DE10059839C2 - Process and device for sludge thickening in mechanical-biological wastewater treatment plants - Google Patents
Process and device for sludge thickening in mechanical-biological wastewater treatment plantsInfo
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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 Wassergehalt 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:
The invention relates to a process for thickening sludge in mechanical-biological wastewater treatment plants, in which bio-logical sludge is returned from the secondary clarifier to the upstream aeration tank while the excess sludge is removed from the treatment process, and to the device for carrying out the process. In today's mechanical-biological wastewater treatment plants, considerable amounts of thin sludge accumulate, the water content of which is 97% and above. With sludge from biological purification or chemical phosphorus precipitation, the water content is even more than 99%. After removing such sludge from the wastewater treatment process, it is used for various purposes or other treatment processes. Common are:
- - Zwischenlagerung in großen Eindickbehältern und anschließende Naßausbringung auf landwirtschaftliche Flächen.- Temporary storage in large thickening containers and subsequent wet application on agricultural land.
- - Transport zu einer anderen Kläranlage zur Weiterbehandlung bzw. Entwässerung- Transport to another sewage treatment plant for further treatment or drainage
- - mechanische Entwässerung- mechanical drainage
- - anaerobe Schlammstabilisierung (Faulung).- Anaerobic sludge stabilization (digestion).
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.The high water content of the thin sludge and the associated high To reduce investment and operating costs, the thin sludge is on concentrated. This is done either by static thickening with continuous ierlicher or discontinuous water drainage or via belt or Drum filter.
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. In DE-PS 34 26 742 C2, for example, a mud water drain is in one Thickening container described, which is only under static pressure works, and in which the dirty wastewater from the outside through the sieve wall of a screen cylinder as a filtrate in the interior of the screen cylinder flows. Thickening using centrifuges with or without flocculation aids medium is known.
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.In addition to the bad smell because of the long dwell time in such large Thickening containers with only a small thickening effect are the high ones Investment costs, due to the large storage containers, the mechanical ones Facilities and their housing, disadvantageous. High operating costs also arise cost through chemicals and the energy required.
In der DE 44 08 539 A1 wird eine Entwässerungsvorrichtung beschrieben, bei welcher eine zu entwässernde Suspension mittels einer Förderschnecke in einen als Presszone dienenden Siebkorbabschnitt eingepresst wird. Für eine pastöse Suspension wie biologische Abwasserschlämme, ist eine solche "Press"-Vor richtung zur Trennung von Flüssigkeit und Feststoffen nicht geeignet, weil durch den hohen Pressdruck mit der Flüssigkeit auch hohe Anteile an Schlamm ausgetragen werden.A drainage device is described in DE 44 08 539 A1 which a suspension to be dewatered into a by means of a screw conveyor serving as a pressing zone screen basket section. For a pasty Suspension, such as biological sewage sludge, is one such "press" pre direction for separating liquid and solids not suitable because due to the high pressing pressure with the liquid also high proportions of sludge be carried out.
Die DE 33 24 973 A1 beschreibt eine Zentrifuge zur Trennung eines Feststoff- Flüssigkeitsgemisches. Durch die hohen Zentrifugalkräfte wird das zu ent wässernde Gemisch in einem Vollmantel getrennt, indem sich die Feststoffe innen am Vollmantel absetzen, während die sich im Inneren ansammelnde Flüssig keit durch die Trommelstirnwand abläuft. Die Feststoffe werden zur Nachent wässerung mittels einer Schnecke in eine mitrotierende gelochte und konische Nachkammer gefördert. Eine Zentrifuge bedarf eines hohen technischen Aufwandes und weist wegen der hohen Zentrifugalkräfte dieselben Nachteile für Abwasserschlämme auf wie hoher Pressdruck.DE 33 24 973 A1 describes a centrifuge for separating a solid Liquid mixture. This is due to the high centrifugal forces watery mixture separated in a solid jacket by the solids settle on the inside of the full coat, while the liquid accumulating inside speed runs through the drum front wall. The solids become late watering by means of a screw into a co-rotating perforated and conical Post-chamber funded. A centrifuge requires a lot of technical effort and has the same disadvantages because of the high centrifugal forces Sewage sludge on like high pressing pressure.
