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Verfahren zur Aufarbeitung von überschüssigem Klärschlarnin bei der
Abwasseraufbereitung und Anlage zur Durchfufinulg des Verfahrens Die Erfindung betrifft
ein biologisches Aufbereitungsverfahren für Abwasser und ähnliche Abfaliwässer.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufarbeitung von überschüssigem
Klärschlanim bei der biologischen Abwasseraufbereitung.
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Die Entwicklung des biologischen Abwasseraufbereitungsverfahrens,
des sogenannten aktivierten Klärschlaznmverfahrens, ging bisher dahin, dass jede
Verfahrensstufe einzeln geprüft wurde und dass in der jeweiligen Verfahrensstufe
gesondert Verbesserungen angestrebt wurden.
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Das Problem der Klärschlammbeseitigung stand dabei bisher bei der
Bewirkung von Verbesserungen gegenüber anderen Verfahrensstufen an zweiter Stelle.
Verbesserungen bei diesen anderen
Stufen ergaben jedoch eine Erschwerung
der mit der Schlammaufarbeitung und beseitigung zusammenhängenden Probleme. Insbesondere
führte die Verminderung der Grösse der Aufbereitungsanlagen und deren höhere Durchsatzkapazität
zu einer Verminderung der Retentionszeit des Schlamms, was dazu führte, dass der
Schlamm nicht leicht entwässert und schwer in eine zur Beseitigung geeignete Form
gebracht werden kann. Eine Anlage, die zur Klärschlammbehandlung ausgelegt ist,
muss notwendigerweise kompliziert und aufwendig zu betreiben sein, weshalb die Kosten
der Schlammbeseitigung zu einem primären Faktor bei den Gesamtkosten der Abwasseraufbereitung
geworden sind.
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Bei dem biologischen Verfahren, das ein aktiviertes Klärschlammverfahren
darstellt, umfassen die Stoffweohselvorgänge die anabolisohen Vorgänge. Der Anabolismus
umfasst die Ässimilationsreaktionen, während der Katabolismus zur Zersetzung des
Protoplasmas in elementare Bestandteile wie Kohlendioxid, Ammoniak und Wasser, führt.
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Der Nährstoffgehalt des Substrats beim Abwasser wird durch den biochemischen
Sauerstoffbedarf (BOD) der im Abwasserstrom enthaltenen Bestandteile gemessen. Der
grösste Teil des einströmenden Substrats wird durch das biologische Behandlungsverfahren
entfernt, jedoch wird in diesem Verfahren eine kleine Substratmenge mit dem Ablauf
abgeführt Das durch die Organismen, die den aktiven suspendierten Feststoffgehalt
bilden, entfernte Substrat wird für verschiedene Zwecke verwendet. Ein Teil des
entfernten Substrats bildet Protoplasma, während ein weiterer Teil abbaufähige und
nicht abbaufähige Produktablagerungen ergibt.
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Noch ein weiterer Teil der nutzbar gemachten Nährstoffe wird aus dem
Abwasserstrom für die assimilatorischen Atmungsvorgänge gebraucht und entfernt,
also für die biologischen Vorgänge, die die zur Protoplasmabildung und die Stoffablagerungen
nötige Energie erzeugen.
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Die endogene Respiration ist der intrazellulär ablaufende Prozess
bei Organismen, der zur lutodigestion oder Selbstzerstörung von Zellmaterial führt.
Die endogene Respiration braucht ebenso wie die assimilatorische Respiration Sauerstoff.
Da die Assimilation immer mit einer assimilatorischen Respiration verbunden ist,
nimmt man an, dass eine endogene Synthese oder Re-synthese wahrscheinlich die endogene
Respiration begleitet. Das durch das Verfahren gebildete Zelimaterial, das nicht
durch die endogene Respiration oxydiert ist, wird in der Form von Nettowachstum
der Organismen aus dem Verfahren entfernt oder verlässt das Verfahren in anderer
Form. Bei üblichen aktivierten Klärschlammverfahren sind für das Nettowachstum sowohl
der überschüssige Klärschlamm wie der Organismengehalt des Ablaufs verantwortlich.
