DE2047875A1

DE2047875A1 - Abwasserbehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE2047875A1
Application number: DE19702047875
Authority: DE
Inventors: A H Erickson; P V Knopp; G H Teletzke
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1969-09-29
Filing date: 1970-09-29
Publication date: 1971-04-08
Also published as: DE2047875C2; JPS5027822B1; CA938896A; ES384043A1; SE375974B; FR2062776A5; IL35333A; GB1330672A; CH516482A; IL35333A0; NL7014261A

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein Jun.

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEL-NR. 225341 TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

β MÜNCHEN 2.

D.N. 4440

STEELING DRUG INC., New York, N.T. / U.S.A.

s:ss sss s ss s s as s sssxs ss s sss ssss ss rs ss s sss ss sss es s

Abwas Serbehandlungsverfahren

s ss ms ss s s ss s s ss ss s ss ss ss ss s ss s

Die vorliegende Erfindung betrifft die Hitzebehandlung von Abwasserschlamm zur Verbesserung seiner Entwässerungseigenschaften.

Die Hitzebehandlung von Abwasserschlamm zur Verbesserung seiner Entwässerungseigenschaften ist ein gut bekanntes Verfahren, das wirtschaftlich während vieler Jahre durchgeführt wurde· Vergleiche z.B. die U.S.-Patentschriften Nr. 1 116 953» 2 075 224, 2 131 711, 2 277 718, 2 847 379 und 3 155 611. Das übliche Verfahren besteht darin, daß man den Schlamm während 30 Minuten bis mehreren Stunden oder Tagen auf Temperaturen von 100 bis zu 180⁰C erhitzt. Es wurde auch über halbtechnische Behandlungen bei etwas höheren Temperaturen und kürzeren Zeiten berichtet. Vergl. John Harrison "Heat Syneresis of Sewage Sludges", Water and Sewage Works, Mai 1968, Seiten 217 bis 220 und die darin genannten Literaturstellen. Jedoch zielten die bisherigen Verfahren im allgemeinen darauf ab, bei niedrigeren Temperaturen in einem ansatzweisen Verfahren zu erhitzen, während der Zeit, die notwendig war, um die gewünschte Entwässerungsfähigkeit zu erzielen, wodurch man die teureren Vorrichtungen und die damit verbundenen Probleme für ein kontinuierliches Verfahren vermied.

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In neuester Zeit wurden kontinuierliche Hitzebehandlungen ver-. wendet zur Verbesserung der thermischen Wirksamkeit und zur Steigerung der Verfahrenskapazität. Im allgemeinen verwendeten diese Systeme auch längere Haltezeiten (Erhitzungszeiten), d.h. 30 Minuten oder mehr.

Obwohl die bisher bekannten Hitzebehandlungsverfahren zufriedenstellende Verbesserungen der Schlammentwässerungseigenschaften erzielten, ergaben sie andere Probleme, z.B. deutlich erhöhte Färbung und höhere biologische Sauerstoffbedarfwerte (BOD, Biological Oxygen Demand) der überstehenden Flüssigkeit. Die Farbe wird nur nominell durch die biologische Behandlung verän-. dert und beeinflusst die Farbe des Kläranlagenabstroms. Dies * ist von Bedeutung, da die Farbe und der BOD-Wert Kriterien für das Bestimmen der Wasserqualität sind und die starke Färbung und der BOD-Wert der überstehenden Flüssigkeit stellen besondere Probleme für die Gesundheitsingenieure dar, die sich mit der Hitzebehandlung von Schlamm befassten, um die Schlammverarbeitungskapazität einer Kläranlage zu steigern.

Aus Werten, die erhalten wurden, durch Erhitzen von Schlamm bei verschiedenen Temperaturen während Zeiten, die sich zwischen 10 Hinuten und 2 Stunden erstreckten, erschien es, daß die Farbbildung direkt proportional der Temperatur ist, d.h. $e höher die Temperatur war, auf die der Schlamm erhitzt wurde, um seine ) Entwässerungseigenschaften zu verbessern, umso höher war der Farbwert der erhaltenen überstehenden Flüssigkeit. Das Erhitzen einer Mischung von primärem und aktiviertem Schlamm während etwa 30 Minuten auf 150⁰C, ergab einen APHA-Farbwert von 1200; bei 180⁰C einen Farbwert von etwa 3000; bei 190⁰C einen Farbwert von etwa 4100; bei 200⁰C einen Farbwert von etwa 5000 und bei 210⁰C einen Farbwert von etwa 6200. Daraus ergab sich, daß, wenn ein niedriger Farbwert der überstehenden Flüssigkeit erwünscht war, Behandlungstemperaturen oberhalb 180^pC klar kontraindiziert waren.

