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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserbehandlung mit einer
zweistrassigen anaeroben Primärschlammbehandlung
in einem Faulbehälter
und Überschussschlamm
separat hiervon in einem weiteren Faulbehälter.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Abwasserbehandlungsanlage zur
Behandlung von Schlämmen
mit einem solchen Verfahren mit einem Faulbehälter für Primärschlamm und einem Hydrolysereaktor
zur Hydrolysebehandlung von Überschussschlamm
vor der anaeroben Behandlung von Überschussschlamm im Faulbehälter.
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Auf
kommunalen und teilweise auch auf industriellen Kläranlagen
fallen im Wesentlichen zwei Schlammsorten an. Dies ist der Primär- oder
Vorklärschlamm,
nachfolgend als Primärschlamm
bezeichnet, und der biologische Sekundär- oder Überschussschlamm, nachfolgend
als Überschussschlamm
bezeichnet. Nach der heutigen Verfahrensweise kommen die chemischen
Schlämme
kaum noch separat vor, sondern sind durch eine simultane Fällung im
biologischen Schlamm integriert.
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Der
Primärschlamm
entsteht in der Regel durch reine Schwerkraftsedimentation in Absetzbecken
und kann im Anaerob-Prozess als relativ leicht abbaubare und als
gut entwässerbare
Komponente im gesamten Schlammsystem angesehen werden.
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Der Überschussschlamm
besteht weitgehend aus Bakterienmasse, die im Wesentlichen in der
aeroben biologischen Behandlungsstufe entstanden ist und im Vergleich
zum Primärschlamm
relativ schwer anaerob abbaubar ist. Bedingt durch das starke kolloidale
System und die exopolymeren Substanzen besitzt der Überschussschlamm
ein hohes Wasserbindevermögen
und gilt als diejenige Komponente im Faulschlammsystem, die den
Entwässerungsgrad
je nach Anteil stark herabsetzt.
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Bei
der klassischen Klärtechnik
werden die beiden Schlammsorten, Primärschlamm und Überschussschlamm,
gemeinsam der anaeroben Abbaustufe (unter Luftabschluss) zugeführt und
entweder mesophil bei 35 bis 40°C
oder thermophil bei 50 bis 58°C
ausgefault. Die Mischung dieser Schlämme beinhaltet zwei wesentliche
Nachteile:
- 1. Der an sich gute entwässerbare
und gut abbaubare Primärschlamm
wird durch einen Überschussschlamm-Anteil
in seinen Eigenschaften negativ beeinflusst, was zu einer schlechteren
Abbaubarkeit und einer Verringerung der Kapazität bei der Methanbildung führt.
- 2. Andererseits ist der Überschussschlamm
im Sinne der Nährstoffnutzung
ein Wertstoffträger
in Bezug auf die Möglichkeit,
Kohlenstoff als Methan zu nutzen und den im Überschussschlamm zu 90% beinhalteten
Phosphor als Düngemittel
wieder zu gewinnen. Das Ziel, Phosphor aus dem Überschussschlamm gezielt zurück zu gewinnen, kann
nur dann wirtschaftlich und sinnvoll erreicht werden, wenn die Phosphorelimination
in der vorherigen Klärtechnik
nach dem sogenannten BioP-Verfahren durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren
werden keine chemischen Fällmittel
zur Phosphatfällung
eingesetzt, sondern es wird die Eigenschaft der Bakterienmasse genutzt,
unter bestimmten Prozessbedingungen vermehrt Polyphosphate anzureichern.
Unter anaeroben Bedingungen werden diese als Orthophosphat wieder abgegeben
(Remobilisierung). Diese natürliche Art,
die Phosphate aus dem Abwasser auszuschleusen, eröffnet wirt schaftliche
Möglichkeiten einer
Phosphatrückgewinnung
in der Klärtechnik. Die
Phosphate sind aber zu ca. 90% nur im Überschussschlamm enthalten,
während
der Primärschlamm
nur die ca. 10 bis 15% Restphosphate in einer anderen Form beinhaltet.
