-
Die Erfindung betrifft einen Klärschlammbehälter mit einem
Förderaggregat zum Fördern von Abwasser, insbesondere zur
Homogenisierung des im Klärschlammbehälter befindlichen
Wassers, und mit einem Trübwasserabzug.
-
Solche Klärschlammbehälter werden in den verschiedensten
Ausführungen und Abmessungen in Kläranlagen aller Art
eingesetzt. Diese Klärschlammbehälter sind Teil einer
Kläranlage, die zur Reinigung von Prozess- und Abwässern,
nachfolgend als "Abwässer" bezeichnet, eingesetzt werden. Zur
Reinigung von Abwässern werden biologische Reaktoren
eingesetzt. In diesen werden durch Mikroorganismen die
Inhaltsstoffe des Abwassers abgebaut. Wenn die Mikroorganismen
abgestorben sind, wächst die Konzentration an aus
abgestorbener Biomasse bestehenden Feststoffen in den
Abwässern. Eine zu hohe Konzentration von Feststoffen stört
wegen zunehmendem Nährstoffmangel die biologischen
Lebensbedingungen der Mikroorganismen, was zu einer
Verschlechterung des biologischen Abbauprozesses führt. Daher
muss kontinuierlich der entstehende Überschuss an Biomasse
abgezogen werden. Diese Masse wird als Überschussschlamm
bezeichnet. Einfache und offene atmosphärische
Bioreaktorstufen, wie sie in der kommunalen Klärtechnik
eingesetzt werden, arbeiten mit Konzentrationen von ca. 0,7%
-1% Trockensubstanz (TS) an biologischer Masse.
Hochleistungsbiologien, wie z. B. Turmbiologien in
industriellen Prozessen, werden mit bis zu 1,7% bis 2%
Trockensubstanz betrieben.
-
Die abgestorbene Biomasse wird mit einem Förderstrom dem
Reaktor entnommen und einem Klärschlammbehälter zugeführt. Die
zugeführte Schlammmasse besitzt daher die
Feststoffkonzentration des Reaktors. Um einerseits das Volumen
des abgezogenen Abwassers zu reduzieren und andererseits eine
Weiterbehandlung desselben zu ermöglichen, ist es notwendig,
die sehr geringe Schlammmassenkonzentration zu erhöhen.
-
Dieser Prozess wird als Schlammeindickung bezeichnet. Bei
größeren Anlagen - z. B. mit einer anaeroben Schlammfaulung -
geschieht dieser Prozess zweistufig. Es wird dann von einer
Schlammvorentwässerung und einer Schlammentwässerung
gesprochen.
-
Bei mittleren und großen Kläranlagen wird der Schlamm mit
eigens dafür vorgesehenen Apparaten eingedickt. Im
Wesentlichen handelt es sich dabei um Siebtrommeln oder
Siebbandpressen. Bei beiden Apparaten muss dem Schlamm ein
Flockungsmittel zugesetzt werden, das die Bildung größerer
Feststoffeinheiten unterstützt. Dies ist notwendig, da es sich
um einen Siebprozess handelt. Bei den Flockungsmitteln handelt
es sich um Polymere, die sehr teuer sind und deren Herstellung
aufwändig und energieintensiv ist. Da die vorgenannten
Verfahren, insbesondere die maschinellen, nicht kontinuierlich
betrieben werden, wird das verbleibende Trübwassers stoßweise
in die Reaktoren zurückgeführt. Dadurch wird das Gleichgewicht
innerhalb der Reaktoren gestört. Schließlich benötigen die aus
dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur
Schlammeindickung einen erheblichen Personalaufwand und auch
der Energiebedarf für die Schlammeindickung ist erheblich.
-
Bei kleinen und mittleren Kläranlagen wird der Schlamm
statisch durch Sedimentation entwässert. Dabei wird der
Schlamm zunächst mit einer Rührvorrichtung aufgemischt, d. h.
homogenisiert. Danach lässt man die Feststoffe sedimentieren.
