DE102007007721A1

DE102007007721A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer Substanzen

Info

Publication number: DE102007007721A1
Application number: DE200710007721
Authority: DE
Inventors: Michael Richter
Original assignee: Bionik Innovative Technik fuer die Umwelt GmbH
Current assignee: Bionik Innovative Technik fuer die Umwelt GmbH
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-08-21
Also published as: WO2008098725A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser und Suspensionen partikulärer Substanzen sowie deren Verwendung zur Vermeidung oder Verringerung der Bildung von Blähschlamm, Schwimmschlamm und/oder Schaum in Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer Substanzen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Homogenisator, einer Desintegrationsvorrichtung und einem Kontaminator zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder Suspensionen partikulärer Substanzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser und Suspensionen partikulärer Substanzen.
Bei der biologischen Abwasserreinigung in industriellen oder kommunalen Kläranlagen kommt üblicherweise das Belebtschlammverfahren (auch als "Belebungsverfahren" bezeichnet) zum Einsatz. Bei dem Belebtschlammverfahren wird das Abwasser durch die Stoffwechselaktivität von in der Biomasse enthaltenen aeroben Mikroorganismen von organischen Verunreinigungen gereinigt. Die Biomasse stellt eine Mischbiozönose von verschiedenen Arten von Mikroorganismen dar, von denen der Hauptanteil flockenbildende Bakterien und fädige Bakterien sind. Bei dem Belebtschlammverfahren wird die Biomasse üblicherweise in einem Nachklärbecken oder Absetzbecken von dem gereinigten Abwasser durch Sedimentation getrennt, am Beckenboden abgezogen und teilweise als Rücklaufschlamm in das Belebungsbecken sowie teilweise als Überschussschlamm der Faulung zugeführt.
Für die biologische Verstoffwechselung organischer Substanzen durch die im Klärschlamm enthaltenen Mikroorganismen ist eine ausreichende Belüftung des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches mit Sauerstoff erforderlich. Diese erfolgt üblicherweise durch Belüfter, mit deren Hilfe Druckluft oder Reinsauerstoff in das Abwassergemisch eingebracht wird. Der Sauerstoff wird zur Oxidation von Kohlenwasserstoffverbindungen und Ammonium benötigt. Beispielsweise ist der Sauerstoff (O₂) notwendig, um das auf manche Bakterien toxisch wirkende Ammonium (NH₄) über die Zwischenstufe Nitrit (NO₂) zu Nitrat (NO₃) zu oxidieren. Dieser Prozess wird auch als Nitrifikation bezeichnet und setzt die dafür notwendigen Bakterien (Nitrifikanten) und eine ausreichende Menge an gelöstem Sauerstoff voraus. Daraus ergibt sich, dass für den stabilen Betrieb einer Abwasserreinigungsanlage eine optimale Versorgung mit Sauerstoff gewährleistet sein muss. Zur Bemessung des zur Verstoffwechselung organischer Substanzen notwendigen Sauerstoffes dient der sogenannte chemische Sauerstoffbedarf (CSB). Dieser gibt Aufschluss über die Leistungsfähigkeit und Stabilität einer Abwasserreinigungsanlage im Belebschlammverfahren.
Neben einer ausreichenden Belüftung ist ferner die mittlere Aufenthaltsdauer des Bakterienschlammes bei Abwasserreinigungsanlagen zu berücksichtigen, die auch als Schlammalter bezeichnet wird. Über das Schlammalter kann sichergestellt werden, dass die Verweildauer der Mikroorganismen im Klärbecken lange genug ist, dass auch langsam wachsende Bakterien mit einer längeren Generationszeit Zeit für das Wachstum haben. Dazu zählen insbesondere Bakterien, die für den Stoffwechsel der Nitfrikation zuständig sind. Das Schlammalter ist von der Schlammmenge im System und dem täglich anfallenden Schlammüberschuss aufgrund des Ansteigens der Biomasse abhängig. Neben der Nitrifikation laufen noch weitere Prozesse ab, wie z. B. die Denitifrikation (Reduktion von Nitrat zu molekularem Stickstoff) oder die Entfernung von Phosphat in dem Belebtschlammverfahren.
Bei dem Belebtschlammverfahren ist – wie anfangs bereits erwähnt – die Abtrennung der Biomasse im Nachklärbecken ein wesentlicher Bestandteil. Aufgrund der in der Biomasse vorliegenden Mischbiozönose aus flockenbildenden Bakterien und fädigen Mikroorganismen ist das Verhältnis dieser Bakterienarten im Belebtschlamm für die Sedimentation der Biomasse von erheblicher Bedeutung. Ein Problem bei Abwasserreinigungs- und Kläranlagen besteht in der Bildung von unerwünschtem Blähschlamm und Schwimmschlamm, die durch ein vermehrtes Wachstum von fädigen Bakterien zustande kommen. Die fädigen Bakterien haben die Eigenschaft, sich zu größeren Aggregaten zu aggregieren, wodurch der oben beschriebene Eindick- und Absetzvorgang des belebten Schlammes erheblich behindert wird. Dies hat zur Folge, dass ein großer Biomasseverlust aus dem Nachklärbecken (sogenannter Schlammabtrieb) auftritt und der Gehalt an Biomasse im System absinkt. Dadurch kann sich auch die Reinigungsleistung der Abwasserreinigungsanlage bzw. Kläranlage vermindern.
Neben dem durch fädige Mikroorganismen verursachten Blähschlamm wirkt sich auch die Schwimmschlammbildung nachteilig auf den Betrieb von Abwasserreinigungsanlagen bzw. Kläranlagen aus. Schwimmschlamm entsteht insbesondere durch Denitrifikation und Entwicklung von Bakterien mit lipophilen Oberflächen.
Um die Bildung von Blähschlamm und Schwimmschlamm bei Kläranlagen zu verhindern oder zumindest zu vermindern, sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt, um die Mischbiozönose in der Biomasse des Belebtschlammes zugunsten flockenbildender Bakterien zu beeinflussen und die Bildung von Aggregaten fadenförmiger Bakterien zu vermeiden.