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Einer der wichtigsten Parameter bei einem aeroben Abwasseraufbereitungsverfahren
ist das Verhältnis von Nährstoffen (F) zu Organismen (M). Dieses Verhältnis kann
durch das Symbol F bezeichnet werden und steht mit der Gewichtseinheit des biochemischen
Sauerstoffbedarfs (BOD) je Tag je Gewichtseinheit des Gemisches der in Flüssigkeit
suspendierten Feststoffe (MLSS), die im Aufbereitungasystem enthalten ist, in Beziehung.
Das in dieser Weise definierte Verhältnis von Nährstoffen zu Organismen ist das
gegenwärtig in Abwasseraufbereitungsverfahren verwendete Verhältnis.
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Das erfindungsgemässe Verfahren zur Aufarbeitung von überschüssigem
Klärschlaim bei der Abwasseraufbereitung ist dadurch gekennzeichnet, dass man den
überschüssigen Klärschlamm aus mindestens einer Absitz- oder Sedimentationszone
eindickt, den eingedickten Schlamm entwässert, den entwässerten Schlamm zu Pellets
ausformt, die Pellets trocknet und die getrockneten Pellets verbrennt, wobei man
einen Teil der bei der Pelletverbrennung erzeugten Asche mit dem entwässerten Schlamm
vor dessen Pelletisierung unter Bildung eines Gemisches mit leicht pf etisierbarer
Konsistenz vermischt.
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Das Gas, das bei der Verbrennung der getrockneten Pellets gebildet
wird, wird vorzugsweise gereinigt, um die feinen Ascheteilchen (Flugasche) daraus
abzuscheiden. Da diese feine Asche am schwierigsten zu beseitigen ist, wird vorzugsweise
wenigstens ein Teil der feinen Asche, die bei der Gasreinigung gewonnen wird, für
das Vermischen mit dem entwässerten Schlamm verwendet.
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Die Hauptmenge der im Verbrennungsofen erzeugten Asche, die in Pelletform
vorliegen sollte, kann in jeder gewünschten Weise beseitigt werden. Gemäss einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung wird jedoch ein zementbildendes Mittel, wie
ein Oxid oder Hydroxid von Calcium, Magnesium, Eisen oder Aluminium, dem überschüssigen
Schlamm vor dessen Verbrennung zugesetzt, z.B.
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dann, wenn der Schlamm entwässert oder pelletisiert wird, so dass
die erhaltene Asche fest wird, wenn Wasser zugesetzt wird, wodurch die Asche leichter
zu beseitigen ist und als ein steriles Aufftillungsmaterial für Land, das einige
Festigkeit besitzt, brauchbarer wird.
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Es ist erwünscht, dass der aus der Absitz- oder Sedimentationszone
kommende überschüssige Schlamm derart beschaffen ist, dass geeignete Entwässerungsvorrichtungen
als solche in der Lage sind, den eingedickten Schlamm soweit zu entwässern, dass
der entwässerte Schlamm leicht zu Pellets geformt werden kann, wenn er, wie oben
erwähnt, mit Asche vermischt wird. Dies kann durch folgende Massnahmen geschehen£
a) Das Verhältnis von Nährstoffen zu Organismen des im Abwasseraufbereitungsverfahren
verwendeten aktivierten Schlamms wird derart eingestellt, dass der überschüssige
Schlamm ein geeignetes Verhältnis von Nährstoffen zu Organismen hat, vorzugsweise
von 0,25 bis 0,05 kg BOD / Tag / kg MLSS.
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b) Der überschüssige Schlamm aus einer Absitzzone wird in bekannter
Weise chemisch eo aufbereitet, dass der Schlamm in eine zur Entwässerung geeignete
Form gebracht wird.
