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"Verfahren zur Aufbereitung von Abwasserschlämmen aus Kläranlagen
und Vorrichtung zu dessen Durchführung" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Aufbereitung von Abwasserschlämmen aus Kläranlagen, insbesondere aus Belebtschlamm-Kläranlagen,
für die nachfolgende Entwässerung und/oder die Beseitigung der Schlämme, bei dem
nach dem Hauptpatent ... (Patentanméldung P 21 52 852.9) der Schlamm in zwei Fraktionen
(Phasen) separiert und davon eine Fraktion (Phase) in bekannter Weise stabilisiert
wird.
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Die wachsenden Anforderungen an die Reinigungsleistung von Kläranlagen
zwingen in zunehmendem Maße zum Neubau vollbiologischer Klärwerke und zur Erweiterung
mechanischer Reinigungsanlagen durch biologische Abwasserreinigungsstufen. Damit
ist zwangsläufig eine erhebliche Zunahme der zu beseitigenden Klärschlammmenge verbunden.
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Zur Beseitigung von Klärschlämmen finden nach den örtlichen Gegebenheiten
die verschiedensten Verfahren Anwendung. Soweit ausreichende Deponien oder die Verwertung
des
Schlammes im Landbau zur Verfügung stehen, ist es in der Regel ausreichend, den
Schlamm einer Stabilisierungsbehandlung zu unterwerfen, bei der wesentliche Anteile
der organischen Schlamminhaltsstoffe abgebaut und eine störende Geruchsbelästigung
bei der späteren Schlammhandhabung vermieden wird. Eine besonders weite Verbreitung
hat die Schlammstabilisierung durch Ausfaulen der Schlämme in geschlossenen, beheizten
Faulbehältern gefunden, bei der eine Methangärung unter Luftabschluß stattfindet.
Bestehende Abwasserreinigungsanlagen mit mechanischer Reinigungsstufe sind hinsichtlich
des Fassungsvermögens und damit der DurchsAzleistung ihrer Faulbehälter in der Regel
nur für die erwartete Zunahme hinsichtlich der Menge auszufaulenden Vorklärschlammes
oder günstigstenfalls für den erhöhten Schlammanfall aus einer biologischen Teilreinigung
vorgesehen und eingerichtet. Die erheblich erhöhte Schlammmenge durch Hinzunahme
eines vollbiologischen Klärwerkes kann daher von bestehenden Schlammbehandlungsanlagen
nicht verarbeitet werden. Infolge der sich ändernden örtlichen Umstände, insbesondere
in Ballungsgebieten, stehen einer Vergrößerung des Faulraumvolumens erhebliche Bedenken
dahingehend entgegen, daß in absehbarer Zeit die Unterbringung des ausgefalten Schlammes
als Dünnschlamm oder in entwässerter Form nicht mehr unbedingt gesichert werden
kann.
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Bei solchen Anlagen, in denen die Schlämme fUr ihre
nachfolgende
Entwässerung und Beseitigung, beispielsweise durch Verbrennung, hochthermisch konditioniert
werden, besteht ein Problem darin, daß die Schlammreaktoren gegen die Zufuhr grober
Schlammbestandteile empfindlich sind. -Bei einer bekannten Arbeitsweise wird der.
Schlamm etwa 1 - 2 Stunden lang unter Luftabschluß auf über 175°C erhitzt; bei einer
anderen Arbeitsweise wird der Schlamm in einer Luftatmosphäre bei Drücken um etwa
80 - 130 atü und Temperaturen um etwa 2500C oxydiert. Durch die genannte thermische
Konditionierung werden die die Entwässerung behindernden Substanzen entweder oxydiert
oder sie gehen in Lösung, so daß die Schlämme danach gut entwässerbar sind. Das
hochthermische Konditionieren stellt eine besondere Art der Stabilisierung dar und
soll daher nachstehend von diesem Begriff mitumfaßt sein.