Aus der DE 195 17 381 und der DE 198 43 862 sind Verfahren bekannt, bei denen Klärschlamm in Kläranlagen mit Ultraschall behandelt wird. Bei der Ultraschallbehandlung werden auch zelluläre Strukturen der Mikroorganismen zu einem gewissen Grad zerstört. Allerdings sind Ultraschallsonotroden sehr kostspielig und verbrauchen eine große Menge elektrischer Energie. Des Weiteren ist der Aufschluss der Mikroorganismen und die Homogenität der Schlammzersetzung nicht zufriedenstellend.
In der Zeitschrift "Wasser/Abwasserpraxis" (WRP) Nr. 3, 1999, Seiten 25 bis 31, wird eine mechanische Zerkleinerung von Bläh- und Schwimmschlämmen unter Verwendung einer Rührwerkskugelmühle, einem Scherspalt-, einem Ultraschall- oder einem Hochdruckhomogenisator vorgeschlagen. Allerdings führen diese Verfahren nicht zu dem erwünschten Desintegrationsgrad, d. h. Zellaufschluss von Mikroorganismen.
In der WO 03/042109 , US 6,200,486 und US 6,505,648 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von wässrigen Suspensionen organischer Substanzen bzw. Klärschlamm unter Ausnutzung von Kavitationskräften beschrieben.
Als Kavitation wird die lokale Entstehung und Auflösung von Blasen oder Hohlräumen in Flüssigkeiten infolge von Druckschwankungen bezeichnet. Die Kavitationsblasen entstehen, indem der statische Druck unterhalb des Dampfdruckes der Flüssigkeit abgesenkt wird, wodurch sich einzelne Dampf- oder Gasblasen bilden. Nach dem Gesetz von Bernoulli ist der Druck in einer Flüssigkeit umso geringer, je höher die Geschwindigkeit ist. Mit steigender Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit kommt es zu einer weiteren Druckabsenkung. In die so entstandenen Blasen bzw. Hohlräume diffundieren die in der Flüssigkeit gelösten Gase hinein. Steigt der Druck in der Flüssigkeit wieder an, kondensiert der Dampf in den Blasen bzw. Hohlräumen und die Gasblasen kollabieren durch den äußeren Druck schlagartig. Dadurch entstehen sehr hohe lokale Druck- und Temperaturspitzen. Des Weiteren wird das Gas in der Blase ionisiert und es entstehen Radikale, die chemisch reaktiv sein können. Ferner werden durch das Kollabieren der Blase extreme lokale Schock- und Druckwellen erzeugt, bei denen es zu einem Flüssigkeitsstrom durch den Unterdruck der kollabierten Blase kommt. Diese Flüssigkeitsströme werden häufig als „Mikrojets" oder „Flüssigkeitsjets" bezeichnet.
Bei den in den oben genannten Patentschriften offenbarten Verfahren wird die Suspension unter Druck durch eine Düse mit sich zunächst verengendem und dann wieder erweiterndem Querschnitt hindurch befördert. Durch die Verringerung des Querschnittes wird die Fließgeschwindigkeit der Suspension so stark erhöht, dass der Druck der Flüssigkeit (typischerweise Wasser) unter den Dampfdruck absinkt, wodurch es zur Bildung von lokalen, mit Gas gefüllten Kavitationsblasen kommt. Bei dem sich anschließend wieder erweiternden Querschnitt der Düse kommt es infolge der plötzlichen Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit zu einem Druckanstieg und zu einem Kollabieren der Kavitationsblasen.
Die im Stand der Technik beschriebenen Kavitationsverfahren weisen jedoch drastische Nachteile auf. Es kann zum einen zu Materialbeschädigungen kommen, da die schnelle Bildung und Auflösung von Kavitationsblasen und den damit verbundenen Druck- und Temperaturspitzen Abriebe an der Oberfläche der Düse hervorrufen können. Die von den Blasen ausgehenden Schockwellen und Flüssigkeitsjets besitzen zwar die Kraft, um Partikelagglomerate aufzulösen. Andererseits führt das Kollabieren der Blasen dazu, dass im Bereich von Oberflächen erhebliche Materialabnutzungen zu beobachten sind. In anderen Bereichen, bei denen Kavitationsphänomene auftreten, wie z. B. bei einem Schiffspropeller, wird dieser Effekt als „Kavitationsfraß" bezeichnet. Dabei wird das Oberflächenmaterial durch die hohen mechanischen Beanspruchungen langsam herausgelöst. Nach einiger Zeit können aus der Oberfläche sogar größere Bestandteile herausbrechen, bis das Material unbrauchbar ist. In einigen Bereichen macht man sich diese durch Kavitation verursachten Materialabtragungen zur Reinigung von verschmutzten Objekten, beispielsweise unter Verwendung von Ultraschallbädern, positiv zunutze. Für die hydrodynamische Desintegration von Klärschlamm ist eine solche Materialabtragung jedoch unerwünscht.
Um den Nachteilen der Kavitation wie Materialabtragung oder unzureichendem Aufschluss durch lediglich lokal auftretende Kavitationsblasen entgegenzutreten, wurden in der WO 2005/028375 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerkleinern partikulärer organischer Substanzen in Suspensionen von Mikroorganismen vorgeschlagen, bei denen die Bildung von Kavitationsblasen vermieden wird, indem die Strömungsgeschwindigkeit des Trägermediums (d. h. der (Klärschlamm)-Suspension) durch einen eine Verengung aufweisenden Wirkraum so hoch ist, dass das Trägermedium von seiner Flüssigphase nahezu vollständig in eine homogene Dampfphase übergeht. Üblicherweise wird hierzu die zu behandelnde Suspension durch eine Düse durchgeführt, die in ihrem Eintrittsbereich und in ihrem Austrittsbereich einen größeren Durchmesser aufweist als der Querschnitt im zentralen Verengungsbereich. Dadurch werden die in der Suspension enthaltenen Mikroorganismen oder Partikelagglomerate einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung und anschließend, wenn die Dampfphase im Austrittsbereich wieder zurück in die Flüssigphase kondensiert, einer extremen Verzögerung ausgesetzt. Durch diese auf die Mikroorganismen und Partikelagglomeraten wirkenden Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte werden letztendlich die erwünschten Wirkungen wie z. B. Zellaufschluss und kavitationsfreie Desintegration erreicht und gleichzeitig die lokal auftretenden unerwünschten Kavitationserscheinungen mit den oben beschriebenen Nachteilen vermieden.
