DE2100521A1 - Verfahren zum Steuern der Temperatur in einer biologischen Abbauanlage, ins besondere in einer Abwasserklaranlage sowie Einrichtung zur Ausfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

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H,P. Hefermehl S.A., 58, avenue Gfeneral-Gttisan, 1800 Vevey (Schweiz)

Verfahren zum Steuern der Temperatur in ·

einer biologischen Abbauanlage, insbesondere in einer Abwasserkläranlage sowie Einrichtung zur Ausführung des Ver- . :

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Die vorliegende srfindung betrifft ein Verfahren zum steuern der Temperatur in einer biologischen Abbauanlage, insbesondere in einer Abwasserkläranlage, sowie eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens. ^;

Srfahrensge^näß wird der Abbau organischer Stoffe durch Bakterienkulturen in biologischen Abbauanlagen, beispielsweise im biologischen Teil mechanisch-biologischer Kläranlagen, stark beeinträchtigt, wenn die in den Belüftungs- und Klär- M becken herrschende Temperatur unter eine Grenze von z. B, 10° C sinkt. Dieses Absinken der Temperatur erfolgt namentlich unter dem Einfluß einer tiefen Außentemperatur.

in der Abwasserbiologie hat man es vorzugsweise u.a. mit den Hauptkeimen von Clostridienarten und Bact.coli zu tun. Vergleicht man deren biologische Stoffwechselaktivitäten auf ent-

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sprechenden Nährböden, so stellt man fest, daß unterhalb +1O⁰C nur ein außerordentlich dünner Wuchs innerhalb 8-12 Tagen stattfindet, der bei etwa 0 C völlig ausbleibt. Bei +2O⁰C erzielt man innerhalb von 8 Tagen einen sehr starken Bewuchs der liährböden, während dies bei + 37°C bereits innerhalb von 2-3 Stuiien erreicht wird. Das heißt, daß die biologische Stoffvechselaktivität bei einem Temperatursprung von +20 auf +37°P um etwa das 100-fache gesteigert wird. Bei einen Temperatursprung von +10⁰C auf +37°C wird die vorstehend beschriebene Steigerung nochmals um ein Vielfaches erhöht. Selbstverständlich ist die Temperaturführung in der Abwasserbiologie nicht bei +37 C limitiert, sondern es gibt Kulturen, die bei Temperaturen bis zu +50⁰C eine hohe Stoffwechselaktivität entfalten.

Bei dem bis heute gebauten Abbauanlagen handelt es sich durchwegs um solche, die eine hohe Durchsatzkapazität besitzen. 3s sind dies vorzugsweise kommunale oder industrielle Abbauanlagen, Bei solch großen Anlagen wirft die Wärmeführung bzw. 7ärmehaltung im biologischen Teil nicht die Probleme auf wie in kleineren Anlagen dieser Art. Bedingt durch die erheblich größeren anfallenden Abwassermengen reicht bei großen Anlagen die durch die biologische Stoffwechseltätigkeit entwickelte Wärme aus, um die Temperatur im biologischen Teil der Anlage nicht unter den Wert von ca. +20⁰C absinken zu lassen. Anders sind die Verhältnisse in sogenannten Abwasserkläranlagen von kleiner bis mittlerer Größe, die noch dazu für spezielle Kin-

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satsswecke entwickelt wurden, wie z.B. für Schweine- und 'cinderaiastbetriebe, Bauernhöfe und dergleichen. Bei diesen Anlagengröiäen reicht die Wärmeentwicklung der biologischen ■jtcffwechseltätigkeit nicht aus, um den Schwellenwert von +10 C» insbesondere in der kühleren und kälteren Jahreszeit, zu halten. Da der biologische Teil noch zusätzlich mit Luft, Sauerstoff oder dgl. belüftet wird, wird ihm zusätzlich Wärmeenergie ent- . zogen, selbst wenn die Luft oder der Sauerstoff eine Temperatur von +20⁰C aufweist. Hinzu kommt, daß bei einem kleineren biolo- g» gisehen Klärbecken die Abärahlungsflachen· für Wärmeenergie im Verhältnis zu denjenigen bei Großanlagen relativ sehr groß sind, was zu einer weiteren ungünstigen Beeinflussung der Wärmebilanz führt.

