dem Paulungssystem zugeführten Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen und
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vorzugsweise nicht mehr als 20 % davon aufweist, wird aus der zweiten Faulungszone über die Bohrleitung 225 ausgetragen. Dieser Schlammaustrag durchläuft dann den Wärmeaustauscher 244 zur Wärmerückgewinnung aus dem ausgetragenen Schlamm, Schließlich gelangt der so behandelte Schlamm über die !Rohrleitung 243 zum Austrag aus dem Behandlungssystem·
Die Beschaffenheit der biologischen Aktivität in der aeroben Fauliangszone in der soeben beschriebenen erfindungsgemäßen Verkörperung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich in signifikanter Weise von der biologischen Aktivität in der aeroben FauXungszone der weiter oben beschriebenen erfindungsge«· mäßen Verkörperung gemäß Fig. 2, und zwar auf Grund der unterschiedlichen Schlammquellen· Bei der Verkörperung gemäß Pig. 2 handelt es sich bei dem Schlamm, der dem Faulungssystem als einströmendes Einsatzgut zugeführt wirds ausschließlich um Belebtschlamm von dem sekundären Abwas-Eerbehandlungssystemj wohingegen sich bei der Verkörperung gemäS Fig. 3 der einströmende Schlamm sowohl aus dem sekundären Schlamm der Belebtschlammbehandlung als auch aus dem primären Schlamm der Rohabwassersedimentationsbehandlung zusammensetzt. Da das organische Material des sekundären Schlammes in der Hauptsache aus lebensfähigen Mikroorganismen besteht, setzt sich die aerobe Faulung dieses Schlammes aus den verschiedenen biochemischen Reaktionsstufen der Zellauflösung, der Assimilation der Auflösungsprodukte zur Synthese von neuem, lebensfähigem Material und der At-. mung zusammen«, Der primäre Schlamm besteht andererseits in der Hauptsache aus einem nicht lebensfähigen organischen Material, welches von den Mikroorganismen in dem Schlamm als jtfährstoff verwendet werden kann. Während der aeroben Faulung eines primären Schlammes erfährt folglich die mikrobielle Population des Schlammes eine wesentliche Phase
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einer Zellsynthese zusätzlich, zu der Zellauflösung, der Assimilation der Auflösungsprodukte und der Atmung, Als Folge davon findet die aerobe Faulung des primären Schlammes in einem größeren Umfange sowohl hinsichtlich der ZeIlsynthese als auch der Zellatmung statt, als dies bei der aeroben Faulung des sekundären Schlammes der Fall ist. Darüber hinaus führt die aerobe Faulung des primären Schlammes zu einer geringeren Gesamtreduktion der biologisch abbaubaren, flüchtigen Feststoffe, als dies bei der aeroben Eaulung des sekundären Schlammes der Fall ist, wobei als Grundlage eine vergleichbare Schlammretentionszeit (Dauer) fur die Faulung angenommen wird· Die Gesamtverringerung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen Feststoffen während der Faulung repräsentiert eine Differenz in den miteinander konkurrierenden Faulungspro« zessen der Zellsynthese und der Zellatmung.
M© Zellatmung während der Schlammfaulung weist einen exothermen Charakter auf und aus den weiter oben diskutierten Gründen verfügt der primäre Schlamm über ein höheres Wärmeers eugungs vermögen je Raumgewicht der biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffe, die im Rahmen der Faulung entfernt werden, als dies bei dem sekundären Sclilamm der Fall ist· Folglich ist eine kleinere Gesamtverringerung der flüchtigen, suspendierten. Feststoffe erforderlich, um während der aeroben Faulung bei dem primären Schlamm eine gegebene Temperatur zu erreichen und aufrechtzuerhalten, als dies für den sekundären Schlamm zutrifft. Somit kann die erfindungsgemäße Verkörperung gemäß Wiedergabe in Fig. 3, wobei sich der Schlamm, der dem Faulungssystem zugeleitet wird, sowohl aus dem primären Schlamm als'auch aus dem sekundären Schlamm zusammensetzt* bei einer gegebenen Temperatur mit einer geringeren Reduzierung des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen, suspendierten Fest-
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stoffen in der aeroben Faulungszone durchgeführt werden, als dies für die aerobe Paulungszone in der Verkörperung gemäß Fig. 2 zutrifft, wobei nur sekundärer Schlamm zum Einsatz gelangt· Eine geringere Reduzierung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen in der aeroben Paulungszone des Paulungssystems erfordert jedoch, daß die Schlammfetentionszeit (Dauer) in der anaeroben Paulungszone in entsprechender Weise vergrößert wird, um zu einem gegebenen Gesamtniveau der Entfernung von flüchtigen, suspendierten Peststoffen zu gelangen. Da ein größerer Teil der Gesamten·?; f er nung von flüchtigen, suspendierten Peststoffen in einem solchen Falle in der anaerpben Faulungszone bewirkt wird, kann daher" das System bei der Behandlung des primären' ,Schlammes in der anaeroben Faulungszone größere Methangasmengen erzeugen, vergleicht man die Umstände mit dem Pauluagssystem, bei dem nur sekundärer Schlamm behandelt wird. Somit ist die erfindungsgemäße Verkörperung gemäß Pig, 3 ihrer inneren Natur nach in der Lage, größere Mengen an Methangas zu liefern, als dies für das System der Fig. 2 zutrifft, aber auf Kosten einer größeren Schlainmretentionszeit (Dauer) in der anaeroben Faulungszone in dem ersterwähnten Falle, ' .
Mit Bezug auf die vorhergehende Diskussion steht die Leistungsfähigkeit für die Erwärmung des in das Paulungssystem einströmenden Schlammes vor der Einführung des Schlammes in die aerobe Faulungszone bei jeder der weiter oben beschriebenen, veranschaulichenden, erfindungsgemäßen Verkörperungen zur Verfügung, Bei einer gegebenen Anwendung kann, eine derartige Erwärmung notwendig sein oder nicht· Dabei besteht eine Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel dem Gehalt des Schlammes an Feststoffen, der Umgebungstemperatur, Der Schlammretentionszeit (Dauer)
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In der aeroben Faulungszone und der Art und Zusammensetzung des anzutreffenden Schlammes. Fig. 4 entspricht einer grajahischen Darstellung der Temperatur des in die erste geschlossene Paulungszone einströmenden Schlammes als Punktion des Ge samt gehalt es des in die erste geschlossene Faulungszone einströmenden Schlammes an suspendierten Fest- ~ stoffen (MLSS). Diese Temperaturwerte sind notwendig, um autothermisch eine Arbeitstemperatur von 500C in der ersten Faulungszone während einer Schlammretentionszeit (Dauer) von 24 Stunden aufrechtzuerhalten. Diese graphische Darstellung repräsentiert einen biologischen sekundären Schlamm mit einem Verhältnis des Gehaltes an flüchtigen, suspendierten- Peststoffen zu einem Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen (VSS/TSS) von 0,79 und mit einem biologischen V/ärmeinhalt von I4OOO BTU/lb an entfernten flüchtigen, suspendierten Peststoffen.