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Bei
der anaeroben Schlammumsetzung in den sogenannten Faulbehältern werden
die kohlenstoffhaltigen Verbindungen zu Methan (CH4),
Kohlenstoffdioxid (CO2), Ammonium (NH4) und Wasser umgesetzt, wobei das Methan
als wertvoller Energieträger
gilt und zumeist in Blockheizkraftwerken zur Erzeugung von Energie
und Wärme
genutzt wird. Ein Ziel bei der Optimierung im Bereich der Schlammbehandlung
ist die weitestgehende Umsetzung der Kohlenstoffverbindung, um eine
maximale Massenreduktion des Schlammes zu erreichen und eine maximale
Energieausbeute zu erzeugen.
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Nach
Abschluss der anaeroben Umsetzung des Gemischs aus Primär- und Überschussschlamm wird
bislang nach ca. 18 bis 30 Tagen der sogenannte Faulschlamm unter
Verwendung von Flockungshilfsmitteln und Entwässerungsmaschinen (Zentrifugen,
Siebbandpressen, Kammerfilterpressen etc.) soweit wie möglich vom
Wasser befreit, da der entwässerte
Klärschlamm
zumeist thermisch oder landwirtschaftlich genutzt wird. Dies stellt
einen erheblichen Kostenfaktor für
die Kommunen dar. Zur Kostenreduktion wird also angestrebt, die
Schlämme weitestgehend
aufzukonzentrieren.
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Zur
Erhöhung
des anaeroben Abbaugrades des Überschussschlamms
sind Methoden zur Vorbehandlung bekannt. Diese mechanischen, thermischen
oder auch chemischen Methoden, mit denen der Überschussschlamm gewissermaßen aufgeschlossen
wird, werden Desintegrationsverfahren genannt, die auch in Kombinationen
eingesetzt werden können.
Diese werden mit dem Ziel eingesetzt, die Bakterienmasse soweit
mechanisch, thermisch oder auch chemisch aufzuschließen, dass
Substrate den anaeroben Bakterien möglichst vollständig zugänglich sind
und somit die Umsatzrate und die Umsatzgeschwindigkeit wesentlich
erhöht
werden. Die Desintegrationsverfahren werden heutzutage im Wesentlichen
beim Überschussschlamm
eingesetzt, wobei nach der Anwendung des Desintegrationsverfahrens beim Überschussschlamm
dieser in der Regel mit dem Primärschlamm
wieder vermischt und gemeinsam dem anaeroben Prozess zugeführt wird.
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Die
Desintegration von Klärschlamm
ist beispielsweise in N. Dichtl, J. Müller, E. Englmann, F. W. Günthert,
M. Osswald: „Desintegration
von Klärschlamm – ein aktueller Überblick”, in: Korrespondenz
Abwasser 1997 (44), Nr. 10, Seiten 1726 bis 1739 beschrieben. Es
wird ausgeführt,
dass bei der Desintegration die Zellwände der Mikroorganismen im
Klärschlamm
zerstört
und die Zellinhalte freigesetzt werden. Dadurch kann der Klärschlamm
besser aerob oder anaerob stabilisiert werden so dass sowohl eine
Verringerung der Schlammmenge und der Faulzeit als auch eine Erhöhung des
Faulgasanfalls erreicht werden kann. Der rein mechanische Aufschluss
von Überschussschlämmen führt nur
bedingt zu einem beschleunigten und weitergehenden Abbau der organischen
Substanz in der Faulung.
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Aus
DE 199 40 994 A1 ist
weiterhin bekannt, den vorverfaulten Rohschlamm mit einem Dekanter aufzukonzentrieren,
so dass die Feststoffphase des Faulschlamms von einer Flüssigkeitsphase
getrennt wird.
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DE 10 2004 023 171
A1 offenbart ein Verfahren zur Abwasserbehandlung, bei
dem die biologische Abwasserbehandlung ohne Rückführung des behandelten Überschlussschlamms
in dem Primärschlamm
erfolgt. Der Überschussschlamm
wird vom Primärschlamm
in einer Klärvorrichtung
nach der biologischen Behandlung abgezogen.