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c) Es wird ein Abwasseraufbereitungsverfahren verwendet, bei dem eine
primäre Sedimentation entweder mit oder ohne Ausflockung zur Ausfällung der Phosphate
und zur Verbesserung der Feststoffentfernung durchgeführt wird und wobei überschüssiger
Schlamm aus der primären Sedimentation bei dem erfindungagemäsaen Verfahren verwendet
wird. Die primäre Sedimentation und gegebenenfalls die Ausflockung wird durch Zusatz
von überschüssigem aktivierten Klärschlamm zum rohen Abwasser verbessert. Das derart
gebildete Gemisch aus dem primären und dem aktivierten Schlamm ist besonders gut
zum Eindicken und Entwässern nach dem erfindungsgemässen Verfahren geeignet. Das
am häufigsten verwendete Ausflockungsverfahren besteht in einem Zusatz von Kalk
zum rohen Abwasser während der primären Sedimentation. Wenn in dieser Weise Kalk
zugesetzt wird, kann das erfindungsgemässe Verfahren noch eine Stufe umfassen, bei
der beim Verbrennen der getrooknen Pellets Kalk zurückgewonnen und in die primäre
Sedimentationszone zurückgeführt wird.
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Bezüglich der Maßnahme a) kann gegebenenfalls falls erforderlich die
Retentionszeit des Schlamms in der aktivierten Schla-mmsQnz erhöht werden, was auf
Kosten des Durchsatzes geschieht, damit der überschüssige Schlamm gebildet oder
dessen Bildung unterstützt wird, der einer Entwässerung und Pelletisierung unterworfen
werden kann. Wenn beispielsweise Haushaltsabwasser aufbereitet wird, in welchem
der im Flüssigkeitsgemisch suspendierte Feststoffgehalt in der Grössenordnung von
2500 Gewiohtsteilen je Million Gewichtsteile liegt, was etwa einem normalen Gehalt
entspricht, kann eine Retentionezeit von 4 bis 6 Stunden zur Bildung von für das
erfindungsgemässe Verfahren geeignetem übersohüssigen Schlamm ohne eine relativ
aufwendige chemische Aufbereitung des überschüssigen Schlamms nicht ausreichen,
Während eine Retentionszeit von zum Beispiel 24 Stunden einen übersohüssigen Schlamm
bilden kann, der entwässert und pelletisiert werden kann, ohne dass er chemisch
aufbereitet wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage für die Schlammaufarbeitung
zur Durchführung des rfindungsgemässen Verfahrens.
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Eine derartige Anlage besteht aus einer Eindickungsvorrichtung zum
Eindicken von überschüssigem Schlamm, der aus wenigstens einer Absitz- oder Sedimentationszone
stammt, einer Entwässerungsvorriohtung zum Entwässern von eingedicktem Schlamm aus
der Eindickungsvorrichtung, einem Mischer für das Vermischen des aus der Entwässerungsvorrichtung
stammenden Schlamms mit Asche, einer Pelletisiervorrichtung, einem Trockner und
einem Verbrennungsofen zum Trocknen und Verbrennen des pelletisierten Schlamms aus
der Pelletisierungsvorrichtung und einer Fördervorrichtung, mit der wenigstens ein
Teil der im Verbrennungsofen erzeugten Asche in den Mischer zurückgeführt wird.
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Die Eindickungsvorrichtung kann aus einem Schwerkraft-Eindicker, einem
Flotations-Eindicker oder einer anderen geeigneten Art eines Eindickern bestehen.
Die Anlage kann Vorrichtungen aufweisen durch die überschüssiger Schlamm aus einer
oder mehreren Absitz- oder Sedimmentationszonen zum Eindicken gefördert wird sowie
solche, durch die eingedickter Schlamm aus dem Eindicker in die Entwässerungsvorrichtung
oder in einen Sammeltank, der zwischen den Eindicker und die Entwässerungsvorrichtung
eingechaltat ist, gefördert wird, und solche, durch die überstehende Flüssigkeit
in eine vorherige Stufe dos Abwasseraufbereitungeverfahrens zurückgeführt wird,
s.B. zur Misch- und Belüftungszone.