Obgleich die oben beschriebenen Verfahren bei Anwendung auf Klärschlamm zu einer Verminderung von Blähschlamm, Schwimmschlamm und/oder Schaum führen und der Anteil von fädigen Bakterien gegenüber flockenbildenden Bakterien abnimmt, ist der Desintegrationsgrad und die biologische Aktivität des desintegrierten Klärschlammes noch steigerungsfähig.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die biologische Aktivität des desintegrierten Klärschlammes und damit die Leistungsfähigkeit von Abwasserreinigungsanlagen signifikant zu erhöhen.
Zur Messung der biologischen Aktivität des aufgeschlossenen Klärschlammes im Belebungsverfahren wird üblicherweise der chemische Sauerstoffbedarf (CSB-Wert) herangezogen. Der CSB-Wert ist ein Maß für die Summe aller im Wasser vorhandenen, unter bestimmten Bedingungen oxidierbaren Stoffe. Er gibt also die Menge an Sauerstoff an, die zu der Oxidation dieser Stoffe benötigt würde, wenn Sauerstoff als reines Oxidationsmittel eingesetzt werden würde. Da bei einer biologischen Abwasserkläranlage bei einer ordnungsgemäßen Funktion hauptsächlich gelöste, biotisch nicht abbaubare organische Stoffe im Klärschlamm oder Abwasser enthalten sind sowie in geringerem Umfang auch biotisch abbaubare organische Stoffe und partikuläre organische Stoffe, kann der CSB-Wert dazu verwendet werden, die Stoffströme der organischen Kohlenstoffverbindungen in Abwasserreinigungsanlagen zu beschreiben. Dabei ist es wünschenswert, eine möglichst günstige Reaktionskinetik des Belebtschlammverfahrens zu erhalten, um beispielsweise den Anteil biotisch nicht abbaubarer organischer Stoffe, den Sauerstoffbedarf im Belebungsbecken oder die biologische Aktivität des Rücklaufschlammes zu bewerten.
Es ist daher in Hinblick auf den bekannten Stand der Technik Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die biologische Aktivität von aufgeschlossenem Klärschlamm, Abwasser oder sonstigen Suspensionen partikulärer Substanzen in Abwasserreinigungsanlagen gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und Anspruch 13.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer Substanzen umfasst einen vierstufigen Prozess, in dem in einem ersten Schritt zunächst eine mechanische Zerkleinerung der in dem Klärschlamm, dem Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen groben Bestandteile erfolgt. Dies erfolgt in einer Zerkleinerungsvorrichtung, in der ein geeignetes Schneidwerk angeordnet ist. Nach der Zerkleinerung erfolgt in einem zweiten Schritt eine Homogenisation des zerkleinerten Gemisches in einem Homogenisator. Im Homogenisator befindet sich ein Umwälzwerk, mit dem eine Umwälzung der Schlammmasse erfolgt. Vorzugsweise handelt es sich beim dem Umwälzwerk um eine quer zur Strömungsrichtung verlaufende Mischachse mit daran angebrachten Mischpaddeln. Durch den Zerkleinerungs- und Homogenisationsschritt wird sichergestellt, dass bei dem nachfolgenden Desintegrationsschritt keine strömungsmechanischen Blockaden auftreten und alle Bestandteile des Schlammes gleichberechtigt dem Desintegrationsschritt ausgesetzt werden können. Ferner ist bereits bei der Zerkleinerung und Homogenisation des Klärschlammes eine Erhöhung des Desintegrationsgrades feststellbar, was sich in einer Erhöhung des CSB-Wertes wiederspiegelt (siehe 1). In einer Ausführungsform sind die Zerkleinerung und Homogenisation Bestandteil eines einstufigen Prozesses.
Vor dem Homogenisationsschritt erfolgt üblicherweise eine Eindickung des Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen. Vorzugsweise wird eine Eindickung ausgehend von einem Trockensubstanzwert TS = 0,6% auf einen Trockensubstanzwert TS = 6% angestrebt. Eine Eindickung TS von etwa 6% ist besonders bevorzugt.
Im nachfolgenden dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, dem eigentlichen Desintegrationsschritt, wird der homogenisierte Klärschlamm einer Desintegrationsvorrichtung mit einem Wirkraum zugeführt, in dem das flüssige Trägermedium des Klärschlammes, üblicherweise Wasser, einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung ausgesetzt wird, wodurch der Dampfdruck des Trägermediums gegenüber dem Druck in dem Wirkraum stark abgesenkt wird und das Trägermedium von seiner Flüssigphase vollständig in die Dampfphase überführt wird. Dadurch wird ein homogener Dampfstrom erzeugt, der beim Eintritt in den Wirkraum auf die Schlammteilchen kurzzeitig eine Extrembeschleunigung ausübt und beim Verlassen des Wirkraumes extreme Verzögerungskräfte freisetzt, wenn die Dampfphase zurück in die Flüssigkeitsphase kondensiert. Dazu muss am Ende des konvergenten Kanalteils eine Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden, die größer als die kritische Geschwindigkeit für einen Phasenwechsel (Flüssig-Dampf) ist und die allein von der Dichte des Wassers und dem atmosphärischen Druck geprägt ist. Im Grenzfall, d. h. wenn die Strömungsgeschwindigkeit der kritischen Geschwindigkeit entspricht, bildet sich im engsten Kanalquerschnitt eine Unstetigkeitsfläche aus, über die der Phasenwechsel von Wasser in Wasserdampf stattfindet.
