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Städtische Abwässer enthalten, in großen Wassermengen gelöst oder
dispergiert, verschiedene organische und anorganische Substanzen, die für Fauna
und Flora der Vorfluter in übermäßig hohen Konzentrationen schädlich sind, weshalb
bereits zahlreiche Anstrengungen unternommen wurden, die beim Ableiten von Abwässern
in Vorfluter auftretenden Schwierigkeiten zumindest zu verringern.Beispielsweise
werden Abwässer in Klärbecken geleitet, in welchen die im Abwasser enthaltenen festen
Stoffe in Form von Schlamm, des sogenannten Primärschlammes, ausgefällt werden,'
der durch aerobe Gärung in sogenannten Sekundärschlamm oder aktivierten Schlamm
- der nach einem älteren Patent einen Gehalt an mineralischen Bestandteilen von
wenigstens 60%i aufweist - oder durch anaerobe Gärung in sogenannten Faulschlamm
übergeführt wird. Der Sekundärschlamm bzw. der Faulschlamm kann als Düngemittel
oder als Heizmaterial verwendet werden. Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens
ist der, daß das Absetzen des Schlammes aus dem Abwasser je nach dem Feststoffgehalt
desselben verschieden rasch erfolgt und bei nur geringe Mengen Feststoffe enthaltenden
Abwässern, wie sie beispielsweise in Regenperioden anfallen, fast gänzlich ausbleibt.
Dadurch wird naturgemäß der Betrieb einer auf die Verbrennung des abgesetzten Schlammes
eingerichteten Naßverbrennungsanlage, in welcher der Schlamm durch unter Druck zugeführte
oxydierende Gase flammlos oxydiert wird, aber auch der Betrieb sonstiger bekannter
Aufbereitungsanlagen für Abwasserschlamm gestört.
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Es wurde nun gefunden, daß die angegebenen Nachteile bei der Behandlung-
von Abwässern, bei welcher man die in den Abwässern enthaltenen Stoffe in zumindest
einer Behandlungszone in Gegenwart von Mikroorganismen absetzen läßt, vermieden
werden können, und zwar erfindungsgemäß dadurch, daß der abgesetzte Schlamm einer
an sich bekannten flammlosen Oxydation bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Drück
mittels Sauerstoff oder sauerstoffhaltiger Gase unterworfen wird, bei welcher jedoch
das im Schlamm enthaltene oxydierbare Material nur zu 60 bis SS% oxydiert wird und
im wesentlichen die gesamten im Schlamm enthaltenen organischen Fest-Stoffe in Lösung
gebracht werden, worauf die der flammlosen Oxydation unterworfene Flüssigkeit abgeführt
und zumindest zum Teil in die Behandlungszone bzw. Behandlungszonen zurückgeführt
wird, in welchen das Absetzen des Schlammes erfolgt.
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Durch die Rückführung der einer flammlosen Oxydation unterworfenen
Flüssigkeit in die Behandlungszonen, in welchen das Absetzen des Schlammes erfolgt,
wird in den Behandlungszonen die Bakterientätigkeit gefördert und der Abbau des
Schlammes und damit auch das Absetzen desselben beschleunigt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch im Falle des Auftretens
heftiger Regenfälle, durch welche die Abwässer stark verdünnt werden, slie Möglichkeit,
solche verdünnten Abwässer einwandfrei aufzuarbeiten, da die in die Behandlungszonen
zurückgeführte Flüssigkeit beträchtliche Mengen von durch Bakterien leicht zu verarbeitenden
Nährstoffen enthält. Aus dem gleichen Grunde ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren
eine beträchtliche Verkleinerung der an sich viel Raum beanspruchenden Kläranlagen.
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Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßig
so vorgegangen, daß der Gehalt der nach der flammlosen Verbrennung und nach der
Abtrennung der Feststoffe, Gase und Dämpfe verbleibenden Flüssigkeit an oxydierbarem
Material höher gehalten wird als der Gehalt des nicht oxydierten Schlammes an gelöstem
oxydierbarem Material, da dann die Bakterientätigkeit in den Behandlungszonen besonders
kräftig gefördert wird. Vorzugsweise wird hierbei gemäß der Erfindung der biochemische
Sauerstoffbedarf der nach der flammlosen Verbrennung und nach der Abtrennung der
Feststoffe, Gase und Dämpfe verbleibenden Flüssigkeit auf etwa 1,5 bis 15 g/l gehalten.