Der graphischen Darstellung gemäß Fig. 4 ist zu entnehmen, daß die thermophile Arbeitsweise erreicht werden kann, ohne den in das Faulungssystem einströmenden Schlamm erwärmen zu müssen, bevor die Einführung des Schlammes in die aerobe Paulungszone erfolgt, wenn der einströmende Schlamm über eine ausreichende Konzentration an Peststoffen verfügt. Wenn beispielsweise ein Schlamm mit einer Gesamtkonzentration an Peststoffen von 3 % aufzuschließen ist, muß die Temperatur des der thermophilen aeroben Paulungszone zageführten Schlammes nur etwa 160C ausmachen, um eine autothermische Arbeitsweise aufrechtzuerhalten.
Alle weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verkörperungen sind in der Lage, ein vollständig pasteurisiertes Schiammprodukt zu liefern, da in jedem dieser Fälle der gesamte, ,in das Faulungssystem einströmende Schlamm durch eine aerobe Paulungszone hindurchläuft, in welcher hohe
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Temperaturen in der Größenordnung von wenigstens 50°C bis 520C verwendet v/erden können, um zu einer vollständigen Schlammpasteurisierung zu gelangen. Es kann jedoch Anwendungen geben, bei denen die Endverwendung des Schlammes kein vollständig pasteurisiertes Produkt erfordert, oder wo der Schlamm selbst wegen des Fehlens irgendeiner merklichen Konzentration an pathogenen Organismen darin keine Pasteurisierung erfordert· Fig. 5 entspricht einem schematischen Fließbild einer anderen erfindungsgemäßen Verkörperung, die innerhalb des ausgedehnten Geltungsbereiches der vorliegenden Erfindung liegt, wobei ein geringerer Teil des in das Faulungssyatem einströmenden Schlammes der zweiten Fauluagszone zugeleitet wird» Dieses Verfahren eignet sich für die weiter oben erwähnten Schlammfaulungsanwendungen, bei denen eine vollständige Pasteurisierung des Schlammes nicht erforderlich ist. Bei der in Fig. 5 wiedergegebenen Verkörperung wird ein größerer Teil des in das Faulungseystem über die Zuleitung 311 einströmenden Schlammes der geschlossenen ersten Faulungszone 310 über die Zuleitung 331 zugeführt«, Vor der Einführung des Schlammes in die erste Faulungszone 310 kann dieser auf dem Wege über die Zuleitung 331 erwärmt werden, v/enn dies erwünscht sein sollte, unter Verwendung des mit Methangas geheizten Kessels 330.
Über die Eohrleitung 317 wird sauerstoffhaltiges Belüftungsgas mit einem Sauerstoffgehalt von wenigstens 50 Vol.-^ und vorzugsweise von.wenigstens 80-VoI,-^ der aeroben Faulungszone 310 augeleitet. Der in diese Faulungszone einströmende Schlamm wird in geeigneter Weise durch die Rühreinrichtungen 312 gemischt und kontinuierlich gegenüber dem sauerstoffhaltigen Belüftungsgas in dieser Zone rezirkuliert. Das Mischen des Schlammes und des Belüftungsgases erfolgt dabei in ausreichender Menge und Geschwindigkeit für die
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aerobe Schlammfaulung in der Paulungszone 310. Der Schlamm wird dabei in der aeroben Paulungszone auf der thermophilen Temperatur zwischen 45°C und 75°C 4 bis 48 Stunden lang aufrechterhalten. Über die Rohrleitung 318 gelangt das sauerstoffverarmte Paulungsgas aus der ersten Paulungszone zum Austrag und über die Rohrleitung 316 wird der Schlamm mit einem teilweise verarmten Gehalt an biologisch abbaubaren, suspendierten Peststoffen aus der Paulungszone getrennt für sich ausgetragen.
Der teilweise stabilisierte Schlamm wird dann über die Rohrleitung 316 der geschlossenen zweiten Paulungszone 320 zugeführt, in der mesophile Temperaturbedingungen vorliegen. Da die Temperatur des aus der ersten Paulungszone ausgetragenen Schlammes zwischen 450G und 750C liegt, wird die Temperatur dieses Schlammes in geeigneter Weise vor der Einführung in die zweite Paulungszone gesenkt, so daß die bevorzugten mesophilen Temperaturbedingungen für die mesophile anaerobe Faulung in der zweiten Paulungszone aufrechterhalten werden können. In der Veranschaulichung gemäß Fig. umgeht der kleinere Teil des in das Paulungssystem einströmenden Schlammes den Methangas-Kessel 330 und die aerobe Paulungszone 310 über die Rohrleitung 329 und es erfolgt ein direktes Mischen mit dem warmen Schlamm über die Rohrleitung 316. Die Strömungsgeschwindigkeit des einströmenden Schlammuingehungsstromes wird in der Weise einreguliert, daß die . Temperatur des kombinierten Schlammstromes, der der anaeroben Paulungszone 320 zugeführt wird, ausreicht, um eine Arbeitstemperatur in der Paulungszone 320 zwischen 35°C und 400C aufrechtzuerhalten.