Die Regressionsanalyse einer Reihe von Laborhit zebehandlungsverßuchen an primären und abfallaktiviertem Schlamm, bei denen die Haltezeiten von 10 Minuten bis 70 Minuten variiert wurden, und

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bei denen die Reaktortemperaturen von 171 bis 210⁰C variiert wurden, ergab die folgenden Ergebnisse:

Variable Begressionskoeffizient Standard-Fehler Zeit + 18,4 + 12,0 NS

Temperatur + 50,5 ** ± 7,1

Chemischer Sauerstoffbedarf des
rohen Schlamms
(COD) +26,2 + 53,4- NS

** Signifikant mit 99 %-iger Wahrscheinlichkeit NS kein signifikanter Effekt

Aus diesen Werten müsste man schließen, daß über den üblichen Bereich des Verfahrens lediglich die Temperatur, die Farbe des Filtrates in signifikanter Weise beeinflußen würde.

In ähnlicher Weise ergab die Analyse für die Filtrationsgeschwindigkeiten für diese 14 Untersuchungen die folgenden Effekte:

Variable Rep;ressionskoeffizient Standard-Fehler Zeit 0,0865 + 0,0694 NS

Temperatur 0,1332 ** +, 0,0417

Beschickungs-Feststoffe 1,424 ♦♦ 2. 0

Wieder zeigte sich, daß die Temperatur ein signifikanter Faktor ist, der die Filtriergeschwindigkeit beeinflusst. Es wurde gefunden, daß die Haltezeit weder die Farbe des Filtrats noch die Filtriergeschwindigkeit im Bereich der üblichen Verfahrensweisen signifikant beeinflußt. Im Gegensatz zu den oben angegebenen Wirkungen der Haltezeit und der Temperatur wurde nun gefunden, daß eine wesentliche Verbesserung der Schlammentwässerungseigenschaften erzielt werden kann mit weniger Farbbildung als es bisher möglich war, durch kurzes Hitzebehandeln des Schlamms bei einer wesentlich höheren Temperatur als sie normalerweise angewandt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein vorerhitzter Abfall-

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schlamm kurz auf eine Temperatur zwischen 190 und etwa 230⁰C während einer Zeitdauer von bis zu 240 Sekunden erhitzt, eine Zeit, die umgekehrt proportional zu der ausgewählten Temperatur ist, wodurch die Entwässerungseigenschaften der unlöslichen Peststoffe verbessert werden, und wobei gleichzeitig weniger Farbe und biologischer Sauerstoffbedarf in der überstehenden Flüssigkeit entwickelt wird und man den Schlamm abkühlt, bevor sich zu große Farbwerte in der überstehenden Flüssigkeit entwickeln. Es kann jeder Abwasserschlamm verwendet werden, z.B. primärer, digerierter, aktivierter Abwasserschlamm und vorzugsweise eine Mischung von aktiviertem und primärem Schlamm. Es kann industrieller als auch Haushaltsabwasserschlamm verwendet werden. Bevorzugte Schlämme sind jene, die einen sehr hohen spezifischen Widerstand gegenüber der Filtration besitzen, d.h.

7 2 Filtrationswerte oberhalb 500 χ 10' Sek. /g aufweisen, und die aus praktischen Gründen auf einem Rotationsvakuumfilter nicht filtrierbar sind. Es sind ebenfalls jene bevorzugt, deren überstehende Flüssigkeit einen APHA-Farbwert von weniger als 1000 aufweisen.

