DD290648A5 - Verfahren zur behandlung von schwer entwaesserbarem, organisch belasteten schlamm - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von schwer entwaesserbarem, organisch belastetem Schlamm, insbesondere Abwasserschlamm. Die Erfindung ist anwendbar fuer Abwasserschlaemme aus der Industrie, wie die der mikrobiologischen Eiweiszgewinnung aus Erdoeldestillat, die der Petrolchemie, der Zellstoffindustrie, der chemischen Industrie oder der Kommunalwirtschaft, welche aufgrund ihrer Inhaltsstoffe landwirtschaftlich nicht verwertet werden duerfen und demzufolge entwaessert und deponiert werden sollen. Dem Schlamm wird deshalb Asche beigemischt, diese Mischung anaerob behandelt und anschlieszend entwaessert. Fig. 1{Entwaesserbarkeit; organische Belastung; Schlamm; Abwasserschlamm; Asche; Mischung; anaerobe Behandlung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von schwer entwässerbarem, organisch belastetem Schlamm. Die Erfindung int anwendbar für Abwasserschlämme aus der Industrie, wie die der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat, die der Petrolchemie, der Zellstoffindustrie sowie der chemischen Industrie oder der Kommunalwirtschaft, die aufgrund ihrer Inhaltsstoffe, z.B. Schwermetalle, landwirtschaftlich nicht verwendet werden dürfen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der Industrie und Kommunalwirtschaft fallen bei der biologischen Abwasserbehandlung in vielen Fällen aufgrund der starken Bindungskräfte zwischen Flüssigkeit und Feststoffen sehr schwer entwässerbare Schlämme, insbesondere Überschußschlämme aus der aeroben Behandlung an.

Dazu zählen beispielsweise auch die Abwasserschlämme der mikrobiologischen Eiweißgewinnung und der Petrolchemie. Diese Schlämme sind reich an Proteinen und anderen organischen Inhaltsstoffen.

Bei der anaeroben Behandlung dieses Schlammes werden organische Inhaltsstoffe methanisiert und damit der Schlamm stabilisiert.

Die Verbesserung der Entwässerbarkeit wird aber dadurch verhindert, das neue, die Entwässerung störende Verbindungen freigesetzt werden. Außerdem werden schwer abbaubare organische Stoffe biologisch kaum angegriffen. Die Anwesenheit von Sulfat im Rohschlamm löst einen Konkurrenzmetabolismus, die Desulfurikation, aus wobei folgende Reaktionen stattfinden

Kohlendioxid Schwefelwasserstoff Wasserstoff Sulfat Methan

Die Methanbakterien werden durch das geringere Substratangebot und durch den toxisch wirkenden Schwefelsauerstoff in ihrer Bioaktivität beeinträchtigt.

Diese Schlämme können oftmals einer landwirtschaftlichen Verwertung aus hygienischen Gründen oder wegen ihrer Inhaltsstoffe nicht zugeführt werden.

Sie müssen deshalb entweder verbrannt und/oder deponiert werden. Zur Einsparung von Deponiefläche bzw. zur Ermöglichung der Verbrennung ist deshalb eine Entwässerung des Schlammes erforderlich.

Angewendet werden Verfahren zur Sedimentation im Schwerkraftfeld, der Filtration und Zentrifugation.

Die dabei erreichbaren Abscheidegrade sind zumeist rolativ gering und die Restfeuchten hoch.

Zur Verbesserung der Entwässerbarkeit ist es bekannt (z. B. aus DE-OS 2703842, DE-OS 2900930, DE-OS 30261877) Flockungsmittel in Form von Kalk, Eisen- oder Aluminiumsalzen oder hochpolymeren organischen Verbindungen dem Schlamm zuzugeben.

Bei sehr schwer entwässerbaren Schlämmen ist allerdings die Wirksamkeit gering und die Durchführung des Verfahrens mit hohen Aufwendungen an Hilfsstoffen verbunden. In der Praxis werden zumeist einstufige Entwässerungsverfahren angewendet.