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Durch
die getrennte Behandlung des Überschussschlamms
mit Ozon und einer anschließenden
aeroben Oxidation in einem geeigneten Bioreaktor können die
Reaktoren verkleinert und der Energieverbrauch verringert werden.
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Weiterhin
ist aus
EP 0 784 504
B1 ein Verfahren zur Hydrolyse von organischen Materialien bekannt.
Durch die Hydrolyse-Vorbehandlung von Klärschlamm wird eine Zersetzung
von organischem Material in kleinere Teilchen erzielt, so dass ein
hoher Gehalt von Trockensubstanz aus dem Schlamm gezogen werden
kann. Die Nähr stoffe
sind durch die Hydrolyse-Behandlung für Bakterien zudem leichter zugänglich und
der Schlamm wird pasteurisiert bzw. hygienisiert.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Abwasserbehandlung und eine Abwasserbehandlungsanlage
hierzu zu schaffen mit dem Ziel, die Energieausbeute zu erhöhen und
die Rückgewinnung von
Wertstoffen, wie beispielsweise Phosphor, zu verbessern. Weiterhin
soll die gute Entwässerungseigenschaft
des Primärschlammes
verbessert werden.
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Die
Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass der Überschussschlamm
vor der anaeroben Behandlung durch eine Hydrolyse-Behandlung aufgeschlossen und
somit verflüssigt
und unabhängig
von dem Primärschlamm
einer separaten anaeroben Behandlung unterzogen wird.
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Die
anaerobe Behandlung des Primärschlamms
findet somit getrennt von der anaeroben Behandlung des abgezogenen Überschussschlamms
statt. Durch die vorgelagerte Hydrolyse-Behandlung des Überschussschlamms
wird erreicht, dass der pastöse Überschussschlamm
verflüssigt
und die im Überschussschlamm
enthaltenen wasserbindenden Gelsubstanzen durch die Erhitzung zerstört werden.
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Bei
den üblichen
Faulzeiten von 20 Tagen sind keine Unterschiede in der Faulgasproduktion zwischen
einer gemeinsamen und einer separaten anaeroben Behandlung von Überschussschlamm und
Primärschlamm
festzustellen.
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Überraschenderweise
hat sich nun gezeigt, dass eine getrennte Behandlung von hydrolysiertem Überschussschlamm
einerseits und Primärschlamm andererseits
insbesondere bei Faulzeiten unter 6 Tagen eine höhere Faulgas- bzw. Methanproduktion
zur Folge hat, als die allgemein übliche gemeinsame anaerobe
Behandlung von hydrolysiertem Überschussschlamm
und Primärschlamm.
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Durch
die getrennte Prozessführung
der beiden maßgeblichen
Schlammarten, d. h. des Primärschlamms
und des Überschussschlamms,
kann somit wesentlich besser auf die individuellen Zielsetzungen
und die unterschiedlichen Charakteristika der Schlammsorten Einfluss
genommen werden. Damit ist es möglich,
die Prozesse wesentlich wirtschaftlicher und technisch sinnvoller
zu gestalten. Im Ergebnis können
die zu entsorgenden Schlammmengen wesentlich verringert und die
Ausbeute an Methan und somit Energie wesentlich um mindestens 25
bis 40% erhöht
werden Auch die Phosphatnutzung ist wesentlich wirtschaftlicher
und auch in chemisch reinerer Form zu bewerkstelligen.
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Der
reine Primärschlamm
kann mit geringen Einsatzmengen (5 bis 8 kg/Tonne TR-Flockungshilfsmitteln)
bis auf 30 bis 40% Trockenrückstand
TR entwässert
werden Der reine ausgefaulte Überschussschlamm
würde sich
hingegen nur bis auf 16 bis 24% entwässern lassen. Während die
herkömmlichen
Gemische dieser beiden Schlämme
einen Entwässerungsgrad
im Bereich von 20 bis 25% Trockenrückstand aufweisen, kann durch
die vorgeschlagene separate anaerobe Behandlung von Primärschlamm und Überschussschlamm
erreicht werden, dass der Überschussschlamm
keine störende
Komponente sowohl im Faul- als auch im Entwässerungsprozess mehr ist.