In der zweiten Paulungszone wird der Schlamm durch Rezirkulation des Methangases gegenüber dem Schlamm in dieser Paulungszone gemischt, um die Stabilisierungsgeschwindig-
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.·. ' 54 354/13
keit in der zweiten Faulungszone in wirksamer Weise auf hohen Werten zu halten. Über die Rohrleitung 323 wird Methangas, welches als Folge der biochemischen Reaktionen in der zweiten Faulungszone 320 erzeugt wird, aus dieser Zone abgelassen. Über eine Abzweigung erfolgt die Zuführung dieses Gases in den Strömungskreis 340 mit einem Verdichter 326 und das sich ergebende komprimierte Methangas wird dem. Schlamm in der zweiten Paulungszone zugeleitet, zum Beispiel unter Verwendung von Durchblasvorrichtungen (nicht wiedergegeben)· Damit wird dann das Mischen des Schlammes und die Rezirkulation bewirkt. Von der Rohrleitung 323-kann ein Teil des Methangases über die Rohrleitung 327 dem mit Methangas geheizten Kessel 330 zugeführt werden und der Rest des Gases gelangt über die Rohrleitung 328 aus dem Faulungssystem zum Austrag, Der weiterhin stabilisierte Schlamm, der weniger als 40 % des ursprünglich vorhandenen Gehaltes des in das Faulungssystem über die Zuleitung 331 einströmenden Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen enthält, wird aus der zweiten Faulungszone über die Rohrleitung 325 zur weiteren Behandlung (zum Beispiel zur Entwässerung) und/oder endgültigen Beseitigung ausgetragen.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nun folgenden Beispiele näher veranschaulicht:
Dieses Beispiel vergleicht die Leistungsfähigkeit der gegen* wärtigen Erfindung bei Durchführung gemäß der Verkörperung in Fig. 2 mit einem bekannten anaeroben System, welches einen, hohen Durchsatz aufweist. Die weitere Beschreibung beruht auf der Behandlung eines AbfallSchlammes von einer Abwasserbehandlungsanlage mit einer Kapazität von 10 χ 10 Gallonen pro Tag (MGD). Das . schematische Fließbild in Fig.2
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dient dabei als Bezugsgrundlage·
Über die Bohrleitung 111 wird ein kombiniertes, zu 50 % aus primärem Schlamm und zu 50 % aus sekundärem Schlamm bestehendes Eintragsgut mit einer Ausgangstemperatur von 18°C dem Paulungssystem gemäß Pig. 2 zugeführt. Der Schlamm wird mit einem Gesamtgehalt an suspendierten Peststoffen von 39400 mg/1 und einem Verhältnis der flüchtigen, suspendierten Peststoffe zu dem Gesamtgehalt an suspendierten Peststoffen von.12% dem System mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,09 MGD zugeführt. Um den Schlamm in der aero. ben Paulungszone 110 auf einer Arbeitstemperatur von 500C 24 Stunden lang aufrechtzuerhalten, wird der einströmende Schlamm unter Verwendung des Methangas-Kessels 130 auf etwa 230C,erwärmtβ Auf der Grundlage eines Umwandlungswirkungsgrades des Heizwertes des Methangases in Färme werden ungefähr 25000 ft^ Methangas pro Tag, erzeugt in der anaeroben Paulungszone, benötigt, um den Kessel 130 mit Heizgas zu versorgen.
In der aeroben Paulungszone wird eine ungefähr 8%ige Verringerung des Gehaltes an flüchtigen, suspendierten Peststoffen
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erzielt (Gehalt an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen gleich 16 %; der Gehalt an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen entspricht ungefähr 50 % des Gesamtgehaltes an flüchtigen, suspendierten Peststoffen), so daß ein teilweise aufgeschlossener Schlamm mit*einem Gehalt an flüchtigen, suspendierten Peststoffen von 26100 mg/1 über die Rohrleitung 114 der Säuerungsunterzone 120a zugeführt wird« Diese Unterzone arbeitet bei der"thermophilen Temperatur unter Einhaltung einer 24stündigen Schlammretentionszeit (Dauer). In dieser Behandlungsstufe erfolgt eine 10%ige Verringerung des Gehaltes des einströmenden Schlammes an flüchtigen, suspendierten Peststoffen. Über die Rohrleitung 126 gelangt dann ein Schlamm mit einem Gehalt an flüchtigen, suspendierten Peststoffen von 23500 mg/1 in die Methanvergärungsunterzone 120b zum Austrag» In dem Wärmeaustauseher 115 wird dem ausgetragenen Schlamm genügend Wärme entzogen, um eine Arbeitstemperatur in der Methanvergärungsunterzone 120b von 38 0C zu gewährleisten.
Die Schlammverweilzeit (Dauer) in der Methanvergärungsunterzone 120b liegt bei 5 Tagen* Es ergibt sich eine Gesamtverringerung des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen, suspendierten Peststoffen von .40 % für das integrierte System (Verringerung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbauba-. ren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen von 80 %). Die Methanvergärungsunterzone erzeugt ungefähr 73000 fο Methangas pro Tag, was einem Gesamtheizwert von 43 x 10 BTU pro Tag entspricht. Da 25000 ft^ Methangas pro Tag benötigt werden, um den Methangas-Kessel 130 zu betreiben, stehen 48000 ft Methangas pro Tag mit einem Gesamtheizwert von 29 x 10 BTU pro Tag zur Verfügung, um von dem Schlammfaulungssystem weitergeleitet zu werden.
Wenn der kombinierte Schlamm mit der Strömungsgeschwindigkeit von 0,09 MGD, auf dem die. obige Beschreibung beruht, statt dessen einem bekannten anaeroben Schlammfaulbehälter zugeführt
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wird, welcher einen hohen Durchsatz aufweist, würde eine Schlammretentionszeit (Dauer) von ungefähr 13 Tagen notwendig sein, um dieselbe Verringerung des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen Peststoffen zu erreichen. Obwohl 128000 ft^ Methangas pro Tag entsprechend etwa 77 x 10 BTU pro Tag in dem bekannten anaeroben Schlammfaulbehälter mit dem hohen Durchsatz erzeugt werden, werden ungefähr 60 χ 10· BTU pro Tag an Wärmemenge benötigt, und dies bei einer"50%igen Umwandlung des Heizwertes in Wärme, um optimale Arbeitstemperäturbedingungen in dem Schlammfaulbehälter mit dem hohen Durchsatz aufrechtzuerhalten· Somit erfordert das bekannte System im Vergleich zu der weiter oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verkörperung ein um 86 % größeres Fassungsvermögen, legt man die Forderungen an die Retentionszeit (Dauer) zugrunde. Es stehen -zur Weiterleitung unter normalen Arbeitsbedingungen ungefähr 40 % weniger Methangas zur Verfugung.
