DE2604014A1

DE2604014A1 - Verfahren und vorrichtung zur aeroben stabilisierung organisch hochbelasteter abwaesser

Info

Publication number: DE2604014A1
Application number: DE2604014A
Authority: DE
Inventors: Hanns Parsch
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1976-02-03
Filing date: 1976-02-03
Publication date: 1977-08-11
Also published as: BE851008A; NL7700631A; ES454742A1; FR2340277A1

Description

Μα 977

Messer Griesheim GmbH
Erfinder: H. Parsch
Kennwort: Schlammwalze
Mappe: A

Verfahren und Vorrichtung zur aeroben Stabilisierung organisch hochbelasteter Abwasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aeroben Stabilisierung organisch hochbelasteter Abwasser, Schlämme oder Abwasser-Schlamm-Gemische durch Behandeln mit Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas in einem Becken.

Derartige hochbelastete Medien sind z. B. Abwässer aus Massentierhaltungen, Päkalschlämme aus Gruben, Schlämme aus der Abwasserreinigung, Uberschußschlämme aus Belebungsanlagen oder Mischungen aus solchen Abwässern und Schlämmen. Aus verschiedenen Gründen ist eine Stabilisierung dieser Medien notwendig. Hierzu gehört die Geruchsunterbindung während der Aufbereitung und späteren Verwendung sowie die Hygienisierung bei unmittelbarer Verwendung in Landwirtschaft und Gartenbau. Ferner muß die organische Belastung auf ein für in Kläranlagen technisch zu bewältigendes Maß herabgesetzt werden, wenn eine weitere Aufbereitung dort erfolgen soll.

Die außerhalb von Kläranlagen anfallenden Medien dieser Art werden derzeit dem Kanalnetz zugeführt, direkt in eine Kläranlage eingeleitet, oder einer vorhandenen anaeroben Schlammbehandlung zugemischt. Weiterhin ist die separate aerobe Stabilisierung bekannt, d. h. die Belüftung ähnlich dem Belebungsverfahren.

Diese bekannten Verfahren sind zumindest mit einigen der folgenden Nachteile behaftet. Es sind dies eine ungenügende Geruchsunterbindung, die nicht ausgleichbare Stoßbelastung vorhandener Kläreinrichtungen, der hohe Zeitaufwand bis zur Stabilisierung (mehrere Wochen), die schlechte Entwässerbarkeit und eine ungenügende Hygienisierung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, Medien der vorbeschriebenen Art in relativ kurzer Zeit in ausreichendem Maß auf wirtschaftliche Weise ohne wesentliche Umweltbelastung und ohne Zuhilfenahme vorhandener Klärwerkseinrichtungen zu stabilisieren.

Es wurde nun ein Verfahren zur aeroben Stabilisierung organisch hochbelasteter Abwasser und/oder Schlämme durch Behandeln mit Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas in einem Becken gefunden, bei dem gemäß der Erfindung dem zu behandelnden Medium in dem Becken eine Rotationsbewegung um eine horizontale Achse derart aufgeprägt wird, daß sich eine rotierende Walze mit einem nur schwach bewegten Zentrum im bereich der Drehachse ausbildet, in welches der Sauerstoff oder das sauerstoffreiche Gas eingetragen wird.

Die Sauerstoffeintragung kann dabei kontinuierlich oder sporadisch erfolgen. In beiden Fällen ist eine Eintragung in Abhängigkeit vom jeweiligen Sauerstoffbedarf im zu behandelnden Medium möglich. Der jeweilige Sauerstoffbedarf kann durch Messung im zu behandelnden Medium ermittelt werden. Die SauerStoffeintragung kann aber auch in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im Abgas geregelt werden. .Die optimale Rotationsgeschwindigkeit hängt vom Beckendurchmesser ab und sollte so eingestellt werden, daß sich eine Sohlengeschwindigkeit der Walze von mindestens 0,2 m/s und eine Oberflächengeschwindigkeit zwischen 0,5-und 1,5 m/s ergibt. Die Sohlengeschwindigkeit ist wegen der Reibungsverluste geringer als die Oberflächengeschwindigkeit. Um das Entstehen von Ablagerungen zu vermeiden, sollte die angegebene Sohlengeschwindigkeit nicht unterschritten werden.