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Allerdings
gelingt es erst durch die vorgeschaltete Hydrolyse-Behandlung, den Überschussschlamm
so aufzuarbeiten und dabei die stark wasserbindende Hydrogelstruktur
zu zerstören,
dass der Überschussschlamm
separat und effizient in einem nachgelagerten anaeroben Behandlungsschritt
abgebaut werden kann.
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Im
Ergebnis wird durch die separate anaerobe Behandlung von Primärschlamm
und des hydrolysierten Überschussschlamms
erreicht, dass die Methanausbeute und der Abbaugrad wesentlich erhöht ist.
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Die
Hydrolyse-Behandlung des Überschussschlamms
erfolgt vorzugsweise thermisch. Dabei kann eine Erhitzung des Überschussschlamms
auf einer Temperatur im Bereich von 130 bis 180°C erfolgen. Nach dem Aufschließen des
erhitzten Überschussschlamms,
die durch Verweilen des Überschussschlamms
in einem Druckreaktor unter der Wärmeeinwirkung für beispielsweise
ca. 15 bis 45 Minuten erfolgt, erfolgt eine Entspannung des erhitzten Überschussschlamms,
die für
eine Zerstö rung der
Bakterienzellen und damit für
einen weiteren mechanischen Aufschluss sorgt.
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Die
Hydrolyse kann durch Dampfinjektion in den Überschussschlamm, über Wärmetauscher
oder mit anderen Energieträgern
durchgeführt
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn vor der Hydrolyse-Behandlung eine Homogenisierung
des Überschussschlamms
beispielsweise mit einem Homogenisator mit einem Druck von 40 bis
500 bar erfolgt. Durch die Homogenisierung wird die Effizienz des
nachfolgenden Hydrolyseverfahrens aufgrund der homogenen Verteilung
der Komponenten im Überschussschlamm
erreicht.
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Nach
der Hydrolyse-Behandlung wird der hydrolysierte Überschussschlamm vorzugweise
auf eine Temperatur im Bereich von 30 bis 55°C, besonders bevorzugt im Bereich
von 35 bis 38°C
abgekühlt.
Der auf diese Temperatur abgekühlte Überschussschlamm
wird dann der separaten anaeroben Behandlung zugeführt.
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Die
anaerobe Behandlung findet besonders bevorzugt in einem Festbett-
oder Schwebebettreaktor statt, wie beispielsweise einem Pelletreaktor.
Derartige Festbett- oder
Schwebebettreaktoren sind aus der Lebensmitteltechnologie bekannt.
Diese Art von Reaktoren konnten bisher nur bei sehr niedrig viskosen,
wasserähnlichen
Abwässern
oder Prozesswässern
eingesetzt werden, da sie unter anderem sehr wesentlich von der
Mobilität
der Pellets (Schweben und Herumwirbeln) im Reaktor abhängig sind.
Der klassische Überschussschlamm
liegt in eingedickter Form aber eher pastös vor, so dass bei einem Durchströmen des
Pelletreaktors die Pellets bedingt durch die hohe Viskosität des zu
behandelnden Schlammmediums ausgetragen werden würden und nicht im Reaktor gehalten
werden könnten.
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Durch
die vorgeschaltete Hydrolyse wird unter anderem auch die Gelstruktur
und somit die Viskosität
des Schlamms zerstört,
so dass diese so stark reduziert ist, dass der Überschussschlamm bei der vorliegenden
Konzentration in einem Pelletreaktor werden kann.
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Damit
kann eine hohe Kohlenstoffumsatzrate und eine hohe Umsatzgeschwindigkeit
erreicht werden. Grund hierzu ist der Aufschluss des Überschussschlamms
mit der thermischen Hydrolyse und die Ausnutzung der spezifischen
hohen Umsatzraten eines Pelletreaktors, welche im Gegensatz zu einem volldurchmischten
klassischen Anaerob-Reaktor nur Aufenthaltszeiten zwischen 5 und
20 Stunden benötigt,
um eine Kohlenstoffumsatzrate zu Methan zu erzielen, die in einem
klassischen Reaktor im Schnitt 20 Tage benötigen würde.