Der Wirkraum besteht im Wesentlichen aus einen eine zentrale Verengung aufweisenden Kanal, der in seinem Eintritts- und Austrittsbereich einen größeren Durchmesser aufweist als der zentrale Kanalteil mit seiner Verengung. Vorzugsweise umfasst der Wirkraum einen konvergent verlaufenden Kanalteil mit einem engsten Kanalquerschnitt.
In einer Ausführungsform ist der Wirkraum eine Düse. Üblicherweise stehen der Durchmesser (d) und die Länge (l) der Düse in einem Verhältnis von 1:4 bis 1:6, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1:5 zueinander. Erfindungsgemäß wird die Strömungsgeschwindigkeit im Eintrittsbereich des Wirkraumes so stark gesteigert, dass das Trägermedium der behandelten Suspension in dem Wirkraum vollständig von der Flüssigphase in die Dampfphase (d. h. zu Wasserdampf) übergeht und keine Kavitationsblasen gebildet werden. Beim Austritt aus dem Wirkraum wird der Dampfstrom aufgrund des größer werdenden Durchmessers im Austrittsbereich starken Verzögerungskräften ausgesetzt und es erfolgt eine Kondensation des Wasserdampfes.
Um die genannten Kavitationserscheinungen zu vermeiden wird in dem Wirkraum eine Strömungsgeschwindigkeit (u) von mindestens 28 m/s, vorzugsweise mindestens 42 m/s, bevorzugt mindestens 50 m/s erreicht (m/s = Meter pro Sekunde). Eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 42 m/s bis 50 m/s ist für die Behandlung von Klärschlamm besonders bevorzugt und hat sich als vorteilhaft erwiesen. Der Übergang zur Dampfphase erfolgt bei einer kritischen Geschwindigkeit U_krit. Bei der kritischen Geschwindigkeit wird die Bildung von Kavitationsblasen, welche zu den unerwünschten lokalen Effekten führen, weitgehend vermieden. Ferner erfolgt bei dieser Geschwindigkeit eine Beeinflussung der Membranoberflächen der Mikroorganismen unter Freisetzung oberflächenaktiver Substanzen (z. B. integraler Membranproteine) und eine Auflösung von Aggregaten fadenförmiger Bakterien. Auch beobachtet man Zellaufschlüsse mit der damit verbundenen Freisetzung des Cytoplasmas und den darin gelösten biologisch aktiven Substanzen und Enzymen. Durch das Freisetzen von biologisch aktiven Substanzen aus dem Zellinneren oder in der Zellmembran-gebundenen Proteinen kommt es bereits nach der Desintegration zu einer erhöhten biologischen Aktivierung der Stoffwechselprozesse im Klärschlamm, was sich in einer Erhöhung des CSB-Wertes widerspiegelt.
Nach der Desintegration werden der desintegrierte Klärschlamm, das Abwasser oder die Suspension partikulärer Substanzen (kurz: das desintegrierte Gemisch) in einem vierten Schritt einer Reaktionsphase in einem Kontaminator ausgesetzt, in dem es dem desintegrierten Gemisch ermöglicht wird, chemisch und biologisch zu wirken. Dazu wird das Gemisch gegebenenfalls unter Umwälzen oder Rühren für eine bestimmte Zeitdauer in einem Reaktionsbehälter gesammelt und zur weiteren Verwendung abgeleitet. Dabei ist ein sowohl ein kontinuierlicher Betrieb als auch ein Batch-Betrieb möglich.
Obgleich die genauen Verhältnisse und Abläufe im Kontaminator noch nicht vollständig verstanden sind, haben die Erfinder festgestellt, dass bedingt durch die Reaktionsphase chemische und biochemische Prozesse ablaufen, die zu einer dramatischen Steigerung des CSB-Wertes und somit der biologischen Aktivität von desintegriertem Klärschlamm führen. Vermutlich finden in dieser Phase enzymatische und chemische Reaktionen statt, die letztendlich für die signifikante CSB-Wert-Erhöhung verantwortlich sind. Ferner ist denkbar, dass proteolytische Enzyme bei der weiteren Desintegration von Mikroorganismen beteiligt sind. Mit anderen Worten:
Mikroorganismen, die in dem Desintegrationsschritt noch nicht vollständig aufgeschlossen worden sind, werden durch freigesetzte Verdauungsenzyme (z. B. Proteasen, Lipasen, Nukleasen, Phosphatasen etc.) aufgeschlossen und der aktive Zellinhalt freigesetzt.
Bedingt durch den im Kontaminator ablaufenden Reaktionsschritt wird die bereits nach der Desintegration festgestellte Erhöhung des CSB-Wertes nochmals drastisch gesteigert (siehe 1). Dadurch ergibt sich eine höhere Leistungsfähigkeit und Betriebsstabilität der Abwasserreinigungsanlage. Durch den höheren Sauerstoffanteil laufen letztendlich die für das Belebtschlammverfahren beschriebenen chemischen Reaktionen schneller und effizienter ab. Durch den vierten erfindungsgemäßen Reaktionsschritt wird der CSB-Wert im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten dreistufigen Verfahren (ohne dem vierten Reaktionsschritt) um mindestens 200% gesteigert. Steigerungen der CSB-Werte von bis zu 400% oder mehr sind gegenüber dem herkömmlichen dreistufigen Verfahren erreichbar. Im Schnitt liegt die CSB-Erhöhung bei dem vierstufigen Verfahren in einem Bereich von 200% bis 500%. Zur weiteren Erhöhung des CSB-Wertes und der Kohlenstoffausbeute wird das desintegrierte Gemisch aus dem Desintegrationsschritt vorzugsweise umgewälzt. Dies wird beispielsweise mit einem Rührer mit vertikalen und/oder horizontalen Rührtellern erreicht. Durch das Rühren erfährt der desintegrierte Klärschlamm zusätzlich eine extreme Wirkungssteigerung.