Den sich dabei bildenden Überstand an Wasser nennt man
Trübwasser. Dieses wird mit Abzugsröhren bis auf das Niveau
des "Schlammspiegels" entnommen. Die Homogenisierung, d. h.
das Aufrühren des Schlammes, wird entweder durch Rührwerke
vorgenommen oder es wird eine Schlammpumpe, die man ohnehin
für die Förderung der Abwässer benötigt, auch zum
Rühren/Homogenisieren des im Klärschlammbehälter befindlichen
Abwassers eingesetzt. Dazu wird die Schlammpumpe mit einer
Strahldüse verbunden. Nachteilig an dieser statischen
Eindickung ist, dass der Prozess sehr langsam abläuft und eine
Eindickung nur bis zu einem Trockensubstanzgehalt von etwa 2,5%
möglich ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur
Schlammvorentwässerung bereitzustellen, die einfach aufgebaut
ist, kostengünstig herstellbar ist und deren Betriebskosten
gering sind.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein
Klärschlammbehälter mit einem Förderaggregat zum Fördern von
Abwasser, insbesondere zur Homogenisierung des im
Klärschlammbehälter befindlichen Abwassers, und mit einem
Trübwasserabzug dadurch gelöst, dass das Abwasser über eine
Membran in den Trübwasserabzug gelangt, und dass das von dem
Förderaggregat in Bewegung gesetzte Abwasser die Membran
überstreicht.
Die Erfindung und ihre Vorteile
-
Durch den Einsatz einer Membran zwischen dem im
Klärschlammbehälter befindlichen Abwasser und dem
Trübwasserabzug kann mit einfachen Mitteln eine Trennung der
im Abwasser befindlichen Trockensubstanz vom Trübwasser
erfolgen. Wegen der vergleichsweise großen Abmessung der
Trockensubstanz kann die Poren- oder Lochgröße der Membran
relativ groß sein, so dass selbst bei geringen
Druckunterschieden auf beiden Seiten der Membran eine
ausreichend große Menge von Trübwasser durch die Membran
hindurchtreten kann. Außerdem kann durch eine geeignet groß
gewählte Membran die Leistung der Schlammvorentwässerung in
weiten Grenzen gesteuert werden. Durch den Einsatz eines
ohnehin vorhandenen Förderaggregats, welches das Abwasser so
in Bewegung versetzt, dass es über die Membran fließt, wird
das Zusetzen der Membran durch die im Abwasser befindliche
Trockensubstanz verhindert und gleichzeitig eine
Homogenisierung des Abwassers erreicht.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Klärschlammbehälter ist es möglich,
kontinuierlich Trübwasser aus dem Klärschlammbehälter
abzuziehen, so dass wegen der kontinuierlichen Betriebsweise
eine sehr geringe Abscheiderate an Trübwasser ausreicht, um
die gewünschte Schlammvorentwässerung durchzuführen. Wegen des
kontinuierlichen Betriebs können auch die dem
Klärschlammbehälter vorgelagerten und die dem
Klärschlammbehälter nachgelagerten Prozesse einer Kläranlage
stabiler betrieben werden, was sich positiv auf die
Abwasserqualität und die Störanfälligkeit der Kläranlage
auswirkt.
-
Dadurch, dass, mit Ausnahme der Membran, nur ohnehin
vorhandene Baugruppen der Kläranlage bzw. des
Klärschlammbehälters eingesetzt werden, ist die
erfindungsgemäße Schlammvorentwässerung mit wenig
Kapitaleinsatz realisierbar und kann außerdem wegen des
kontinuierlichen Betriebs leicht automatisiert werden, so dass
keine Personalkosten anfallen. Außerdem benötigt die
erfindungsgemäße Schlammvorentwässerung keine Flockungsmittel,
was die Betriebskosten weiter reduziert. Sie ist auch zur
Nachrüstung bestehender Anlagen bestens geeignet.