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Durch
die Beschickung des Festbett- oder Schwebebettreaktors ausschließlich mit
dem hydrolysierten Überschussschlamm
kann sich die Bakterienmasse wesentlich besser an das einheitliche
Substrat adaptieren, da eine höhere
Spezialisierung in Richtung der methanbildenden Bakterien stattfindet (Vermeidung
der biologischen Konkurrenzsituation). Der geschwindigkeitsbestimmende
Schritt der biologischen Hydrolyse fällt hierbei weg, da das Substrat bereits
hydrolysiert vorliegt, so dass die anaerobe Umsetzung begünstigt wird.
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Der
anaerob behandelte Überschussschlamm
kann anschließend
gefiltert, zentrifugiert und/oder ausgefällt werden, um Feststoffe zu
extrahieren und/oder Rohstoffe, wie beispielsweise Phosphate, zurück zu gewinnen.
Durch die separate Behandlung des Überschussschlamms ist die Feststoffextraktion
und Rohstoffrückgewinnung
wesentlich wirtschaftlicher und chemisch reiner zu bewerkstelligen.
Grund ist wiederum die durch die Trennung von Überschussschlamm und Primärschlamm
erreichte Einheitlichkeit der Substanz und Verbesserung des Aufschlusses.
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Die
extrahierten Feststoffe können
dem Primärschlamm
vor oder während
der separaten anaeroben Behandlung des Primärschlamms zugeführt und
zusammen mit dem Primärschlamm
weiter abgebaut werden. Diese Feststoffe beeinträchtigen die Qualität des Primärschlamms
nicht. Sie führen
vielmehr zu einer Aufkonzentration und damit zu einer verbesserten
Abbaubarkeit des Primärschlamms
im Gegensatz zu dem hydrogelartigen, wasserbindenden Überschussschlamm.
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Die
bei der Hydrolyse des Überschussschlamms
beispielsweise im Entspannungsvorgang anfallende Wärmeenergie
kann im Prozess weitergenutzt werden. Beson ders vorteilhaft ist
es, wenn die Wärmeenergie
zur Hygienisierung des Primärschlamms
eingesetzt wird, bevor der Primärschlamm anaerob
behandelt wird. Damit können
die Hygienisierungsanforderungen zu den Primärschlamm mit der Wärme aus
dem Prozess zur Behandlungen Überschussschlamms
erfüllt
werden.
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Die
Aufgabe wird weiterhin durch die Abwasserbehandlungsanlage der eingangs
genannten Art dadurch gelöst,
dass ein separater, mit dem Ausgang des Hydrolysereaktors direkt
oder direkt kommunizierend verbundener Reaktor zur anaeroben Behandlung
des hydrolysierten Überschussschlamms vorgesehen
ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 – Diagramm
der Verfaulung von Überschussschlamm
im Vergleich zur Verfaulung von hydrolysiertem Überschussschlamm über eine
mittlere Fauldauer;
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2 – Diagramm
der gemeinsamen Verfaulung von Primär- und Überschusschlamm im Vergleich
zur separaten Verfaulung von Primärschlamm und hydrolysiertem Überschussschlamm über eine mittlere
Fauldauer;
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3 – Diagramm
der Mehrgasproduktion von hydrolysiertem Überschussschlamm in einem Hochleistungsreaktor
mit fixierter Biomasse über eine
mittlere Fauldauer;
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4 – Skizze
einer Abwasserbehandlungsanlage mit Flussdiagramm der Stoffströme.
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1 verdeutlicht
beispielhaft die Erhöhung der
Faulgas- bzw. Methanproduktion aufgrund einer thermischen Hydrolyse
für den
reinen Überschussschlamm
in Abhängigkeit
der Faulzeit. Man erkennt eine ca. 70%ige Zunahme der Gesamt-Faulgas- bzw. Gesamt-Methan-Produktion
und die anschließende leichte
Abnahme der Gesamt-Methanproduktion für den hydrolysierten Überschussschlamm.
Bei einer ausreichend langen Faulzeit sollte dann für beide Schlämme nach
allgemeiner Theorie ungefähr
gleich viel Faulgas bzw. Methan produziert werden. In der Praxis
wird dies jedoch in der Regel nicht erreicht.