Es warde nun gefunden, daß die biologische Stoffwechselaktivität dadurch wesentlich cefördert und gesteigert wird, daß im biologischen Teil einer Abwasserkläranlage eine für die vorhandene bzw. aufzubauende Mikroorganisnenkultur optimale Temperatur geschaffen wird. ?, "':■'-■%

^s würde daher naheliegen, eine biologische Kläranlage zu heizen, am ein unerwünschtes absinken der Temperatur zu vermeiden; dies ist jedoch in der 'Regel aus wirtschaftlichen Gründen nicht zweckmäßig, so daia man sich darauf beschränken muß, den biologischen Teil einer Abbauanlage so groß zu bemessen, daß auch bei temperaturbedingter reduzierter Tätigkeit der Bakterien noch ein genügender ^eixiigmigsef fekt eneicht wird. Diese Überdimensionienjig

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der Anlage ist jedoch mit erhöhten Investitions- und Betriebskosten verbunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Temperatur in einer biologischen Abbauanlage in wirtschaftlich tragbarer Weise auf einem für die Tätigkeit der Bakterien günstigen Wert zu halten.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß man dieser Abbauanla^ heißes Gas und/oder heißen Dampf zuführt, um die dort herrschende Temperatur auf einem für die Bakterienkulturen idealen Wert zuhalten.

In vielen Fällen wird es möglich sein, durch eine Temperatursteuerungden Wirkungsgrad einer biologischen Kläranlage derart zu verbessern, daß diese Anlage bedeutend kleiner bemessen werden kann, als dies unter normalen Umständen der Fall wäre.

Die Erfindung wird anschließend beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert.

Diese zeigt ein Schema einer biologischen Abbauanlage zum kontinuierlichen Reinigen landwirtschaftlicher Abwasser.

Die zu klärenden Abwässer in Form von Spülwasser mit Kot, Harn, Futterresten, häuslichen und Siloabwässern und dergleichen werden in einer Sammelgrube 1 aufgefangen, welche vorzugsweise

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so bemessen ist, dax3 sie mindestens den Anfall von 24 Stunden an landwirtschaftlichen Abwässern aufnehmen kann. Falls in den Stallungen mit finstren gearbeitet wird und außerdem häusliches Abwasser mitverarbeitet werden soll, empfiehlt es sich, dieser Sammelgrube einen Desintegrator vorzuschalten (nicht dargestellt),

3· in !uhrwerk 2 verhindert ein Absetzen der schweren Feststoffe in der Sammelgrube.

Durch eine volumetrische Pumpe 3 wird das zu klärende Abwasser der Sammelgrube 1 entnommen und auf eine Siebmaschine 4 gegeben. Diese Maschine 4 scheidet alle suspendierten Feststoffe bis zu einer Mindestkorngröße von z.B. 50 Mikrometer aus. Am besten haben sich für diese erste mechanische Trennstufe Vibrationsoder Rüttelsiebe bewährt.

Der Tieichtiglceitsgehalt der dabei ausgeschiedenen Feststoffe

liegt zwischen 7 5 und 35 V>. M

Die noch nassen Feststoffe werden entweder auf einem Komposthaufen, gegebenenfalls mittels Förderband, abgelagert oder gemäii der F i qur-einem thermischen Trockner 18 und von dort, z.I:. mittels eines Ventilators 23 einem Abscheide-Zyklon 19 zugeführt. Die F-;rfahrung hat nämlich gezeigt, daß die mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 75 - 85 % anfallenden Feststoffe auf Ko'nposthaufen ohne Schwierigkeit kompostiert: oder in geeigneten thermischen Trocknern mit verhältnismäßig geringem

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Aufwand auf eine ^estfeuchte von -3 - 15 '■'* getrocknet werden können. Die dabei zu verdampfenden ^r7asser.mengen betragen n.ir einen Bruchteil derjenigen, welche bei einem .'-)tίΙvrocxii.i.'igsverfahren verdampft werden .nußten und sind daher wirtschaftlich tragbar.