-
Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass der
Klärschlammbehälter mindestens teilweise doppelwandig
ausgebildet ist, dass die innere Wand des Klärschlammbehälters
als Membran ausgebildet ist und dass der Trübwasserabzug
zwischen Membran und zweiter Wand in den Klärschlammbehälter
mündet. Bei dieser Variante der Erfindung kann die
Membranfläche nahezu beliebig groß gemacht werden, so dass die
Leistung der Schlammvorentwässerung in weiten Grenzen dem
Bedarf angepasst werden kann, ohne dass die Leistung des
Förderaggregats und damit auch dessen Energiebedarf verändert
werden muss.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, dass als Förderaggregat eine Schlammpumpe eingesetzt
wird, dass die Schlammpumpe Abwasser in eine Druckleitung
fördert, und dass die Druckleitung mindestens abschnittsweise
doppelwandig ausgebildet ist, dass die innere Wand als Membran
ausgebildet ist und dass der Trübwasserabzug zwischen Membran
und zweiter Wand in die Druckleitung mündet. Bei dieser
Ausführungsform kann die Schlammvorentwässerung auch außerhalb
des Klärschlammbehälters erfolgen, wenn nämlich die
Schlammpumpe außerhalb des Klärschlammbehälters angeordnet
ist. Bei dieser Ausführungsform muss lediglich ein Stück der
Druckleitung mindestens abschnittsweise doppelwandig
ausgebildet werden, um die erfindungsgemäße
Schlammvorentwässerung durchführen zu können. Diese
Ausführungsform eignet sich deshalb ganz besonders zur
Nachrüstung bestehender Kläranlagen bzw. Klärschlammbehälter.
-
Wenn die Druckleitung das Retenat zu einer im
Klärschlammbehälter angeordneten Düse fördert, kann
gleichzeitig mit der Schlammvorentwässerung auch eine
Homogenisierung des im Klärschlammbehälter befindlichen
Abwassers mittels eines Druckstrahlrührgeräts erfolgen. Durch
die Wahl des Strömungswiderstands des Druckstrahlrückgeräts
und im Verhältnis zu der Durchlässigkeit der Membran und der
Größe der Membran kann einerseits eine ausreichend hohe
Schlammentwässerungsrate erzielt werden und andererseits die
Homogenisierung im Klärschlammbehälter ausreichend gut
erfolgen.
-
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass als
Förderaggregat ein Rührwerk eingesetzt ist, dass das Rührwerk
von einem mindestens teilweise doppelwandigen
Strömungsleitkörper umgeben ist, dass die dem Rührwerk
zugewandte Wand des Strömungsleitkörpers als Membran
ausgebildet ist und dass der Trübwasserabzug zwischen Membran
und zweiter Wand in den Strömungsleitkörper mündet. Bei dieser
Variante der erfindungsgemäßen Schlammvorentwässerung ist es
lediglich notwendig, um das Rührwerk einen erfindungsgemäßen
Strömungsleitkörper anzuordnen, so dass die vom Rührwerk
erzeugte Cross-Flow-Strömung über die Membran für eine
ausreichende Reinigung der Membran sorgt. Zusätzliche
Energiekosten sind auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung
nicht erforderlich.
-
Vorzugsweise wird der Strömungsleitkörper rohrförmig
ausgebildet.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den
Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
-
Es zeigen:
-
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Ansicht von oben eines
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
-
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Rührgerät,
-
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels basierend auf
einem Druckstrahlrührgerät,
-
Fig. 4 eine Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels und
-
Fig. 5 eine Anordnung von mehreren Klärschlammbehältern mit
Druckstrahlhomogenisierung nach dem Stand der
Technik.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
Anhand der Fig. 5 soll nachfolgend zunächst die prinzipielle
Anordnung und Ausgestaltung der Klärschlammbehälter
beschrieben werden, bevor auf die erfindungsgemäßen
Ausführungsformen im Detail eingegangen wird. In Fig. 5 sind
drei Klärschlammbehälter 1 dargestellt. Die
Klärschlammbehälter 1 bestehen im Wesentlichen aus einer
zylindrischen Wand und einer Bodenplatte (nicht dargestellt).
Zwischen den Klärschlammbehältern 1 ist eine Verteilstation 3
mit einem Zulauf 5 angeordnet. Je nach Stellung eines Zulauf-
Verteilschiebers 7 wird das Abwasser in einen der drei
Klärschlammbehälter 1 gepumpt. An der Oberfläche der
Klärschlammbehälter 1 sieht man je einen Trübwasserabzug 9.