Unter dem biochemischen Sauerstoffbedarf eines Abwassers ist hierbei diejenige Sauerstoffmenge
zu verstehen, welche notwendig ist, um bei der Zersetzung des Schlammes aerobe Bedingungen
zu erreichen, und dieser biochemische Sauerstoffbedarf wird im allgemeinen als diejenige
Sauerstoffmenge angenommen, welche durch biologische Tätigkeit verbraucht wird,
wenn eine Probe des Materials 5 Tage lang bei 20°C vergoren wird Den chemischen
Sauerstoffbedarf bestimmt man mittels Prüfmethoden, bei welchen die Probe mit einem
Oxydationsmittel, z. B. Kaliumbichromat, oxydiert wird. Die flammlose Verbrennung
kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in an sich bekannter Weise in zumindest
einer Oxydationszone mittels sauerstoffhaltiger Gase bei Temperaturen zwischen etwa
170 und 320°C und unter einem Druck von 21 bis 210 kg/cm2 durchgeführt werden. Zur
Erhöhung der Wärmewirtschaftlichkeit des Verfahrens wird zweckmäßig derart vorgegangen,
daß aus dem nach er flammlosen Verbrennung vorliegenden Gemisch aus Feststoffen,
Flüssigkeit, Gasen und Dämpfen die Gase und Dämpfe abgetrennt und das Gemisch aus
Feststoffen und Flüssigkeit zur Vorwärmung des der flämmlosen Oxydation zuzuführenden
Schlammes verwendet wird.
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Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Abwasser in
Klärbecken geleitet, in: welchen sich die im Abwassergelöst oder dispergiert enthaltenen
Feststoffe in Form von Schlamm absetzen. Das Absetzen des Schlammes wird durch Einwirkung
von aeroben Bakterien bei einem Verfahren mit aktiviertem Schlamm oder durch Einwirkung
von anaeroben Bakterien gefördert. Der Schlamm kann vom Boden der Klärbecken abgelassen
und durcWdas eine Ende eines Wärmeaustauschers gelötet werden, während die aus der
Naßver-.brennung des Schlammes kommende Flüssigkeit dem anderen Ende des Wärmeaustauschers
zugeleitet wird.
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Das erfindungsgern`iße Verfahren wird im folgenden an Fland der Zeichnung
näher erläutert.
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Bei dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel
einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten- Einrichtung
ist mit 10 eine Leitung bezeichnet, mit welcher unbehandeltes, aus einem städtischen
Abwassersystem stammendes Abwasser,. dessen biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB)
0,2 bis 0,3 g/1 beträgt, einem Klärbecken 12 zugeleitet wird. Am Boden dieses
Klärbeckens 12 setzt sich Schlamm 14 (Primärschlamm) ab. Die überstehende
Flüssigkeit- wird über eine Leitung 16 einem weiteren Klärbecken
18
zugeführt, in welchem sich weiterer Schlamm 20 absetzt. Der aus den Klärbecken
12 und 18 entnommene Schlamm wird über eine Leitung 22 einem Wärmeaustauscher
24 zugeführt und dort vorgewärmt,
worauf der vorgewärmte Schlamm
hinter dem Wärmeaustauscher 24 innerhalb der Leitung 26 mit einem Sauerstop enthaltenden
Gas, beispielsweise Luft, vermischt wird. Das Gemisch aus Abwasserschlamm und Luft
gelangt nun über die Leitung 26 in eine Maßverbrennungsanlage 28, in welcher die
oxydierbaren Substanzen des Abwasserschlammes im Rahmen einer flammlosen Verbrennung,
also in Gegenwart von flüssigem Wasser, oxydiert werden. Der in die Maßverbrennungsanlage
28 eintretende Schlamm enthält ungefähr 2 bis 12% Feststoffe. Die Reaktionsbedingungen
sind die folgenden: Temperatur 170 bis 320°C, Druck 21 bis 210 kg/cm2. Der Schlamm
wird in der Maßverbrennungsanlage 28 3 Sekunden bis 30 Minuten lang gehalten. Die
Reaktionsbedingungen einschließlich der Luftzufuhr werden so gehalten, daß in der
Maßverbrennungsanlage 28 60 bis 85% der oxydierbaren Substanzen oxydiert werden.
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Der Ablauf aus der Maßverbrennungsanlage 28 wird durch eine Leitung
30 zu einem Gas-Flüssigkeits-Scheider 32 geleitet, aus welchem durch die Leitung
34 Dampf sowie einige flüchtige brennbare Stoffe und Gas austreten. Die Flüssigkeit
und die Feststoffe gehen durch die Leitung 36 zum Wärmeaustauscher 24, in welchem
die in ihnen enthaltene Wärme auf den der Maßverbrennungsanlage 28 zugeführten Schlamm
übertragen wird. Das Gemisch aus Flüssigkeit und Feststoffen wird dann durch die
Leitung 38 in eine Trennanlage 40 geleitet, in welcher die Flüssigkeit von den Feststoffen
getrennt wird. Aus der Trennanlage 40 tritt Asche in Form einer wässerigen Aufschlämmung
durch die Leitung 42 aus und wird in irgendeiner Weise abgelagert. Die Asche ist
ungefährlich und vollkommen harmlos, sie enthält wenigstens 85% nicht flüchtiges
anorganisches Material und nicht mehr als 15% brennbares Material.