Dieses Beispiel beschreibt eine spezifische Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung gemäß der Verkörperung in Abbildung 5· Der einströmende Schlammeintrag weist eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,06 MGD auf. Der Eintrag setzt sich aus einem kombinierten Schlamm mit 50 % primärem Schlamm und 50 % sekundärem Schlamm von einer-Abwasserbehandlungsanlage zusammen. Der über die Zuleitung 311 einströmende Schlammstrom, der eine Temperatur von 20 C und einen Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen von 4 % aufweist (VSS/TSS = 0,75), wird unterteilt. Dabei wird ein Teil des Schlammes mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,046 MGD über die.Zuleitung 331 direkt der thermophilen, aeroben Faulungszone zugeleitet und ein anderer Teil des Schlammes mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,014 MGD als Umgehungsstrom über.die Rohrleitung 329 geführt. Insofern als die Temperatur und die Konzentration des Schlammes an suspendierten Feststoffen
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über die Zuleitung 311 hinreichend hoch sind, um die autothermische Arbeitsweise in der thermophilen, aeroben Paulungszone 310 zu fördern, besteht in diesem einen Falle keine Notwendigkeit, den Schlamm vor der Einführung in die aerobe Paulungszone zu erwärmen,. Die Retentionszeit (Lauer) in der ersten Paulungszone 310 liegt bei ungefähr 24 Stunden und gemäß der Beschreibung werden die thermophilen Temperaturen in dieser ersten Paulungszone auf autothermischem Y/ege erzielte Über die Bohrleitung 31 έ gelangt ein pasteurisierter Schlamm mit einer Temperatur von 5Ö°G aus der aeroben Paulungszone zum Austrag« Es findet dann ein Mischen mit dem kalten Schlammumgehungsstrom über die Rohrleitung 329 statt. Dieser kombinierte Schlammstrom gelangt sodann in die anaerobe Paulungszone 320, in v/elcher der Schlamm ohne Vorhandensein von Sauerstoff ungefähr 8 Tage lang bleibt* Es kommt dabei zu einer ungefähr 40%igen Verringerung des Gesamtgehaltes an flüchtigen Peststoffen (80$ige Verringerung des Gehaltes des Schlammes an biolo~ gisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen)c Die anaerobe Faulungszone erzeugt Methangas mit einer Geßchwindigkeit von ungefähr 72000 ft pro Tag. Dies entspricht etwa 40 χ 10 BTU pro Tag. Das gesamte erzeugte Methangas steht zur Weiterleitung aus diesem Behandlungssystem zur Verfügung,
Wenn der kombinierte einströmende Schlammeintrag mit der Strömungsgeschwindigkeit von 0,06 MGD statt dessen einem bekannten anaeroben Paulschlammbehälter, der sich durch einen hohen Durchsatz auszeichnet, zugeführt werden würde, würde eine Schlammretentionszeit (Dauer) von ungefähr 15 Tagen notwendig sein, um dieselbe Verringerung des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen Peststoffen zu erzielen. Obwohl 90000 ft·3 Methangas pro Tag entsprechend etwa 50 χ 10 BTU pro Tag" durch den bekannten anaeroben Schlammfaulbehälter
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erzeugt werden, werden ungefähr 45 x 10 BTU pro Tag benötigt, und dies bei einer 50#igen Umwandlung des Heizwertes in Färme, um optimale anaerobe Arbeitstemperaturbedingungen in dem Sohlammfaulbehälter mit dem hohen Durchsatz aufrechtzuerhalten. Somit erfordert in diesem Falle ein bekanntes anaerobes Faulungssystem eine ungefähr 65 % längere Schlamm retentionszeit (Dauer), erzeugt aber nur eine Gesamtgasener gie, die 5 χ 10 BTU pro Tag äquivalent ist, im Vergleich mit den 40 χ 10 BTU pro Tag bei dem kombinierten System· Folglich verfügt nach der Benutzung des im Innern erzeugten Methangases als Wärmequelle das bekannte System über wesent lich weniger Methangas zur Weiterleitung, als dies bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
Baispiel 3 · "
Dieses Beispiel vergleicht die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung bei einer Anwendung der Verkörperung gemäß Fig. 1 mit einem bekannten anaeroben System, gekennzeichnet durch einen hohen Durchsatz.
Ein sekundärer Schlamm von einem Sauerstoffaufnahme-Abwas-8erbehandlungssystem mit einer Ausgangstemperatur von 150C wird zunächst in dem Wärmeaustauscher 22 durch Y/ärmeaustausch mit dem Austrag aus dem anaeroben Faulachlammbehälter und dann weiter in dem Wärmeaustauscher 15 durch Wärmeaustausch mit dem Austrag aus dem thermophilen aeroben Faul schlammbehälter erwärmtν Der erste Wärmeaustausch in dem Wärmeaustauscher 22 erhöht die Temperatur des einströmenden Schlammes von 15°C auf etwa 250C, wohingegen die Temperatur des stabilisierten Schlammaustrages aus der anaeroben Faulungsaone 20 von etwa 35PC auf 25°C erniedrigt wird. Der zweite Wärmeaustausch in dem Wärmeaustauscher 15 erhöht die Temperatur des einströmenden Schlammes auf etwa 30°C, wohin gegen die Temperatur des Schiammaustrages aus der aeroben
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Faulungszone 10 von etwa 500C auf 45°C herabgesetzt wird. Der einströmende Schlamm weist einen Gesamtgehalt an Feststoffen (MLSS) von 34400 mg/1 auf und wird durch ein Verhältnis des Gehaltes des
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Schlammes an flüchtigen, suspendierten Feststoffen zu dem Gesamtgehalt des Schlammes an suspendierten Peststoffen von 78 % gekennzeichnet. Dieser Schlamm wird der ersten Paulungszone mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,06 MGD zugeführt. In der aeroben ersten Paulungszone wird eine Arbeitstemperatur von 50 °G bei einer Schlammretentionszeit (Dauer) von 24 Stunden aufrechterhalten, ·
In der aeroben Paulungszone wird eine ungefähr I6%ige Verringerung des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen, suspendierten Peststoffen (Verringerung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen um 32 %) erzielt, so daß ein teilweise stabilisierter Schlamm mit einem Gehalt des Schlammes an flüchtigen, suspendierten Peststoffen .von 22500 mg/1 nach einem Wärmeaustausch mit dem einströmenden Schlamm in dem Wärmeaustauscher 15 über die Rohrleitung 16 der anaeroben Paulungszone 20 zugeführt wird.
Die anaerobe Paulungszone arbeitet mit einer Verweilzeit (Dauer) des Schlammes von 8 Tagen. -Dies führt zu einer Gesamtverringerung des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen, suspendierten Peststoffen von 42 % (Verringerung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen von 84 %) für das integrierte System. Die anaerobe Paulungszone 20 liefert ungefähr 51800 ft^ Methangas pro Tag, was einem Gesamtheizwert von etwa 28 χ 10 BTU pro Tag entspricht. Das gesamte Methangas steht zur Weiterleitung von dem Paulungssystem zur Verfügung.