Die vorliegende Erfindung wird nun an Hand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein schematisches Fließdiagramm eines Abwasserschlammhitzebehandlungssystems, das das erfindungsgemässe Verfahren ^ verwendet ;

Fig. 2 stellt eine graphische Darstellung des Verhältnisses von Zeit und Temperatur zur Farbbildung und zu den Entwässerungseigenschaften des Schlammes bei dem erfindungsgemässen Verfahren und der bisher bekannten Verfahren dar; und

Fig. 3 stellt eine graphische Darstellung des Verhältnisses von Zeit und Temperatur zur Löslichmachung des biologischen Sauerstoffbedarfs (BOD) des Schlamms bei dem erfindungsgemässen Verfahren und bei bisher bekannten Verfahren dar.

Vie in der Fig. 1 gezeigt, wird eine Mischung aus primärem und sekundärem Schlamm A mit einer Niederdruckpumpe 1 durch ein

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Mahlwerk 2 gepumpt, so daß man eine homogene Mischung erhält, die dann zu einem Tank 3 zur Lagerung bis zur Verwendung gepumpt wird. Eine zweite Niederdruckpumpe 4· pumpt einen Strom des gelagerten Schlammes zu einer Hochdruckpumpe 7» die den Druck des Schlammes auf Betriebsdruck steigert und ihn durch die innere Röhrenseite eines U-förmigen Gegenstromwärmeaustauschers 9 pumpt. Die Flußgeschwindigkeit des durch das System aufgearbeiteten Schlammes wird durch eine variierbare Ausgangspumpe gesteuert. Gewünschtenfalls wird ein nicht-kondensierbares Gas (KGG) an dieser Stelle zugegeben, um die Wärmeaustauschwirksamkeit des Wärmeaustauschers zu verbessern. Der Schlamm wird in dem Austauscher auf eine Temperatur einige wenige Grad unterhalb der gewünschten Endhitzebehandlungstemperatur erhitzt. Der erhitzte Schlamm gelangt dann stromaufwärts in den Reaktor 13» wo der Schlamm während der ausgewählten Behandlungszeit auf der Endbehandlungstemperatur gehalten wird, wobei diese Zeit durch die Schlammpumpgeschwindigkeit bestimmt wird. Der Schlamm wird zur Endbehandlungstemperatur erhitzt durch Einführen der notwendigen Dampfmenge in den Reaktor aus dem Dampferzeuger 21.

Der hitzebehandelte Schlamm C fließt über die ■Überflußausgangsleitung 15 aus dem Reaktor aus, die unterhalb des oberen Endes des Reaktors 13 angebracht ist, wodurch sich eine Kammer 16 ergibt, in denen sich Gase ansammeln und als Mischung mit dem erhitzten Schlamm aus der Steigleitung 15 ausfließen. Gewünschtenfalls kann der Reaktor umfahren werden, so daß nur ein Teil des Schlamms durch den Reaktor fließt, indem man das Ventil 1? teilweise schließt und das Ventil 19 teilweise öffnet. Der erhitzte Schlamm wird dann durch die Mantelseite des U-förmigen Röhrenwärmeaustauschers 9 und dann über ein Ventil 45 zu einem Abscheider 22 geleitet, der die Gasphase von der Flüssigkeitsphase trennt. Die Gasphase wird über eine Druckkontrollventil 23 abgelassen, der ihren Druck auf atmosphärischen Druck reduziert. Ein chemisches Mittel, z.B. Kalk, Alaun, Eisen(III)-chlorid oder andere Mittel können am Eingang des Verdickungstanks zugegeben werden, um die Eigenschaften des hitzebehandelten Schlammes weiter zu verbessern.

Der abgekühlte Schlamm wird aus dem Abscheider 22, dessen Flüs-

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sigkeitsspiegel durch ein Flüissigkeitskontrollventil 24 reguliert wird, zu einem Verdickungstank 25 geleitet, in dem sich die unlöslichen Feststoffe absetzen können. Der verdickte Schlamm wird dann in einem Entwässerungssystem 27,normalerweise ein Vakuumfiltrationssystem,entwässert. Die überstehende Flüssigkeit E aus dem Verdickungstank 25 wird um das Entwässerungssystem 27 herumgeleitet, wodurch dessen Kapazität gesteigert wird. Die entwässerten Feststoffe F aus dem hitzebehandelten verdickten Schlamm D werden zu einem FeststoffVernichtungssystem 29» z.B. einer Verbrennungsvorrichtung, überführt. Der ungebundene flüssige Anteil des verdickten Schlamms D, d.h. die überstehende Flüssigkeit E aus dem Verdickungstank und die abgetrennte Flüssigkeit G aus dem Entwässerungssystem, wird zu einem zeitweiligen Lagerungstank 31 gepumpt. Ein geringer Luftstrom kann durch den Tank geleitet werden, um die Anhäufung unangenehmer Gerüche und/oder die Entwicklung anerober Bedingungen darin, zu vermeiden, wobei die Abluft in die Belüfter des aeroben biologischen Bshandlungssystems 33 geleitet wird.

