DE10059839A1

DE10059839A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Schlammeindickung in mechanisch-biologischen Abwasser-Kläranlagen

Info

Publication number: DE10059839A1
Application number: DE10059839A
Authority: DE
Inventors: Walter Gesner
Original assignee: Individual
Current assignee: Kolb Frank R Dr Ing 65604 Elz De
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: DE10059839C2

Abstract

In mechanisch-biologischen Kläranlagen muss der im Nachklärbecken (5) als Dünnschlamm mit sehr hohem Wasseranteil anfallende Klärschlamm, soweit der nicht wieder in das Belebungsbecken (1) zur Auffrischung mit biologisch wirksamen Mikroben zurückgeführt wird, als überschüssiger Dünnschlamm aus dem Reinigungsprozess entfernt werden. DOLLAR A Um diesen Dünnschlamm ohne den bisher großen Aufwand und die hohen Betriebskosten einzudicken, wird der Dünnschlamm in einen sich konisch verjüngenden Siebzylinder (10) gepumpt, in welchem eine Schab- und Förderschnecke (12) angeordnet ist. Die Schab- und Förderschnecke (12) ist zur Bestimmung der Dicke der beim Abschaben auf der Innenfläche des Siebzylinders (10) verbleibenden Filterhilfsschicht längsverschiebbar. DOLLAR A Durch eine den von der Schab- und Förderschnecke (12) aus dem Siebzylinder (10) geförderten Dickschlamm bremsende Drosseleinrichtung (14) kann der sich im Siebzylinder (10) aufbauende Druck beeinflusst werden. DOLLAR A Auf diese Weise wird mit erheblich reduzierten baulichem Aufwand bei niedrigen Betriebs- und Folgekosten ein hoher Eindickeffekt des aus dem Siebzylinder (10) austretenden Filtrates erreicht. Die Rückverschmutzung ist auf ein Minimum reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schlammeindickung in mechanisch- biologischen Abwasserkläranlagen, bei welchen aus dem Nachklärbecken bio logisch wirksamer Schlamm wieder in das vorgeschaltete Belebungsbecken zurückgeführt wird, während der überschüssige Schlamm aus dem Behandlungs prozess entfernt wird, sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. In den heutigen mechanisch-biologischen Abwasserkläranlagen fallen erhebliche Mengen an Dünnschlamm an, deren Wassergehallt bei 97% und darüber liegt. Bei Schlamm aus biologischer Reinigung oder chemischer Phosphorfällung beträgt der Wassergehalt sogar mehr als 99%. Nach Entnahme solcher Schlämme aus dem Abwasserreinigungs-Prozess wird er unterschiedlichen Zwecken oder weiteren Behandlungsprozessen zugeführt. Üblich sind:

- Zwischenlagerung in großen Eindickbehältern und anschließende Naßausbringung auf landwirtschaftliche Flächen.
- Transport zu einer anderen Kläranlage zur Weiterbehandlung bzw. Entwässerung
- mechanische Entwässerung
- anaerobe Schlammstabilisierung (Faulung).

Um den hohen Wasseranteil des Dünnschlammes und die damit verbundenen hohen Investitions- und Betriebskosten zu verringern, werden die Dünnschlämme auf konzentriert. Dies erfolgt entweder durch statische Eindickung mit kontinu ierlichem bzw. diskontinuierlichen Wasserabzug oder über Band- oder Trommelfilter.

In der DE-PS 34 26 742 C2 ist beispielsweise ein Schlammwasserabzug in einem Eindickbehälter beschrieben, welcher ausschließlich unter statischem Druck arbeitet, und bei welchem das verschmutzte Abwasser von außen durch die Sieb wand eines Siebzylinders als Filtrat in den Innenraum des Siebzylinders abfließt. Auch die Eindickung über Zentrifugen mit oder ohne Flockungshilfs mittel ist bekannt.