Wenn der gemäß der weiter oben angegebenen Beschreibung mit der Strömungsgeschwindigkeit von 0,06 MGD in das Paulungssystem einströmende Schlamm statt dessen einem bekannten . anaeroben Paulschlammbehälter mit hohem Durchsatz zugeleitet werden würde, würde wenigstens eine Schlainmretentionszeit (Dauer) von 14 Tagen notwendig sein, um dieselbe Verringerung des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen, suspendierten Pest-
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stoffen zu erzielen. Obgleich 846OO ft^ Methangas pro Tag in einem solchen bekannten System mit hohem Durchsatz erzeugt werden, entsprechend etwa 47 x 10 BTU pro Tag, werden ungefähr 45 x 10 BTU pro Tag benötigt, um optimale Arbeitstemperaturbedingungen in dem Schlammfaulbehälter mit dem hohen Durchsatz aufrechtzuerhalten. Dabei wird von einer Umwandlung des Heizwertes in Wärme von 50 % ausgegangen· Das bekannte anaerobe Behandlungssystem erfordert daher ein um etwa 55 % höheres Passungsvermögen (Behälteraufnahmekapazität) und hat etwa 26 χ 10 BTU des Methangases pro Tag weniger weiterzubefordern, als dies für das entsprechende, weiter oben beschriebene System der vorliegenden Erfindung zutrifft.
Obwohl die bevorzugten Verkörperungen im Detail beschrieben worden sind, ist einzusehen, daß andere Verkörperungen mit entsprechenden Modifikationen der beschriebenen Merkmale und Eigenschaften ins Auge gefaßt werden können, die sich innerhalb des Geltungsbereiches der vorliegenden Erfindung befinden. Beispielsweise kann die aerobe Paulungsbehändlung gemäß dem vorliegenden Verfahren in Reihenbehandlungsbehältern oder in einem unterteilten Becken ausgeführt werden, wobei die Reihenbehälter für die einzelnen Bestandteile oder die einzelnen Volumina in dem unterteilten Becken im Sinne von Unterzonen der aeroben Paulungszone funktionieren. In einer solchen Art und Weise kann die aerobe Paulungszone in der Porm eines Schlammfaulraumes mit Mehrfachkammern für stufenweise, im Parallelstrom geführte Schlammassen und Belüftungsgase angeordnet werden. Eine derartige Konfiguration einer aeroben Paulungszone ist denjenigen sehr gut bekannt, die auf diesem Gebiet der Technik versiert sind. Eine Beschreibung einer solchen Konfiguration findet sich beispielsweise in dem weiter oben erwähnten U.S.-Patent Nr. 3926794, erteilt an I.P. Vahldieck. .
Claims (18)
- 2 08 442ErfindungsansprachVerfahren zur Schlammfaulung unter aeroben /anaeroben Bedingungen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:a) Einführung des Schlammes und des Belüftungseinsatzgases, bestehend aus wenigstens 20 VoI·-$ Sauerstoff,' in eine erste Paulungszone und Mischung der Bestandteile in dieser ersten Faulungszone in ausreichender Menge und Ge-* schwindigkeit zur aeroben Faulung des Schlammes, während, der Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen (MLSS) des Schlammes wenigstens in der Größenordnung von 20000 mg/1 und die Temperatur des Schlammes im Bereich von 35°C bis 75°C tn der ersten Faulungszone aufrechterhalten werdenjb) Fortsetzung der aeroben Faulung gemäß Stufe a) während einer Schlammretentionszeit (Dauer) von 4 bis 48 Stunden zum Zwecke einer teilweisen !Reduzierung des Gehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen des Schlammes, der der ersten Faulungszone zugeführt wurde, und Austragung des teilweise stabilisierten Schlammes aus der ersten Faulungszone;c) Anaerobe Faulung des teilweise stabilisierten Schlammes, ausgetragen aus der ersten Faulungszone, in einer geschlossenen zweiten Faulungszone, während die Temperatur des Schlammes in dieser zweiten Faulungszone im Bereich von 250C bis 600C unter Einhaltung einer ausreichenden Feststoffretentionszeit (Dauer) aufrechterhalten wird, um zu einer weiteren Reduzierung des Gehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen des Schlammes auf weniger als etwa 40 % des Gehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen des Schlammes zu gelangen, der der ersten Faulungszone in Stufe a) zugeleitet wurde, und dabei Methangas zu bildenj und2 08 442 -?3- Berlin, den 16.7·197954 354 /13d) Austragung des weiterhin stabilisierten Schlammes und des Methangases aus der zweiten Paulungszone0
- 2. Verfahren zur Schlammfaulung nach Punkt 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: ·a) Einführung des ScEammes und des Belüftungseinsatzgases, bestehend aus wenigstens 20 VoI 0-% Sauerstoff, 'in eine erste Paulungszone und Mischung der Bestandteile in dieser ersten Paulungszone in ausreichender Menge und Geschwindigkeit, um den aeroben Paulungsatmungsanforderungen des Schlammes zu genügen, und unter Aufrechterhaltung des Gesamtgehaltes an suspendierten •Peststoffen (MLSS) des Schlammes in der ersten Paulungszone wenigstens in der Größenordnung von 20000 mg/1;b) Aufrechterhaltung des Schlammes' in der ersten Paulungszone während der Stufe a) auf einer·Temperatur im Bereich von 350C bis 750C;c) Portsetzung der Stufe b) während einer Schlammretentionszeit (Dauer) von 4 bis 48 Stunden zum Zwecke einer teilweisen Reduzierung des Gehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen,suspendierten Peststoffen des ScHammes, der der ersten Paulungszone zugeführt wurde; 'd) Austragung des teilweise stabilisierten Schlammes aus der ersten Paulungszone;e) Einführung des teilweise stabilisierten Schlammes aus der Stufe d) in eine geschlossene zweite Paulungszone; undο.«ου "Uj /^*c>{)^.i<iw2 08 442 -so- 16.7.197954 354 / 13f) Aufrechterhaltung des Schlammes in der zweiten Faulungszone unter anaeroben Bedingungen bei einer Temperatur von 250C bis 6O0C während einer ausreichenden Peststoffretentionszeit (Dauer) zum Zwecke einer weiteren Reduzierung des Gehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen des Schlammes auf weniger als etwa 40% des Gehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen des Schlammes, der der ersten Faulungszone in Stufe a) zugeleitet wurde und. dabei Bildung von Methangas sowie Austragung des weiterhin stabilisierten Schlammes und des Methangases aus der zweiten Faulungszone·3· Verfahren zur Schlammfaulung nach Punkt 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:a) Einführung des Schlammes und des Belüftungseinsatzgases, bestehend aus wenigstens 20 Vol.