DE19527290A1 - Verfahren zur biologischen Behandlung von Fett- und Schwimmstoffen aus Abwässern und Fettfängen in Kombination mit biologischer Phosphorelimination im Abwasser von Kläranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur anaeroben Behandlung von Fettabscheideinhalten aus Lebensmittelindustrie und Gewerbe sowie kommunalen Kläranlagen zur Entstehung von aerob leicht abbaubaren Substanzen. Die versäuerten und mit aerob leicht abbaubaren Substanzen angereicherten Substrate werden zur Verbesserung der Phosphorrücklösung dosiert der Kläranlage in anaerobe Zonen, vorzugsweise Bio-P-Becken oder Vorklärbecken gegeben.

Dieses Verfahren wird in erster Linie auf kommunalen Kläranlagen oder Kläranlagen der Lebensmittelindustrie anzuwenden sein, da hier sowohl die Fett- und Schwimmstoffe in ausreichender Menge anfallen und auch die nachfolgende Infrastruktur zur nutzbringenden Verwertung der biologischen Abbauprodukte vorhanden ist.

Die Fett- und Schwimmstoffe von Kläranlagen sind aufgrund ihrer Zusammensetzung und Beschaffenheit ein Problemfall. Ähnlich stellt sich die Situation bei den Abfallfetten dar, wie sie in Fettabscheidern im Bereich der Kommunen und der Nahrungsmittelindustrie anfallen. Die Beseitigungswege kann man in zwei Kategorien unterteilen [DECKENA, S; JANNSEN, S. (1995): Anaerobe Behandlung von Fettschlämmen . . .; Korrespondenz Abwasser 3, 426-432]:

• 1. Beseitigung ohne Wiederverwertung
  • 1.1. Verbrennen in Sonderabfallverbrennungsanlagen
    Nachteile: hoher Energieverbrauch, Kosten zwischen 200 bis 350 DM/t
  • 1.2. Aufbringen auf landwirtschaftliche Nutzflächen
    Nachteile: starke Geruchsbelästigung und Verfettung des Bodens, geringe Akzeptanz
  • 11.3. Deponierung
    Laut Abfallgesetz des Landes Niedersachsen und TA Siedlungsabfall darf Deponierung nicht mehr erfolgen.
• 2. Beseitigung mit Wiederverwertung
  • 2.1. Aufarbeitung in Tierkörperbeseitigungsanlagen
    Nachteile: hohe Kosten, Entstehung von Abprodukten
  • 2.2. Aufarbeitung zu Industriefetten
    Nachteil: Die sofort einsetzenden temperaturabhängigen Zersetzungsprozesse erfordern einen sehr kurzen Abfuhrzyklus der Fettschlämme, so daß sie im frischen Zustand der Verarbeitung zugeführt werden können.
  • 2.3. Entsorgung in den Faultürmen einer Kläranlage
    Nachteil: Es kann zu erheblichen Störungen im Verfahrensablauf der Schlammfaulung kommen.

Es ist zu erkennen, daß zwischen dem dezentralen Entstehen der problematischen Abfälle und der aufgrund der veränderten Abfallgesetzgebung sowie der Verarbeitungsmöglichkeiten zentralisierten Entsorgung ein Widerspruch entstanden ist, der Entsorgungsalternativen erfordert, die dezentral, d. h. am Ort des Entstehens oder in der Nähe einsetzbar sind.

In [DECKENA, S; JANNSEN, S. (1995): Anaerobe Behandlung von Fettschlämmen . . .; Korrespondenz Abwasser 3, 426-432] ist ein Verfahren im Labormaßstab beschrieben, mit dem Fettschlämme mit geringer Fettkonzentration in einem ein- und zweistufigen Fermenter methanogen gereinigt wurden. Das Substrat wurde separat, d. h. ohne Vermischung mit Abwässern oder Klärschlamm, verwertet. Die anaeroben Mischkulturen wurden an das spezielle Substrat adaptiert.

Dieses Verfahren birgt hinsichtlich der Verfahrensstabilität erhebliche Risiken in sich, da es aufgrund der ausschließlichen Verarbeitung von Fettschlämmen sehr leicht zu Übersäuerungen und damit zum Erliegen der mikrobiellen Tätigkeit kommen kann.

Die bekanntesten Verfahren zur biologischen Phosphorelimination sind u. a. in "Biologie der Abwasserreinigung" von MUDRACK; K. und KUNST; S. vom Gustav Fischer Verlag Stuttgart beschrieben. Es werden zwei grundsätzliche Verfahren unterschieden, das Hauptstromverfahren und das Nebenstromverfahren.