Bei allen üblichen bekannten Verfahren ist die Rückbelastung der Kläranlage durch das abgetrennte restverschmutzte 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.In all the usual known processes, the wastewater treatment plant has to be reloaded an undesirable due to the separated residual polluted water Side effect. Depending on the procedure and pretreatment occurs through the long Retention times also a redissolution of the biologically bound phosphates, which also leads to a load on the sewage treatment plant.
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.The invention has for its object an effective thickening of thin sludge without flocculants with little back pressure to the sewage treatment plant to achieve low investment and operating costs.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Patentanspruch angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Weitere erfinderische Maßnahmen und Vorrichtungen sind in den Unteransprüchen angegeben.To solve this problem, the features specified in the claim proposed. Further inventive measures and devices are in specified in the subclaims.
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.The excess thin sludge is directly from the cleaning process conveyed into the inside of a screen cylinder and through the screen cylinder wall pushed outwards. The solids are retained, and that the filtrate penetrating the sieve wall is returned directly to the process recycled.
In der Zeichnung ist das Verfahren sowie die zu dessen Durchführung geeignete Einrichtung an Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:The drawing shows the method and the method suitable for carrying it out Device shown on embodiments. Show it:
Fig. 1 Ein Schema zum Verfahrensablauf des biologischen Reinigungsprozesses Fig. 1 is a diagram of the process flow of the biological cleaning process
Fig. 2 Einen Siebzylinder in senkrechter Anordnung Fig. 2 A screen cylinder in a vertical arrangement
Fig. 3 Die sich im Siebzylinder aufbauende Filterhilfsschicht in größerem Maßstab Fig. 3 The filter aid layer building up in the screen cylinder on a larger scale
Fig. 4 Eine schematische Darstellung über die Steuerung der gewünschten Dicke der Filterhilfsschicht Fig. 4 is a schematic representation of the control of the desired thickness of the filter auxiliary layer
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.The wastewater freed from coarse impurities is fed to the activation tank 1 via the inlet 2 . In the aeration tank 1 , aeration elements 3 for the supply of finely distributed air bubbles and a water circulation device 4 are accommodated. In the aeration tank 1 , the pollutants present in the wastewater are broken down by means of microbes. Which is then in the activated sludge basin 1 biologically treated waste water having predominantly surviving microbes in the final sedimentation tank 5 transferred. The settling sludge settling on the bottom of the secondary clarification tank 5 , which is formed from microbes, reaches the return sludge pumping station 6 as thin sludge via the static pressure. By means of the return sludge pump 7 , the return sludge required in the activation tank 1 for the continuation of the process with its still active microbes is returned to the activation tank 1 , while the excess sludge is fed with the thin sludge pump 8 to the thickening device 9 .
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.The sewage sludge accumulating in the secondary clarifier has a very high water level hold, namely usually over 97% (thin sludge) and must be from this water be separated as much as possible to avoid high consequential costs for transport and Avoid elimination. This is where the invention comes in.
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.According to FIG. 2, the thickening device 9 consists of the conical Siebzylin 10 with the thin sludge connection 11 , the scraping and conveying screw 12 arranged in the sieve cylinder 10 , the outer jacket 13 , and the thick sludge pressure line 14 with the throttle device 15 . With the vertical arrangement of the thickening device according to FIG. 2, the entire unit can be suspended from an upper bearing unit 16 , and thus a lower bearing with its clogging and sealing problems is eliminated. Via the pressure line 17 of the thin sludge pump 8 , the thin sludge is pumped through the thin sludge connection 11 into the interior of the screen cylinder 10 . While a large part of the water content is pressed by means of the pump pressure through the sieve wall of the sieve cylinder 10 into the outer annular chamber 18 formed by the jacket 13 , sewage sludge settles on the inside of the sieve cylinder 10 and forms a coating which acts as an additional filter auxiliary layer. The scraping and conveying screw 12 is axially displaceable in the sieve cylinder 10 , so that the outer scraping edges 19 approach more or less uniformly over the entire length of the inner wall of the sieve cylinder 10 during the displacement, because the conicity of the sieve cylinder 10 and the scraping line of the scraping and conveying screw 12 are coordinated. In this way, the thickness of the filter auxiliary layer can be controlled, or the entire covering can be scraped off. The pressure building up in the screen cylinder 10 can be controlled via the pump pressure of the thin sludge pump 8 , the setting of the throttle device 15 at the thick sludge discharge and the thickness of the filter aid layer building up. In this way it is possible to determine the achievable degree of drainage within certain limits without any problems. In addition, the natural wear of the thickening device 9 is limited to a minimum by the distance between the inner wall of the screen cylinder 10 and the scraping line of the scraping and conveying screw 12 . Because in the case of cylindrical sieves with a constant diameter, the scraping edges inevitably wear out, the conveyor screw must be replaced after a certain time. In the conical design of the sieve cylinder and screw conveyor, wear compensation by adjusting is possible. The speed of the scraping and conveying screw 12 is also expediently controllable in order to be able to optimally coordinate the operating state with one another.