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Die Entwässerungsvorrichtung kann aus einer Zentrifuge1 Bweigneten
Filtervorrichtungen oder einer anderen geeigneten Entwässerungsvorrichtung bestehen,
die aus dem Schlamm eine kuchenförmige Masse macht, die zur Ausformung von Pellets
beim Vermischen mit Asche geeignet ist. Es können Fördervorrichtungen vorgesehen
sein, durch die die in der Entwässerungsvorrichtung abgezogene Flüssigkeit in eine
vorherige Stufe des Abwasseraufbereitungsverfahrens zurückgeführt wird, s.B. in
die Misch- und Belüftungszone.
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Der Mischer kann in irgendeiner geeigneten Bauart ausgeführt sein.
Er kann beispielsweise ein Blattmischer sein.
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Der Trockner und der Verbrennungsofen sind vorzugsweise in einer einzigen
Vorrichtung vereinigt, die aus einer oberen Trocknungskammer und einer unteren Verbrennungskammer
besteht, die durch einen Rost getrennt sind, der den Boden der Trooknungskammer
bildet, wobei Luft- und Hilfsgaszufuhreinrichtungen in die Verbrennungskammer vorgesehen
sind und die Anordnung derart ist, dass die Pellets in der Trooknungskammer als
Fliessbett auf dem Rost in dem heissen Gasstrom, der aus dem Verbrennungsofen aufsteigt,
gehalten werden. Ein Gasreiniger kann zur Reinigung des Gases vorgesehen sein, nachdem
dieses durch den Trockner geströmt ist, um die feine Asche oder Flugasche daraus
abzuscheiden, und es können die Rückführungsvorrichtungen für die Asche zum Mischer
so konstruiert sein, dass die durch den Gasreiniger gewonnene Asche in den Mischer
zurückgeführt wird.
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In der beigeftigten Zeichnung ist ein Beispiel für die Erfindung dargestellt,
die eine Schlammaufarbeitungsanlage schematisch darstellt, die erfindungegemäss
konstruiert ist.
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Es tritt überschüssiger Schlamm aus einer Absitund/oder Sedimentationszone,
die nicht dargestellt ist, in einen Schwerkraft-Eindicker 1 bei 2 ein. Der Eindicker
besitzt einen Grobteilohenabscheider (Sandfänger) 3. Der Schlamm besitzt ein Verhältnis
der Nährstoffe zu Organismen von etwa 0,25 kg BODa Xg/ kg MLSS (Gemisch der in der
Flüssigkeit suspendierten Feststoffe).
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Er könnte jedoch gegebenenfalls chemisch in üblicher Weise aufbereitet
oder durch primäre Sedimentation mit oder ohne-Ausflockung und mit oder ohne Zugabe
von überschüssigem aktivierten Schlamm wie oben erwähnt erhalten worden sein, so
dass er eine zur Entwässerung geeignete Kondition besitzt. Die überstehende Flüssigkeit
wird bei 4 abgezogen und z.B. zur Misch- und Belüftungszone (nicht dargestellt)
einer Abwasseraufbereitungsanlage zurückgeführt, von der die erfindungsgemässe Anlage
einen Teil bilden kann.
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Der eingedickte Schlamm verlässt den Eindicker bei 5 und tritt
in
einen Sammeltank 6 ein, der mit einem Grobteilchenabscheider (Sandfänger) 7 versehen
ist. Der bei 5 abgezogene Schlamm enthält etwa 4 Gewichtsprozent Feststoffe.
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Der Schlamm verlässt den Sammeltank bei 8 und tritt in eine Entwässerungsvorrichtung
ein, in dem dargestellten Fall in eine Zentrifuge 9.