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2 zeigt
das Ergebnis einer gemeinsamen anaeroben Behandlung (Referenz) von
hydrolysiertem Überschussschlamm
und Primärschlamm
im Vergleich mit dem Ergebnis einer separaten anaeroben Umsetzung
in einem konventionellen auf Kläranlagen üblichem
Faulbehälter
von hydrolysiertem Überschussschlamm
einerseits und Primärschlamm andererseits,
wobei die Faulgasproduktion der beiden separaten Faulstufen addiert
wurde. Es hat sich überraschenderweise
gezeigt, dass nicht nur die bereits bekannte 50 bis 70%ige Erhöhung der
Faulgasproduktion des Überschussschlammanteils
durch thermische Hydrolyse möglich
ist, sondern zusätzlich eine
noch weitere Steigerung um bis ca. 40% insbesondere bei sehr kleinen
Faulzeiten kleiner 2 Tagen aufgrund einer separaten anaeroben Behandlung von
reinem Überschussschlamm
einerseits und Primärschlamm
andererseits. Bei Einsatz eines sogenannten anaeroben Hochleistungsreaktors
(Festbett oder Pelletreaktor) wird der Effekt der Mehrgasproduktion
bei getrennter Behandlung des hydrolysierten Überschussschlammes im Bezug
auf die Gasausbeute als auch im Bezug auf die Umsatzgeschwindigkeit
erheblich gesteigert. Bei der Berechnung der Energieausbeute ist
der wesentlich höhere Methangehalt
bei diesen Reaktortypen zu berücksichtigen.
Ein Beispiel wird in 3 gezeigt. Damit wird deutlich,
dass eine getrennte Behandlung von hydrolysiertem Überschussschlamm
einerseits und Primärschlamm
andererseits insbesondere bei Faulzeiten unter 6 Tagen eine höhere Faulgas-
bzw. Methanproduktion zur Folge hat, als die allgemein übliche gemeinsame
anaerobe Behandlung von hydrolysiertem Überschussschlamm und Primärschlamm.
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4 lässt eine
schematische Skizze einer Abwasserbehandlungsanlage mit den durch
die einzelnen Einrichtungen fließenden Stoffströmen erkennen.
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Primärschlamm
PS wird einem Hygienisierungsbehälter 1 zugeführt, der
in an sich bekannter Weise zur Erwärmung und Hygienisierung des
für eine
Hygienisierungszeit in dem Hygienisierungsbehälter 1 gehaltenen
Primärschlamms
PS eingerichtet ist. Die Erwärmung
erfolgt durch Zuführung
von Wärmeenergie über eine
Leitung 2 für
ein Wärmeleitungsmedium,
wie beispielsweise Dampf oder Wasser. Nach der Hygienisierung des
Primärschlamms PS
in dem Hygienisierungsbehälter 1 wird
dieser über
eine Pumpe 3 und einen Wärmetauscher 4 in einen
Faulbehälter 5 zur
anaeroben Behandlung geführt.
In dem Faulbehälter 5 wird
der Primärschlamm PS
ausgefault, wobei Methangas M entsteht, das zur weiteren Verwertung
beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk (nicht dargestellt) abgeführt werden kann.
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Nach
der Ausfaulung wird der aus dem Primärschlamm PS entstandene Faulschlamm
FS abgezogen und mit einem Entwässerungsaggregat 6, wie
z. B. mit einem Flockungsreaktor mit Hilfe von Flockungsmitteln,
entwässert.
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In
einem separaten Verarbeitungsstrang wird Überschussschlamm ÜS zunächst in
einem Homogenisator 7 bei einem Druck von 40 bis 500 bar
homogenisiert. Der Überschussschlamm ÜS wurde
vorher vom Primärschlamm
PS abgezogen und auf ca. 6 bis 12% Trockenrückstand TR eingedickt. Anschließend wird
der homogenisierte Überschussschlamm ÜS einem
Hydrolysereaktor 8 zur Hydrolysebehandlung zugeführt. Im
Hydrolysereaktor 8 wird der Überschussschlamm ÜS für eine Dauer
von ca. 15 bis 45 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 130
bis 180°C
aufgeschlossen. Ein Druckhalteventil 9 sorgt für die Einhaltung
der Druck- und Temperaturbedingungen. Die Beheizung des Hydrolysereaktors 8 kann
wie dargestellt mit Dampf vorgenommen werden, in dem Dampf direkt über eine
Dampfleitung 10 in den Überschussschlamm ÜS injiziert
wird. Der Wärmeeintrag
kann aber auch über
Wärmetauscher oder
mit Hilfe anderer Energieträger
durchgeführt werden.