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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit offenem oder geschlossenen Becken betrieben werden. Bei geschlossenem Becken wird im Gasraum oberhalb der Walzenoberfläche vorzugsweise ein Druck zwischen 5 und 30 m-bar aufrechterhalten, wodurch Geruchsbelästigungen vermieden werden. Das Verfahren kann chargenweise oder kontinuierlich betrieben werden. Bei kontenuierlichem Betrieb wird zu behandelndes Medium ständig in das Becken geführt und eine gleiche Menge behandeltes Medium wird ständig aus dem Becken abgeführt. Das Aufprägen der Rotationsbewegung kann mit beliebigen Mitteln,, wie Rührern oder Propellern erfolgen, mit Vorteil jedoch durch Eindüsen von Druckluft in den äußeren Teil der Walze. In diesem Fall kann der Sauerstoff der Druckluft mit zum Stabilisieren des Mediums herangezogen werden. Hierbei verfährt man vorteilhafterweise so, daß das Verhältnis zwischen dem im zu behandelnden Medium gelösten Luftsauerstoff und dem im Zentrum der Walze eingetragenen gelösten Sauerstoff ungefähr 1 : 1 beträgt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem langgestreckten Becken mit zumindest annähernd kreisförmigen Querschnitt und einem Sauerstoff- Eintragsrohr, welches im zentralen Bereich' des Beckens parallel zur Beckenachse angeordnet ist. Wenn die Ratation der Walze durch Druckluft erzeugt wird, wird im unteren Teil des Beckens in der Nähe der Beckenwand ein Druckluftrohr angeordnet, welches Luftaustrittsöffnungen in Strömungsrichtung besitzt. Wenn bei abgedecktem Becken mit überdruck im Gasraum gearbeitet wird, wird die Beckenabdeckung mit einem druckabhängigen Gasablaßventil versehen, so daß sich der gewünschte Überdruck automatisch einstellt.

EinVorteil des erfindungsgemäßen Verfahren besteht in der außerordentlich hohen Sauerstoffausnutzung. Der in das ruhige Zentrum der rotierenden Walze eingebrachte Sauerstoff befindet sich dort wie in einem Käfig und kann nur zum geringen Teil entweichen. Dadurch können 90 bis 100 % des eingetragenen reinen Sauerstoffs gelöst werden.

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Die Rotationsgeschwindigkeit der Walze kann aber auch so eingestellt werden, daß der eingetragene Sauerstoff nicht im Zentrum festgehalten wird, sondern in die schneller strömenden Außenbezirke eindringt. In diesem Fall ergibt sich durch die intensive Verwirbelung ebenfalls eine gute Ausnutzung des eingetragenen Sauerstoffs.

Von dem eingetragenen Sauerstoff wird ein Teil physikalisch gelöst, ein weiterer Teil dient der S'ofortoxidation, der Rest entweicht als überschüssiges Abgas. Es muß angestrebt werden, diesen Überschuß möglichst gering zu halten. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet diese Möglichkeit, indem das große Adsorρtionsvermögen der organischen Substanz optimal ausgenutzt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Schlamm unverdünnt mit Sauerstoff behandelt werden kann. Bei einer Behandlung mit Luft müßte er stärker verdünnt werden, es müßten also größere Mengen behandelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann, sofern mit abgedecktem Becken gearbeitet wird, ohne Geruchsbelästigungen betrieben werden. Es bietet aber auch die Möglichkeit, der offenen Fahrweise. Es läßt sich mit geringem Zeitaufwand durchführen, der behandelte Schlamm kann gut entwässert werden und wird zum Teil hygienisiert. Der Sauerstoffgehalt kann in einem großen Regelbereich gut geregelt werden. Schließlich kann das Verfahren betrieben werden, ohne daß sich im Becken bewegliche Teile befinden. Eine Explosionsgefahr besteht nicht. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch die Zeichnung erläutert. Diese zeigt einen Querschnitt durch ein Becken 1, in dem die rotierende Walze 10 erzeugt wird. Das Becken 1 ist ein Längsbecken und kann sowohl unterirdisch als auch oberirdisch angelegt sein. Es besteht aus Stahl, Stahlbeton oder Kunststoff.