Neben der Geruchsbelästigung wegen der langen Verweilzeit in solchen großen Eindickbehältern bei gleichzeitig nur geringem Eindickeffekt, sind die hohen Investitionskosten, bedingt durch die großen Vorlagebehälter, die maschinellen Einrichtungen und deren Einhausung, nachteilig. Auch entstehen hohe Betriebs kosten durch Chemikalien sowie die benötigte Energie. Bei allen bekannten Verfahren ist die Rückbelastung der Kläranlage durch das abgetrennte restver schmutzte Wasser eine unerwünschte Begleiterscheinung. Je nach Verfahren und Vorbehandlung tritt durch die langen Verweilzeiten auch eine Rücklösung der biologisch gebundenen Phosphate auf, was zusätzlich zu einer Belastung der Kläranlage führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effektive Eindickung von Dünn schlamm ohne Flockungsmittel mit geringer Rückbelastung der Kläranlage bei niedrigen Investitions- und Betriebskosten zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Patentanspruch angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Weitere erfinderische Maßnahmen und Vorrichtungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der überschüssige Dünnschlamm wird hierbei aus dem Reinigungsprozess direkt in das innere eines Siebzylinders gefördert und durch die Siebzylinderwand nach außen gedrückt. Dabei werden die Feststoffe zurückgehalten, und das die Siebwand durchdringende Filtrat wird wieder direkt in den Prozess zurückgeführt.

In der Zeichnung ist das Verfahren sowie die zu dessen Durchführung geeignete Einrichtung an Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Schema zum Verfahrensablauf des biologischen Reinigungsprozesses

Fig. 2 Einen Siebzylinder in senkrechter Anordnung

Fig. 3 Die sich im Siebzylinder aufbauende Filterhilfsschicht in größerem Maßstab

Fig. 4 Eine schematische Darstellung über die Steuerung der gewünschten Dicke der Filterhilfsschicht

Das von groben Verunreinigungen befreite Abwasser wird dem Belebungsbecken 1 über den Zulauf 2 zugeleitet. Im Belebungsbecken 1 sind Belüftungselemente 3 für die Zuführung fein verteilter Luftblasen sowie eine Wasserumwälzeinrichtung 4 untergebracht. Im Belebungsbecken 1 werden mittels Mikroben die im Abwasser vorhandenen Schadstoffe abgebaut. Anschließend wird das im Belebungs becken 1 biologisch behandelte Abwasser mit vorwiegend noch lebenden Mikroben in das Nachklärbecken 5 überführt. Der sich auf dem Boden des Nachklär beckens 5 absetzende, aus Mikroben gebildete Klärschlamm gelangt über den statischen Druck als Dünnschlamm in das Rückschlamm-Pumpwerk 6. Mittels der Rücklaufschlamm-Pumpe 7 wird der im Belebungsbecken 1 für den Fortlauf des Prozesses notwendige Rücklaufschlamm mit seinen noch aktiven Mikroben in das Belebungsbecken 1 zurückgeführt, während der überschüssige Schlamm mit der Dünnschlamm-Pumpe 8 der Eindickvorrichtung 9 zugeführt wird.

Der im Nachklärbecken anfallende Klärschlamm hat einen sehr hohen Wasserge halt, nämlich in der Regel über 97% (Dünnschlamm) und muss von diesem Wasser möglichst weitgehend getrennt werden, um hohe Folgekosten für Transport und Beseitigung zu vermeiden. Hier setzt die Erfindung ein.

Nach Fig. 2 besteht die Eindickvorrichtung 9 aus dem konischen Siebzylin der 10 mit dem Dünnschlamm-Anschluss 11, der im Siebzylinder 10 angeordneten Schab- und Förderschnecke 12, dem äußeren Mantel 13, sowie der Dickschlamm- Druckleitung 14 mit der Drosseleinrichtung 15. Bei der senkrechten Anordnung der Eindickeinrichtung gemäß Fig. 2 kann das gesamte Aggregat an einer oberen Lagereinheit 16 aufgehängt werden, und damit eine untere Lagerung mit ihren Verstopfungs- und Abdichtproblemen entfallen. Über die Druckleitung 17 der Dünnschlamm-Pumpe 8 wird der Dünnschlamm durch den Dünnschlamm-Anschluss 11 in den Innenraum des Siebzylinders 10 gepumpt. Während ein Großteil des Wasseranteiles mittels des Pumpendrucks durch die Siebwand des Sieb zylinders 10 in die von dem Mantel 13 gebildete äußere Ringkammer 18 gedrückt wird, setzt sich Klärschlamm auf der Innenseite des Siebzylinders 10 ab und bildet einen Belag, welcher als eine zusätzliche Filterhilfsschicht wirkt. Die Schab- und Förderschnecke 12 ist im Siebzylinder 10 axial verschiebbar, so dass sich beim Verschieben die äußeren Schabekanten 19 über die gesamte Länge der Innenwand des Siebzylinders 10 gleichmäßig mehr oder weniger nähern, denn die Konizität von Siebzylinder 10 und Schabelinie der Schab- und Förderschnecke 12 sind aufeinander abgestimmt. Auf diese Weise kann die Dicke der Filterhilfsschicht gesteuert, oder auch der gesamte Belag abge schabt werden. Der sich im Siebzylinder 10 aufbauende Druck kann über den Pumpendruck der Dünnschlamm-Pumpe 8, der Einstellung der Drosseleinrichtung 15 am Dickschlammaustrag sowie der Dicke der sich aufbauenden Filterhilfsschicht gesteuert werden. Es ist auf diese Weise ohne Probleme möglich, den erreichbaren Entwässerungsgrad in gewissen Grenzen zu bestimmen. Zusätzlich wird durch den Abstand zwischen der Innenwand des Siebzylinders 10 und der Schabe linie der Schab- und Förderschnecke 12 der natürliche Verschleiß der Eindick vorrichtung 9 auf ein Minimum begrenzt. Weil bei zylindrischen Sieben mit gleichbleibendem Durchmesser ein unvermeidlicher Verschleiß der Schabekanten auftritt, muss nach einer gewissen Zeit die Förderschnecke ausgetauscht werden. Bei der konischen Gestaltung von Siebzylinder und Förderschnecke ist aber ein Verschleißausgleich durch Nachstellen möglich. Die Drehzahl der Schab- und Förderschnecke 12 ist zweckmäßig ebenfalls regelbar, um den Betriebszustand optimal aufeinander abstimmen zu können.

