DE10021632A1

DE10021632A1 - Klärschlammreduzierung mit Ozon in Belebtschlammanlagen unter Einhaltung der gesetzlich geforderten CSB-Ablaufwerte

Info

Publication number: DE10021632A1
Application number: DE2000121632
Authority: DE
Inventors: Ortwin Leitzke; Stefan Bidinger; Bernd Dzedzig; Markus Geiger; Frank Heckmann; Heinrich Hoelter; Bernd Rauch; Stefan Wohlfeil
Original assignee: PHILAQUA AUFBEREITUNGSTECHNIK
Current assignee: PHILAQUA AUFBEREITUNGSTECHNIK
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2001-11-08
Also published as: EP1280737A1; WO2001083382A1; AU6576501A

Abstract

Der in einer biologischen Abwasserkläranlage normalerweise anfallende Überschußschlamm wird erheblich (> 70%) reduziert, indem DOLLAR A zur Absorption des dazu benötigten Ozongases, was aus sauerstoffhaltigen Gasen produziert wird, Klarwasser aus der Nachklärung der Biologie benutzt wird und nur soviel Überschußschlamm, wie sonst aus der Nachklärung abgezogen und entsorgt werden müßte, dem Klarwasserstrom zudosiert wird und die zugegebene Ozonmenge 100 bis 250 g pro kg Trockensubstanz (TS) des Klärschlammes, die dem Klarwasser zur Ozonung zudosiert wurde, beträgt, damit nur ein Teil der Mikroorganismen im Schlamm bei der Ozonung in diesem Wasserstrom geschädigt und auch Zellsaft zur Ozonung freigesetzt wird und beim Überführen mit diesem Wasserstrom in das Biobecken dort von den nicht geschädigten Mikroorganismen als Futter verwertet wird und sich nahezu ein Gleichgewicht zwischen geschädigten aufzufressenden und aktiven nicht geschädigten Mikroorganismen in der Form einstellt, daß der CSB-Wert im Ablauf der Kläranlage unter 75 g/m·3· liegt.

Description

2.) Aufgabe

Diese Erfindung bezweckt die Reduzierung des in der Belebung traditionell entstehenden und zu entsorgenden Klärschlammes mit der Kombination Ozonung und Biologie unter Einhaltung der gesetzlich geforderten CSB-Ablaufwerte.

3.) Stand der Technik 3.1) Chemisch-oxidative Behandlung von Faulschlamm mit Wasserstoffperoxid

Siehe Literatur 1: Hermann Schwarz et al.: "Chemisch oxidative Behandlung von Faulschlamm mit Wasserstoffperoxid", Wasser, Boden und Luft WLB 5, 1996, 44-47. Es wird beschrieben, daß in ein Druckgefäß gefüllter Faulschlamm unter erhöhtem Druck von p <10 bar und erhöhter Temperatur von T <100°C unter Luft- oder Sauerstoffeinschluß mit Wasserstoffperoxid so aufgeschlossen werden kann, daß er entweder weitgehend mineralisiert oder so angekrackt ist, daß er sich bei einer folgenden biologischen Behandlung erheblich reduzieren läßt.

3.2) Chemisch-oxidative Behandlung von Überschußschlamm mit Ozon in einem Teilstrom, der entweder dem Belebungsbecken oder der Nachklärung der Belebung entnommen und nach der Ozonung in die Belebung geführt wird.

Siehe Literatur 2: EP 645347 AT 21. 09. 94, Kurita Water Industries Ltd. Die Japaner ozonen einen Teilstrom des Überschußschlammes außerhalb des Belebungsbeckens, z. B. in Begasungstürmen mit Ozonrestvernichter. Sie ziehen einen Teilstrom des Überschußschlammes entweder aus der Nachklärung oder aus der Belebung ab, fügen Ozon hinzu und führen den ozonten Teilstrom der Belebung wieder zu. Durch Ozon werden die Zellwände der Flocken und der Bakterien im Überschußschlamm angegriffen oder sogar zerstört. Der auslaufende biologisch abbaubare Zellsaft wird mit dem Teilstrom wieder der Belebung zugeführt. Auf diese Weise wird ein Gleichgewicht der Überschußschlammproduktion in der biologischen Stufe erreicht, so daß eine abzuführende Überschußschlammenge minimiert oder gar vermieden wird.