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Zur Schaffung optimaler hydraulischer Bedingungen ist das Becken 1 an den Ecken und zum Teil auch an den Wänden in einer Weise abgerundet, wie es von druckluftbelüfteten Belebungsbecken her bekannt ist. Durch einen Zufluß 2, in dem sich ein hier nicht gezeigtes Rückschlagventil befindet, wird das Becken 1 mit dem zu behandelnden Medium 3 gefüllt; durch einen Abfluß 4 wird es geleert. Nach oben hin ist das Becken 1 durch eine Abdeckung 5 gasdicht abgeschlossen. In der Abdeckung 5 befinden sich ein Gasablaßventil 6, ein Manometer 7 und eine Sauerstoffsonde 8, die bis ins Medium 3 hineinreicht. Durch ein in Längsrichtung im unteren Bereich in der Nähe der Beckenwand über die gesamte Länge verlaufendes, mit Bohrungen versehenes Druckluftrohr 9 wird in das Medium 3 Luft in solcher Menge und mit solchem Druck eingetragen, daß eine Schlammwalze 10, die hier mit Pfeilen angedeutet ist, entsteht. Innerhalb der Schlammwalze 10 bildet sich ein nur schwach bewegtes Zentrum aus, das hier mit einer gestrichelten Linie gekenzeichnet wurde. Im unteren Teil dieses Zentrums 11 wird zusätzlich durch ein weiteres, ebenfalls über die gesamte Beckenlänge verlaufendes Rohr 12 über darin befindliche Borhungen reiner Sauerstoff eingetragen. Der Übersichtlichkeit wegen wurden die Zufuhr leitungen zu den Begasungsrohren 9 und 12 fortgelassen. Ebenso ist die zum Schutz des Beckens gegen überdruck notwendige Sicherheitsklappe bzw. ein U-Rohr nicht gezeigt.

Die Funktionsweise der Vorrichtung und des Verfahrens ist folgende: Das Becken 1 wird chargenweise mit dem zu behandelnden Medium 3 gefüllt und durch Druckluft über das Druckuftrohr 9 begast. Hierbei ist es wichtig, daß die Geschwindigkeit im oberen Teil der Schlammwalze 10 zwischen 0,5 und 1,5 m/s liegt und gleichzeitig eine Sohlengeschwindigkeit von mindestens 0,2 m/s erreicht wird, um die Ablagerung von Schlamm zu vermeiden. Das aus dem Medium 3 austretende Abgas wird über das Gasablaßventil 6 in der Weise abgeblasen, daß ein gewisser Druck, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30 m~bar, innerhalb des Gasraumes aufrechterhalten wird. Dies kann von Hand durch eine feste Einstellung geschehen oder auch durch eine regelungstechnische Koppelung des Manometers 7 mit dem Gasablaßventil 6.

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Zunächst wird man beim Anfahren über die Sauerstoffsonde 8 feststellen, daß der Sauerstoffgehalt nach einer Anlaufphase von 0 mg/1 bis zu einem Wert von 1-2 mg/1 steigt. Nach Adaption der Bakterien innerhalb des Mediums 3 wird weiterhin deren Atmungsaktivität in einem Maße zunehmen, daß plötzlich die Luftsauerstoffzufuhr nicht mehr ausreicht und der Sauerstoffwert rapide zu sinken beginnt. In diesem Moment wird reiner Sauerstoff über das Sauerstoffrohr 12 in das schwach bewegte Zentrum 11, der Walze 10 in solcher Menge hinzugegeben, daß der Sauerstoffgehalt im Bereich von 1-5 mg/ 1 liegt. Hierbei soll ungefähr das Verhältnis von gelöstem Luftsauerstoff zu gelöstem Reinsauerstoff 1:1 betragen.

Während jedoch zur Lösung von 1 mg Luftsauerstoff etwa 10 mg Luftsauerstoff eingetragen werden müssen, stellt sich bei der Zugabe des reinen Sauerstoffs eine 90 bis 100 %ige Lösung des eingetragenen reinen Sauerstoffs ein. Durch den Eintrag des reinen Sauerstoffs in das schwach bewegte Zentrum 11, der Schlammwalze 10 ist dieser hierin gefangen und verbleibt dort solange, bis er sich gelöst hat. Während zwischen dem Schlamm der Walze 10 und dem des Zentrums 11 ständig ein gewisser Austausch stattfindet, besteht zwischen den ungelösten Gasanteilen der beiden Zonen nur geringer Kontakt. Nur ein geringer Teil der Sauerstoffblasen wird mit der Walze 10 mitgerissen. Ein großer Teil hiervon wiederum geht während des Transportes in Lösung, ein geringer Teil tritt beim Erreichen der Schlammoberfläche aus dieser aus und tritt in den Gasraum ein.