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Dem Verfahren zur Aufbereitung von Abwasserschlämmen aus Kläranlagen
nach dem Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 21 52 852.9) liegt die Aufgabe-zugrunde,
die Schlämme mit geringem Aufwand so aufzubereiten, daß die Durchsatzleistung der
Abwasserreinigungsanlage auch bei unveränderter Kapazität ihrer Stabilisierungseinrichtung
gesteigert werden kann, und daß darüber hinaus möglichst auch noch der Stabilisierungsprozeß
des Schlammes unter verbe&serten-Bedingungen abläuft.
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Das Verfahren nach dem Hauptpatent besteht darin,
daß
der Schlamm durch Sieben von Faser- und Grobstoffen befreit, daß die Siebdurchgänge
in eine mit organischen Feststoffen und in eine mit anorganischen Feststoffen angereicherte
Fraktion (Phase) separiert werden und daß die mit organischen Feststoffen angel
reicherte Fraktion (Phase) in an sich bekannter Weise stabilisiert wird.
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Gegenüber dem Verfahren nach dem Hauptpatent besteht das Verfahren
nach der Erfindung in einer vorteilhaften weiteren Ausbildung darin, daß die Separation
des Schlammes in eine erste, überwiegend die groben Feststoffe enthaltende Fraktion
und in eine zweite, überwiegend die feinen Feststoffe enthaltende Fraktion erfolgt,
und daß die zweite Fraktion der an sich bekannten Stabilisierung unterworfen wird.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es zur aufgabengemäß
erstrebten Entlastung der Stabilisierungseinrichtung des Schlammes nicht unbedingt
erforderlich ist, dem Schlamm durch Siebung die Faserstoffe und die Grobstoffe,
die nur schwer und langwierig mineralisierbar sind, vorab zu entziehen, und den
Siebdurchgang alsdann in eine organische, leicht stabilisierbare Fraktion und in
eine anorganische, nicht stabilisierungsbedürftige Fraktion zu trennen.
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Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, daß mit zunehmender
Güte der Abwasserreinigung, das heißt, mit der zunehmenden Verwendung von bidogischen
Kläranlagen,
der Feinkornanteil im Klärschlamm ansteigt, daß diese sehr feinen Schlammfeststoffe
#berwiegend-aus organischem, der Stabilisierung besonders gut zugänglichem Material
bestehen, während die groberen Feststoffe, soweit sie organischer Natur sind, zu
lange Faulzeiten für ihre Mineralisierung brauchen. Die grobe Schlammfraktion enthält
insbesondere reichlich anorganisches Material, ebenso wie die anorganische Fraktion
nach dem Hauptpatent, wie z.B. Sand, das in der Stabilisierungs stufe nur unnötigen
Ballast darstellt und daher erfindungsgemäß der Stabilisierung nicht zugeführt wird.
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Es hat sich überraschend gezeigt, daß die erfindungsgemäße einstufige
Separation des Schlammes in eine grobe Fraktion und in eine feine Fraktion die gestellte
Aufgabe vielfach ebenso gut löst und bei weiterer Ausgestaltung noch bessere Ergebnisse
erzielen läßt, als das Verfahren nach dem Hauptpatent.
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Es ist zwar schon bekannt, Abwasserinhaltsstoffe zu klassieren, jedoch
liegt diesen bekannten Arbeitsweisen eine andere Zielsetzung als der Erfindung zu
grunde. Einer Kläranlage ist regelmäßig ein Sandfang vorgeschaltet, in dem sich
auch geruchsbildende Schlammstoffe ablagern. Es ist bekannt, Sandfanggut zu klassieren
und zu waschen. Darüber hinaus sind Sandfänge vielfach nur beschränkt wirksam, so
daß
erhebliche Sandmengen über die nachfolgenden Kläranlagen in
die Stabilisierungseinrichtungen gelangen.
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Man hat deshalb bei Kläranlagen schon vorgesehen, eine zusätzliche
Schlammentsandung des Vorklärschlammes durch den Einsatz von Hydrozyklonen vorzunehmen.