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Das Verhältnis von Nährstoffen zu Organismen im Schlamm ist derart,
dass beim Verlassen der Zentrifuge 9 der Schlamm in Form eines Kuchens vorliegt
und die Zentrifugenflüssigkeit eine zur Rückführung in die biologische Stufe des
Abwasseraufbereitungsverfahrens geeignete Qualität hat. Die Zentrifuge ist vorzugsweise
und gewöhnlich zum kontinuierlichen vollautomatischen Betrieb mit eingebauten Sicherheitsabschalteinrichtungen
eingerichtet. Der kuchenförmige Schlamm tritt in einen Mischer lOa ein, z.B. einen
Elattmischer, in welchem Asche aus dem Verbrennungsofen 12 mit dem Schlamm vermischt
wird, und anschliessend in eine Pelletisiervorrichtung 10 üblicher Konstruktion
ein, wobei die Zentrifugenflüssigkeit aus der Zentrifuge 9 in die Misch- und Belüftungszone
über 9a zurückgeführt wird. Die Menge der Asche, die mit dem Schlammkuchen im Mischer
lOa vermischt wird, wird sorgfältig geregelt, damit ein Gemisch aus Schlamm und
Asche einer Konsistenz erhalten wird, das in der Pelletisiervorrichtung 10 leicht
Pellets bildet.
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Der pelletisierte Schlamm aus der Pelletisiervorrichtung 10 tritt
bei 11 in die kombinierte Trocknungs- und Verbrennungsvorrichtung 12 ein. Bei Eintritt
in den Verbrennungsofen 12 werden die Pellets durch das aufsteigende heisse Gas
aus dem Ofen 12 verwirbelt und bilden ein Fliessbett 13 oberhalb eines Rostes 14.
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Die Trocknungstemperatur in diesem ersten Bett wird durch Zufuhr von
Verdünnungsluft auf etwa 105°C eingestellt. Die getrockneten Pellets werden in ein
Verbrennungsabteil 15 durch einen Durchgang 16 verdrängt und in ausgebrannte Pellets
überführt. Das schnelle Erhitzen der Pellets auf eine Temperatur von etwa 800 0C
sofort nach dem Eintritt in die Verbrennungskammer stellt sicher, dass keine übelriechenden
Abgase gebildet werden.
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Luft und Hilfsgas oder ein anderer Brennstoff werden durch Pumpen
18 bzw. 19 dem Verbrennungsofen zugeführt, der gewöhnlich für den vollständig automatisierten
Betrieb mit allen erforderlichen Sicherheits- und Betriebsunterbrechungsvorrichtungen
ausgerüstet ist.
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Die Asche wird bei 20 abgezogen. Etwas Asche wird in den Mischer lOa
zurückgeführt, um bei der Pelletisierung mitverwendet zu werden, und etwas Asche
kann in eine andere Stufe des Verfahrens zurückgeführt werden. Das aus der Trocknungskammer
an der Spitze austretende Gas wird durch einen Gasreiniger 21, einem üblichen Zyklonabscheider,
gereinigt und das gereinigte Gas wird bei 22 abgeblasen und die herausfiltrierte
Asche wird bei 23 ausgetragen.
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Vorzugsweise ist es diese herausfiltrierte Asche, die in den Mischer
lOa zurückgeführt wird, da diese Asche feiner als die im Verbrennungsofen erzeugte
Masse der Asche und schwerer zu beseitigen ist.
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Vorzugsweise wird ein zementbildendes Mittel, wie ein Oxid oder Hydroxid
von Oalcium, Magnesium, Eisen oder Aluminium, in den Schlamm vor der Verbrennung
eingemischt, z.B. bei der Stufe des Eindickens, des Entwässerns oder des Mischens,
so dass durch Wasserzusatz zur Asche diese verfestigt werden kann und somit leichter
zu handhaben ist.
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- Patentansprüche -