-% Sauerstoff, in eine erste Faulungszone und Mischung der Bestandteile in dieser ersten Faulungszone in ausreichender Menge und Geschwindigkeit, um eine Ausnützung von wenigstens 0,03 lbs Sauerstoff je Ib der flüchtige^suspendierten Feststoffe (VSS) in dem Schlamm, der der ersten Faulungszone zugeführt wurde, zu bekommen, während der Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen (MLSS) des Schlammes in der ersten Faulungszone in der Größenordnung von wenigstens 20000 mg/1 aufrechterhalten wird;b) Aufrechterhaltung des Schlammes in der ersten Faulungszone während der Stufe a) auf einer Temperatur im Bereich von 350C bis 75°C;c) Fortsetzung der Stufe b) während einer Schlammreten-2 Α© Ά MO -gA~ Berlin,d.8.3.1979 08 442 54 354/13tionszeit (Dauer) von 4 bis 48 Stunden zum Zwecke einer teilweisen Reduzierung des ßehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen des Schlammes, der der ersten Faulungszone zugeführt wurde;d) Austragung des teilweise stabilisierten Schlammes aus der ersten Faulungszona;β) Einführung des teilweise stabilisierten Schlammes aus der Stufe d) in eine geschlossene zweite Faulungszone ; undf.) Aufrecht erhaltung des Schlammes in der zweiten Faulungszone unter anaeroben Bedingungen bei einer Temperatur von 25°C bis 6O0C während einer ausreichenden Festatoffretentionszeit (Dauer) zum Zwecke einer weiteren Reduzierung des Gehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen des Schlammes auf weniger.als etwa 40 % des Gehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen des Schlammes, der der ersten Faulungszone in Stufe a) zugeleitet wurde und dabei Bildung von Methangas sowie Austragung des weiterhin stabilisierten Schlammes und des Methangases aus der zweiten Faulungszone·
- 4. Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß das sauerstoffhaltige Belüftungseinsatzgas und der Schlamm in der ersten Faulungszone in ausreichender Menge und Geschwindigkeit gemischt werden, um zu einer Ausnützung von 0,10 bis 0,35 lbs Sauerstoff je Ib der flüchtigen suspendierten Feststoffe (VSS) in dem Schlamm, der der ersten Faulungszone2 08 442 -«*- Berliri,d.8.3.197954 '354/13zugeleitet wurde, ζα gelangen·5· Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Gehalt an flüchtigen suspendierten Peststoffen des Schlammes, der der ersten Paulungszone zugeführt wurde, in der ersten.Paulungszone um 5 bis 20 % reduziert wird·.
- 6. Verfahren gemäß einem der Punkte 1,2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß die erste Paulungszone mit einer Abdeckplatte versehen wird, um einen Gasraum über· der Schlammoberfläche zu. bilden und daß das Belüftungseinsatzgas wenigstens 50 Vo1·-$ Sauerstoff enthält·7* Verfahren gemäß Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß eine Zirkulation eines Teiles des Belüftungsgases und der Schlammflüssigkeiton gegen das andere strömende Medium in der ersten Paulungszone und eine Austragung des sauerstoffverarmten Paulungsgases mit wenigstens 21 Vol.-% Sauerstoff aus der ersten Paulungszone unabhängig von der Austragung des teilweise stabilisierten Schlammes erfolgt·8* Verfahren gemäß einem der Punkte 1,2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm, der der ersten Paulungszone zugeleitet wurde, einen Gesamtgehalt an suspendierten Peststoffen in der Größenordnung zwischen 20000 und 80000 mg/1 aufweist.3% Verfahren gemäß einem der Punkte 1,2 oder 3, gekenn« zeichnet dadurch, daß die Schlammretentionszeit (Dauer) des Schlammes in der ersten Paulungszone 12 bis 30 Stunden beträgt,10, Verfahren gemäß einem der Punkte 1,2 oder 3, gekenn-442 ~*3~ Berlin,d.8.3.197954 354/13zeichnet dadurch, daß der Schlamm vor der Einführung in die erste Paulungszone erwärmt wird, um die Temperatur in der ers·
rechtsuerhalten.ratur in der ersten Faulungszone auf 35°C bis 75°C auf« - 11. Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die·Temperatur des Schlammes in der zweiten Paulungszone im Bereich von 35°C bis 4O0G zum Zwecke der mesophilen Schlammfaulung in der zweiten Paulungszone aufrechterhalten wird·12, Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Schlammes in der zweiten Faulungszone im Bereich von 450C bis 500G zum Zwecke der thermophilen Schlammfaulung in der zweiten Paulungszone aufrechterhalten wirdo13· Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Schlammretentionszeit in der zweiten Paulungszone ausreicht, um zu einer weiteren Reduzierung des Gehaltes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen des;Schlammes auf weniger als etwa 20 % des Gehaltes an biologisch abbaubaren,' flüchtigen, suspendierten Peststoffen des Schlammes zu gelangen, der der ersten Paulungszone in Stufe a) zugeführt wurde,14» Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Schlammretentionszeit in der zweiten Paulungszone auf 4 bis 12 Tage erstreckt.15» Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß jede der ersten und zweiten Paulungszonen über ein Oberfläche/Volumen-Verhältnis klei-2 08 442 -«- Berlih,d,8.3.197954 354/13ner als 0,8 ft2/ft^ verfügt·16, Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3f gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm in der zweiten Paulungszone .durch Zirkulation des Methangases innerhalb des Schlammes in dieser Faulungszone gemischt wird.17· Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Belüftungseinsatzgas vor der Einführung in die erste Paulungszone erwärmt wird, um darin die Temper;
rechtzuerhalten·darin die Temperatur im Bereich von 350C bis 750C auf-18· Verfahren gemäß einem der Punkte 1,2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm vor der Einführung in die erste Paulungszone durch einen indirekten Färmeaustausch mit dem weiterhin stabilisierten Schlamm, der aus der zweiten Paulungszone ausgetragen wird, erwärmt wird·19* Verfahren gemäß Punkt 18, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Schlammes in der zweiten Paulungszone im Bereich von 35°C bis 400C aufrechterhalten und der erwärmte Schlamm des weiteren vor der Einführung in die erste Paulungszone durch einen indirekten Wärmeaustausch mit dem teilweise stabilisierten Schlamm, der aus der ersten Paulungszone ausgetragen wird, erwärmt wird.20· Verfahren gemäß einem der Punkte 1,2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß sich die zweite Paulungszone aus einer Azidifikations-Unterzone und einer Methanvergärungs-Unterzone zusammensetzt, wobei der teilweise stabilisierte Schlamm aus der ersten Paulungszone in die2 08 442 -β*-"'" Berlin,d.8.3,197954 354/13Azidifikations-Unterzone eingeführt wird und dort während einer Schlammretentionszeit 24 bis 60 Stunden lang zum Zwecke der Sohlammazidifikation verbleibt und der azidifizierte Schlamm aus der Azidifikations-Unterzone zum Austrag gebracht und in die Methanvergärungs-Unterzone eingeführt wird und dort bei einer Temperatur im Bereich von 35°C bis 400O v/ährend einer Schlammretentionszeit von 4 bis 8 Tagen verbleibt. - 21. Verfahren gemäß Punkt 20, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm in der Methanvergärungs-Unterzone auf einer Temperatur von 370C bis 3S°C gehalten wird.