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Die aus der Trennanlage 40 austretende Flüssigkeit wird den Klärbecken
12 und 18 über eine Leitung 44 zugeführt. Diese Flüssigkeit enthält organisches
Material in Lösung und weist einen erhöhten biochemischen Sauerstoffbedarf von 1,5
bis 15,0 g/l auf. Diese Flüssigkeit enthält Stoffe, welche den in den Klärbecken
befindlichen Bakterien als Nährsubstanz dienen.
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Aus dem Klärbecken 18 fließt Wasser durch die Leitung 46 ab. Dieses
Wasser weist im allgemeinen einen biochemischen Sauerstoffbedarf von nicht mehr
als 0,025 g/l auf.
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Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die chemische
Oxydation des Schlammes zu ungefähr 60 bis 85% als Kriterium für das mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens erzielbare Ergebnis zu betrachten, da nämlich im Falle,
daß der Sehlamm zu weniger als 60% oxydiert wird, die Trennung des Ablaufes aus
der Maßverbrennungsanlage in einen flüssigen Anteil und in im Wasser unlösliches
Material schwierig und zeitraubend wird und das im Wasser unlösliche Material übermäßig
große Mengen von unangenehm riechenden brennbaren Stoffen enthält. Anderseits müssen,
falls der Schlamm zu mehr als 85% Oxydiert wird, gewisse
| Art des Schlammes: 5 6 |
| I - Z A. Schlamm aus dem Chemischer Heizwert |
| Versuchsdauer Schlammvolumen Klärbecken 12, Sauerstoffbedarf
des des Schlammes |
| Versuch.:' in Stunden in 1 B.Schlamm aus dem Schlammes in g/l
in Kcal? |
| Klärbecken 18 - |
| 1 und ,2 23,75 22,475 A 28 bis 34 |
| 3 10,33 10049 A 36,1 |
Bedingungen in der Maßverbrennungsanlage derart strikt eingehalten werden, daß diese
die Durchführung des Verfahrens in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht unnötig
belasten würde.
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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei Durchführung dieses Verfahrens in einer in der Zeichnung dargestellten Anlage
beschrieben.
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Es wurden 435 449 0001 unbehandelten Abwassers mit einem biochemischen
Sauerstoffbedarf von 0,2 g/l in das Klärbecken 12 geleitet. Das spezifische Gewicht
des Abwassers betrug 0,99 kg/l. Somit betrug das Gesamtgewicht an Abwasser 435 000
000 kg und der biochemische Sauerstoffbedarf des Abwassers insgesamt 87 090 kg.
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Im ersten Klärbecken 12 setzten sich 50 t Schlamm (Trockengewicht)
ab, wodurch der biochemische Sauerstoffbedarf des Abwassers um ein Drittel (29 030
kg) verringert wurde. Dieser 50 t Feststoff enthaltende Schlamm wurde als 6%iger
Schlamm oxydiert. Das Gewicht des Schlammes (Maßgewicht) betrug 756 151 kg.
Bei der Oxydation verdampften 189 151 kg Wasser in Form von weiterverwendbarem
Dampf, und es verblieb ein Rückstand von 567 000 kg Wasser und Asche. Die Asche,
deren Trockengewicht 15 t betrug, kann in einfacher Weise in einer Trennvorrichtung
abgetrennt werden, wobei eine Höchstmenge von 552 000 kg Wasser mit einem biochemischen
Sauerstoffbedarf von 1361 bis 2722 kg zurückblieb. Das Volumen dieses ablaufenden
Wassers betrug nur 550 0001 und wurde mit den 435 000 000 1 des behandelten überstehenden
wässerigen Ablaufes vermischt, welcher aus einem Klärbecken, beispielsweise aus
dem Klärbecken 12, durch die Leitung 16 abgeleitet wurde und welcher einen biochetnischen
Sauerstoffbedarf von 58 060 kg aufwies.
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Wenn man den Ablauf des ersten Klärbeckens 12 im Klärbecken 18 weiter
behandelt, so erhält man zusätzlich 50 t (Trockengewicht) Schlamm. Die in den Klärbecken
12 und 18 erhaltenen Schlämme werden vereinigt, und das so erhaltene Gemisch wird
dann durch die Maßverbrennungsanlage 28 geleitet. Es handelt sich hierbei um eine
Menge von 1512 300 kg 6°/"igen Schlamm mit einem Volumen von 1480 000 I.