Der Siebzylinder 10 ist vorzugsweise als Spaltsieb ausgebildet, da die keil förmigen Spalte verstopfungsunempfindlich sind. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Siebzylinderwand in größerem Maßstab. Der das Spaltsieb bildende Draht 20 hat einen dreieckartigen Querschnitt, wobei eine Breitseite 21 zum Inneren des Siebzylinders hin zeigt, und die mit geringem Abstand nebenein ander liegenden Wicklungen schmale Spalte SP bilden, welche sich nach außen stetig erweitern. Die Verstopfungsgefahr ist so erheblich reduziert. Wegen des im Siebzylinder herrschenden Druckes, welcher wesentlich höher als der statische Druck ist, können sich auch hinter den Austrittsspalten SP keine störenden Ablagerungen aus verklebenden Bestandteilen bilden.

Auf der Innenseite des Siebzylinders 10 setzt sich eine Filterhilfsschicht 22 ab, deren Dicke durch die Stellung der Schab- und Förderschnecke 12 bestimmt wird, und die auch kleinere Partikel zurückhält. Die Fig. 4 zeigt dies schematisch an zwei verschiedenen Stellungen, wobei in Stellung a die Schab- und Förderschnecke tiefer in den Siebzylinder 10 eingefahren ist als in Stellung b und somit eine dünnere Filterhilfsschicht entsteht. Selbstver ständlich können auch Siebzylinder mit runden oder länglichen Sieböffnungen (Lochblech) eingesetzt werden.

Während der eingedickte Schlamm beim Drehen der Schab- und Förderschnecke 12 durch die Dickschlamm-Druckleitung 14 in einen Behälter 23 gefördert wird, gelangt das weitgehend gereinigte Filtrat wieder über den Filtrat-Ablauf stutzen 24 zurück in das Belebungsbecken 1.

In der Druckleitung 17 der Dünnschlamm-Pumpe 8 ist ein einstellbares Über druckventil 25 eingebaut, um bei sich aufbauendem zu hohen Druck die Sicher heit der Anlage zu gewährleisten. Die axiale Verstellmöglichkeit der Schab- und Förderschnecke 12 ist aus Fig. 2 zu entnehmen. Die über den Motor 26 antreibbare Antriebswelle 27 der Schab- und Förderschnecke 12 ist in einem feststehenden Gehäuse 28 mittels einer Gleitbuchse 28a gelagert, welche über das Ritzel 30 des Verstellmotors 31 und die Verzahnung 29 um den Hub H axial bewegbar ist. Alle Steuersignale können von einem Steuerschrank 32 aus an die die einzelnen Steuerelemente geleitet werden.