So beschreibt auch die DE-OS 3045150 als Stand der Technik eine Kammerfilterpresse, wo Entwässerungshilfsmittel,. ie Eisensalze und Kalk sowie inerte Zuschlagsstoffe, wie Asche, Sand, Steinmehl Verwendung finden. Der somit erzeugte Filterkuchen sei als solcher nicht für eine Verbrennung geeignet, so daß erhebliche Mengen Zusatzbrennstoffe wie Kohle und/oder öl zugeschlagen werden müßten.

Außerdem würden die durch den Kalk hervorgerufenen Vertrustungen die Anlagenteile stören.

Die DE-OS 3045160 sieht deshalb als erfinderische Lösung ein Verfahren zum Entwässern von Klärschlämmen auf Filterpressen zur verbesst,ten Entwässerung der Schlämme dergestalt vor, daß Zuschlagstoffe, wie feinteilige Kohlen, Aschen oder deren Gemische in einer Menge von 0,5 bis 1,5 Gewichtsteilen je Gewichtsteil Schlammfeststoff dem Schlamm zugesetzt und vor oder während des Einmischens noch organische Flockungsmittel in einer Menge von 1 bis 7 kg pro Tonne Schlammfeststoff zugesetzt werden. _rt

Bei einem weiteren, In DE-OS 3545321 dargelegten Verfahren zur Behandlung von schwermetallhaltigen Schlämmen, erfolgt die Zugabe von Komplexierungsmitteln, die mit den vorhandenen Schwermetallen leicht lösliche Komplexe bilden, und die Zugabe von hydraulischen Bindemitteln bereits vor der Entwässerung. Als langsam wirkendes hydraulisches Bindemittel findet hierbei Kraftwerksfilterasche in einer Menge von Va bis Va des Feststoffantoiles pro m³ Schlamm Verwendung. Auch in der Literatur gibt es Hinweise zur Verbesserung der Entwässerbarkeit der Schlämme. So ist beispielsweise aus „Abwasser-Technologie", Springerverlag 1988 S.613 zu entnehmen, daß die aerobe und anaerobe Schlammbehandlung die Entwässerbarkeit verbessert. Bekannt ist auch daß unmittelbar vor einer Filtration Filterhilfsmittel auch in Form von ^Asche zugegeben werden, um die Filtration zu ermöglichen bzw. zu verbessern. (Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik Bd. Ill, S. 247). Außerdem ist auf S.902 (Abwasser-Technologie/1988)) beschrieben, daß schlechtfiltrierende Schlämme nach dem Precoatverfahren entwässert werden können. Zu diesem Zweck wird Holzmehl oder Asche als Vorschicht (Precoat) in die Presse eingebracht. An gleicher Literaturstelle ist zu lesen, daß die üblicherweise zugegebenen anorganischen Chemikalien die Nachfolgeprozesse belasten. Durch deren Zugabe werden zusätzlich Feststoffe dem Schlamm zugeführt, die bei Nachfolgeprozessen mitbehandelt werden müssen.

Bei der Deponie erhöhen sie als nicht abbaubarer Bestandteil das abzulagernde Volumen, bei Verbrennung belasten sie als nicht brennbare Stoffe den Ofen.

Damit ist ein Vorurteil ausgesprochen, welches die Fachleute davon abhält, im Anschluß an die mit zugesetzten anorganischen Hilfsmitteln erfolgte Entwässerung, biologische Nachfolgeprozesse und damit auch anaerobe Prozesse durchzuführen, weil diese Feststoffe den Bioreaktor in Verfahrensführung und Apparatetechnik belasten.

Aus Tippmann, K., »Aerobe und anaerobe biologische Aufbereitung organisch belasteter Abwässer" in „Technische Mitteilungen", 80 (1987) 6; 310-317 sowie SPEECE, R. E., Environmental Requirements for anaerobic Digestion of Biomass, Adv. Solar Energy, Vol. 2, Boulder, Colo E. A. (1985); 51-123 ist ferner zu entnehmen, daß Im Abwasser enthaltenes Sulfat den Methanbildungsprozeß stört, da die sich unter anaeroben Bedingungen entwickelnden Sulfatreduzierer eine niedrigere Halbsättigungskonstante als Methanbakterien für die Substrate Wasser und Essigsäure aufweisen. Sulfat in größeren Konzentrationen läßt also den klassischen Stabilisierungsprozeß an sich, der mit einer Verbesserung der Entwässerbarkeit verbunden ist, nicht zu. (siehe auch „Abwasser-Technologie" S. 593).