Durch eine solche, thermische Trocknung erreicht nan eine praktisch unbeschränkte Lagerfähigkeit der wertvollen Jüngestoffe und eine wesentliche Herabsetzung der Abtr-in^-ortkosten nach einer Trockendüngerfabrik zwecks 7er nischunc; .nit anderen Naturdüngern oder mit Kunstdüngern.

Zur allfälligen weiteren Klärung der aus der Siebmaschine 4 beispielsweise mit Hilfe einer Pumpe 7 abgeführten flüssigen Phase werden ihr in der Reaktionsstrecke 5 sukzessive chemische Produkte kontinuierlich mit Hilfe von Dosierpampen 17 beigegeben, mit dem Zweck, den pH-7ert der flüssigen Phase z\\ regulieren und gleichzeitig die suspendierten, kolloiden und gelösten Stoffe, welche das Abwasser organisch belasten, zi flocken und auszufällen. Es ist ;-ber auch möglich, die p i-Regelung, sofern überhaupt nötig, vor dem oder im ersten Flotationsbecken 6 bzw. vor der oder in der Siebmaschine ^ vorzunehmen.

Diese Ausfällung der nach der Vorklärung noch enthaltenen suspendierten Feinstoffe sowie der kolloiden und gelösten Stoffe erfolgt erfahrungsgemäß am besten im sauern oder

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neutralen Bereich, d.h. bei einem pH-Wert von 4,5 bis 7»O unter Verwendung von geeigneten Flockungs- und Fällungsmitteln.

Als Flockungsmittel eignen sich besondere hochpolymere Verbindungen wie namentlich homo- und/oder copolymere Polyacrylsäuren als ionogene Polyelektolyte und nicht ionogene, anionische und kationische Polymere. Zu dieser Gruppe zählen beispielsweise Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyacryl amide, Polyäthylenoxyde, Polymine und Mischpolymerisate aus Vinyl- ™ acetat oder Styrol mit Maleinsäureanhydrid. Als Fällungsmittel werden mit Vorteil Salze

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mehrwertiger Metalle verwendet, deren Wirkung überraschenderweise durch die geeignete Steuerung des pH-Wertes der mechanisch vorgereinigten Jauche wesentlich erhöht werden kann. Die günstigsten Resultate wurden mit einer pH-Wertregulierung unter gleichzeitiger Ausfällung mit einem Salz/Säuregemisch, namentlich Aluminiumsulfat und Schwefelsäure erzielt. Im vorliegenden Fall war nicht zu erwarten, dass eine Ausfällung im neutralen oder sauren Bereich erfolgreich durchzuführen ist, weil in diesem Medium die Proteine mit fallendem pK-Wert stärker werdende Kontraktionseigenschaften aufweisen, die beim isoelektrischen Punkt der Proteine am grössten sind. Durch den Zusatz eines Salz-Säuregemisches, insbesondere Aluminiumsulfat und Schwefelsäure, als Fällungs- und pH-Regulierungsgemisch, wird die leichte Basitat des Aluminiumsulfats völlig zurückgedrängt und das Adsorptions- und Brückenbildungsvermögen zwischen zwei Teilchen wesentlich erhöht. Dadurch wird ebenfalls der Einfluss des Flockungsmittels, insbesondere von ionogenen Polyelektrolyten begünstigt.

Die Vorratslösungen dieser Produkte werden in Behältern 15 mittelst Rührwerken 16 periodisch angesatzt, beispielsweise einmal wöchentlich.

Durch die Ausfällung der suspendierten, kolloiden und gelösten Stoffe erfolgt eine deutlich sichtbare Bildung von Flocken, welche in einem Flotationsbecken 6 abgetrennt werden. Die Flotation

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der Flocken wird durch Belüftung oder Erzeugung eines elektrischen Feldes wesentlich gefördert. Durch diesen Vorgang erhält man ein klares Filtrat, dessen BSBj--Belastung noch bei etwa l'OOO mg/1 liegt. Es ist leicht gelbbraun gefärbt und weist noch eine gewisse Geruchsbelastung auf.