Erfindungsgemäß werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hauptsächlich Abwasser oder Klärschlamm (wie Rücklaufschlamm, Überschussschlamm) behandelt. Jedoch ist das Verfahren (sowie die nachfolgend beschriebene Vorrichtung) auch für sonstige (wässrige) Suspensionen, die partikuläre Substanzen oder Partikelagglomerate enthalten, einsetzbar. Bei den Suspensionen kann es sich um ein Gemisch handeln, in dem Mikroorganismen enthalten sind und ein Zellaufschluss erwünscht ist.
Zum Befördern der durch das erfindungsgemäße Verfahren zu behandelnden Suspension enthält die Vorrichtung eine Pumpe, deren Leistungsaufnahme ausreichend groß ist, damit die zur kavitationsfreien Desintegration erforderlichen hohen Strömungsgeschwindigkeiten von mindestens 28 m/s in dem Wirkraum erreicht werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung bzw. eine Anlage zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst
einen Zerkleinerer mit Mitteln zum Zerkleinern der in dem Klärschlamm, Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen groben Bestandteile,
einen Homogenisator mit Mittel zum Homogenisieren des Klärschlammes, des Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen,
eine Desintegrationsvorrichtung mit einem geschlossenen Wirkraum, bei dem das flüssige Trägermedium des Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen beim Eintritt in den Wirkraum einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung ausgesetzt wird, wodurch das Trägermedium von seiner Flüssigphase in eine homogene Dampfphase überführt wird, so dass die in dem Trägermedium enthaltenen Substanzen einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung ausgesetzt werden, welche anschließend beim Austritt aus dem Wirkraum durch Kondensation der Dampfphase in die Flüssigphase extremen Verzögerungskräften ausgesetzt werden,
einen Kontaminator mit Mitteln zum Umwälzen des aus der Desintegrationsvorrichtung stammenden desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen.
Der Zerkleinerer übernimmt den ersten, der Homogenisator den zweiten, die Desintegrationsvorrichtung den dritten und der Kontaminator den vierten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung bzw. Anlage um eine Abwasserreinigungsanlage.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Zerkleinerer um einen üblichen Zerkleinerer, wie z. B. einem Schneidwerk mit rotierenden Messern, einer Messermühle, einem Schredder oder einem Walzschneidwerk, mit dem die größeren Bestandteile durch Zerreiben, Zermahlen, Zerreißen oder Zerschneiden in kleine Bestandteile aufgelöst werden.
Beim Homogenisator kommt ein Mischer zum Einsatz. Üblicherweise handelt es sich um einen Durchlaufmischer, bei dem im Strömungskanal ein oder mehrere Mischpaddel an einer Mischwelle angeordnet sind. Solche Mischer arbeiten typischerweise mit 1400 bis 2800 Umdrehungen pro Minute. Allerdings sind auch andere Verfahren zur Homogenisierung denkbar, wie z. B. die Verwendung von Ultraschall, Zentrifugalkräften oder Scherkräften.
In einer Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel, mit denen es möglich ist, nicht desintegrierten Klärschlamm (oder eine Suspension partikulärer Substanzen) mit desintegrierten Klärschlamm (oder einer Suspension partikulärer Substanzen) in Kontakt zu bringen. Solche Mittel umfassen zum Beispiel Leitungsführungssysteme, Pumpsysteme oder Auffangbehälter. Zur gegebenenfalls mehrmaligen Rückführung des Schlammes zur Desintegrationsvorrichtung sind Mittel vorgesehen, mit denen eine Rückführung des Klärschlammes in die Desintegrationsvorrichtung erfolgen kann. Solche Mittel umfassen beispielsweise Rohrleitungssysteme mit den dafür geeigneten Durchmessern und Pumpenkreisläufen.
Der Wirkraum der Desintegrationsvorrichtung besteht aus einer Verengung, bei welcher der Durchmesser an der Eintrittsstelle des Wirkraumes und an der Austrittsstelle des Wirkraumes größer ist als der Innendurchmesser an der Verengung. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wirkraum um eine Düse. Die für den Wirkraum erforderlichen geometrischen Verhältnisse werden vorzugsweise dann erreicht, wenn der Durchmesser (d) und die Länge (l) der Düse in einem Verhältnis von 1:4 bis 1:6, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1:5 zueinander stehen. Die für den Übergang in die Dampfphase erforderliche Strömungsgeschwindigkeit u in dem Wirkraum beträgt mindestens etwa 28 m/s, vorzugsweise mindestens etwa 42 m/s und besonders bevorzugt mindestens etwa 50 m/s, wobei Geschwindigkeiten im Bereich von etwa 42 m/s bis 50 m/s sich als optimal herausgestellt haben.
Der Kontaminator enthält zur Umwälzung des desintegrierten Schlammgemisches ein Rührwerk mit vertikalen und/oder horizontalen Rührtellern.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt man eine deutliche Verringerung oder Vermeidung der Bildung von Blähschlamm, Schwimmschlamm und/oder Schaum bei der Abwasserreinigung fest. Ferner wird die Mischbiozönose im Klärschlamm positiv beeinflusst, was sich in einer Abnahme fädiger Bakterien zugunsten flockenbildender Mikroorganismen widerspiegelt. Durch den zusätzlichen Reaktionsschritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine signifikante Modifikation einiger Parameter feststellen, die zur Bewertung der Leistungsfähigkeit und Stabilität einer Abwasserreinigungsanlage herangezogen werden kann, zum Beispiel: Zunahme der Denitrifikation, Zunahme des chemischen Sauerstoffbedarfes (CSB), Zunahme des biochemischen Sauerstoffbedarfes (BSB), Abnahme der Leistungsaufnahme (P_ges), Abnahme des Schlammvolumenindex (ISV), Abnahme der Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung des vierstufigen Verfahrens mit Zerkleinerung, Homogenisation, Desintegration, Kontamination zum Erreichen einer intensiven biologischen Aktivierung bei gleichzeitig geringem Leistungsaufwand,
2 eine schematische Darstellung eines Wirkraumes der Desintegrationsvorrichtung,
3 eine photographische Darstellung des in dem Wirkraum erzeugten Dampfstroms,
4 einen Vergleich der biologischen Aktivierung mit und ohne zusätzlichen Reaktionsschritt nach dem Desintegrationsschritt.