Nach einem Zeitraum von 12 - 14 Stunden bemerkt man ein starkes Ansteigen des Sauerstoffgehaltes. An diesem Zeitpunkt wird die Reinsauerstoffzufuhr abgebrochen und eine reine Belüftungsphase schließt sich zum Abschluß des Stabilisierungsprozesses an.

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Die Abdeckung 5 des Beckens 1, die gegebenenfalls auch entfallen kann, hat hauptsächlich den Zweck, eine größere Menge von CO ~ i^m Schlamm in Lösung zu halten, um hierdurch einen niedrigen pH - Wert zu gewährleisten. Bei einem pH - Wert von etwa 11 gast der geruchsintensive Ammoniak aus dem Schlamm aus, was vermieden werden soll.

Weiterhin ist es ratsam, eine Restmenge der jeweils behandelten Charge zum Animpfen der nächsten Charge im Becken zurückzuhalten. Auch ist es möglich, den Prozeß kontinuierlich zu betreiben.

Außerdem besteht die Möglichkeit, durch den Zusatz von Schweinejauche mit thermophilen Bakterien zu arbeiten, die wegen des höheren Temperaturniveaus zu einem schnelleren Ablauf der Stabilisierung beitragen. Zudem bewirkt di<
Hygienisierung des Mediums.

beitragen. Zudem bewirkt die höhere Temperatur (40 - 60 ⁰C) eine

Da der reine Sauerstoff meist mit mehreren bar Überdruck zur Verfügung steht, können statt gelochter Rohre auch extrem feine Filtersteine oder Filterrohre zum Eintrag Verwendung finden. Ebenso ist die Verwendung von SpezialSchläuchen möglich, die feine Poren besitzen, die sich nur unter Druck öffnen. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Begasungseinrichtung nicht verstopft.

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Claims

Ansprüche

M Λ Verfahren zur aeroben Stabilisierung organisch hochbelasteter Abwasser und/oder Schlämme durch Behandeln mit Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas in einem Becken, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu behandelnden Medium (3) in dem Becken (1) eine '. Rotationsbewegung um eine horizontale Achse derart aufgeprägt wird, daß sich eine rotierende Walze (loy* mit einem nur schwach bewegten Zentrum (11) im Bereich der Drehachse ausbildet, in welches der Sauerstoff oder das sauerstoffreiche Gas eingetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffeintragung sporadisch erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffeintragung in Abhängigkeit vom jeweiligen Sauerstoffbedarf im zu behandelnden Medium erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohlengeschwindigkeit der Walze mindestens 0,2 m/s und die Oberflächengeschwindigkeit zwischen 0,5 und 1,5 m/s beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Becken (1) oberhalb der Walzenoberfläche ein Druck zwischen 5 und 30 ra bar aufrechterhalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine ständige Zufuhr von zu behandelndem Medium in das Becken (1) und einen ständigen Abzug von behandeltem Medium in gleicher Menge aus dem Becken (1).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsbewegungen durch Eindüsen von Druckluft in Strömungsrichtung im äußeren Teil der Walze (10) erfolgt.

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ORIGINAL INSPECTED

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem im zu behandelnden Medium (3) gelösten Luftsauerstoff und dem im Zentrum (11) der Walze (10) eingetragenen gelösten Sauerstoff ungefähr 1 : 1 beträgt.
9. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, ■ gekennzeichnet durch ein langgestrecktes Becken (1) mit zumindest annähernd kreisförmigem Querschnitt und ein Sauerstoff- Eintragungsrohr (12),welches im zentralen Bereich des Beckens (1) parallel zur Beckenachse angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Druckluftrohr (9), welches im unteren Teil des Beckens (1) in der Nähe der Beckenwand angeordnet ist und Luftaustrittsöffnungen in Strömungsrichtung besitzt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Beckenabdeckung (5) mit einem druckabhängigen Gasablaßventil (6)

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