3.3) Desintegration von Klärschlämmen

Siehe Literatur 3: Heft 61 des Institutes für Siedlungswasserwirtschaft an der Technischen Universität Braunschweig. Johannes Müller, Norbert Dichtet und Jörg Schwedes: "Klärschlammdesintegration, Forschung und Anwendung", Fachtagung am 10. Und 11. März 1998 in Braunschweig.

Hier speziell: A. Scheminski, R. Krull und D. C. Hempel: "Mehrstufige Prozeßführung der Klärschlammstabilisierung mit mechanischem Aufschluß und Behandlung durch Ozon" Seiten 193-208.

Diese Gruppe beschäftigt sich mit der Desintegration von Klärschlämmen, gemeint ist damit eine Zerstörung der Flocke im abgetrennten Überschuß- oder Faulschlamm durch mechanische, chemische, biologische oder physikalische Methoden, um damit die Mikroorganismen in den Schlammflocken aufzuschließen und ihren Zelisaft für einen biologischen Abbau zugänglich zu machen und auf diese Weise die Schlammenge zu reduzieren.

Die spezielle Gruppe Scheminski, Krull und Hempel arbeitet mit einem zweistufigen anoxischen biologischen Verfahren, in dem sie den verwendeten Faulschlamm sowohl mechanisch als auch mit Ozon aufschließt und besser für die Biologie zum Abbau und dadurch für die Faulschlammreduzierung verfügbar macht.

4.) Kritik des Standes der Technik Zu 4.1) Chemisch - oxidative Behandlung von Faulschlamm mit Wasserstoffperoxid

Diese Methode beschäftigt sich nicht mit dem Überschußschlamm, sondern mit der späteren Stufe des Faulschlammes.

Es erscheint uns aufwendig, große Mengen von Faulschlamm bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur mit Wasserstoffperoxid aufzuschließen.

Zu 4.2) Chemisch - oxidative Behandlung von Überschußschlamm mit Ozon in einem Teilstrom

Die japanische Kurita-Gruppe braucht eine Abgasbehandlung und verschwendet Sauerstoff. Außerdem verursachen die Apparate der Teilstromozonung unnötige Investitions- und Betriebskosten.

Außerdem werden keine CSB-Ablaufwerte unterhalb der gesetzlich geforderten Grenzen erreicht, was aber für eine Akzeptanz nach den Regeln der Technik notwendig ist.

Zu 4.3) Desintegration von Klärschlämmen

Diese Forschungs- und Anwendungsgruppe befaßt sich zwar mit der Reduzierung von Faulschlamm und schließt ihn mechanisch, chemisch und physikalisch auf, sie benutzt auch Ozon zur oxidativen Zerstörung der Zellwände, aber sie behandelt ihn wieder anoxisch nach. Diese Prozedur erscheint uns ebenfalls technisch und wirtschaftlich als zu aufwendig.

5.) Lösung der Aufgabe

Die Lösung der Aufgabe, Klärschlamm technisch, ökologisch und ökonomisch sinnvoll unter Einhaltung der aus der Biologie ablaufenden und vom Gesetzgeber vorgegebenen CSB-Grenzwerte zu reduzieren, besteht darin, daß zur Absorption von Sauerstoff- und Ozongas Klarwasser aus der Nachklärung der Biologie angesaugt und benutzt wird und dem dann soviel Überschußschlamm aus dem Sedimentationsbereich der Nachklärung zudosiert wird, wie theoretisch ohne Ozonung in der Biologie entstehen würde.

Die Reaktion des im Wasser absorbierten Ozons mit den Mikroorganismen im Schlamm - Wasser - Gemisch beginnt sofort vor und hinter der Ansaug- und Förderpumpe in der Rohrleitung und ist abgeschlossen, bevor das Wasser - Schlamm - Sauerstoffgas - Gemisch in das aerobe Belebungsbecken gelangt. Im Belebungsbecken wird der Zelisaft der durch Ozon aufgeschlossen Mikroorganismen des Überschußschlammes als Futter von den nicht geschädigten Mikroorganismen aufgenommen.