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einem leistungsfähigen, die Entwässerbarkeit von organisch belasteten Schlamm drastisch verbessernden Verfahren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

- Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung von schwer entwässerbaren, organisch belasteten Schlamm, insbesondere Abwasserschlamm der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat und der Petrolchemie

zu entwickeln, welches die Entwässerung des Schlammes bis zu geringer Restfeuchte ermöglicht und geeignet ist, die Fachweltvon den Vorurteilen abrücken zu lassen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem dem Schlamm Asche in einer Menge von 250 bis 600g Asche pro kg Schlammtrockensubstanz beigemischt und diese Mischung anaerob bei Verweilzeiten von 2 bis 30 Tagen, am vorteilhaftesten

bei 5 bis 15 Tagen behandelt wird.

Die jeweilig zuzugebende Aschemenge und Verweilzeit hängen von der Beschaffenheit des Schlammes, also dem Gehalt an

organischen Stoffen und Feststoffen ab.

Bei Schlamm mit Feststoffgehalten von 2% wendet man die niedrigeren Aschemengen und Verweilzeiten, bei höheren Ma.-%

höhere Menge und Verweilzeiten an.

Die anaerobe Behandlung der Schlamm-Asche-Mischung geschieht in an sich bekannter Weise in einem Riogasreaktor unter

mesophilen Bedingungen. Es sind allerdings auch thermophile Temperaturen möglich. Im Anschluß an die anaerobe

Behandlung (Faulung) erfolgt die Entwässerung des Faulschlammes in ebenfalls bekannten Apparaturen. Es ist zweckmäßig, wenn die Asche im Recycling durch Verbrennen des entwässerten Faulschlammes gewonnen wird. Es ist

aber auch möglich, Asche aus anderen Verbrennungsanlagen zu verwenden, wenn es der Aufwand an Transportkapazitäterlaubt. Es sind solche Aschen verwendbar, die Ca-, Mg-, Al-, Fe-, SO₄- und SiOj-haltig sind und die Konzentration dieser undweiterer Inhaltsstoffe die Toxizitätsgrenzen für den anaeroben Prozeß nicht überschreiten.

Es ist ferner zweckmäßig, die bei der Verbrennung anfallende Asche unmittelbar vor der Zufuhr zum Biogasreaktor mit dem Schlamm zu vormischen um gleichzeitig die nötige Prozeßtemperatur durch Wärmezufuhr zu erreichen. Es ist aber auch möglich, die Filterasche direkt in den Biogasreaktor bei direkter Vermischung zu dosieren. Entgegen dem bestehenden Vorurteil der Fachwelt, wonach der Zusatz von anorganischen Chemikalien bei der Entwässerung

die Nachfolgeprozesse belastet und demzufolge auch für anaerobe Nachfolgeprozesse nachteilig ist, sowie hohe Sulfatgehalt im

Schlamm eine Methanisierung hemmen oder gar unmöglich machen, hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß die

gemeinsame anaerobe Behandlung möglich ist und infolge dieser gemeinsamen Behandlung des mit Asche vermischten

Schlammes (obwohl Schlamm und auch Asche Sulfate enthalten) eine überaus starke Verbesserung der Filtrationseigenschaft

eintritt.

Unbehandelter	280-550· 10"
Schlamm
Anaerob behandelter	200-300-1O12
Schlamm ohne Asche
zugabe
Verweilzeit 1Od

Die verbesserte Filtrationseigenschaft ist dabei durch einen wesentlich geringeren spezifischen Filtrctionswiderstand gekennzeichnet.