In vielen Fällen wird das so gereinigte Abwasser entweder einer konventionellen Abwasserreinigungsanlage zugeleitet oder verregnet. Dabei ist festzuhalten, dass konventionelle Anlagen einen biologischen Teil 20 aufweisen. Normalerweise wird jedoch die Klärung direkt in der beschriebenen Anlage in einen besonderen ' biologischen Teil 20 weitergetrieben, damit das gereinigte Abwasser entsprechend den Richtlinien des Eidg. Departementes des Innern vom 1.9«66 in einen Vorfluter geleitet werden kann. Vorzugsweise kann der biologische Teil 20 in ein Belüftungs- und ein Absetzbecken unterteilt sein.

Die periodisch und kontinuierlich abgeschöpften Flocken können der Siebmaschine 4 wieder zugeführt oder direkt in den Trockner 18 gefördert werden. .

Das aus dem Trockner 18 austretende Heissluft/Dampfgemisch wird mittels des Ventilators 23 über den Abscheidezyklon 19 der biologischen Reinigungsanlage 20 zugeführt, wo das Gemisch unter gleichzeitiger Kondensierung des im Gemisch enthaltenen Wasserdampf es abgekühlt wird.

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Gleichzeitig werden allfällige im Zyklon 19 nicht abgeschiedene Staubteile in der biologischen Anlage 20 ausgewaschen. Durch das Einführen des Heissluft/Dampfgemisches bzw. das Kondensieren des Wasserdampfes geht Wärme im Berührungsaustausch in das in der biologischen Anlage vorhandene Gemisch von zu reinigendem Wasser und Klärschlamm über und erwärmt dieses entsprechend,z.B. auf 30 C, um das Wachstum der Bakterien optimal zu gestalten. Als zusätzliche Wirkung tritt eine Desodorisierung des Heissluft/ Dampfgemisches ein, so dass die aus der biologischen Anlage austretenden abgekühlten und nicht kondensierbaren Gase praktisch geruchlos sind. Vorzugsweise kann die Temperatur im biologischen Teil 20 durch die Temperatur des zugeführten Heissluft/Dampfgemisches mit Hilfe eines in der Zeichnung nicht dargestellten Thermostaten auf einen konstanten Wert, z.B. auf 30°C gehalten werden.

Eine hydraulische Belastung der biologischen Anlage durch den kondensierten Wasserdampf ist nicht zu befürchten, solange dieser mengenmässig in einem tragbaren Verhältnis zum Volumen der biologischen Kläranlage steht. Ausserdem ist mit einem gewissen Wasserverlust durch Oberflächenverdunstung zu rechnen.

Die Einführung des Heissluft/Dampfgemisches in die biologische Anlage kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine einfache Art hesteht darin, daae dieses Heissluft-Dampfgemisch der Ansaugluft der Gebläse beigemischt wird, welche für die Eingabe von Luft,

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bzw. Op in den biologischen Teil der Anlage verwendet werden.

Wenn das Einblasen des Heissluft/Dampfgemisches durch ein Gebläse nicht möglich ist, z.B. wegen Verstopfungsgefahr der Einblasdüsen, so kann dieses gesondert, z.B. mittels eines Injektors 22 in den biologischen Teil eingeführt werden, wobei als Treibflüssigkeit nicht frisches Wasser, sondern z.B. mit Hilfe einer weiteren Pumpe 8 das dem biologischen Teil 20 zur Reinigung zugeführte Abwasser verwendet werden kann.

Es empfiehlt sich, den Klarlauf in einem Auffangbecken Ik zu speichern, wodurch die Möglichkeit soschaffen wird₃ die Güte des Klarlaufes kontinuierlich zu prüfen und zumindest einen Teil mittels einer Förderpumpe 2k für die Reinigung der Ställe wieder zu verwenden. Der Ueberlauf dieses Auffangbeckens 14 wird dem Vorfluter zugeleitet.

Die biologische Stoffwechselaktivität wird dadurch gesteigert, dass der biologische Anlageteil vor oder während der Einfahr- M Periode gezielt mit Kulturen von Mikroorganismen beimpft wird, insbesondere solchen, die einerseits bei einem niederen Temperaturschwellenwert eine höhere Stoffwechseltätigkeit entfalten und andererseits bei jeder Temperaturstufe schneller die erforderliche Mindestkeimzahl für eine normale oder erhöhte Stoff-Wechseltätigkeit liefern.