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.The screen cylinder 10 is preferably designed as a slotted screen, since the wedge-shaped gaps are not sensitive to clogging. Fig. 3 shows a section through the screen cylinder wall on a larger scale. The wire 20 forming the slotted wire has a triangular cross-section, with a broad side 21 pointing toward the inside of the screen cylinder, and which form narrow gaps SP with small spacing next to one another, which continuously widen outwards. This significantly reduces the risk of constipation. Because of the pressure prevailing in the screen cylinder, which is significantly higher than the static pressure, no disturbing deposits of adhesive components can form behind the outlet gaps SP.
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.A filter auxiliary layer 22 is deposited on the inside of the screen cylinder 10 , the thickness of which is determined by the position of the scraping and conveying screw 12 and which also retains smaller particles. FIG. 4 shows this schematically at two different positions, the scraping and conveying screw being moved deeper into the sieve cylinder 10 in position a than in position b, and thus a thinner filter aid layer is formed. Of course, screen cylinders with round or elongated screen openings (perforated plate) can also be used.
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.While the thickened sludge is conveyed through the thick sludge pressure line 14 into a container 23 when the scraping and conveying screw 12 is rotated, the largely cleaned filtrate is fed back via the filtrate outlet 24 back into the activation tank 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.In the pressure line 17 of the thin sludge pump 8 , an adjustable pressure valve 25 is installed in order to ensure the safety of the system when the pressure builds up too high. The axial adjustment possibility of the scraping and conveying screw 12 can be seen in FIG. 2. The drive shaft 27 of the scraping and conveying screw 12 , which can be driven via the motor 26, is mounted in a fixed housing 28 by means of a sliding bush 28 a, which can be moved axially by the stroke H via the pinion 30 of the adjusting motor 31 and the toothing 29 . All control signals can be directed from a control cabinet 32 to which the individual control elements.
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.When thickening biological excess sludge according to the present Invention, the back load of the sewage treatment plant is extremely low, namely practically zero, since the thin sludge is made directly without intermediate storage is taken from the process. For the solids still contained in the filtrate is active biomass from microbes, which is directly in the Cleaning process is included. In conventional processes with template the biomass, on the other hand, has at least partially died, so that the returned solids mostly from dead small organisms exist, which pollute the sewage treatment plant again as dirt freight. Moreover becomes biologically bound phosphate due to the longer storage partially resolved, which is now no longer applicable. On top of that, through the filtering under the pressure that builds up the throughput Lich is increased, and the resulting thick sludge drains very high degree of efficiency. Thanks to the variable setting options for operation pressure, the thickening process can be controlled so that it is discharged as sludge a puncture-proof mass is created.
Claims (14)
- 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.
- a) the thickening device ( 9 ) consists of a conically tapering sieve cylinder ( 10 ), into the interior of which the return sludge is introduced, the sludge particles mostly being deposited on the inner wall of the sieve cylinder, while the filtrate penetrating the outside of the sieve cylinder back into the wastewater treatment process is returned, and
- b) the thickness of the deposit made of sewage sludge which settles on the inner wall of the conical sieve cylinder ( 10 ) and serves as a filter auxiliary layer ( 22 ) by means of a scraping and conveying screw (which is axially displaceable inside the sieve cylinder ( 10 ) and is longitudinally displaceable relative to the sieve cylinder ( 10 ) 12 ) is also regulated with a conical outer scraping line.
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