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Die bekannten Arbeitsweisen und Einrichtungen haben das Ziel, die
gerucharme Deponie von Sandfanggut zu ermöglichen oder Störungen in den nachgeschalteten
Schlammbehandlungsanlagen zu vermeiden. Sie sind aber weder vorgesehen noch geeignet,
den Anteil des Frischschlammes zu beeinflussen, der den Stabilisierungseinrichtungen
zugeleitet wird.
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Die Verteilungskurve der Korngröße und der Kornmasse der in den geklärten
Abwässern vorhandenen Schlammfeststoffe kann, je nach der Herkunft des Abwassers,
in weiten Grenzen schwaiken. Jedoch kann die Aufteilung der Feststoffe in zwei Fraktionen
mit unterschiedlicher mittlerer Korngröße ohne besondere Schwierigkeiten dem angepaßt
werden. Normalerweise wird die Separation des Schlammes in der Weise erfindungsgemäß
durchgeführt, daß die feine Fraktion eine mittlere Korngröße unter 20 flm Mm = 10
Meter) und die grobe Fraktion eine mittlere Korngröße der Feststoffe über 1 mm hat.
Um eine angemesseneiAufteilung der Gesamtschlammmenge zu erreichen, kann es bei
relativ groben Schlämmen empfehlenswert sein, die mittlere Korngröße der Feststoffe
in der feinen Fraktion bis eta 100 po zu erhöhen, bzw. bei relativ feinkörnigen
Schlämmen
die mittlere Korngröße der Feststoffe in der groben Schlammfraktion bis auf etwa
200 abzusenken. Auch in diesen Fällen werden die erstrebten Vorteile regelmäßig
erzielt.
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An die geschilderte Aufbereitung des Schlammes schließt sich als weiterer
Verfahrensschritt eine an sich bekannte Schlammstabilisierung an, die aufgabengemäß
von einer Teilmenge des insgesamt anfallenden Schlammes zu entlasten ist. Dementsprechend
kann erfindungsgemäß die zweite, im wesentlichen die feinen Feststoffe enthaltende
Schlammfraktion durch anaerobe Faulung oder aber auch beispielsweise hochthermisch,
ggf. unter erhöhtem Druck und/oder Sauerstoffzufuhr, stabilisiert werden. Die beim
Separieren des Schlammes in zwei Fraktionen anfallende erste, im wesentlichen die
groben Feststoffe enthaltende Schlammfraktion hat eine solche Zusammensetzung und
befindet sich in einem solchen Zustand, daß sie ohne besondere Hilfsmittel, insbesondere
ohne den Zusatz teurer Flockungsmittel,-entweder ohne weiteres entwässert werden
kann, oder aber infolge einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens bereits
entwässert anfällt.
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Durch die Abtrennung der groben Schlammfeststoffe wird die Schlammstabilisierung
hinsichtlich des Durchsatzes von schwer stabilisierbaren und/oder
die
Stabilisierung störenden Schlammfeststoffen entlastet, während die Durchsatzleistung
an Schlammwasser dann nicht entsprechend verringert ist, wenn die grobe Schlammfraktion
beim Separieren - was erstrebenswert ist - bereits entwässert anfällt. Daher ist
nach einem weiteren zweckmäßigen Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die zweite,
im wesentlichen die feinen Feststoffe enthaltende Schlammfraktion vor der Stabilisierung
eingedickt wird. Das kann, wie später noch erörtert wird, mit an sich bekannten
apparativen Mitteln durchgeführt werden, so daß die Schlammstabilisierung auch hinsichtlich
der durchzusetzenden Wassermenge ganz erheblich entlastet werden kann.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung kann eine Vorrichtung
benutzt werden, bei der die Schlammaustragsleitung der Kläranlage in eine Zentrifuge
mündet, die erfindungsgemäß als Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit ueberlauf, vielfach
Dekanter genannt, ausgebildet ist. Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge läßt eine
recht scharfe Korntrennung in den beiden Schlammfraktionen erreichen; darüber hinaus
ist der Zentrifugenaustrag (die grobe Fraktion) bereits weitgehend entwässert, so
daß die Verwendung teuerer Flockungsmittel als Entwässerungshilfe und eine zusätzliche
Entwässerungsmaschine entfällt. Die Zentratleitung der Zentrifuge führt deff Schlamm
einem Reaktor für die Schlammstabilisierung zu, vorzugsweise über einen zwischengeschalteten
Eindicker.