In 1 ist der Leistungsaufwand (P_x) sowie die Steigerung der biologischen Aktivierung (CSB;) in den einzelnen Phasen (Stufen 1–4) des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In dem Zerkleinerer wird der zu desintegrierende Schlamm zunächst mechanisch zerkleinert und im Homogenisator zu einer homogenen Masse für die nachfolgende Desintegrationsvorrichtung homogenisiert. Durch diese beiden der Desintegration vorgeschalteten Stufen wird sichergestellt, dass bei der Desintegration keine strömungsmechanischen Blockaden auftreten und die Bestandteile des Klärschlammes gleichberechtigt dem Desintegrationsprozess ausgesetzt werden können. Man erkennt, dass durch den mechanischen Aufschluss (Stufe 1) sowie der nachfolgenden Homogenisation (Stufe 2) und den damit verbundenen mechanischen Scherkräften bereits ein Teil der Mikroorganismen aufgeschlossen wird, was sich in einer leichten Erhöhung des CSB-Wertes (CSB, und CSB₂) gegenüber dem Anfangswert (CSB₀) bemerkbar macht.
Die nachfolgende Desintegrationsvorrichtung ist im Wesentlichen eine hydrodynamische Vorrichtung zur Erzeugung eines im zeitlichen Mittel existierenden Wirkraumes (siehe 3), in dem der Klärschlamm eine Behandlung erfährt, die zu einer signifikanten biologischen Aktivierung führt, was an der Erhöhung des CSB-Wertes erkennbar ist.
Im Kontaminator wird der aus der Desintegrationsvorrichtung stammende desintegrierte Klärschlamm einer Reaktionszeit unterzogen. Dies geschieht vorzugsweise unter Umwälzen des Klärschlammes, so dass die aktiven Bestandteile wie Enzyme und die noch lebenden Mikroorganismen miteinander in Kontakt treten und Stoffwechselprozesse ablaufen können. In dieser, der Desintegration nachgeschalteten, Phase zeigt sich eine drastische Erhöhung des CSB-Wertes von bis 500%. Die zu beobachtende Erhöhung des CSB-Wertes ist abhängig von der mit der Desintegrationsvorrichtung erreichten biologischen Aktivierung, der Größe des desintegrierten Massenstroms und der Verweilzeit im Kontaminator. Bei einem desintegrierten Massenstrom ṁ_Des > ṁ_Des,krit ist im Kontaminator eine signifikante CSB-Erhöhung festzustellen, die die CSB-Erhöhung durch die Desintegrationsvorrichtung selbst deutlich übertrifft. Der CSB-Wert kann durch mehrmaliges Durchlaufen des Gemisches durch die Desintegrationsvorrichtung noch weiter gesteigert werden. Das In-Kontakt-Bringen des Klährschlammes erfolgt vorzugsweise mit einem Rührer mit geringer Leistungsaufnahme.
Man erkennt aus diesen Daten, dass der CSB-Wert durch den kombinierten vierstufigen Prozess, insbesondere durch den der Desintegration nachgeordneten vierten Reaktionsschritt, drastisch gesteigert werden kann. Ferner wird das Auftreten von Bläh- und Schwimmschlamm vermieden oder vermindert, und es entfällt die Notwendigkeit externer Kohlenstoffquellen (C-Donatoren) zur Stabilisierung der Denitrifikation der Anlage (Daten nicht gezeigt).
In 2 oben erkennt man den schematisch dargestellten Wirkraum. Übersteigt die Strömungsgeschwindigkeit (u) die kritische Strömungsgeschwindigkeit (u > u_krit) bei einem aufgespannten Wirkraum mit einer Länge l_W > 0, erfolgt ein Übergang der Flüssigphase in die Dampfphase. In der Skizze unten ist eine Unstetigkeitsfläche als Grenzfall mit u = u_krit gezeigt.
Zur Erzeugung des Wirkraumes wird der durch den konvergenten Kanalteil (dA/dx < 0, Kanalquerschnitt A(x)) strömende Klärschlamm in einen Zustand versetzt, der das die Mikroorganismen umgebende Wasser verdampfen lässt. Dazu muss am Ende des konvergenten Kanalteils eine Geschwindigkeit u ≥ u_krit erreicht werden, die allein von der Dichte des Wassers und dem atmosphärischen Druck geprägt ist. Im Grenzfall u = u_krit bildet sich im engsten Kanalquerschnitt eine Unstetigkeitsfläche aus, über die der Phasenwechsel von Wasser in Wasserdampf stattfindet. In diesem speziellen Fall existiert mit der Länge l_W = 0 noch kein endlicher Wirkraum. Ein nutzbarer Wirkraum wird erst mit Geschwindigkeiten u > u_krit aufgespannt. Die Länge des Wirkraum l_W > 0 kann außerdem durch die Wahl der Querschnittsverteilung A(x) des sich hinter der engsten Stelle anschließenden divergenten Kanalteils (dA/dx > 0) beeinflusst werden und endet, wenn im divergenten Kanalteil wieder die kritische Geschwindigkeit u_krit erreicht wird.
Bedingt durch den Phasenwechsel (Wasser verdampft zu Wasserdampf) geraten die Mikroorganismen beim Eintritt in den aktiven Wirkraum sprunghaft in ein Strömungsfeld mit um den Faktor 1000 erhöhten Geschwindigkeiten, die sich beim Verlassen des Wirkraumes genau um diese Erhöhung wieder sprunghaft reduzieren. Mit der Steigerung der Geschwindigkeit auf Werte u > u_krit lassen sich Effekte erzielen, die von der Ablösung bioaktiver Stoffe an der Oberfläche der Mikroorganismen bis hin zum Zerreißen der Mikroorganismen und dem Freisetzen der Zellinhaltsstoffe durch Zellaufschluss reichen. Bewirkt werden die Effekte im Wesentlichen durch die Massenkräfte, die beim Durchlaufen des aktiven Wirkraumes auf die organischen Bestandteile des Klärschlammes einwirken. Durch Wahl der Geschwindigkeit u > u_krit des Klärschlammes, die im engsten Kanalquerschnitt gerade auf den Dampfdruck des Wassers führt, kann gezielt eine Selektierung der Mikroorganismen vorgenommen werden.