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Nach
dem Aufschließen
des Überschussschlamms ÜS im Hydrolyse-(Druck)-Reaktor 8 wird durch Öffnen des
Druckhalteventils 9 der Überschussschlamm ÜS schlagartig
in einen Entspannungstank 11 entspannt. Dies sorgt für eine Zerstörung der
Bakterienzellen und hat einen weiteren mechanischen Aufschluss des Überschussschlamms ÜS zur Folge.
Im Entspannungstank 11 liegt der Überschussschlamm ÜS nun mit
einer Temperatur von ca. 90 bis 100°C vor. Über eine Pumpe 12 wird der Überschussschlamm ÜS dann einem
Wärmetauscher 13 zugeführt, indem
der Überschussschlamm ÜS auf die
gewünschte
Anaerob-Reaktortemperatur von vorzugsweise 35 bis 38°C abgekühlt wird.
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Die
bei der Entspannung und bei dem Wärmetauscher anfallenden überschüssigen Energien können an
anderer Stelle des Prozesses wieder sinnvoll eingesetzt werden.
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So
ist es vorteilhaft, wenn die in den Hygienisierungsbehälter 1 führende Leitung 2 mit
dem Entspannungstank 11 verbunden ist, um das über die Leitung 2 zum
Hygienisierungsbehälter 1 transportierte
Wärmemedium
im Entspannungstank 11 aufzuheizen. Alternativ oder zusätzlich kann
das in der Leitung 2 transportierte Wärmeleitungsmedium auch über den
Wärmetauscher 13 aufgeheizt
werden.
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Der
abgekühlte
hydrolysierte Überschussschlamm ÜS wird einem
Reaktor 14 zur anaeroben Behandlung des Überschussschlamms ÜS separat von
dem Primärschlamm schlamm
PS zu geleitet. Dieser Anaerob-Reaktor 14 ist nicht wie
in der klassischen kommunalen Klärtechnik
ein volldurchmischter Reaktor, in dem die Bakterienmasse nicht suspendiert
vorliegt, sondern als Fest- bzw. Schwebebettreaktor in der Form
eines Pelletreaktors ausgeführt,
bei dem die Bakterienmasse gewissermaßen fixiert vorliegt. Diese
Pelletreaktoren sind aus der Industrie, z. B. Papier- oder Lebensmittelindustrie
bekannt und dort im Einsatz.
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Während der
klassische Überschussschlamm ÜS in eingedickter
Form pastös
vorliegt, wird durch die vorgeschaltete Hydrolyse unter anderem
auch die Gelstruktur zerstört
und somit die Viskosität
des Überschussschlamms ÜS herabgesetzt, so
dass der hydrolysierte Überschussschlamm ÜS nunmehr
in dem Anaerob-Reaktor 14 be-, handelt werden kann. Die
Behandlungszeit beträgt
weniger als 5 bis 6 Tage, vorzugsweise etwa 5 bis 20 Stunden, wobei
die während
der anaeroben Behandlung gebildeten Methanströme über eine Methangasleitung 15 zur
weiteren Verwertung zusammen mit dem Methangas M aus dem Faulbehälter 5 für den Primärschlamm
PS abgeführt
werden. Das Methangas M sollte wie üblich gereinigt, entschwefelt,
entfeuchtet und anschließend
einem Gasvorratsbehälter
zugeführt
werden.