Ee wird angenommen, daß die Faulung der Schlamm-Asche-Mlscjiung zu einer Änderung des mikrobiologischen Regimes im Biogasreaktor und zu Anlagerungen von Mikroorganismen an die Aschepartikel führt. Diese veränderten ökologischen Bedingungen im Biogasreaktor führen offenbar zu einer Verschiebung des Redoxpotentiales zur Brechung kolloidaler Verbindungen und Bindung von Schleimstoffen in der anhaftenden Mikroorganismenscliicht und damit schließlich zur wesentlich verbesserten Entwässerung.

Die zugeführten anorganischen Stoffe belasten also nicht wie im ausgesprochenen Vorurteil, sondern wirken hier positiv.

Aus folgender Tabelle ist ersichtlich, die enorme Verringerung des Filtrationswiderstandes:

Behandlungs- Produkt spezifischer

verfahren Filtrationswider

stand in m/kg

bei Bestehen des Vorurteils (Stand der Technik)

Anaerob behandelter 40-80 · 10'²

Schlamm, Verweilzelt

10d, Aschezugabe

vor der Entwässerung,

aber nach der anaeroben

Behandlung 260g/kg

Schlammtrockensubstanz

zur Überwindung Anaerob behandelte 1—10 -10¹²

des Vorurteils Schlamm-Asche-Mischung

Verweilzeit 10d

(erfind. Lösung) (Aschezugabe im Zulauf

zum Biogasreaktor 250g/kg Schlammtrockensubstanz)

Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende weitere Vorteile auf:

- Das bei der Entwässerung entstehende Filtrat ist nahezu klar.

- der erzeugte Filterkuchen weist eine geringe Restfeuchte von nur 70% auf und ist damit für eine Verbrennung und/oder umweltfreundliche Deponie geeignet.

- erhöhter Sulfatumsatz.

Ausführungebeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden

Fig. 1: zeigt die schematische Darstellung des Verfahrens zur Schlammbehandlung.

Beispiel 1

Abwasserschlamm aus einer industriellen, aerob betriebenen Abwasserreinigungsanlage 1 für Abwässer der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat wird einem Faulreaktor 2 zugeführt. Der Abwasserschlamm wird dazu in Form von Überschußbioschlamm aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Flotationsanlage im eingedicketen Zustand in folgender Zusammensetzung entnommen:

- Gesamttrockensubstanz	50-65 g/l
- zentrifugierbareTrockensubstanz	45-60 g/l
- BSB5	40-70g/l
- CSV	45-65 g/l
-N...	3-4g/l
- NH3	1-1,5g/l
- Extrahierbare Stoffe	10-30g/l
- SO4	200-750 mg/l
- Sulfide	150-300 mg/l
-pH	7,4-7,9 mg/1

wobei in Abhängigkeit von der Substratzulaufqualität die o.g. Werte im angegebenen Von-Bis-Bereich schwanken.

Im Faulreaktor 2 wird der Schlamm anaerob mesophil bei 35⁰C und einer Verweilzeit von 10 Tagen behandelt. Der behandelte Faulschlamm gelangt anschließend in einen Vorlagebehälter 3, wo dieser mittels Rührer oder ähnlichen Geräten homogenisiert

wird. Danach wird der homogenisierte Schlamm einem Filter 4 zugeführt und entwässert. Das entstehende Filtrat kann nunabgozogen werden.

Derebenfalls beim Filtern entstehende Filterkuchen wird nunmehr in einer Verbrennungsanlage, einem Drehrohrofen 5, geleitet

und dort verbrannt.

Zur Beheizung des Drehofens 5 wird Biogas, welches im Faulreaktor 2 produziert wird, verwendet. Das Biogas kann

selbstverständlich auch abgezogen werden.

Die aus dem Drehrohrofen 5 stammende Asche leitet man anschließend in den Bunker 6, der mit einer Zuteileinrichtung 7

verbunden ist.

Die Zuteileinrichtung 7 beschickt eine nachfolgende Rührmaschine 8 mit der Asche. Herrschen im Faulreaktor 2 stabile Betriebsbedingungen, werden 250g Asche pro kg Schlammtrockensubstanz mit dem

ebenfalls in die Rührmaschine geleiteten Überschußbioschlamm intensiv vermischt.