Das gesamte Material oder ein Teil der Abströme E und G mit hohem biologischen Sauerstoffbedarf aus dem hitzebehandelten Schlamm wird dann einem hochbelastbaren aeroben biologischen Behandlungssystem 33 zugeführt, das von dem üblichen aktivierten Schlammsystem 35 getrennt ist und der Abstrom (oder der Abstrom und die Schlammfeststoffe)von der hochbelastbaren biologischen Behandlung 33» der nunmehr in löslichem biologischem Sauerstoffbedarf üblichen Abwasser vergleichbar ist, wird dann in die Eingangsseite eines üblichen aktivierten-Schlammsystems eingegeben. Jeder Teil des Abstroms aus dem Lagertank 31» der nicht einer getrennten biologischen Behandlung unterworfen wird, wird während Perioden, bei denen der biologische Sauerstoffbedarf des Abwassers, das zu dem System zugeführt wird, unter dem durchschnittlichen Niveau liegt, zu dem aktivierten-Schlammsystem 35 gegeben, wodurch eine konstantere Schlammbildungsge-Bchwindigkeit aufrechterhalten werden kann.

Da Abwasserschlamm dazu neigt, Wärmeaustauscher zu korrodieren, wird das System mit einem Lösungsmittelwaschsystem versehen, das verwendet werden kann, ohne daß das Verfahren gestoppt werden

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muß. In periodischen Intervallen wird ein Lösungsmittel für das Material, das die WärmeaustauscherOberflächen korrodiert, z.B. ein Ätzmittel und/oder Detergens, das in dem Lösungsmittel lagertank 37 gelagert wird, verwendet, um die Wärmeaustauscher zu reinigen. Um dieses zu tun, werden die Ventile 5» 11» 17 und geschlossen, wodurch der Zufluß des Schlammes zu dem System gestoppt wird und die Ventile 41, 47 und 19 werden geöffnet, wodurch das Lösungsmittel in das System eingebracht wird. Das Lösungsmittel fließt durch die innere Röhrenleitung des Wärmeaustauschers 9 durch das Ventil 19 über die Mantelseite des Wärmeaustauschers 9 und dann zurück zum Lagertank 37 oder durch das Ventil 43, durch das es in das Abwasserbehandlungssystem abgegeben werden kann. Gewünschtenfalls kann in einer alternativen Anordnung (die nicht gezeigt ist) der Abscheider umfahren werden und die gesamte Schlammgasmischung über das Kontrollventil 24 zu dem Verdünnungstank 25 geleitet werden, aus dem das Gas mit Hilfe eines Bieselturmes abgeleitet wird.

Wie in der J?ig. 2 gezeigt, ist die Zeit, während der der Schlamm erhitzt wird, umgekehrt proportional zu der gewählten Temperatur. Z.B. sollte, wenn der Schlamm auf 210°C erhitzt wird, er für etwa 30 Sekunden auf dieser Temperatur gehalten werden, um entsprechend verbesserte Entwässerungeeigenschaften sicherzustellen, jedoch nicht langer als etwa 180 Sekunden, .ja übermässige Farbentwicklung der überstehenden Flüssigkeit zu vermeiden. Je höher die Temperatur ist, auf die der Schlamm erhitzt wird, umso enger wird der Bereich zwischen der minimalen und der maximalen Heizzeit, bis aus praktischen Gründen man nicht mehr in diesem Bereich bleiben kann, wenn der Schlamm auf eine Temperatur oberhalb 23O°C erhitzt wird. Unterhalb 190⁰C ist die Zeit, die benötigt wird, um die Entwässerungseigenschaften in zufriedenstellender Vfeise zu verbessern, derart lang, daß übermässige Farbwerte in der überstehenden Flüssigkeit nicht vermieden werden können. Eine Erhitzungstemperatur von 200 bis 225°C während einer Zeitdauer zwischen 180 Sekunden und 15 Sekunden ist bevorzugt.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden die Entwässerungseigenschaften von gemischtem primären und aktivierten Ab-