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Die hierfür erforderlichen Mikroorganismen lassen sich in spezifischen Rein- und/oder Mischkulturen so zusammenstellen, dass sie insbesondere für die im Abwasser biologisch abzubauenden Stoffe geeignet sind.

Im biologischen Teil der Anlage können optimale Verhältnisse nur dann geschaffen werden, wenn ausser den optimalen Temperaturbedingungen für das Wachstum der mikrobiologischen Kulturen auch eine von Zeit zu Zeit sich wiederholende, gegebenenfalls kontinuierliche Impfung mit frischen Stämmen von Kleinlebewesen stattfindet. Auf diese Weise ist es möglich, die bisher oft monatelange Einlaufzeit einer Anlage auf Tage, gegebenenfalls sogar Stunden, zu verkürzen, was reinigungstechnisch und wirtschaftlich eine sehr wesentliche Verbesserung darstellt. Dort wo Päulnisgase, insbesondere Methangase, anfallen, und, wie z.B. in Faultürmen, aufgefangen werden, können diese zur Beheizung des biologischen Teiles Verwendung finden.

Das beschriebene Verfahren kann für biologische Abbauanlagen ganz allgemein verwendet werden, wie sich solche z.B. bei biologischer Verarbeitung von Abfall-Produkten von Lebewesen aufdrängen.

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Claims (11)

1. Patentansprüche

   ΐΛ Verfahren zum Steuern der Temperatur in einer biologischen Abbauanlage, insbesondere in einer Abwasserkläranlage, dadurch gekennzeichnet, dass man dieser Abbauanlage heisses Gas und/oder Dampf zuführt, um die dort herrschende Temperatur auf einem für die Bakterxenkulturen idealen Wert zu halten.
2. 2.) Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, " gekennzeichnet durch eine Temperatur-Mess- und Regulierausrüstung.
3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Erwärmung des in die biologische Abbauanlage eingeführten Schlammwasser-Qemisehes Abfallwärme aus einem Industriebetrieb verwendet.
4. Jj.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Belüftung der biologischen Abbauanlage ein heisses Luft/ Dampfgemisch aus einer Trocknungsanlage, z.B. derjenigen der Kläranlage, verwendet.
5. 5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man unabhängig von der in einer biologischen Kläranlage vorhandenen

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   4tt

   Belüftung zusätzlich heisse Luft oder oin Luft/Dampfgemisch in

   die biologische Abbauanlage zuführt. 2100521
6. 6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man diese separate heisse Luft oder das Dampf/Luftgemisch über einen Injektor einführt, wobei als Treibmittel das in der biologischen Anlage zu reinigende Abwasser verwendet wird.
7. 7.) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Abluft oder das Luft/Dampfgemisch aus einer Trocknungsanlage in die biologische Abbauanlage einführt, wobei es in dieser desodorisiert und entstaubt wird.
8. 8.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die biologische Abbauanlage vor und/oder während des Einfahrens der Anlage zwecks Verkürzung der Einfahrzeit erwärmt und/oder mindestens einmal mit z.B. gezüchteten Kulturen impft.
9. 9.) Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass man die biologische Abbauanlage während des Betriebes kontinuierlich oder periodisch mit Kulturen impft.
10. 10.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Beheizung mindestens teilweise durch Fäulnisgase, z.B. Methangas, insbesondere aus Paultürmen, bestreitet.

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11. 11.) Anlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens eine der folgenden Einrichtungen:

    - Zumischvorrichtung von frischer Luft zur eingeführten Warmluft oder zum eingeführten Luft/Dampfgemisch,

    - eine oder mehrere Einblasdüsen für die Verteilung der in die biologische Abbauanlage eingeführten Heissluft oder des Luft/Dampfgemisches,

    - Injektor zur Einführung des Luft/Dampfgemischen in eine biologische Abbauanlage, um das Luft/Dampfgemisch zu desodorisieren und zu entstauben und den im Luft/Dampfgemisch enthaltenen Wasserdampf zu kondensieren, J

    - Impfeinrichtung für die biologische Abbauanlags.

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