- 22. Verfahren gemäß Punkt 2O9 gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm in der Azidifikationszone auf einer Tempera·= tür zwischen 45°C und 75°C gehalten und der azidifizierte Schlamm, der aus der Azidifikations-=Unterzone ausgetragen wird, auf eine Temperatur von 35°C bis 400C abgekühlt wird, bevor die Einführung in die Methanvergär ungs-Unter ζ one erfolgt.
- 23. Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß Abwasser,, welches biologisch abbaubare, suspendierte Peststoffe enthält, so behandelt wird, um diese Peststoffe mit Hilfe des biochemischen Sauerstoffbedarfes unter Einschluß der folgenden Sehritte aus dem Abwasser zu entfernen:Abtrennung eines Pr i-när Schlammes, bestehend aus den biologisch abbaubaren, suspendierten Peststoffen, aus dem Abwasser zum Zwecke der Gewinnung eines an Peststoffen verarmten primären Abwassers;Mischung des primären Abwassers und des Zirkulations-2 08 442 -^6- 16.7.197954 354 /Schlammes und Belüftung desselben mit einer ausreichenden Geschwindigkeit und hinreichend lange genug, um eine gemischte Plüssigkeit mit einem reduzierten biochemischen Sauerstoffbedarf zu bilden;Trennung der gemischten Plüssigkeit in eine reine Flüssigkeit und den aktivierten Schlamm und Rückführung wenigstens eines größeren Teiles des aktivierten Schlammes zum Zwecke einer Vermischung mit dem primären Abwasser, um zu dem Z irkulat ions schlamm zu ' gelangen, wobei der Primärschlamm und der nicht zurückgeführte aktivierte Schlamm der ersten Paulungszone in Stufe a) als Schlammeinsatzgut zugeführt werden.24· Verfahren gemäß einem der Punkte 1,2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Methangas, welches aus der zweiten Paulungszone ausgetragen wurde, mit dem sauerstoffhaltigen Gas gemischt und als Heizgas verbrannt wird, um die Wärme für die Aufrechterhaltung des Schlammes in wenigstens einer der ersten und zweiten Paulungszonen auf der erhöhten Temperatur zu liefern.
- 25. Verfahren gemäß Punkt 24-, gekennzeichnet dadurch, daß das Methangas und das säuerst offhalt ige Gas gemischt und als Heizgas verbrannt werden, um die Wärme für die Aufrechterhaltung des Schlammes in der ersten Paulungszone auf der Temperatur, im Bereich von 35°C bis 75 C zu liefern.26, Verfahren gemäß einem der Punkte 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Schlammes in der ersten Paulungszone in dem thermophilen Bereich von 45°C'bis 75°C aufrechterhalten und die Temperatur des• Schlammes in der zweiten Paulungszone im Bereich von
- 16.7.1979 54 354 /30°C bis 6O0C gehalten wird.27· Verfahren zur Schlairraifaulung nach Punkt 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:a) Einführung des Schlammes und des Belüftungsgases, bestehend zu. wenigstens 50 Vol.-% aus Sauerstoff, in eine erste geschlossene Paulungszone und Mischung der Bestandteile in dieser ersten Paulungszone in ausreichender Menge und Geschwindigkeit zum Zwecke der aeroben Faulung des Schlammes, während der Gesamtheit an suspendierten Peststoffen (IiLSS) des Schlammes in 4er Größenordnung von wenigstens .20000 mg/1 aufrechterhalten wird;b) Aufrechterhaltung des Schlammes in der ersten Paulungszone während der Stufe a) auf einer Temperatur in dem thermophilen Bereich von 450C bis 750C;c) Portsetzung der Stufe b) während einer Schlammretentionszeit (Dauer) von 4 bis 48 Stunden zum Zwecke einer teilweisen Reduzierung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, fluchtigenι suspendierten Peststoffen, der der ersten Paulungszone zugeführt wurde; ' /d) Unabhängig voneinander vorzunehmende Austragung des teilweise stabilisierten Schlammes und des säuerst off verarmt en Paulungsgases mit einer Sauerstoffreinheit von wenigstens 21 % aus der ersten Paulungszone;2 08 442 -"" ' " -16.7.197954 354 / 13e) Einführung des teilweise stabilisierten Schlammes gemäß Stufe d) in eine zweite geschlossene Paulungszone undf) Aufrecht erhaltung des Schlammes in der zweiten Paulungszone unter anaeroben Bedingungen bei einer Temperatur von 300C bis 60°C während einer ausreichenden Feststoffretentionszeit (Dauer) zum Zwecke einer weiteren Reduzierung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten . ' Peststoffen auf weniger als etwa 40 % des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen, der der ersten Paulungszone in Stufe a) zugeleitet wurde und dabei Bildung von Methangas sowie Austragung des weiterhin stabilisierten Schlammes und des besagten Methangases aus der zweiten Paulungszone·
- 28. Verfahren zur Schlammfaulung nach Punkt 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:a)Einführung des Schlammes und des Belüftungsgases, bestehend zu wenigstens 50 Vol.-% aus Sauerstoff, als strömende Medien in eine erste geschlossene Paulungszone und Mischung der Bestandteile unter • Aufrechterhaltung des Gehaltes an gel'dstem Sauerstoff (DO) der gemischten Flüssigkeit auf wenigstens 2 mg/1 und des Gesamtgehaltes an suspendierten . Peststoffen (MLSS) des Schlammes in der Größenordnung von wenigstens 20000 mg/1;08 442 -*3~ 16.7.197954 354 /b) Aufrechterhaltung des Schlammes in der ersten Paulungszone während der Stufe a) auf einer Temperatur in dem thermophilen Bereich von 45°C bis 75°C;c) Portsetzung der Stufe b) während einer Schiammretentionszeit (Dauer) von 4 bis 48 Stunden zum Zwecke einer teilweisen Reduzierung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen, der der ersten Paulungszone zugeführt wurde;d) Unabhängig voneinander vorzunehmende Austragung des teilweise stabilisierten Schlammes und des säuerst off verarmt en Paulungsgases mit einer Sauerstoffreinheit von 21 % wenigstens aus der ersten Paulungszone;e) Einführung des teilweise stabilisierten Schlammes gemäß Stufe d) in eine zweite geschlossene Paulungszone; undf) Aufrechterhaltung des Schlammes in der zweiten Paulungszone unter anaeroben Bedingungen bei einer Temperatur von 300G bis 600C während einer ausreichenden Peststoffretentionszeit (Dauer) zum Zwecke einer weiteren Reduzierung des Gehaltes des Schlammes an.biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen auf weniger als etwa 40 % des Gehaltes des Schlammes an ·. biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Peststoffen, der der ersten Paulungs-- zone in Stufe a) zugeleitet wurde und dabei Bildung, von Methangas sowie Austragung des weiterhin stabilisierten Schlammes und des Methangases aus der zweiten Paulungszone. -2 08 442 ~3°- 16.7.197954 354 / 1329· Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm,.der der ersten Paulungszone zugeleitet wurde, einen Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen zwischen 20000.und 60000 mg/1 aufweist.30β Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß die Schlammretentionszeit (Dauer) des Schlammes in der ersten Faulungszone 12 "bis 24 Stunden beträgt.