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fallschlamm als zufriedenstellend verbessert betrachtet, wenn dessen Vakuumfiltrationsgeschwindigkeit (Standardbedingungen) mindestens 48,8 kg trockene Feststoffe/m²/Std. (10 lbs. dry solids/ft /hr.) beträgt. Ähnlich werden die Entwässerungseigenschaften von digeriertem und aktiviertem Schlamm als zufriedenstellend verbessert betrachtet, wenn die Filtriergeschwindigkei-

ten mindestens 14,6 kg trockene Feststoffe/m /Std. (3 lbs. dry

solids/ft /hr.) betragen. Die Farbe der überstehenden Flüssigkeit wird als zufriedenstellend bezeichnet, wenn sie unterhalb etwa 3000 APHA-Farbeinheiten liegt.

Die Fig. 3 zeigt das Verhältnis der Löslichmachung des biologischen Sauerstoffbedarfs zur Zeit und zur Temperatur der Hitzebehandlung. Wie durch den schraffierten Bereich gezeigt, führen übliche Hitzebehandlungen zu einem biologischen Sauerstoffbedarf in 5 Tagen der überstehenden Flüssigkeit von größer als 6g/Liter, wenn eine zufriedenstellende Verbesserung der Filtrierbarkeit erzielt wird, überraschenderweise beträgt gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren der biologische Sauerstoffbedarf in 5 Tagen der überstehenden Flüssigkeit lediglich etwa 2 bis 6 g/Liter, was eine sehr deutliche Verbesserung darstellt, da die überstehende Flüssigkeit des hitzebehandelten Schlammes die biologische Sauerstoffbedarfbelastung des aktivierten Schlammsystems um bis zu 20 % steigern kann.

Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Zeiten sind diejenigen Zeiten, bei denen der Schlamm in dem Reaktor bei etwa der in den Zeichnungen angegebenen Temperatur gehalten wird. Diese Zeit wird bestimmt durch dividieren des Volumens des Reaktors durch die Flußgeschwindigkeit des Schlammstromes, der durch den Reaktor geleitet wird. Nicht eingeschlossen ist die Zeit, während der der unbehandelte Schlamm in dem Wärmeaustauscher erhitzt wird und die Zeit, die benötigt wird, um den hitzebehandelten Schlamm in dem Wärmeaustauscher abzukühlen. Je geringer das Volumen des Reaktors realtiv zu dem Volumen des Wärmeaustauschers ist, umso signifikanter ist diese Zeit. Im allgemeinen tritt jedoch kein signifikanter Anstieg in der Farbe der überstehenden Flüssigkeit ein, nachdem der Schlamm von dem Reaktor zu dem Wärmeaustauscher geleitet wird.

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Die Feststoffkonzentration des Schlamms ist nicht kritisch, jedoch sind Konzentrationen zwischen 2 und 8 % bevorzugt. Die Schlammgeschwindigkeit durch die Wärmeaustauscher liegt vorzugsweise zwischen etwa 91,5 und 213>5 cm/Sek. (3 "bzw. 7 feet per second). Die Schlammgeschwindigkeit durch den Reaktor liegt vorzugsweise zwischen 152,5 "bis 305 cm/Min. (5 und 10 feet per minute). Die Reaktortemperatur wird zwischen etwa 185 und 23O⁰C, vorzugsweise zwischen 190 und 210⁰C, gehalten. Die Verweilzeit im Reaktor wird zwischen 180 und 240 Sekunden bei 19O⁰C und zwischen 30 und 180 Sekunden bei 210°C gehalten. Die am meisten bevorzugte Reaktortemperatur beträgt etwa 205⁰C und der Schlamm wird vorzugsweise mindestens 30 Sekunden, jedoch weniger als 240 Sekunden bei dieser Temperatur gehalten.