In diesem Falle sind die Ergebnisse dieselben, wie die im vorstehendem Absatz beschriebenen,
außer daß auf Grund der Tatsache, daß die Menge verdoppelt wurde, der Ablauf aus
der Maßverbrennungsanlage, also die Asche, der biochemische Sauerstoffbedarf usw.,
ebenfalls verdoppelt sind. Das Volumen des aus der Maßverbrennungsanlage abströmenden
Wassers betrug 1 100 000 1, der biochemische Sauerstoffbedarf dieses Wassers betrug
nur 2721 bis 5442 kg. Das die Naßverbrennunganlage verlassende Wasser erhöht
die in den Klärbecken 12 und -18 enthaltene Abwassermenge nur um 5 bis 10"/0.
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In der folgenden Tabelle sind Zahlenangaben zusamtnengestellt, welche
bei Durchführung mehrerer Versuche entsprechend den oben beschriebenen Verfahren
erhalten wurden. '
| Fortsetzung |
| 4 |
| 2 3 Art des Schlammes 5 6 |
| A.Schlamm aus dem Chemischer Heizwert |
| Versuch Versuchsdauer Schlammvolumen Klärbecken 12, Sauerstoffbedarf
des des Schlammes |
| in Stunden in B.Schlamm aus dem Schlammes in g/l in Kcal/l |
| Klärbecken 18 |
| 4 8 6907 500% A 60,1 212 |
| 50% B |
| 5 30 25927 50% A 42;8 142 |
| 50% B |
| 6 13 10371 A 67,1 226 |
| 7 17 15268 B 40,6 118 |
| 8 137 123803 60% A 63,7 209 |
| 40% B |
| 9 58 44148 A 83,2 262 |
| 10 255,5 213557 50% A 65,7 205 |
| 50% B |
| 11 19 16900 50% A 84,7 263 |
| 50% B |
| 12 58 52649 50% A 96,3 299 |
| 50% B |
| 10 |
| Chemischer Sauer- 11 |
| stoffbedarf des nach |
| 9 der Oxydation des Restlicher chemischer |
| Verwendete 8 Ausmaß der Schlammes ver- Sauerstoffbedarf der |
| Versuch Luftmenge Reaktionstemperatur Oxydation des bleibenden
Wassers nach der Oxydation |
| in kg l Schlamm in C Schlammes in in % des chemischen des Schlammes |
| Sauerstoffbedarfes verbleibenden |
| der gesamten Menge Feststoffe in % |
| des Schlammes |
| 1 und 2 2,11 243 72 bis 82 18 bis 28 |
| 3 1,89 258 77 18 5 |
| 4 3,45 266 84,2 12,2 3,6 |
| 5 2,23 268 78,7 18,4 2,9 |
| 6 3,78 268 83,6 13,7 2,7 |
| 7 1,98 253 78,3 17,3 4,4 |
| 8 3,69 263 79,6 15,5 4,9 |
| 9 4,13 270 77,2 18,7 4,1 |
| 10 3,44 260 76,0 16,9 7,1 |
| 11 4,47 272 79,2 13,5 7,3 |
| 12 5,15 270 81,7 12,9 5,4 |
| 12 13 15 16 |
| Chemischer Sauer- Chemischer Sauer- 14 Aus dem Abwasser Biochemischer |
| stoffbcdarf des nach stoffbedarf des nach Aschengehalt der
entfernte organische Sauerstoffbedarf des |
| Versuch der Oxydation des der Oxydation des Feststoffe des
Substanz in der nach der Oxydation |
| Schlammes ver- Schlammes ver- Ablaufes in ursprünglichen im
des Schlammes ver- |
| bleibenden Wassers bleibenden Feststoffes der Feststoffe Abwasser
enthaltenen bleibenden Wassers |
| in gl des Ablaufes in g Feststoffe in Teilen je Million |
| 1 und 2 6,3 - - - |
| 3 6,6 1,7 85,3 90,0 - |
| 4 7,3 2,2 89,4 94,5 - |
| 5 7,9 1,2 87,7 92,1 5270 |
| 6 9,2 1,8 87,0 94,3 4630 |
| 7 7,0 1,8 88,4 92,0 3930 |
| 8 9,9 84,1 91,8 5420 |
| 15,6 3,4 90,4 95,6 8890 |
| 10 11,1 4,4 86,0 93,1 6850 |
| 11 11,5 6,:1 86,3 __ 94;1 7320 |
| 12J -. 12,4 5;2 86,8. __ 93,9 6590 |