In der Belebung stellt sich ein Gleichgewicht zwischen den lebenden wachsenden und den geschädigten als Futter dienenden Mikroorganismen ein, wenn die Dosis an Ozon 6 bis 18 g Ozon pro Kg CSB und Tag in der Belebung in Abhängigkeit von der in die Belebung hinein zulaufenden CSB-Fracht besteht, so daß keine Gefahr entsteht, das biologische Leben total zu schädigen. Die Dosis an Ozon bezogen auf 1,0 kg nicht entstandenen Überschußschlamm, der in einer nicht ozonten Biologie entstanden wäre, beträgt dann zwischen 100 und 300 g Ozon pro 1,0 kg nicht entstandenen Überschußschlamm.

6.) Beschreibung der Verfahrensskizze zu: "Klärschlammreduzierung mit Ozon in Belebtschlammanlagen unter Einhaltung der gesetzlich geforderten CSB- Ablaufwerte"

Das zulaufende (1) zu klärende Abwasser läuft über einen Sandfang (2) in die Denitrifikationstufe (4) der Belebung, wo z. B. ein Rührwerk (5) für eine Durchmischung sorgt. Von dort kommt es in die Nitrifikationsstufe (6) der Belebung, die über eine Belüftervorrichtung (7) mit sauerstoffhaltigem Gas versorgt wird.

Zur Denitrifikation des Nitrates (NO₃) wird ein Wasser-Schlamm-Strom mit einer Pumpe (8) von der Nitrifikationstufe in die Denitrifikationsstufe geführt.

Die Pumpe (9) saugt Klarwasser aus dem Ablauf (14) der Nachklärung (11) und ozonhaltiges Gas (10), was separat durch stille elektrische Entladung aus sauerstoffhaltigem Gas in einem Ozonerzeugungsapparat produziert wurde, an, und zusätzlich wird in diese Ansaugseite der Pumpe (9) ein Teil des Überschußschlammes (16) aus dem unteren Teil der Sedimentation von der Nachklärung (11) mit der Pumpe (15) dosiert.

Die Pumpe (9) drückt dann das Gemisch aus Wasser, belebtem Schlamm und Gas in das Nitrifikationsbecken, wobei das Ozon sofort in der Flüssigkeit absorbiert wird und darin die Schlammflocken und die Zellwände der Mikroorganismen angreift und für den biologischen Prozeß verfügbar macht, so daß ein sauerstoffhaltiges Gas übrig bleibt, was mit dem frei gewordenen Zellsaft und der noch Feststoff enthaltenen Flüssigkeit in die aerobe Belebung gelangt.

Der die Anlage durchlaufende Abwasserstrom, der dabei zwar eine Reinigung erfährt, aber noch Trübstoffe enthalten kann, wird in der Nachklärung (11) z. B. durch Sedimentation der Feststoffe, die durch die Ozonung ein besseres Absetzverhalten zeigen, nachgereinigt, bevor er in den Vorfluter oder in eine nachgeschaltete chemische Phosphatfällung abläuft (14).

Vom Überschußschlamm (13) aus der Nachklärung (11) wird der größte Teil (über die Rücklaufleitung (12) in die Denitrifikation (4) zurückgeleitet, ein anderer kleiner Anteil (16) mit der Pumpe (15) der Ozonung zudosiert und der Rest über einen Abzug (13) aus der Nachklärung entsorgt.