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Nach
dem Abschluss des Anaerob-Prozesses im Anaerob-Reaktor 14 liegt
nun eine im Kohlenstoffgehalt sehr reduzierte, niedrig viskose Masse vor,
die nur sehr wenige Feststoffe enthält und sehr gut weiter verarbeitet
werden kann. Je nach Feststoffgehalt und weiterer Zielsetzung kann
vor dem Eintritt und nach dem Austritt des hydrolasierten bzw. ausgefaulten Überschussschlamms ÜS in/aus
dem Anaerob-Reaktor 14 der noch vorhandene Feststoff durch
geeignete Filter und Zentrifugen abgetrennt werden, so dass das
verbleibende feststoffarme Wasser hervorragend für eine Rückgewinnung von Rohstoffen,
insbesondere von Phosphaten oder auch stickstoffhaltigen Produkten
geeignet ist.
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Die
Rückgewinnung
der Phosphate kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist eine Fällungseinheit 16 mit
einem Rührwerk 17 an
dem Ausgang des Anaerob-Reaktors 14 angeschlossen, die
z. B. zur Fällung
von Magnesium-Ammonium-Phosphat MAP aus dem aufbereiteten Überschussschlamm ÜS durch
Zugabe von Magnesiumsalzen, wie z. B. Magnesiumchlorid und Einstellung eines
passenden pH-Wertes von 7,5 bis 7,8 eingerichtet ist. Das schwer
lösliche
Magnesium-Ammonium-Phosphat MAP fällt in der Fällungseinheit 16 aus und
kann in einem nachfolgenden Sedimentationsbehälter 18, der über eine
Pumpe 19 an die Fällungseinheit 16 angeschlossen
ist, sedimentiert und extrahiert werden. Das aus dem Sedimentationsbehälter 18 abgeleitete
Wasser ist nunmehr kohlenstoff- und phosphorarm. Es kann getrennt
oder zusammen mit dem durch die Entwässerungseinheit 6 abgetrennten Wassers
aus dem Primärschlamm
beispielsweise zur Elimination von Stickstoff N weiter behandelt
werden. Diese Maßnahmen
sind an sich bekannt.
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Die
nach dem Anaerob-Reaktor 14 gegebenenfalls abgetrennten
Feststoffe sind, bedingt durch die vorgeschaltete Hydrolyse, sehr
weitgehend befreit von wasserbindenden Gelsubstanzen und können dem
klassischen Faulbehälter 5 für den Primärschlamm
PS gefahrlos zugesetzt werden, ohne hierbei die negativen Effekte
einer erschwerten Schlammentwässerung
hervorzurufen. Gleichzeitig würden die
noch umsetzbaren Kohlenstoffverbindungen gemeinsam mit dem Primärschlamm
PS zu Methan verwandelt.
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Durch
die separate anaerobe Behandlung des Überschussschlamms ÜS mit Hilfe
der vorgeschalteten Hydrolyse gelingt es, nicht nur den Überschussschlamm ÜS wie bislang
bekannt durch Ozonzusetzung zu reduzieren, sondern den Überschussschlamm ÜS effizienter
für die
Energie- und Rohstoffgewinnung zu nutzen.
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Die
vorgeschaltete Hydrolyse hat den weiteren Effekt, dass die bislang
im Faulbehälter 5 und dem
anschließenden
Entwässerungsaggregat 6 auftretende
Kristallisation der Phosphate verhindert wird. Die Phosphate sind
nämlich
im Wesentlichen im Überschussschlamm ÜS vorhanden,
der separat behandelt wird, wobei der Anaerob-Reaktor 14 für den Überschussschlamm ÜS einen
geringeren pH-Wert aufweist, als der im Faulbehälter 5 für den Primärschlamm
PS vorliegende pH-Wert.
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Im
Anaerob-Reaktor 14 für
den Überschussschlamm ÜS kann immobilisierte
Biomasse aufgrund der homogenen Struktur des hydrolysierten Überschussschlammes ÜS eingesetzt
werden, was zu einer höheren
Umsatzrate und Geschwindigkeit bei der anaeroben Behandlung führt. Zur
anaeroben Behandlung des Primärschlamms
PS, der eine Suspension darstellt, wird hingegen suspendierte Biomasse eingesetzt,
was eine geringer Umsatzrate und eine längere Behandlungsdauer zur
Folge hat.