Bekannte Hauptstromverfahren sind z. B. das Phoredox- oder das Bardenpho-Verfahren. Bei allen Hauptstromverfahren ist eine biologische Stickstoffelimination integriert.

Ein Nebenstromverfahren ist das Photostrip-Verfahren.

Alle bekannten Verfahren zur biologischen P-Elimination basieren auf der Tatsache, daß der Belebtschlamm unter anaeroben Verhältnissen Phosphor an das umgebende Wasser abgibt, Phosphorrücklösung genannt. In der darauf folgenden Belüftung wird Phospor im aeroben Milieu verstärkt wieder aufgenommen. Da die Phosphoraufnahme meistenteils größer ist als die Phosphorabgabe, ergibt sich eine Phosphorelimination des frei verfügbaren Phosphors (Netto-Phosphorelimination). Mit dem Abzug des Überschußschlammes wird der an die Schlammflocke gebundene Phosphor dem Abwasser absolut entzogen.

Die Größe der Phosphorelimination hängt stark vom Maß des vorangegangenen P- Entzuges ab, d. h. vom Maß der Phosphorrücklösung. Die Phosphorelimination wird durch in ausreichender Menge zur Verfügung gestellte leicht abbaubare organische Substanzen, besonders organische Säuren wie Essigsäure, gesteigert.

In DE 39 33 326 wird ein Verfahren beschrieben, wo die Säuerung des Abwassers für die P-Elimination genutzt wird. Neben störenden parallel verlaufenden Stickstoffreduktionen sind dazu große Rücklaufschlammengen sowie eine komplizierte Stofführung notwendig. Letztgenannter Nachteil ist auch für Gebrauchmuster 9 215 208 kennzeichnend. Die gleichzeitig verlaufende Stickstoffreduktion schränkt auch die Wirksamkeit von DE 43 31 927 stark ein.

Das DE 41 41 832 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage, einer Kläranlage nachgeschaltet, für die Weiterverarbeitung von Klärschlamm mit dem Ziel einer verbesserten Klärschlammkonditionierung. Nachteil ist das geringe Säurepotential vom Klärschlamm, so daß im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren für eine Säuredosierung große Reaktionsvolumina mit hohen Investitionskosten für die dazu erforderlichen Bauten erforderlich wären.

Nachteil aller bekannten Verfahren zur biologischen Phosphorelimination ist, daß die Eliminationsrate stark von der Konzentration der niedermolekularen Karbonsäuren abhängt, die in üblichen Abwässern nur in geringen Konzentrationen vorhanden sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 zur anaeroben Behandlung von Fett- und Schwimmstoffen, wie sie z. B. in den Sand und Fettfängen kommunaler Kläranlagen oder in Fettfängen von Fleischereien und Schlachthöfen anfallen, deren Umwandlung in biologisch leicht abbaubare organische Säuren, sowie deren dosierte Abgabe in die Biologie einer Kläranlage zur Verbesserung der Phosphorrücklösung zur biologischen P-Elimination.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entsorgungsproblematik der auf der Kläranlage anfallenden und im aeroben Verfahrensablauf biologisch nicht abbaubaren Problemstoffe auf natürliche Weise zu lösen, d. h. sie durch an sich bekannte biologische Prozesse in einem ein- oder mehrstufigen Anaerobverfahren in leicht abbaubare umzuwandeln. Daneben sollen die Abfallfette aus Fettabscheidern der Kommunen und der Nahrungsmittelindustrie einer dezentralen Entsorgung vor Ort zugeführt werden. Weiterhin besteht die Aufgabe, das Verfahren mit der biologischen Phosphatelimination auf der Kläranlage zu kombinieren. Durch die dosierte Hinzugabe der anaeroben Abbauprodukte in den Abwasserstrom werden dem Abwasser die für eine wirkungsvolle biologische Phosphorelimination erforderlichen leicht abbaubaren Substanzen zugeführt, so daß das Abwasser hinsichtlich seiner Zusammensetzung als Voraussetzung für die biologische P-Elimination günstig beeinflußt wird. Ebenso erfolgt eine steuerbare Versäuerung im Bio-P-Becken. Damit wird der Nachteil aller bekannten Verfahren zur biologischen Phosphorelimination beseitigt, der darin besteht, daß die Eliminationsrate stark von der Konzentration der niedermolekularen Karbonsäuren abhängt. Dieses verfahrensbedingte Konzentrationsdefizit wird erfindungsgemäß dadurch ausgeglichen, daß versäuerte organische Reststoffe dem Abwasser in Bio-P-Becken oder allgemein anaeroben Zonen gesteuert zudosiert werden.