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Als Eindicker des Zaitrifugenzentrats hat sich ein kontinuierlich
austragender Tellerseparator (Düsenseparator) oder ein intermittierend austragender
Tellerseparator als besonders geeignet gezeigt. Die Anwendung eines Tellerseparators
als Eindicker hatden Vorteil, daß - wegen des hohen Ausbringens von beispielsweise
95 % - das Separatorzentrat nur wenig Feststoffe enthält und daher in die Kläranlage
zurückgeführt werden kann, ohne diese nennenswert zu belasten, und daß die weitgehende
Eindickung bei hoher Durchsatzleistung erfolgt. Die scharfe Korntrennung des Schlammes
in der Vollmantel-Schneckenzentrifuge ergibt im allgemeinen eine ausreichende Sicherheit
dafür, daß der gegen Grob- und Faserstoffe empfindliche Tellerseparator störungsfrei
arbeiten kann. Um ein-übriges zur erhöhten Betriebssicherheit und Wartungsfreiheit
zu tun, kann dem Tellerseparator ein Bürstendrehsieb unmittelbar vorgeschaltet sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel
näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
und Figur 2 die Siebrückstandskurven eines mit einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge
separierten
kommunalen Frischschlammes.
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Nach Figur 1 gelangt das zu reinigende Abwasser über den Zulauf 13
nach dem Durchlaufen eines Rechens 14, eines Sandfanges 15 und eines Vorklärbeckens
16 in die biologische Klärstufe 17, die aus einem Belebungsbecken 18 und einem Nachklärbecken
19 besteht, aus dem das gereinigte Abwasser über die Leitung 20 abläuft.
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Der in der biologischen Klärstufe 17 erzeugte Überschußschlamm wird
in das Vorklärbecken 16 zurückgeführt und zusammen mit dem Vorklärschlamm über die
gemeinsame Schlammaustragleitung 21 dem Schwerkrafteindicker 22 zugeführt, dessen
Überlauf 23 in das Vorklärbecken 16 zurückgeführt wird. Der Austrag 24 des Eindickers
wird der Vollmantel-Schneckenzentrifuge (Dekanter) 25 zugeführt. In dieser Zentrifuge
wird der Schlamm in zwei Fraktionen separiert, derart, daß die die groben Bestandteile
des Schlammes enthaltende Fraktion über die Austragleitung 26 bereits entwässert
anfällt und abgeleitet wird, während die feine, mit organischen Bestandteilen des
Schlammes angereicherte Fraktion über die Zentratleitung 27 einem Düsenseparator
28 zugeführt wird. Der einem+ dickte Frischschlamm wird über die Austragleitung
29 dem Faulbehälter 30 zugeführt, während das Zentrat des Düsenseparators, das wegen
dessen hohen Ausbringens
von etwa 95 % nur geringfügig mit Feststoffen
belastet ist, über die Leitung 31 in das Vorklärbecken 16 zurückgeführt wird.
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In der gemeinsamen Anwendung einer Zentrifuge mit entwässertem Austrag
der groben Schlammfraktion und eines Separators, der die feine Schlammfraktion der
Zentrifuge eindickt, wird eine optimale Lösung des Erfindungsproblems erblickt.
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Bei Abwasserschlämmen, die besonders viel Grob- bzw.
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Faserstoffe enthalten - wie das beispielsweise bei Abwässern von Gerbereien
der Fall ist, die sehr viele Tierhaare enthalten - kann sich zur Entlastung der
Zentrifuge 25 eine vorherige Absiebung empfehlen, die in der Zeichnung nicht dargestellt
ist.