Da ihre Anwesenheit den Wärmeübertragungskoeffizienten deutlich verbessert und das Verstopfen der Wärmeaustauscher vermindert und den Geruch des hitzebehandelten Schlammes verbessert, wird eine geringe Menge Luft, z.B. etwa 0,935 x* 10"** bis 9*35 x 10""^ nr/Liter Schlamm, vorteilhafterweise mit dem unerhitzten . Schlamm, vor dem Eintreten in den Wärmeaustauscher vermischt. Wenn lediglich eine Geruchsverbesserung gewünscht ist, kann die Luft in den Reaktor eingeführt werden. Obwohl der Geruch verbessert wird, ist dies nicht eine Folge einer Verringerung des chemischen Sauerstoffbedarfs, da dieses Volumen zu klein ist, um den chemischen Sauerstoffbedarf des Schlammes in merkbarer Weise zu beeinflußen, d.h. der chemische Sauerstoffbedarf wird im Höchstfall lediglich um etwa 1 bis 3 % verringert. Wenn lediglich eine höhere Wärmeaustauschwirksamkeit gewünscht ist, kann anstelle von Luft ein anderes Gas, z.B. COp, Np oder eine Mischung dieser beiden Gase verwendet werden.

Bei der Durchführung des Verfahrens müssen etwa 53 "bis etwa 79 Btu-Einheiten pro Liter zu behandelnden Schlammes (200 bis etwa 300 Btu pro Gallone) zugeführt werden, um die ausgewählte Reaktortemperatur aufrechtzuerhalten. Diese zusätzliche Wärme kann zugeführt werden durch Dampf, der direkt in den Reaktor eingeführt wird. Die zusätzliche Wärme kann auch geliefert werden durch indirekten Wärmeaustausch mit anderen heißen Fluiden, die in einem getrennten Erhitzer erhitzt werden.

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Wie oben beschrieben, kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Drainierungsflüssigkeit aus dem hitzebehandelten Schlamm in einem Tank gehalten werden, zu dem zur Belüftung der Flüssigkeit Luft zugeführt wird. Die Inokkulierung der belüfteten Flüssigkeit mit aktiviertem Schlamm oder mit einem besonderen schlammbildenden Organismus, der einen leicht absetzbaren Schlamm liefert, führt zu einem hochbelastbaren biologischen Behandlungsßystem, das schnell den biologischen Sauerstoffbedarf der Flüssigkeit auf normale Abwasserbereiche oder darunter reduzieren kann. Z.B. kann bei dem biologischen Sauerstoffbedarf von 4- kg BOD pro Tag pro kg Schlamm (MLVSS) oder weniger eine 90 bis 95 9^-ige Verringerung des biologischen Sauerstoffbedarfes erzielt werden, d.h. von 3 g pro Liter auf 0,3 g pro Liter oder ™ darunter. Ein derartiges System kann nach einem Auffüll- und Abziehprinzip betrieben werden, bei dem die Flüssigkeit die in Anwesenheit der ächlammbildenden Organismen erhalten wird, belüftet wird, jedoch ohne Überlauf und einmal am Tag lässt KCJi absitzen. Die behandelte überstehende Flüssigkeit wird in das aktivierte Schlammsystem dekantiert, vorzugsweise wenn der biologische Sauerstoffbedarf des Abwasserzustroms am geringsten ist. Ein Teil der angesammelten Feststoffe wird abgezogen, und mit anderen Schlammfeststoffen zur Hitzebehandlung vermischt.

Das hochbelastbare biologische Behandlungssystem kann auch auf kontinuierlicher Flußbasis betrieben werden, wobei die mittlere ) Verweilzeit ausreicht, um die überfließende Flüssigkeit auf einem annehmbar geringen Wert zu halten. Luft wird mit einem Durchsatz^u dem System zugeführt, um diese Reduktion zu erzielen. Das überfliessende Material wird dann zu dem Zustromteil des aktivierten Schlammsystems zugeführt.

Beispiel 1

Das folgende Beispiel betrifft ein Schlammhitzebehandlungs-' system, das das erfindungsgemässe Verfahren verwendet.