Außerdem ist in jedem Klärschlammbehälter 1 eine
Druckrührstrahldüse 11 vorhanden, mit der eine Homogenisierung
des im Klärschlammbehälter 1 befindlichen Abwassers
vorgenommen werden kann.
-
Die Homogenisierung des Abwassers erfolgt bei diesem
Ausführungsbeispiel dadurch, dass Abwasser aus der
Druckrührstrahldüse 11 in den Klärschlammbehälter gepumpt
wird. Dadurch wird das im Klärschlammbehälter 1 befindliche
Abwasser in Bewegung gebracht und somit eine Homogenisierung
des im Klärschlammbehälter 1 befindlichen Abwassers bewirkt.
-
Andere aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtungen zur
Homogenisierung des Abwassers benutzen ein Rührwerk um das im
Klärschlammbehälter 1 befindliche Abwasser in Bewegung zu
bringen und dadurch zu homogenisieren. Im Zusammenhang mit der
Erfindung umfasst der Begriff "Förderaggregat" sämtliche zur
Homogenisierung von Abwasser geeigneten Einrichtungen.
-
Anhand der Fig. 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Klärschlammbehälters beschrieben, an dem das
Prinzip der erfindungsgemäßen Schlammvorentwässerung deutlich
wird. Fig. 1 zeigt einen Teil der Behälterwand 13 eines
Klärschlammbehälters 1 im Schnitt. Die Behälterwand 13 des
Klärschlammbehälters 1 ist teilweise doppelwandig ausgeführt.
Eine innere Wand ist als Membran 15 ausgebildet. Eine äußere
Wand 17 dichtet den Klärschlammbehälter 1 zur Umgebung ab.
Zwischen Membran 15 und äußerer Wand 17 ist ein
Trübwasserabzug 19 schematisch dargestellt. Das im
Klärschlammbehälter 1 befindliche Abwasser ist in Fig. 1 durch
Pfeile 19 dargestellt. Es streicht, angetrieben von einem
nicht dargestellten Förderaggregat, an der Membran 15 vorbei
und reinigt diese von Ablagerungen, die aus Trockensubstanz
bestehen. Die Öffnungen 21 der Membran 15 sind so gewählt,
dass die Trockensubstanz nicht durch die Membran 15
hindurchdringen kann und eine ausreichend große Menge
Trübwasser in den Zwischenraum zwischen Membran 15 und äußerer
Wand 17 gelangen kann. Von dort wird das Trübwasser über den
Trübwasserabzug 9 abgeführt. Die Fläche der Membran 15 kann
entsprechend den Anforderungen an die Leistung der
Schlammvorentwässerung in beiden Grenzen variiert werden. Da
in dem Klärschlammbehälter 1 ohnehin ein Förderaggregat zur
Homogenisierung des Abwassers erforderlich ist, entstehen für
die Bewegung des Abwassers über die Membran 15 im Cross-Flow-
Verfahren keine zusätzlichen Investitionskosten. Auch der
Energiebedarf ist sehr gering, da es ausreicht, wenn das
Abwasser mit geringer Strömungsgeschwindigkeit über die große
Fläche der Membran 15 streicht. Besonders vorteilhaft an der
erfindungsgemäßen Schlammvorentwässerung ist neben den
geringen Investitionskosten die Tatsache, dass sie
kontinuierlich und ohne Personalaufwand betrieben werden kann.
Dadurch genügt es, eine geringe Trübwassermenge pro
Zeiteinheit abzuscheiden, um die gewünschte
Schlammvorentwässerung zu erreichen.