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In Figur 1 sind an den Verbindungsleitungen Zahlenwerte eingetragen,
wie sie größenordnungsmäßig etwa gelten, wenn der Kläranlage eine Abwassermenge
zuges hart wird, die etwa 500 000' Einwohner-Gleichwerten entspricht. Aus dem Vorklärbecken
16 und der biologischen Klärstufe 17 werden über die Leitung mit 4 Gew.% Trockensubstanz
(= 40 t Trockensubstanz) abgezogen. Durch die Zentratleitung 27 fließen 603 m3 pro
Tag feine, organisch angereicherte Schlammfraktion mit 3,3 Gew.% Trockensubstanz
(= 20 t Trockensubstanz), während durch die Austragleitung 26 etwa 67 t pro Tag
grobe Schlammfraktion abgeführt wird,
die ohne zusätzlichen Aufwand,
insbesondere ohne Zugabe teurer Flockungsmittel auf 30 Gew.% Trockensubstanz (=
20 t Trockensubstanz) entwässert anfällt.
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Die entwässerte grobe Schlammfraktion kann daher mit dem ebenfalls
wasserarm anfallenden Rechengut in der Leitung 33 und dem wasserarm anfallenden
Sandfanggut in der Leitung 34 der üblichen Beseitigung, beispielsweise durch Veraschung,
zugeführt werden.
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Durch die Anwendung der Vollmantel-Schneckenzentrifuge 25 wird die
auszufaulende Feststoffmenge im Schlamm auf etwa die Hälfte verringert, weil - wie
vorstehend dargelegt - die über die Leitung 26 abgeführte grobe Schlammfraktion
etwa 50 % der gesamten Feststoffmenge des Frischschlammes ausmacht. Dem Düsenseparator
wer-3 den über die Leitung 27 rund 603 m pro Tag Schlamm 3 zugeführt; 250 m pro
Tag eingedickter Schlamm ver-3 lassen den Düsenseparator. Mithin werden von 1000
m pro Tag Schlammvolumen mit 40 t Trockensubstanz nur etwa 1/4 Volumenanteil (250
m3 pro Tag) dem Faulbehälter zugeführt. Diese Faulschlammmenge wird an der Leitung
32 abgenommen und kann anschließend in üblicher Weise, vorzugsweise in entwässerter
Form, der Schlammbeseitigung, beispielsweise durch Deponie oder Verwertung im Landbau,
zugeführt werden.
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Zur näheren Erläuterung der in der Vollmantel-Schnekkenzentrifuge
25 nach Figur 1 erhaltenen Separation
eines kommunalen Frischschlammes
in eine grobe und eine feine Fraktion zeigt Fig. 2 die Summenhäufigkeitskurve der
jeweils als Siebrückstände erhaltenen Korngrößen. Die Aufgabe (eingedickter Frischschlamm
in der Leitung 24) hatte eine mittlere Korngröße dk von 100 pm. Der Austrag (grobe
Schlammfraktion in der Leitung 26) hatte eine mittlere Korngröße dk unter 20 um.
' Die relativ scharfe Korutrennung ermöglicht - wie bereits erwähnt - die sehr wirksame
Eindickung der feinen Schlammfraktion in dem nachgeschalteten Düsenseparator 28
mit hohem Ausbringen.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile werden vor allem darin erblickt,
daß durch die Verringerung des Schlammvolumens und der Feststoffmasse im Verhältnis
zur insgesamt anfallenden Schlammmenge ein relativ niedriges Behandlungsvolumen
für die Schlammstabilisierung durch Faulung oder für die hochthermische Schlammstabilisierung
erforderlich ist. Dementsprechend verringert ist der Aufwand für die Entwässerung
des stabilisierten Schlammes, beispielsweise hinsichtlich teurer Flockungsmittel,
dader zuvor abgetrennte Grobschlammanteil bereits entwässert anfällt.
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Bei Verwendung von Faulbehältern werden nicht faulfähige Feinsande
sowie längere Faulzeiten erfordernde organische Grobstoffe der Faulstufe nicht zugeführt;
dementsprechend bildet sich im Faulbehälter beispielsweise
keine
Schwimmdecke, die wegen der durch sie verursachten Verstopfungsgefahr äußerst unerwünscht
ist.
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PATENTANSPROCHE/