Eine Mischung von primärem Schlamm und verdicktem aktivierten Schlamm, die 22 g/Liter unlösliche Feststoffe enthält, wird mit einem Durchsatz von 11,35 Liter/Minute (3 Gallonen pro Minute)

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durch einen Wärme austauscher und einen Reaktor, wie in der Fig. 1 gezeigt, mit Kapazitäten von 9,53 Liter (2,5 Gallonen) (Röhrenseite) bzw. 6,8 Liter (1,8 Gallonen) mit einem Druck von 22,1 atü (315 psi) (gauge) gepumpt. Genügend Dampf wurde in den Reaktor eingeführt, um ihn auf einer Temperatur von 210⁰O zu halten und um die notwendigen 80° At für den Wärmeaustauscher zu liefern. Die Geschwindigkeit des Schi amines in den Röhren des Wärmeaustauschers betrug 1,07 m/Sek. (3,5 ft/sec.) und 4,88 m/Min. (16 ft/min.) im Reaktor, wodurch sich eine Verweilzeit im Reaktor von 30 Sekunden ergab. Der abgekühlte Schlamm hatte eine Vakuumfiltrationsgeschwindigkeit von 73»3 kg trockener Feststoffe pro m pro Stunde (15 lbs. dry solids/ft /hr.). Nur ein kleiner Anteil der unlöslichen Feststoffe löste sich dabei. Die überstehende Flüssigkeit hatte einen APHA-Farbwert von 1200 und einen biologischen Sauerstoffbedarf von 2,2 g/Liter. Ein üblicherweise erhitzter Schlamm hatte eine vergleichbare Filtriergeschwindigkeit. Jedoch betragen die Werte für den biologischen Sauerstoffbedarf und die APHA-Farbwerte der überstehenden Flüssigkeiten 5 bis 6 g/Liter bzw. 3000 bis 4000.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wurden vergleichbare Bedingungen beibehalten. Eine Mischung von primären und sekundärem Schlamm, die 40 g/Liter unlösliche Feststoffe enthielt, wurde mit einem Durchsatz von 227 Liter/Minute (60 gal./Min.) durch einen Wärmeaustauscher mit einer Kapazität von 189 Liter (50 Gallonen) (Röhrenseite) und 113,5 Liter (30 Gallonen) (Mantelseite) mit einem Druck von 31,6 kg/cm (450 psi) mit einer Geschwindigkeit von 1,83 m/Sek. (6 ft/sek.) bzw. 3,05 m/Sek. (10 ft/sek.) gepumpt und dann durch einen Reaktor, der mit Dampf beschickt wurde, mit einem Durchsatz, so daß die Reaktortemperatur auf 210⁰G gehalten wurde, und derart, daß sich ein Δι im Wärmeaustauscher von 18°C ergab, wobei der Reaktor eine Kapazität aufwies, die eine Verweilzeil? bei dieser Temperatur von 30 Sekunden ergab und dann wurde der Schlamm durch die Mantelseite des Wärmeaustauschers geleitet und man erhielt einen Schlamm mit einer Vakuumfiltriergeschwindigkeit von 73,3 kg trockene Feststoffe/m /Std. (15 lbs. dry solids/ft /hr.), wobei der biologische Sauerstoffbedarf der

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überstehenden Flüssigkeit 4,0 g/Liter und der APHA-Farbwert dieser Flüssigkeit 2000 betrug. Ein Schlamm, der in üblicher Weise hitzebehandelt wurde, hat einen biologischen Sauerstoffbedarf von 7 g/Liter und einen APHA-Farbwert von 4000.

Beispiel 3

In einem sonst ähnlichen Ansatz, wie in Beispiel 1, mit einem Schlammfluß von 568 Liter/Stunde (150 Gallonen pro Stunde) wurden 9,35 χ 10"^ m^ Luft/Liter Schlamm (1,25 standard cubic feet of air per gallon of sludge) mit dem Schlamm vermischt, bevor er in den Wärmeaustauscher eintrat. Diese Luftmenge reicht nicht

P aus, um den biologischen Sauerstoffbedarf des Schlammes durch nasse Luftoxydation beträchtlich zu ändern, d.h. sie reduziert ihn lediglich um ungefähr 1 bis 4 %. Der Schlamm hatte eine Massegeschwindigkeit von 41,5 cm/Sek. (1,36 feet per second) beim Eöhreneinlaßende und 54,6 cm/Sek. (1,79 feet per second) am Ausl^ßende der Röhre, verglichen mit 28,4 (O,93)bzw. 30,8 (1,01) in Abwesenheit der Luft. Der durchschnittliche Wärmeübertragungskoeffizient in Abwesenheit von Luft betrug 70 und 108,5 in Anwesenheit von Luft, was eine Steigerung von 55 % ergibt. Selbst bei 400 g/Stunde steigerte sich der Wärmeübertragungskoeffizient von 106,5 auf 142,5» was einen 34 %-igen Anstieg bedeutet. Der Geruch des hitzebehandelten Schlammes war wesentlich besser

fe als der des Schlammes, der in gleicher Weise in Abwesenheit von Luft erhitzt worden war.