-
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel, nämlich ein
Rührwerk 23, bestehend aus einem Tauchmotor 25 und einem
Propeller 27, dargestellt. Ein solches Rührwerk wird in den
Klärschlammbehälter 1 (siehe Fig. 5) eingebracht, so dass der
vom Tauchmotor 25 angetriebene Propeller 27 die
Homogenisierung des im Klärschlammbehälter 1 befindlichen
Abwassers bewirkt. Erfindungsgemäß wird nun mindestens der
Propeller 27 des Rührwerks 23 von einem doppelwandigen
Strömungsleitkörper 29 umgeben. Der Propeller 27 fördert das
Abwasser, durch die Pfeile 19 angedeutet, über die als Membran
15 ausgeführte innere Wand des Strömungsleitkörpers 29.
Dadurch wird die Membran 15 von Ablagerungen gereinigt.
Zwischen der Membran 15 und der äußeren Wand 17 des
Strömungsleitkörpers 17 ist ein Trübwasserabzug 9 vorgesehen,
so dass das durch die Membran 15 dringende Trübwasser
abgezogen werden kann und im Ergebnis eine Entwässerung des im
Klärschlammbehälter 1 befindlichen Schlamms erfolgt. Diese
Ausführungsform eignet sich hervorragend für die Nachrüstung
bestehender Klärschlammbehälter, da lediglich ein neues
Rührgerät mit erfindungsgemäßem Strömungsleitkörper 29
erforderlich ist oder sogar ein bestehendes Rührgerät 23 mit
einem erfindungsgemäßen Strömungsleitkörper 29 nachgerüstet
werden kann.
-
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Schlammvorentwässerung dargestellt. Dieses
Ausführungsbeispiel umfasst eine Schlammpumpe 31, welche
alternativ über eine Abzugleitung 33 Abwasser aus dem
Klärschlammbehälter 1 absaugt oder aus dem Zulauf 5 Wasser
ansaugt. Die Schlammpumpe 31 fördert das Abwasser in eine
Druckleitung 35, die mit einer Druckrührstrahldüse im
Klärschlammbehälter 1 in Verbindung steht. Ein Teil der
Druckleitung 35 ist doppelwandig ausgeführt, wobei die innere
Wand als Membran 15 ausgebildet ist und die äußere Wand 17
eine Abdichtung zur Umgebung herstellt. Zwischen Membran 15
und äußerer Wand 17 ist ein Trübwasserabzug 9 vorgesehen,
durch den das durch die Membran 15 hindurchgetretene
Trübwasser abgezogen werden kann. Durch eine geeignete
Abstimmung der Größe der Membran 15 sowie deren
Durchlässigkeit für Trübwasser und dem Strömungswiderstand der
Druckstrahldüse 11 kann die Schlammvorentwässerung in weiten
Grenzen eingestellt werden. Auch dieses Ausführungsbeispiel
eignet sich hervorragend für eine Nachrüstung bestehender
Kläranlagen.
-
In Fig. 4 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen
Klärschlammvorentwässerung schematisch dargestellt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel mündet die Druckleitung 35 nicht in eine
Druckrührstrahldüse 11, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 3, sondern teilt sich, so dass das Abwasser entweder
direkt in den Klärschlammbehälter 1 gefördert wird oder einer
anderen Verwendung/einem anderen Prozess über eine Leitung 37
zugeführt werden kann. Sowohl in der Druckleitung 35 als auch
in der Leitung 37 ist ein Absperrventil 39 vorgesehen. Durch
die Stellung der Absperrventile 39 kann der Strom des von der
Schlammpumpe 31 geförderten Schlamm-Wasser-Gemisches dorthin
gelenkt werden, wo es gewünscht wird. Die Absperrventile 39
können auch zur Steuerung des Staudruck auf die Membran 15
eingesetzt werden.
-
Ein Sensor 39 zur Messung des Feststoffgehalts im Abwasser ist
bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls in der Druckleitung
35 angeordnet. Dieser Sensor 39 ist über eine Signalleitung
mit einer Regeleinrichtung 41 verbunden. Das Signal des
Sensors 39 ist eine Eingangsgröße für die Regelung 41, welche
in Abhängigkeit von dieser und anderen nicht dargestellten
Eingangsgrößen die Förderleistung der Schlammpumpe 31 und/oder
die Stellung der Absperrventile 39 steuert, so dass die
gewünschte Schlammvorentwässerung erreicht wird.