Diese homogene Asche-Schlamm-Mischung wird danach wie bereits vorstehend beschrieben im Kreislauf zunächst anaerob

mesophil im Faulreaktor 2 behandelt und filtriert.

Das Filtrat ist danach nahezu klar. Der Filterkuchen weist unmittelbar nach Entnahme am Filterkuchenaustrag 9 eine Restfeuchte

von nur 70% auf.

Ein Teil der Asche wird nach der Verbrennung am Ascheaustrag 10 ausgekreist. Soll nicht der gesamte Filterkuchen verbrannt

werden, wird ein Teil dessen am Filterkuchenaustrag 11 entnommen.

Beispiel 2

Analog zum Beispiel 1 wurde Bioschlamm aus der Reinigung petrolchemischer Abwasser in der Rührmaschine 8 mit Asche vermisch·, und im Faulreaktor 2 behandelt. Die Asche wurde dem Recycling aus der Verbrennung von Abwasserschlämmen der mikrobiologischen Eiweißgewinnung mit einem Bioschlammanteil von einmal 65 und einmal 80% entnommen. Es werden folgende Konzentrationen im Faulieaktor 2 eingestellt:

65%Bioschlammantejl 539gAsche/kgTS 724mgSO₄ ^-ZISchlamm 80% Bioschlammanteil 431g Asche/kg TS 210mg SO₄"7I Schlamm

Die Entwässerbarkeit des Abwasserschlammes aus der Petrolchemie verbesserte sich auf 212% (bei 65% Bioschlammanteil) und auf 130% (bei 80% Bioschlammanteil). Die Entwässerbarkeit wurde durch einfache Papierfiltration von 200ml Schlamm und Erfassung der Filtratmenge nach 1 Stunde bestimmt. Die Veränderung ökologischer Bedingungen im Faulreaktor 2 und das Vorhandensein vom Mikroorganismen, die CH₄ und H₂S bilden, zeigten pich in nachfolgenden Biogaszusammensetzungen:

ohne Aschedosierung: 75% CH₄,25% CO₂ und 0% H₂S

mit Aschedosierung: ca. 50% CH₄, ca. 50% CO₂ und 0,4% H₂S

Beispiel 3 Wie im Beispiel 1, wird Überschußschlamm in der Rührmaschine 8 mit Asche vermischt, im Faulreaktor 2 gefault und

anschließend filtriert.

Die zugemischte Asche stammt hierbei nicht aus dem Recycling sondern der in die Rührmaschine 8 zugeführte Abwasserbioschlamm ist vorher im Drehrohrofen 5 verbrannt worden. In den angeführten Beispielen wurde solche Asche verwendet, die beim wäßrigen Aufschluß bei 100°C

2,0 bis 2,5Gew.-% Calcium

0,08 bis 0,13Gew.-% Magnesium

0,025Gew.-% Aluminium

0,01 bis 0,02Gew.-% Eisen enthielt.

Der Löserückstand in HNO₃ beträgt 24,0 bis 24,2% und besteht zu etwa 28% aus SiO₂. Der Sulfatgehalt beträgt etwa 4Gew.-%.

Claims (3)

1. ι. Verfahren zur Behandlung von schwer entwässerbarem, organisch belastetem Schlamm, insbesondere Abwasserschlamm mit Feststoffanteilen von 2 bis 8 Ma.-%, indem der Schlamm zur Verbesserung der Entwässerbarkeit vor der Entwässerung mit Asche vermischt wird, gekennzeichnet dadurch, daß dem Schlamm Asche in einer Menge von 250 bis 60Ög/Asche/kg Schlammtrockensubstanz beigemischt, diese Mischung anaerob bei Verweilzeiten von 2-30 Tagen behandelt und anschließend entwässert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Asche durch Verbrennung des entwässerten Schlammes gewonnen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verweilzeit für die anaerobe Behandlung des mit Asche vermischten Schlammes 5 bis 15 Tage beträgt.