7. Erzielbare Vorteile

1. 7.1) Der Vorteil der Ozonung in der aeroben Schlammbelebung nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, daß entsprechend diese einfachen Verfahren weniger Schlamm entsteht, entwässert, gepreßt und entsorgt werden muß, als traditionell üblich ist, was Kosten einspart.
2. 7.2) Die neue Erfindung von PHILAQUA hält den Schlamm in den biologischen Belebungsbecken im Gleichgewicht und verhindert dort bereits die Bildung von großen Mengen Schlamm, die im Faulturm unter anoxischen Bedingungen stabilisiert und dann entsorgt werden müßten.
3. 7.3) Gegenüber dem Kurita - und anderen bekannt gewordenen Verfahren unterscheidet sich das hier beschriebene PHILAQUUA-Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß zur Absorption des benötigten Ozongases Klarwasser aus der Nachklärung der Biologie benutzt und nur soviel Überschußschlamm, wie sonst aus der Nachklärung abgezogen und entsorgt werden müßte, dem zunächst der Ozonabsorption dienenden Klarwasserstrom zudosiert wird.
4. 7.4) Es wird keine Abgasbehandlung wegen möglichem Überschußozon benötigt, weil Ozon fast vollständig absorbiert wird und dann fast vollständig abreagiert ist, bevor es in das Biobecken kommen kann.
5. 7.5) Nur in sehr geringen unterstöchiometrischen Mengen bezogen auf die mögliche Überschußschlammmenge pro Tag (TS kg/d) wird Ozon in das Klarwasser, in das auch der Überschußschlamm dosiert wurde, zugegeben (130 bis 260 g/d O₃ auf 1 kg/d TS), um einen Teil der Zellwände der Mikroorganismen im Schlamm anzugreifen, so daß keine Gefahr besteht, das biologische Leben im Biobecken total zu schädigen, sondern es bleibt durch Zuwachs und Schädigen im Gleichgewicht.
6. 7.6) Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß Sauerstoff als Trägergas für Ozon nicht in das Abgas geht, sondern mit dem Absorptionsstrom aus Klarwasser und zudosiertem Schlamm direkt in die Belebung geführt und dort gebraucht wird.
7. 7.7) Durch die Anwendung dieses Verfahrens gemäß dieser Erfindung können die Ablaufwerte für den CSB unter dem Grenzwert von 75 g/m³ gehalten werden, siehe Datenblatt der Versuchsanlage.
8. 7.8) Durch die Anwendung dieses Verfahrens gemäß dieser Erfindung kann ein wesentlich verbesserter Schlammvolumenindex (SVI), siehe Datenblatt der Versuchsanlage, erreicht werden, was es ermöglicht, die bestehende Nachklärung mit einem höheren Wasservolumendurchsatz zu beaufschlagen, z. B. durch den im Kreis gefahrenen Absorptionvolumenstrom aus Klarwasser.

Claims

1. Ein Verfahren zur biologischen aeroben Behandlung und Reduzierung mit Ozon von Überschußschlämmen in Abwasserkläranlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Absorption des dazu benötigten Ozongases, was aus sauerstoff haltigen Gasen produziert wird, Klarwasser aus der Nachklärung der Biologie benutzt und nur soviel Überschußschlamm, wie sonst aus der Nachklärung abgezogen und entsorgt werden müßte, dem Klarwasserstrom zudosiert wird und die zugegebene Ozonmenge 100 bis 250 g, bevorzugt nur 140 bis 180 g, pro kg Trockensubstanz (TS) des Klärschlammes, die dem Klarwasser zur Ozonung zudosiert wurde, beträgt, damit nur ein Teil der Mikroorganismen im Schlamm bei der Ozonung in diesem Wasserstrom geschädigt und auch Zellsaft zur Ozonung freigesetzt wird und beim Überführen mit diesem Wasser strom in das Biobecken dort von den nicht geschädigten Mikroorganismen als Futter verwertet wird und sich nahezu ein Gleichgewicht zwischen geschädigten aufzufressenden und aktiven nicht geschädigten Mikroorganismen in der Form einstellt, daß der CSB-Wert im Ablauf der Kläranlage unter 75 g/m³ liegt.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff als Produktions- und Trägergas für Ozon nicht in das Abgas geht, sondern mit dem Absorptionsstrom aus Klarwasser und zudosiertem Schlamm direkt in die Belebung geführt und dort von der Bakterienmasse der Biologie gebraucht wird.