In manchen Fällen, insbesondere bei schweren Schlämmen, kann in den Wärmeaustauschern ein Absitzen eintreten, was zu Blockierungsproblemen führt. Die Zugabe von Luft verbessert das Vermischen in den Wärmeaustauschern und verhindert dieses Absitzen, überraschenderweise wurde gefunden, daß der Anstieg an Hitzeverlusten in den Wärmeaustauschern durch den Zusatz der.Luft vernachlässigbar klein ist.

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Claims

Patentansprüche s a ss rs ss s = S=: rss ss s ss s= sss = s es 3 s as =

1./ Verfahren zur Verminderung der Farbbildung und der Löslichmachung des "biologischen Sauerstoffbedarfs bei der Hitzebehandlung von Abwasserschlamm zur Verbesserung seiner Entwässerungseigenschaften durch Erhitzen dieses Schlammes, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schlamm während bis zu 240 Sekunden auf eine Temperatur zwischen etwa 190 bis etwa 230⁰C schnell erhitzt, wobei die Erhitzungsdauer umgekehrt proportional zur gewählten Temperatur ist und gerade genügt, die Filterfähigkeit des Schlammes auf mindestens 48,8 kg/m²/Std. (10 Ibs/ft²/hour) im Pail von Primärschlamm und auf 14,6 kg/m²/Std. (3 lbs/ft²/ hour) im Fall von aktivierten digerierten Schlämmen zu steigern und man den Schlamm abkühlt, bevor zu hohe Farbwerte sich in der überstehenden Flüssigkeit entwickeln.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm auf eine Temperatur zwischen 200 und 225°C für eine Zeitdauer zwischen etwa 180 Sekunden und 15 Sekunden erhitzt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm auf etwa 210⁰C während etwa 30 Sekunden erhitzt wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird, und daß ein Strom des Schlammes unter Druck von einer Temperatur unterhalb 100⁰C auf eine Temperatur oberhalb 150⁰C durch indirekten Gegenstromwarmeaustausch mit einem kontinuierlichen Strom des erhitzten Schlammes vorerhitzt wird, der Schlamm daraufhin sofort auf eine Temperatur zwischen etwa 190⁰C und etwa 230⁰C erhitzt wird, und der erhitzte Schlamm sofort anschließend schnell auf eine Temperatur unterhalb 100⁰C gekühlt wird durch indirekten Gegenstromwarmeaustausch mit einem Strom von nicht-erhitztem Schlamm, der vorerhitzt wird.

5· Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

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daß der hitzebehandelte Schlamm gelagert wird und periodisch · der Anteil der!überstehenden Flüssigkeit des gelagerten Schlamms zum Eingang eines sekundären biologischen Abwasserbehandlungssystems geleitet wird während einer Periode des Tages, an dem die Belastung nicht groß ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre biologische Abwasserbehandlungssystem ein aktiviertes Schlammsystem ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftstrom während der Lagerzeit durch den hitzebehandelten Schlamm und dann durch das Belüftungssystem des aktivier-

™ ten Schlammsystems geleitet wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4- bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm in einer verlängerten Hitzebehandlungszone hitzebehandelt wird,durch die der Schlamm vertikal aufwärts geleitet wird zu einem Ausgang, der unterhalb eines gasgefüllten Bereiches liegt, der als Flüssigkeitsspiegelregulator und als Druckstoßkontrolle dient.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hitze-zu-behandelnde Schlamm in Form einer Mischung mit einem nicht kondensierbaren Gas, z.B. Luft,

P in einer Menge von 0,935 x 10""* bis 9,35 x 10""* τΡ des Gases pro Liter Schlamm vorerhitzt wird, was die Wirksamkeit des Wärmeaustausches vom hitzebehandelten Schlamm zum unerhitzten Schlamm wesentlich steigert.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwasserschlamm eine Mischung aus primärem und aktiviertem Schlamm ist.

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