- 31. Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm vor der Einführung in die erste Faulungszone erwärmt wird, um die Temperatur in Stufe b) aufrechtzuerhalten.
- 32. Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur in Stufe f) im Bereich von 350C bis 400C zum Zwecke der mesophilen Faulung in der zweiten Faulungszone aufrechterhalten wird.
- 33. Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur in Stufe f) zum Zwecke der thermophilen Faulung in der zweiten Faulungszone im Bereich von 45°C bis 5O0C aufrechterhalten wird.
- 34. Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß , die Schlammretentionszeit (Dauer) des Schlammes in Stufe f) ausreicht, um zu einer weiteren Reduzierung des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen auf weniger als etwa 20 % des Gehaltes des Schlammes an biologisch abbaubaren, flüchtigen, suspendierten Feststoffen zügelangen, der der ersten Faulungszone in Stufe a) zugeleitet wurde.2 OS 442 -31- 16.7,197954 354 /
- 35. Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß die Schlammretentionszeit (Dauer) des Schlammes in
Stufe f) 4 bis 12 Tage beträgt. - 36.-Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß jede der ersten und zweiten Paulungszonen ein Oberfläche/Volumen-Verhältnis kleiner als 0,08 ft2/fV*aufweist,ο Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm in der zweiten Paulungszone durch Zirkulation von Methangas gegenüber dem vorhandenen Schlamm
gemischt wird, ..38, Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daßdas Belüftungsgas vor der Einführung in die erste Paulungszone erwärmt wird, um die· Temperatur in Stufe b) aufrechtzuerhalten«39, Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm vor der Einführung in die erste Paulungszone durch einen indirekten Wärmeaustausch mit einem
weiterhin stabilisierten Schlamm, der aus der zweiten Paulungszone zum Austrag gelangt, erwärmt wird,40, Verfahren gemäß Punkt 39» gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur in Stufe f) im Bereich von 35°C bis
400C gehalten und der erwärmte Schlamm des weiteren vor der Einführung in die erste Paulungszone durch einen
indirekten Wärmeaustausch mit dem teilweise stabilisierten Schlamm, der aus der ersten Paulungszone zum Austrag gelangt, erwärmt ..wird.2 08 442 -92- 16.7.1979, . 54 354741· Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß sich die zweite "Faulungszone aus einer Azidifikations-Unterzone und aus einer Methanvergärungs-Unterzone
zusammensetzt, wobei der teilweise stabilisierte Schlamm aus der ersten Paulungszone der Azidifikations-Unterzone zugeführt wird und in dieser Unterzone während
einer Schlammretentionszeit von 24 bis 60 Stunden zum Zwecke der Schlammazidifikation verbleibt, wobei der
azidifizierte Schlamm daran anschließend aus der
Azidifikations-Unterzone ausgetragen wird und in die
Methanvergärungs-Unterzone gelangt und dort auf einer Temperatur von 350C bis 400C während einer Schlammretentionszeit 4 bis 8 Tage verbleibt.42· Verfahren gemäß Punkt 41, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm in der Methanvergärungs-Unterzone auf einer Temperatur von 370C bis 38°C gehalten wird.43· Verfahren gemäß Punkt 4-1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlamm in der Azidifikations-Unterzone auf einer Temperatur zwischen 45°C und 75°C gehalten und der
azidifizierte Schlamm, der aus der Azidifikations-Unterzone zum Austrag gelangt, auf eine Temperatur von 350C bis 4O0C abgekühlt wird, bevor die Einführung in die Methanvergärungs-Unterzone erfolgt. - 44. Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß ein Abwasser aufzubereiten ist, welches biologisch abbaubare, suspendierte Feststoffe enthält, unter Abtrennung mit Hilfe des biochemischen Sauerstoffbedarfes, wozu die folgenden einzelnen Schritte gehören:93- 16.7.197954 354 /13Abtrennung eines PrimärSchlammes, bestehend aus den biologisch abbaubaren, suspendierten Peststoffen, von dem Abwasser zum Zwecke der Gewinnung eines an Feststoffen verarmten primären Abwassers;Mischung des primären Abwassers und des Zirkulationsschlainmes sowie Belüftung dieser Bestandteile bei einer ausreichenden Geschwindigkeit und zeitlich hinreichend lange genug, um zu einer gemischten Flüssigkeit mit einem reduzierten Gehalt an biochemischem Sauerstoffbedarf zu gelangen;Trenniaig der gemischten Flüssigkeit in eine gereinigte Flüssigkeit und einen aktivierten Schlamm undRückführung wenigstens eines größeren Teiles des aktivierten Schlammes zum Zv/ecke der Mischung mit dem primären Abwasser als Zirlrulat ions schlamm, wobei der primäre Schlamm und der nicht zurückgeführte aktivierte Schlamm der ersten Faulungszone in Stufe a) als Schlamm dafür zugeführt werden,45« Verfahren gemäß Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß das Methangas, welches aus der zweiten Faulungszone zum Austrag gelangt, mit dem sauerstoffhaltigen Gas - gemischt und als Heizgas verbrannt wird, um die Wärme für die Aufrechterhaltung des Schlammes in .wenigstens einer der ersten und zweiten Faulungszonen auf einer erhöhten Temperatur zu liefern»46» Verfahren gemäß Punkt 4S"» gekennzeichnet dadurch, daß2 08 442 -aw- 16.7.197954 354/13das Methangas und das sauerstoffhaltige Gas gemischt und als Heizgas verbrannt werden, um die Wärme für die Aufrechterhaltung des Schlammes in der ersten Paulungszone auf einer Temperatur von 45°C Ms 750C zu liefern.Hierzu__3 „Seiten Zeichnungen
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