Der hieraus entstehende Nutzeffekt äußert sich in mehrfacher Hinsicht:

• 1. Die Anwendung der erfinderischen Lösung führt zu einer Verringerung des Verbrauches an extern zugeführten, leicht abbaubaren Stoffen wie Essigsäure oder Methanol.
• 2. Der Fällmittelverbrauch im Falle der Notwendigkeit der chemischen Phosphatfällung wird gesenkt. Im Zusammenhang damit verringert sich in gleichem Maße die Aufsalzung des Abwassers und damit auch die korrosive Belastung der Kläranlagenausrüstung durch die Eisenchloride.

Jede Verringerung des Verbrauches an extern zugeführten Stoffen führt direkt zu ökonomischen Effekten. Die geringere Aufsalzung des Abwassers führt zu ökologischen Effekten. Eine geringere Korrosionsbelastung erhöht die Lebensdauer der Kläranlagenausrüstungen.

Dieses Verfahren ist für Kläranlagen unterschiedlicher Größe geeignet. Besonders interessant ist das Verfahren für Anlagen mittlerer Größe mit 10 000 bis 40 000 EGW, die einerseits keinen Faulturm für den Abbau der Problemstoffe besitzen, aber bereits Auflagen bezüglich der Phosphoreinleitung zu erfüllen haben. Aber auch für große Kläranlagen ist das Verfahren anwendbar, da das verfahrenstechnische Risiko der Fettverarbeitung im Faulturm umgangen wird und die anderen geschilderten Effekte gleichfalls auftreten. Außerdem wird das Wirkungsfeld der Kläranlage bezüglich ihrer Entsorgungsaufgaben erweitert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben. Das im Rahmen des Verfahrensbeispieles eingesetzte Substrat (1) entstammt dem Fettfang einer kommunalen Kläranlage. Die Parameter des Ausgangssubstrates können unabhängig von der Herkunft der Fette wie folgt bestimmt werden:

- TS|134 g/l
- oTS	120 g/l

Weiterhin wird das Substrat mit Frischschlamm (2) gemischt, der entweder der Vorklärung oder einem separaten Voreindicker entnommen wird. Anschließend wird das Substratgemisch dem Hydrolysereaktor (3) zugeführt.

Als Impfkultur wird eine auf Klärschlamm gewachsene und an Fett adaptierte Mischpopulation eingesetzt.

Die mittlere hydraulische Verweilzeit im Hydrolysereaktor (3) beträgt drei Tage bei 36°C und einem Abbau von 60%. Das dem Hydrolysereaktor entweichende Gasgemisch (4) wird einer biologischen Abluftreinigung (Biofilter) zugeführt.

Flüssigkeit und Feststoff werden durch Schwerkraftsedimentation und Flotation (5) getrennt. Das Flotat wird in den Hydrolysereaktor (3) zurückgegeben. Der Feststoff wird wahlweise in einem Methanreaktor (6) weiterverarbeitet. Das entstehende Biogas (7) wird der Verwertung und Nutzung zugeführt.

Die Flüssigkeit wird in einen Speicherbehälter (8) gepumpt, wo noch eine Nachsäuerung stattfindet. Aus dem Speicherbehälter wird das Substrat dann dosiert dem Bio-P-Becken (9) zugegeben.

Claims (4)

1. Verfahren zur biologischen Behandlung von Fett- und Schwimmstoffen aus Abwässern oder Fettfängen in Kombination mit biologischer Phosphorelimination im Abwasser von Kläranlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fett- und Schwimmstoffe separiert werden, einer anaeroben Behandlung unterzogen werden, die auf einer Reaktionsstufe zur Entstehung leicht abbaubarer organischer Säuren führt, diese Säuren zur Verbesserung der Phosphorrücklösung einer Kläranlage zugeführt werden, und dort die biologische Phosphorelimination nach den bekannten Verfahren abläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fett- und Schwimmstoffe einer mindestens einstufigen Behandlung unterzogen werden, wobei eine Reaktionsstufe vorzugsweise zur Entstehung leicht abbaubarer organischer Säuren führt und die abschließende Reaktionsstufe vorzugsweise zur Entstehung von Biogas.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leicht abbaubaren organischen Säuren dosiert der Kläranlage, vorzugsweise dem Bio-P-Becken oder anaeroben Zonen zugegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dosierte Zugabe in Kombination mit extern bereitgestellten, leicht biologisch abbaubaren organischen Substanzen, vorzugsweise Essigsäure, erfolgt.