Bei der Eindickung von biologischem Überschussschlamm gemäß vorliegender Erfindung ist die Rückbelastung der Kläranlage äußerst gering, nämlich praktisch gleich Null, da der Dünnschlamm ohne Zwischenlagerung direkt aus dem Prozess entnommen wird. Bei den noch im Filtrat enthaltenen Feststoffen handelt es sich um aktive Biomasse aus Mikroben, die wieder direkt in den Reinigungsprozess einbezogen wird. Bei herkömmlichen Verfahren mit Vorlagebe hältern ist die Biomasse dagegen mindestens teilweise abgestorben, so dass die zurückgeführten Feststoffe größtenteils aus abgestorbenen Kleinlebewesen bestehen, welche die Kläranlage wieder als Schmutzfracht belasten. Außerdem wird dabei biologisch gebundenes Phosphat durch die bedingte längere Lagerung teilweise wieder zurückgelöst, was jetzt entfällt. Hinzu kommt, dass durch die Filterung unter dem sich aufbauenden Druck die Durchsatzleistung wesent lich erhöht ist, und der anfallende Dickschlamm einen sehr hohen Entwässer ungsgrad aufweist. Durch die variablen Einstellmöglichkeiten für den Betriebs druck kann der Eindickungsprozess so gesteuert werden, dass als Schlammaustrag eine stichfeste Masse entsteht.

Claims

1. Verfahren zur Schlammeindickung in mechanisch-biologischen Abwasserklär anlagen, bei welchen aus dem Nachklärbecken biologisch wirksamer Schlamm in das vorgeschaltete Belebungsbecken zurückgeführt und überschüssiger Schlamm einer Eindickvorrichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Eindickvorrichtung (9) aus einem sich konisch verjüngenden Siebzylinder (10) besteht, in dessen Innenraum der Rücklaufschlamm eingeleitet wird, wobei die Schlammpartikel sich größtenteils auf der Siebzylinder-Innenwand ablagern, während das die Siebzylinder-Wand nach außen durchdringende Filtrat wieder in den Abwasserreinigungs prozess zurückgeleitet wird, und
b) die Dicke der sich auf der Innenwand des konischen Siebzylinders (10) absetzenden und als Filterhilfsschicht (22) dienenden Ablagerung aus Klärschlamm mittels einer axial im Inneren des Siebzylinders (10) angeordneten und gegenüber dem Siebzylinder (10) längsverschiebbaren Schab- und Förderschnecke (12) mit ebenfalls konisch verlaufender äußerer Schabelinie geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der überschüssige Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken (5) der Eindickvorrichtung (9) unter Pumpendruck zugeführt wird, wobei der Pumpendruck die Filtratabscheidung unterstützt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Entwässerungsgrad des überschüssigen Schlammes über den Pumpendruck der Dünnschlamm-Pumpe (8) und eines hinter dem konischen Siebzylinder (10) angebrachten Drosseleinrichtung (15) gesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidegrad über die Dicke der sich auf der Innenwand des des konischen Siebzylinders (10) bildenden Filterhilfsschicht (22) gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sich auf der Innenwand des Siebzylinders (10) bildende Filter hilfsschicht (22) mittels der verschieb- und drehbaren Schab- und Förder schnecke (12) mindestens teilweise abgeschält wird und der abgeschälte Schlamm aus dem Siebzylinder (10) in die Dickschlamm-Druckleitung (14) ausgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterhilfsschicht (22) in Intervallen teilweise abgeschält wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sich auf der Innenwand des Siebzylinders (10) bildende Filter hilfsschicht (22) in Intervallen komplett abgeschält wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sich auf der Innenwand des Siebzylinders (10) bildende Filter hilfsschicht (22) kontinuierlich abgeschält wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Siebzylinder (10) als Spaltsieb ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltsieb aus spiralförmig zu einer konischen Hülse gewickeltem Draht (20) mit dreieckartigem Querschnitt besteht, wobei eine Grundfläche (21) zum Siebzylinder-Inneren hin gerichtet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Siebzylinder (10) eine axial längsverschiebbare und drehbare Schab- und Förderschnecke (12) angeordnet ist, deren durch den Schabrand gebildete Außenkontur in gleicher Konizität wie der Siebzylinder (10) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindickeinrichtung (9) mit Siebzylinder (10) und der Schab- und Förderschnecke (12) senkrecht angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindickvorrichtung (9) mit Siebzylinder (10) und der Schab- und Förderschnecke (12) an einer oberen Lagereinheit (16) hängend befestigt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (27) der Schab- und Förderschnecke (12) in einem feststehenden Gehäuse (28) mit um einen Hub (H) bewegbarer Gleitbuchse mit Verzahnung (29) über ein Ritzel (30) mittels eines Verstellmotors (30) axial bewegbar ist.