Der Prozess des sich in der Zeit permanent auf- und abbauenden Wirkraumes mit einem Aggregatzustand größter Oberfläche führt bei Klärschlämmen mit üblichen TS-Gehalten auf hydrodynamisch selbständig erzeugte hochfrequente Druckspitzen im Bereich von (10 bis 20) kHz, die akustisch durch die dabei entstehenden intensiven Knallgeräusche wahrgenommen werden.
Die Knallgeräusche beginnen beim Erreichen der kritischen Geschwindigkeit u = u_krit und steigen simultan mit der Vergrößerung der Geschwindigkeit auf Werte u > u_krit an.
Anders als bei üblichen Kavitationseffekten, deren lokales Verhalten mit Werkstoffzerstörungen verknüpft ist, stellt sich in dem mit hohen Geschwindigkeiten u > u_krit erzeugten Wirkraum eine homogene Mikrokavitation ein, die Abriebe und Zerstörungen der Kanalwände ausschließt.
In 3 erkennt man einen aus Wasserdampf bestehenden Dampfstrahl in dem Wirkraum einer Desintegrationsvorrichtung, der mittels einer photographischen Aufnahme sichtbar gemacht wurde. Erreicht die Strömungsgeschwindigkeit u die kritische Geschwindigkeit u_krit und wird der Verdampfungsdruck der Flüssigkeit erreicht, erfolgt ein Phasenübergang, wodurch die in den Trägermedien enthaltenen partikulären Substanzen (insbesondere Mikroorganismen) einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung ausgesetzt werden. Am Ende des Wirkraumes vergrößert sich dessen Durchmesser, wodurch der Dampfstrom stark verzögert wird und unmittelbar kondensiert. Durch diese starken Kräfte werden die Mikroorganismen und Partikelagglomerate letztendlich aufgeschlossen. Ein Aufschluss durch lokale Kavitationseffekte (Kavitationsblasen) würde nicht zu dem beobachteten Ergebnis führen.
In 4 ist ein Vergleich der CSB-Erhöhung mit und ohne nachgeschaltetem Reaktionsschritt (Kontamination) gezeigt. Deutlich ist zu erkennen, dass mit dem zusätzlichen Reaktionsschritt die Erhöhung des chemischen Sauerstoffbedarfes (CSB-Wert) deutlich gesteigert werden kann. Dargestellt ist das Verhältnis CSB₄ zu CSB₃ (Ordinate) gegen die Zeit (Abszisse). Ab einer bestimmten Zeitdauer erfolgt keine weitere Steigerung des CSB-Wertes. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber einem ohne diesen zusätzlichen Reaktionsschritt betriebenen Verfahren im Vorteil. Ferner werden die unter Ausnutzung der lokalen Kavitation betriebenen Anlagen und die dort auftretenden Nachteile vermieden.
Weitere Messungen haben ergeben (nicht gezeigt), dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung mit der beschriebenen Desintegration zu einer positiven Beeinflussung von folgenden Parametern in signifikanter Weise führt: Absenkung der N_ges-Ablaufwerte, CSB-Erhöhung, BSB-Erhöhung, Verminderung des Leistungsbedarfs (P_ges), Abnahme des Schlammvolumenindex (ISV, Reduzierung um etwa 25%), Reduzierung des Gehalts an Trockenmasse (TS-Gehalte: Reduzierung in der Belebung um 50% von 4 g/l auf 2 g/l), Absenkung der O₂-Konzentration im Belebungsbecken (Reduzierung von 2,7 mg/l auf 0,95 mg/l). Gleichzeitig stellt man einen verminderten Sauerstoffbedarf durch den teilweisen Wegfall der endogenen Atmung fest, wodurch sich erhebliche Kosten einsparen lassen.
Man beobachtet ferner eine signifikante Zerstörung von fadenförmigen Flocken-Organismenstrukturen sowie eine drastische Abnahme bzw. Vermeidung von Bläh- und Schwimmschlamm. Durch den erhöhten CSB-Wert beobachtet man zudem eine Erhöhung des Abbaus an organischen Substanzen und eine verbesserte Denitrifikation durch die Bereitstellung von leicht abbaubarem CSB als Wasserstoffdonator. Dadurch ist eine Optimierung des aeroben und anaeroben Abbaus möglich. Der anaerobe Abbau (Faulung) spiegelt sich in einem höheren Ausfaulungsgrad bei kürzeren Faulzeiten, einer höheren Gasausbeute, einem besseren Stabilisationsergebnis und einer Optimierung des Schlammentwässerungsverhaltens. Beim aeroben Abbau (Belebung) beobachtet man eine Stabilisierung der Biozönose, d. h. es kommt zu einer Verringerung bzw. Beseitigung des zeitweisen Auftretens von Bläh- und Schwimmschlamm in dem Belebungsbecken. Insgesamt verzeichnet man einen verbesserten aeroben Schadstoffabbau durch die verbesserte biologische Aktivierung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung.
Zusammenfassend lassen sich die Kosten und die Effizienz des Abwasserreinigungsprozesses und der Schlammbehandlung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung drastisch reduzieren. Das gilt nicht nur für die ablaufenden Klärprozesse, sondern auch für sämtliche für den Betrieb der Anlage anfallenden Kosten und Materialaufwendungen.
Obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt als Bestandteil einer Abwasserreinigungsanlage zur kavitationsfreien Desintegration von Klärschlamm ausgebildet ist, sind auch weitere Anwendungsmöglichkeiten der kombinierten Desintegration unter Verwendung des vierstufigen Verfahrens denkbar, wie z. B. der Abbau von Partikelagglomeraten oder der Aufschluss von Mikroorganismen in wässrigen Suspensionen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19517381 [0008]
- DE 19843862 [0008]
- WO 03/042109 [0010]
- US 6200486 [0010]
- US 6505648 [0010]
- WO 2005/028375 [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- "Wasser/Abwasserpraxis" (WRP) Nr. 3, 1999, Seiten 25 bis 31 [0009]

Claims

Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer Substanzen, umfassend: a) mechanische Zerkleinerung der in dem Klärschlamm, Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen groben Bestandteile, b) Homogenisieren des in Schritt a) behandelten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen, c) Desintegrieren des homogenisierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen in einen Wirkraum, der einen konvergent verlaufenden Kanalteil und eine Verengung umfasst, wobei beim Eintritt in dem Wirkraum ein Dampfstrom erzeugt wird, der auf die in dem Trägermedium enthaltenen Substanzen eine kurzzeitige Extrembeschleunigung ausübt und der beim Verlassen des Wirkraumes zurück in die Flüssigphase kondensiert und dadurch extreme Verzögerungskräfte bewirkt, d) Zuführen des desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen in eine Reaktionsphase für eine bestimmte Zeitdauer, so dass eine Erhöhung der biologischen Aktivität des desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen und seiner Bestandteile erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung im Schritt a) und die Homogenisation in Schritt b) einstufig durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Verfahrensschritte a) bis d) in räumlich getrennten aber miteinander kommunizierenden Bereichen ablaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit über eine konisch verlaufende Verengung des Wirkraumes erfolgt, bei der der Durchmesser an der Eintrittsstelle des Wirkraumes und der Durchmesser an der Austrittsstelle des Wirkraumes größer ist als der Durchmesser an der engsten Stelle der Verengung.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konischen Verengung um eine Düse handelt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) und die Länge (l) der Düse in einem Verhältnis von 1:4 bis 1:6, vorzugsweise 1:5, zueinander stehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit u in dem Wirkraum mindestens 28 m/s, vorzugsweise mindestens 40 m/s, bevorzugt zwischen 42 m/s und 50 m/s beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit für den desintegrierten Klärschlamm, das Abwasser oder die Suspension partikulärer Substanzen in dem Reaktionsschritt c) mindestens so lange beträgt, dass der chemische Sauerstoffbedarf (CSB-Wert) gegenüber dem Anfangswert vor der Desintegration um mindestens 200% gesteigert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm, das Abwasser oder die Suspension partikulärer Substanzen in dem Reaktionsschritt c) durchmischt oder umgewälzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des im Reaktionsschritt c) behandelten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen zu dem Desintegrationsschritt b) zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Klärschlamm um Rücklaufschlamm und/oder Überschussschlamm handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kontaminator im Reaktionsschritt c) nicht desintegrierter Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen zugeführt wird, der so mit bereits desintegriertem Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen zur Infizierung in Kontakt gebracht wird.
Vorrichtung zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen, umfassend: – einen Homogenisator mit Mitteln zum Zerkleinern von in dem Klärschlamm, Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen groben Bestandteilen, – eine Desintegrationsvorrichtung mit einem Wirkraum, der einen konvergent verlaufenden Kanalteil und eine Verengung umfasst, wobei beim Eintritt in dem Wirkraum ein Dampfstrom erzeugt wird, der auf die in dem Trägermedium enthaltenen Substanzen eine kurzzeitige Extrembeschleunigung ausübt und der beim Verlassen des Wirkraumes zurück in die Flüssigphase kondensiert und dadurch extreme Verzögerungskräfte bewirkt – einen Kontaminator mit Mitteln zum Vermischen oder Umwälzen des aus der Desintegrationsvorrichtung stammenden desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser an der Eintrittsstelle des Wirkraumes und der Durchmesser an der Austrittsstelle des Wirkraumes größer ist als der Innendurchmesser an der Verengung.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Verengung um eine Düse handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) und die Länge (l) der Düse in einem Verhältnis von 1:4 bis 1:6, vorzugsweise 1:5, zueinander stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit u in dem Wirkraum mindestens 28 m/s, vorzugsweise mindestens 40 m/s, bevorzugt zwischen 42 m/s und 50 m/s beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel, wie Leitungsführungssysteme und Pumpsysteme, umfasst, um nicht desintegrierten Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen mit desintegriertem Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen in dem Kontaminator in Kontakt zu bringen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel, wie Leitungsführungssysteme und Pumpsysteme, umfasst, mit denen eine Rückführung des Klärschlammes, Abwassers oder Suspension partikulärer Substanzen aus dem Kontaminator in die Desintegrationsvorrichtung erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaminator ein Rührwerk mit vertikalen und/oder horizontalen Rührtellern enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter eine Pumpe umfasst, mit der der Klärschlamm, das Abwasser oder die Suspension partikulärer Substanzen durch die Desintegrationsvorrichtung mit der oberhalb der kritischen Geschwindigkeit (u_krit) liegenden erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit (u) gefördert wird (u > u_krit).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung um eine Abwasserreinigungsanlage handelt.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22 zur Vermeidung oder Verringerung der Bildung von Blähschlamm, Schwimmschlamm und/oder Schaum in Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspensionen partikulärer Substanzen.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22 zur Beeinflussung der Mischbiozönose in Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen, bei der es zu einer Abnahme von fädigen Mikroorganismen zugunsten flockenbildender Mikroorganismen in dem Klärschlamm, Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen kommt.
Verwendung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modifikation von mindestens einem der folgenden Parameter in dem durch die Vorrichtung behandelten Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen erfolgt: Zunahme der Denitrifikation, Zunahme des chemischen Sauerstoffbedarfes (CSB), Zunahme des biochemischen Sauerstoffbedarfes (BSB), Abnahme der Leistungsaufnahme zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser, Suspension partikulärer Substanzen (P_ges), Abnahme des Schlammvolumenindex (ISV), Abnahme der Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken.