DE2805054A1 - METHOD FOR DEGRADING SLUDGE - Google Patents
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UNION CARBIDE CORPORATION 27O Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.UNION CARBIDE CORPORATION 27O Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.
Verfahren zum Abbau von SchlammProcess for breaking down sludge
Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Warmabbau von Schlamm unter aeroben und anaeroben Bedingungen. The invention relates generally to a method for hot degradation of sludge under aerobic and anaerobic conditions.
Mit dem fortgesetzten industriellen Wachstum und der Bevölkerungszunahme werden die mit der Abwasserbeseitigung verbundenen Probleme entsprechend größer. Obwohl physikalische, chemische und biologische Behandlungssysteme entwickelt wurden, die es gestatten, Schmutzwasser wirkungsvoll zu behandeln und einen zur Einleitung in natürliche Vorfluter geeigneten Abfluß zu erzielen, wandeln fast alle derzeit benutzten Abwasserbehandlungssysteme, die Klärung, chemisches Ausfällen, biologisches Filtrieren und Belebtschlammbehandlung umfassen, die Wasserschmutzstoffe in eine als Schlamm bezeichnete konzentrierte Form um. Insbesondere beim Belebungsverfahren, das zu den beliebtesten der konventionellerweise eingesetzten Abwasserbehandlungssysteme gehört, kommt es für gewöhnlich zu einer bedeutenden resultierenden Produktion von flüchtigenWith continued industrial growth and population increase the problems associated with wastewater disposal increase accordingly. Although physical, Chemical and biological treatment systems have been developed that allow wastewater to be used effectively to treat and to achieve a drain suitable for discharge into natural receiving waters, almost all walk currently used wastewater treatment systems that include clarification, chemical precipitation, biological filtration and Include activated sludge treatment, the water pollutants into a concentrated form called sludge. Especially with the activation process, which is the most popular one of the conventionally used wastewater treatment systems, it usually comes to one significant resulting production of volatile
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Schwebstoffen (MLVSS), d. h., die Zellsyntheserate übertrifft die Zellabbaurate. Infolgedessen baut sich ein zunehmender Schlammvorrat auf; der belebte Überschußschlamm muß ständig oder periodisch aus dem Prozeß entfernt werden .Suspended solids (MLVSS), d. i.e., the cell synthesis rate exceeds the rate of cell breakdown. As a result, an increasing supply of sludge builds up; the revitalized excess sludge must be removed from the process continuously or periodically .
Mit der Zunahme des Gesamtanfalls von Abwasser, das eine Behandlung erfordert, insbesondere unter dem Einfluß der ständig strenger werdenden gesetzlichen Maßnahmen zur Eindämmung der Umweltverschmutzung, kommt es zu einer entsprechenden Zunahme der durch die oben erwähnten Abwasserbehandlungsprozesse erzeugten Abschlammenge. Infolgedessen ist es in hohem Maße erwünscht, diesen Abschlamm derart zu verarbeiten, daß er leicht und wirtschaftlich beseitigt werden kann, ohne eine weitere Verschmutzung der Ökosphäre zu bewirken. Obwohl große Anstrengungen unternommen wurden, Verbesserungen hinsichtlich der Schlammbehandlungstechnologie zu erzielen und bestehende Schlammbehandlungsprozesse zu verfeinern, besteht noch immer ein großer Bedarf an besseren und leistungsfähigeren Schlammbehandlungssystemen. With the increase in the total accumulation of sewage, the one Treatment requires, especially under the influence of ever stricter legal containment measures pollution, there is a corresponding increase in the wastewater treatment processes mentioned above generated blowdown volume. As a result, it is highly desirable to have this blowdown in this way process so that it can be eliminated easily and economically without causing further pollution of the ecosphere. Although great efforts have been made Achieve improvements in sludge treatment technology and existing sludge treatment processes To refine, there is still a great need for better and more efficient sludge treatment systems.
Das grundlegende Ziel aller Schlammbehandlungsprozesse besteht darin, Schlammfeststoffe auf wirtschaftliche und wirkungsvolle Weise zu reduzieren und zu stabilisieren. Das Schlammbehandlungssystem sollte ferner ein Endprodukt liefern, das für eine endgültige Beseitigung ohne weitereThe fundamental goal of all sludge treatment processes is to reduce sludge solids to economical and effective way to reduce and stabilize. The sludge treatment system should also be an end product deliver that for a final elimination without further ado
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physikalische oder chemische Behandlung voll geeignet ist. Konventionellerweise erfolgt die Schlammbeseitigung in der Regel durch Einbringen des Schlamms in das Meer, durch Verbrennen oder durch landwirtschaftliche Schlammverwertung (Ausbreiten von Schlamm). In zahlreichen Fällen wird Schlamm an Land beseitigt; dies ist im Hinblick auf die minimalen Langzeit-Umwelteinflüsse besonders attraktiv. Eine landwirtschaftliche Schlammverwertung kann in hohem Maße vorteilhaft sein, um eine Erneuerung des Erdbodens zu fördern. Eine landwirtschaftliche Schlammverwertung durch Verteilen von Schlamm an Land als endgültiges Schlammbeseitigungsverfahren erfordert jedoch ein gut pasteurisiertes Endprodukt, so daß die Konzentration an pathogenen Organismen im Schlamm hinreichend gering ist, um bei der Schlammbeseitigung potentielle Gesundheitsschäden auszuschließen. physical or chemical treatment is fully suitable. Conventionally, the sludge removal is usually carried out by introducing the sludge into the sea Incineration or through agricultural sludge utilization (Spreading mud). In many cases, sludge is disposed of on land; this is in view of the minimal long-term environmental influences particularly attractive. Agricultural sludge utilization can be highly beneficial for soil renewal to promote. An agricultural sludge recovery by spreading sludge on land as the final However, sludge removal procedures require a good pasteurized end product so that the concentration of pathogenic organisms in the sludge is sufficiently low, in order to exclude potential damage to health when removing sludge.
Traditionellerweise wurden zur Behandlung von Abschlamm drei unterschiedliche Prozesse in großem Umfang eingesetzt, und zwar: Oxidationsteiche, anaerober Abbau und aerober Abbau.Traditionally used to treat sludge three different processes are used on a large scale, namely: oxidation ponds, anaerobic degradation and aerobic degradation.
Oxidationsteiche werden in der Regel in Form von verhältnismäßig flach ausgehobenen Erdbecken vorgesehen, die sich über eine Landfläche hinweg erstrecken und Abwasser zurückhalten, bevor es endgültig beseitigt wird. Derartige Becken erlauben die biologische Oxidation von orga-Oxidation ponds are usually in the form of proportionate Shallow excavated earth basins provided, which extend over a land area and sewage hold back before it is finally eliminated. Such Basins allow the biological oxidation of organic
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nischen Stoffen durch natürlichen oder künstlich beschleunigten SauerstoffÜbergang aus der umgebenden Luft in das Wasser. Während des biologischen Oxidationsprozesses werden die im Abwasser befindlichen Feststoffe in gewissem Umfang biologisch zersetzt; sie setzen sich schließlich am Soden des Teiches ab, wo sie anaerob werden und weiter stabilisiert werden können. Der Teich kann periodisch trockengelegt werden, um den abgesetzten Schlamm auszubaggern und auf diese Weise das Fassungsvermögen des Teiches für eine weitere Abwasserbehandlung wiederherzustellen. Der abgezogene Schlamm wird dann beispielsweise zur Landauffüllung benutzt. Oxidationsteiche bilden auf diese Weise ein funktionell einfaches System zur Abwasser- und Schlammbehandlung. Der Verwendung von Oxidationsteichen sind jedoch in der Praxis Grenzen gesetzt, weil der Betrieb solcher Teiche erhebliche Landflächen erfordert. Außerdem wird durch dieses Behandlungs- und Beseitigungsverfahren keine wesentliche Herabsetzung der Menge an Pathogenen in dem Schlamm erzielt.niche substances through natural or artificially accelerated oxygen transfer from the surrounding air into the Water. During the biological oxidation process, the solids in the wastewater are reduced to a certain extent Scope biodegraded; they eventually settle at the bottom of the pond, where they become anaerobic and continue can be stabilized. The pond can be drained periodically to dredge out the settled sludge and in this way to restore the pond's capacity for further wastewater treatment. The extracted sludge is then used, for example, for landfilling. Oxidation ponds form on this Way a functionally simple system for wastewater and sludge treatment. The use of oxidation ponds However, there are limits in practice because the operation of such ponds requires considerable land. In addition, this treatment and disposal process does not significantly reduce the amount of Pathogens achieved in the mud.
Der anaerobe Abbau stellt den am weitesten verbreiteten Abbauprozeß zum Stabilisieren von konzentrierten organischen Feststoffen dar, wie sie beispielsweise aus Absetzbecken, biologischen Filtern und Belebungsanlagen abgezogen werden. Herkömmlicherweise wird der Überschußschlamm in großen, überwölbten Abbauräumen gesammelt, wo der Schlamm 2O bis 30 Tage lang anaerob fermentiert wird. DieAnaerobic degradation is the most widely used degradation process for stabilizing concentrated organic Solids, such as those drawn off from settling basins, biological filters and activated sludge systems will. Conventionally, the excess sludge is collected in large, vaulted excavation rooms where the Sludge is fermented anaerobically for 2O to 30 days. the
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Hauptgründe dafür, daß ein anaerober Schlammabbau wirtschaftlich akzeptabel ist, sind darin zu sehen, daß große Volumen an verdünnten organischen Schlämmen stabilisiert werden können, wenig biologische Feststoffe (Biomasse) erzeugt werden, ein leicht zu entwässernder Schlamm erhalten wird und Methangas anfällt. Außerdem wurde verschiedentlich behauptet, daß der anaerobe Abbau zu einem pasteurisierten Schlamm führt. Obwohl dieses Pasteurisiervermögen des anaeroben Abbaus fraglich ist, wird der anaerobe Abbau in der Praxis in großem Maße angewendet, weil er die festen Rückstände in eine vernünftig stabile Form überführt, die zu Landauffüllzwecken benutzt werden kann, ohne daß es zu größeren Belästigungen kommt. Der anaerobe Abbau wird charakteristischerweise in großen Tanks oder Räumen durchgeführt, deren Inhalt mehr oder weniger gründlich gemischt wird, indem mechanische Mittel vorgesehen sind oder komprimiertes Abbaugas umgewälzt wird. Ein solches Mischen steigert rasch die Schlammstabilisierungsreaktionen, da eine große aktive Zerlegungszone geschaffen wird.The main reasons that anaerobic sludge degradation is economically acceptable are that large ones Volume of dilute organic sludge can be stabilized, little biological solids (biomass) are produced easily dewatered sludge is obtained and methane gas is produced. It has also been variously claims that the anaerobic degradation results in a pasteurized sludge. Although this pasteurizing ability of anaerobic degradation is questionable, becomes the anaerobic Degradation widely applied in practice because he converts the solid residues into a reasonably stable form that can be used for landfilling purposes without that it comes to greater nuisance. The anaerobic degradation is characteristically carried out in large tanks or rooms carried out, the content of which is more or less thorough mixed by mechanical means or by circulating compressed degradation gas. One such Mixing quickly increases the sludge stabilization reactions by creating a large active decomposition zone will.
Wie oben angegeben, wurde der anaerobe Abbau im allgemeinen bei langen Verweildauern in der Größenordnung von 20 bis 30 Tagen durchgeführt, ohne daß dem System Wärme zugeführt wurde. Es wurde bereits früher erkannt, daß erhöhte Temperaturen im mesophilen Bereich von 3O°C bis'40°C eine Verkürzung der notwendigen Verweildauer auf ungefähr 12As stated above, the anaerobic degradation was in general carried out with long residence times of the order of 20 to 30 days without heat being added to the system became. It was already recognized earlier that elevated temperatures in the mesophilic range from 30 ° C. to 40 ° C. Reduction of the necessary length of stay to around 12
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bis 2O Tage gestatten. Eine solche verkürzte Behandlungsdauer ist darauf zurückzuführen, daß die Aktivitätsrate der für den Abbau verantwortlichen Organismen durch die Temperatur stark beeinflußt wird und daß im Temperaturbereich von 3O°C bis 4O°C hochaktive mesophile Mikroorganismen den dominanten Mikrobenstamm in dem abzubauenden Schlamm darstellen. Die günstigsten Temperaturen für einen mesophilen Abbau liegen im Bereich von ungefähr 35 C bis 38°C bei minimalen Verweildauern in der Größenordnung von 12 bis 15 Tagen. Temperaturen bis hinauf zu 35 C steigern die Abbaurate und können kürzere Verweildauern gestatten, was jedoch auf Kosten der Arbeitsstabilität des Systems geht, während Temperaturen unter 35°C längere Verweildauern notwendig machen.Allow up to 20 days. Such a shortened treatment time is due to the fact that the activity rate the organisms responsible for the degradation by the Temperature is strongly influenced and that in the temperature range from 30 ° C to 40 ° C highly active mesophilic microorganisms represent the dominant strain of microbes in the sludge being degraded. The best temperatures for you mesophilic degradation is in the range of about 35 ° C up to 38 ° C with minimum residence times of the order of 12 to 15 days. Increase temperatures up to 35 C. the degradation rate and can allow shorter residence times, but this at the expense of the operational stability of the System goes, while temperatures below 35 ° C make longer periods of stay necessary.
Während des anaeroben Abbaus wird Methangas erzeugt; es wird für gewöhnlich in Verbrennungsheizgeräten benutzt, um Wärmeverluste des bei erhöhter Temperatur arbeitenden anaeroben Abbausystems auszugleichen. Jahreszeitliche Temperaturschwankungen und Fluktuationen der Schwebstoffkonzentration des einströmenden Schlammes haben jedoch einen wesentlichen Einfluß sowohl auf die Methangaserzeugung als auch auf den Umfang der Wärmezufuhr, der erforderlich ist, um die Abbauzone auf der gewünschten, erhöhten Arbeitstemperatur zu halten. Wenn daher erhöhte Temperaturbedingungen in der anaeroben Abbauzone über das ganze Jahr hinweg aufrechterhalten werden sollen, stelltMethane gas is generated during anaerobic degradation; it is commonly used in combustion heaters, to compensate for heat losses from the anaerobic degradation system operating at elevated temperatures. Seasonal However, temperature fluctuations and fluctuations in the suspended matter concentration of the inflowing sludge have has a significant impact on both methane gas production and the amount of heat that is required is to keep the degradation zone at the desired, elevated working temperature. If, therefore, elevated temperature conditions should be maintained in the anaerobic degradation zone throughout the year
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eine Hilfswärmequelle in der Regel einen wesentlichen Teil der Schlammabbaueinrichtung dar.an auxiliary heat source usually a substantial part the sludge removal facility.
Weil die anaerobe Abbaurate und die resultierende Methangasbildung von der Schwebstoffkonzentration des behandelten Schlammes und der in der Abbauzone herrschenden Temperatur stark beeinflußt werden, ist es allgemein erwünscht, der Abbauzone einen möglichst konzentrierten Schlamm zuzuleiten, wodurch Wärmeverluste in dem abgehenden- stabilisierten Schlammstrom minimiert werden, der aus der anaeroben Abbauzone ausgetragen wird, während die Methanproduktion in der Abbauzone maximiert wird. Selbst bei solchen Vorkehrungen ist es jedoch schwierig, erhöhte Temperaturen auf wirtschaftliche Weise in der anaeroben Abbauzone insbesondere während der Wintermonate aufrechtzuerhalten. Außerdem können selbst vergleichsweise geringe Temperaturschwankungen in der anaeroben Abbauzone zu unverhältnismäßig starken Störungen des Prozesses und zu einem Sauerwerden des Inhalts der Abbauzone führen.Because the anaerobic degradation rate and the resulting methane gas formation on the suspended matter concentration of the treated Sludge and the temperature prevailing in the mining zone are strongly influenced, it is generally desirable to supply the mining zone with a sludge that is as concentrated as possible, thereby minimizing heat losses in the outgoing stabilized sludge stream coming from the anaerobic Mining zone is discharged while methane production in the mining zone is maximized. Even with such However, it is difficult to take precautions to economically maintain elevated temperatures in the anaerobic degradation zone in particular to maintain during the winter months. aside from that Even comparatively small temperature fluctuations in the anaerobic degradation zone can be too disproportionate cause severe disruption of the process and acidification of the content of the degradation zone.
Bei dem anaeroben Abbauprozeß werden die behandelten Schlammfeststoffe nacheinander im wesentlichen drei getrennten Behandlungsphasen ausgesetzt, und zwar zunächst einer Periode der Löslichmachung, sodann einer Periode intensiver Säureproduktion (Ansäuerung) und schließlich ei·. ner Periode intensiven Abbaus und Stabilisierung (Vergasung). Jede dieser Verfahrensstufen ist durch die Produk-In the anaerobic digestion process, the treated sludge solids are sequentially separated into essentially three separate parts Exposed treatment phases, first a period of solubilization, then a period more intense Acid production (acidification) and finally egg ·. a period of intensive degradation and stabilization (gasification). Each of these process stages is determined by the production
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tion von verschiedenen Zwischen- und Endprodukten in der Abbauzone gekennzeichnet. Unter normalen Arbeitsbedingungen treten alle drei Phasen gleichzeitig auf. Die wahrend der abschließenden Vergasungsphase erzeugten Hauptgase sind Methan und Kohlendioxid, die normalerweise mehr als 95 % des entwickelten Gases ausmachen, wobei 65 bis 7O % Methan vorhanden sind. Die Erzeugung von Methangas beim anaeroben Abbau ist auf die Zerlegung zahlreicher Verbindungen durch viele voneinander abhängige biochemische Reaktionen zurückzuführen, die in einer ordnungsgemäßen und integrierten Weise ablaufen. Die komplexen organischen Bestandteile des Schlammes werden durch Verschiedene als Saurebildner bezeichnete Bakterien in flüchtige Säuren und Alkohole ohne Bildung von Methan umgesetzt. Diese Produkte der Säurebildungsphase werden dann durch andere, als Methanbildner bezeichnete Bakterien in Me.thangas umgewandelt. tion of various intermediate and end products in the mining zone. Under normal working conditions, all three phases occur simultaneously. The main gases produced during the final gasification phase are methane and carbon dioxide, which normally make up more than 95 % of the evolved gas, with 65 to 70 % methane present. The production of methane gas during anaerobic degradation is due to the breakdown of numerous compounds through many interdependent biochemical reactions that occur in an orderly and integrated manner. The complex organic components of the sludge are converted into volatile acids and alcohols by various bacteria known as acid generators without the formation of methane. These products of the acid formation phase are then converted into methane gas by other bacteria known as methane generators.
Die bei dem anaeroben Abbau verwendeten fakultativen säurebildenden Bakterien sind robust und gegenüber Prozeßänderungen in ihrer Umgebung in hohem Maße widerstandsfähig. Methanbildende Bakterien erfordern andererseits anaerobe Bedingungen; sie sind gegenüber Prozeßänderungen in ihrer Umgebung extrem empfindlich. Aus diesen Gründen sollte in der anaeroben Abbauzone kein Sauerstoff vorhanden sein. Ein unbeabsichtigtes Einleiten von Luft in die Abbauzone beeinträchtigt die Methanfermentierung und führtThe optional acidifying agents used in anaerobic digestion Bacteria are robust and highly resistant to process changes in their environment. Methane-producing bacteria, on the other hand, require anaerobic conditions; they are in opposition to process changes extremely sensitive to their environment. For these reasons, no oxygen should be present in the anaerobic degradation zone be. Unintentional introduction of air into the mining zone impairs and leads to methane fermentation
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wegen der Kombination des brennbaren Methangases mit Sauerstoff möglicherweise zu Brand- oder Explosionsgefahr. Außerdem sind methanbildende Bakterien empfindlich gegenüber Prozeßbedingungen wie Schwankungen des pH-Wertes und dem Vorhandensein von Schwermetallen, Detergenzien, Ammoniak und Sulfiden. Aus diesen Gründen ist eine Temperaturstabilisierung der anaeroben Abbauzone von besonderer Wichtigkeit. Die innerhalb des Abbauprozesses notwendigen Methanbildner sind gegenüber Temperaturschwankungen besonders empfindlich. Solche Schwankungen vermindern ihre Aktivität und Lebensfähigkeit; sie führen zu einem relativ übermäßigen Wachstum an Säurebildnern. Dies führt seinerseits zu einem unzureichend stabilisierten Schlamm sowie zu einem Schlammprodukt, das ohne weitere Behandlung nicht zur Landauf füllung oder für ähnliche Zwecke geeignet ist. Außerdem haben diese Methanbildner eine verhältnismäßig niedrige Wachstumsrate, was die lange Verweildauer erforderlich macht, die selbst bei mesophilen Temperaturen für einen anaeroben Abbau vorgesehen wird. Wegen dieser niedrigen Wachstumsrate besteht die Gefahr, daß die methanbildenden Organismen aus der Abbauzone ausgewaschen werden, wenn die Schlammfeststoffverweildauer unter den obengenannten unteren Verweildauergrenzwert abgesenkt wird. Weil die anaerobe Abbauzone ' auf diese Weise lange Verweildauern bedingt, um das Vorhandensein von ausreichend Methanbildnern sicherzustellen, und weil die Schlammzuflußmenge zu der Abbauzone inbecause of the combination of the combustible methane gas with oxygen possible fire or explosion hazard. In addition, methane-forming bacteria are sensitive to it Process conditions such as fluctuations in the pH value and the presence of heavy metals, detergents, Ammonia and sulphides. For these reasons, a temperature stabilization of the anaerobic degradation zone is of particular importance Importance. The methane generators required within the degradation process are resistant to temperature fluctuations particularly sensitive. Such fluctuations reduce their activity and viability; they lead to a relative excessive growth of acidifiers. This in turn leads to insufficiently stabilized sludge as well as a sludge product that, without further treatment, cannot be used for landfilling or similar purposes suitable is. In addition, these methane generators have a relatively low growth rate, which is the long Requires residence time that is intended for anaerobic degradation even at mesophilic temperatures will. Because of this low growth rate there is a risk that the methane-forming organisms from the breakdown zone be washed out when the sludge solids residence time is lowered below the above-mentioned lower dwell time limit. Because the anaerobic degradation zone ' In this way, long residence times are required to ensure the presence of sufficient methane generators, and because the sludge flow rate to the mining zone in
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der Regel recht niedrig ist, ist das für die Abbauzone notwendige Fassungsvermögen sehr groß. Der Betrieb bei erhöhter Temperatur ist daher schwierig und erfordert eine erhebliche Wärmezufuhr zur Abbauzone in Verbindung mit einer engen Regelung der Abbauzonentemperatur. Wie oben diskutiert wurde, hat man angesichts derartiger Erwägungen das durch den anaeroben Abbauprozeß erzeugte Methan als Heizgas für die Abbauzone benutzt, um selbst bei extremen Außentemperaturschwankungen eine konstante erhöhte Temperatur aufrechtzuerhalten. Ein solcher Einsatz von Methan erwies sich als wirkungsvoll, um den großen Heizenergiebedarf des Prozesses zu minimieren.is usually quite low, this is for the mining zone necessary capacity very large. Operation at elevated temperature is therefore difficult and requires a considerable amount of heat to be applied to the degradation zone in connection with tight regulation of the extraction zone temperature. As discussed above, one has in view of such considerations the methane generated by the anaerobic degradation process is used as fuel gas for the degradation zone, in order to help itself maintain a constant elevated temperature in the event of extreme outside temperature fluctuations. Such a commitment methane was found to be effective in minimizing the large amount of heating energy required by the process.
Als Alternative zu den vorstehend genannten Verfahren kann biologisch abbaufähiger Schlamm auf aerobem Wege abgebaut werden. Für diesen Zweck wurde in der Praxis in der Regel Luft als Oxidationsmittel benutzt. Es ist bekannt, daß der aerobe Abbau bei erhöhten Temperaturen rascher abläuft. Wenn die Temperatur ausgehend von 35°C ansteigt, nimmt die Population der mesophilen Mikroorganismen ab, während q[ie thermophilen Formen zunehmen. Der Temperaturbereich von 45°C bis 75°C wird häufig als der thermophile Bereich bezeichnet, wo Thermophile vorherrschen und wo die meisten Mesophilen vernichtet sind. Oberhalb dieses Bereiches nehmen die Thermophilen ab. Bei 90 C wird das System im wesentlichen steril. Wegen der rascheren Oxidation des Schlammes wird innerhalb der glei-As an alternative to the above methods, biodegradable sludge can be broken down aerobically. For this purpose, air was used as an oxidizing agent in practice generally. It is known that aerobic degradation occurs more rapidly at elevated temperatures. As the temperature rises from 35 ° C, the population of mesophilic microorganisms decreases, while q [ie thermophilic forms increase. The temperature range of 45 ° C to 75 ° C is often referred to as the thermophilic region, where thermophiles predominate and where most of the mesophiles are annihilated. Above this range, the thermophiles decrease. At 90 C the system becomes essentially sterile. Because of the more rapid oxidation of the sludge,
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chen Abbauzeit eine vollständigere Beseitigung von biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen (VSS) als bei Umgebungstemperatur erreicht. Es wird ein stabilerer Rückstand erhalten, der ohne Belästigung beseitigt werden kann. Es zeigte sich ferner, daß ein thermophiler Abbau pathogene Bakterien im Schlamm wirkungsvoll vermindert oder beseitigt, wodurch potentielle gesundheitliche Gefährdungen vermieden werden, die mit der Schlammbeseitigung andernfalls verbunden sein könnten.A more complete elimination of biodegradable volatile suspended matter (VSS) than at ambient temperature can be achieved with a longer degradation time. A more stable residue is obtained which can be disposed of without inconvenience. It has also been shown that thermophilic degradation effectively reduces or eliminates pathogenic bacteria in the sludge, thereby avoiding potential health hazards which might otherwise be associated with the sludge disposal.
Werden Diffusionsluftsysteme benutzt, um den Sauerstoff für den Abbau zuzuführen, werden die Wärmeverluste in der Regel sehr groß. Infolgedessen ist ein aerober Abbau unter Verwendung von Luft typischerweise auf einen Abbau mit mesophilen Mikroorganismen beschränkt. Luftsysteme können im thermophilen Temperaturbereich nicht wirkungsvoll arbeiten. Luft enthält nur 21 % Sauerstoff, und nur ungefähr 5 bis 1O % der Sauerstoffkomponente werden, gelöst. Infolgedessen muß eine sehr groSe Luftmenge vorgesehen werden, um den Sauerstoffbedarf zu decken," die fühlbare Wärme der "verbrauchten" Luft und die latente Wärme, die erforderlich ist, um die verbrauchte Luft mit Wasserdampf zu sättigen, sind erheblich. Bei Außen- oder Umgebungstemperatur (2O°C oder weniger) beträgt die Schlammverweildauer im Falle eines aeroben Abbaus mit Luft typischerweise 12 bis 20 Tage; zur Aufnahme des Schlammes sind riesige Behälter erforderlich. Selbst wenn MaßnahmenIf diffusion air systems are used to supply the oxygen for the decomposition, the heat losses are usually very large. As a result, aerobic degradation using air is typically limited to degradation with mesophilic microorganisms. Air systems cannot work effectively in the thermophilic temperature range. Air contains only 21 % oxygen, and only about 5 to 10 % of the oxygen component is dissolved. As a result, a very large amount of air must be provided to meet the oxygen demand, "the sensible heat of the" stale "air and the latent heat required to saturate the stale air with water vapor are significant, at outside or ambient temperature (20 ° C or less) in the case of aerobic decomposition with air, the sludge retention time is typically 12 to 20 days, and huge containers are required to contain the sludge, even if measures are taken
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getroffen werden, um die Wärmeverlustrate durch Wärmeleitung , Konvektion und Strahlung herabzusetzen, führt die große, für einen Wärmeübergang zur Verfugung stehende Fläche zu starken Wärmeverlusten.taken to reduce the rate of heat loss through conduction To reduce convection and radiation, the large one that is available for heat transfer leads to Area to strong heat loss.
Infolge der vorstehend geschilderten Wärmeverluste beim Abbau mit Luft sind autotherme Wärmeeffekte gering; eine unwirtschaftlich große Menge an externer Wärme ist erforderlich, um die Temperaturen auf brauchbaren Werten zu halten. Es ist bekannt, daß die Wärmeverluste beim aeroben Abbau erheblich vermindert werden können, wenn anstel le von Luft ein mit Sauerstoff angereichertes Gas benutzt wird. Wird der Sauerstoff wirkungsvoll ausgenutzt, ist die Gasmenge, die der Abbauzone zugeleitet wird und von dieser abgeht, gegenüber Luft wesentlich geringer, weil Stickstoff zum großen Teil oder vollständig zuvor beseitigt wurde. Wärmeverluste auf Grund des fühlbaren Aufwärmens des Gases und der Wasserverdampfung in das Gas werden vermindert. Diese Verringerungen der Wärmeverluste reichen aus, damit die autotherme Wärme allein die Temperaturen auf Werten hält, die merklich höher als die Außentemperatur sind, so daß die Abbauzone im thermophilen Temperaturbereich bei minimaler Zufuhr, von externer Wärme zu dem Prozeß wirkungsvoll arbeiten kann. Weil die thermophile Stabilisierung wesentlich rascher als eine mesophile Stabilisierung erfolgt, wird die notwendige Verweildauer in der aeroben Abbauzone beim thermophilenAs a result of the heat losses described above during decomposition with air, autothermal heat effects are low; an uneconomically large amount of external heat is required to keep the temperatures at usable levels. It is known that the heat losses during aerobic degradation can be significantly reduced if an oxygen-enriched gas is used instead of air. If the oxygen is used effectively, the amount of gas that is fed into the decomposition zone and leaves it is significantly lower than that of air, because nitrogen has been largely or completely removed beforehand. Heat losses due to the noticeable warming up of the gas and the evaporation of water into the gas are reduced. These reductions in heat losses are sufficient for the autothermal heat alone to keep the temperatures at values which are appreciably higher than the outside temperature so that the degradation zone in the thermophilic temperature range can work effectively with a minimal supply of external heat to the process. Because the thermophilic stabilization takes place much faster than a mesophilic stabilization, the necessary residence time in the aerobic degradation zone becomes with the thermophilic
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Betrieb stark vermindert. Dies gestattet seinerseits, kleinere Becken zu benutzen, wodurch die Wärmeverluste an die Umgebung weiter herabgedrückt werden. Wegen der rascheren Oxidation des Schlammes kann mit dem thermophilen aeroben Abbau eine brauchbar starke Verminderung der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe, beispielsweise eine Verringerung von 8O bis 9O %,bei vergleichsweise kurzen Schlammverweildauern in der Größenordnung von 3 bis 1O Tagen erzielt werden.Operation greatly reduced. This in turn allows smaller pools to be used, which reduces heat losses to the Environment are further depressed. Because of the more rapid oxidation of the sludge can aerobic with the thermophilic Degradation a usefully large reduction in the biodegradable volatile suspended matter, for example a Reduction of 8O to 9O%, with comparatively short ones Sludge retention times in the order of 3 to 10 days can be achieved.
Trotz der erheblichen Attraktivität ist der thermophile aerobe Abbau im Vergleich zu einem anaeroben Abbau mit mehreren Nachteilen verbunden. Weil der thermophile aerobe Abbauprozeß seiner Art nach oxidierend ist, erzeugt der Prozeß ein Biooxidationsreaktions-Produktgas, das Kohlendioxid und Wasserdampf enthält, die nicht weiter nutzbar sind, sondern zweckmäßig an die Atmosphäre abgelassen werden. Im Gegensatz dazu erzeugt ein anaerober Abbau Methangas als Reaktionsnebenprodukt, das für andere Anwendungszwecke abgegeben werden kann und das auch als Brenngas nutzbar ist, um den Heizenergiebedarf zu decken, der mit einem Abbau bei erhöhten Temperaturen verbunden ist. Außerdem erfordert die aerobe Abbauzone einen wesentlich größeren Energieaufwand für das Mischen und das Inkontaktbringen von Gas und Schlamm, als dies bei dem anaeroben Abbausystem zum Mischen des Inhalts der Abbauzone notwendig ist.Despite its considerable attractiveness, the is thermophilic There are several disadvantages associated with aerobic degradation compared to anaerobic degradation. Because the thermophilic aerobic If the degradation process is oxidizing in nature, the process creates a bio-oxidation reaction product gas, which is carbon dioxide and contains water vapor that can no longer be used, but is expediently released into the atmosphere will. In contrast, anaerobic degradation creates methane gas as a reaction by-product that is beneficial to others Applications can be given and that can also be used as fuel gas to cover the heating energy demand, which is associated with degradation at elevated temperatures. In addition, the aerobic degradation zone requires an essential greater energy expenditure for mixing and contacting of gas and sludge than the anaerobic digestion system for mixing the contents of the digestion zone necessary is.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Abbau von Schlamm zu schaffen. Es soll ein Schlammabbauverfahren erhalten werden, bei dem ein aerober Abbau und ein anaerober Abbau bei erhöhter Temperatur derart vorgesehen werden, daß die jeweiligen Vorteile ausgenutzt, die betreffenden Mangel aber minimiert werden.The present invention is therefore based on the object of creating an improved method for breaking down sludge. A sludge degradation process is to be obtained in which aerobic degradation and anaerobic degradation at elevated temperature are provided in such a way that the respective advantages are exploited, but the deficiencies in question are minimized.
Bei dem Schlammabbauverfahren nach der Erfindung werden der Schlamm und mindestens 50 Vol.% Sauerstoff enthaltendes Belüftungsgas als Fluide in eine erste abgedeckte Abbauzone eingeleitet und unter Aufrechterhaltung des Gehalts der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/1 sowie der Gesamtschwebstoffkonzentration (MLSS) des Schlammes von mindestens 2O OOO mg/l gemischt. Der Schlamm wird in der ersten Abbauzone während" dieser .Verfahrensstufe bei einer Temperatur im thermophilen Bereich von 45 bis 75 C gehalten.In the sludge degradation process according to the invention, the sludge and at least 50% by volume of oxygen become Aeration gas introduced as fluids into a first covered mining zone and while maintaining the content the mixed liquid dissolved oxygen of at least 2 mg / 1 as well as the total suspended solids concentration (MLSS) of the sludge of at least 20,000 mg / l. The sludge is in the first degradation zone during this process stage at a temperature in the thermophilic range held at 45 to 75 C.
Das Mischen in der Abbauzone bei thermophiler Temperatur wird für eine Schlammverweildauer von 4 bis 48 Stunden fortgesetzt, um den Gehalt des in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen teilweise zu vermindern. Teilstabilisierter Schlamm und an Sauerstoff verarmtes Abbaugas mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 21 % werden dcfnn aus der ersten Abbauzone getrennt ausgetragen. Dieser aus-Mixing in the decomposition zone at thermophilic temperature is continued for a sludge residence time of 4 to 48 hours in order to partially reduce the biodegradable volatile suspended matter content of the sludge introduced into the first decomposition zone. Partially stabilized sludge and oxygen-depleted decomposition gas with an oxygen content of at least 21 % are discharged separately from the first decomposition zone. This out-
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getragene, teilstabilisierte Schlamm wird anschließend in eine zweite abgedeckte Abbauzone eingeleitet. Der Schlamm wird in der zweiten Abbauzone unter anaeroben Bedingungen bei einer Temperatur von 30 C bis 60 C für ei-^ ne Schlammverweildauer gehalten, die ausreicht, um den Gehalt des Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen auf unter ungefähr 4O % des Gehalts des in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen weiter abzusenken und Methangas zu bilden. Danach werden weiter stabilisierter Schlamm und das Methangas aus der zweiten Abbauzone ausgetragen.Carried, partially stabilized sludge is then fed into a second covered mining zone. The sludge is kept in the second degradation zone under anaerobic conditions at a temperature of 30 C to 60 C for a sludge retention time sufficient to keep the biodegradable volatile suspended matter content of the sludge below about 40 % of the content of the in the First degradation zone introduced sludge of biodegradable volatile suspended matter to lower further and to form methane gas. Thereafter, further stabilized sludge and the methane gas are discharged from the second mining zone.
Unter den Begriffen "Schlamm" und "belebter Schlamm" wird vorliegend ein Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch verstanden, das eine Schlammfeststoffphase und eine zugeordnete flüssige Phase aufweist, wobei die Schlammfeststoffe mindestens teilweise biologisch abbaufähig sind, d.h. unter dem Einfluß von lebenden Mikroorganismen zerlegt werden können. Biologisch abbaufähiger Schlamm wird, im allgemeinen entsprechend seinem Gehalt an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen (VSS) gekennzeichnet, Vorliegend wird unter "Gehalt an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen" im wesentlichen die maximale Verringerung an Feststoffen verstanden, die erzielbar ist, indem der Schlamm mit Op-haltigem Gas bei Außentemperatur belüftet wird, beispielsweise bei 2O°CThe terms "sludge" and "activated sludge" are understood here to mean a solid-liquid mixture, having a sludge solids phase and an associated liquid phase, the sludge solids are at least partially biodegradable, i.e. decomposed under the influence of living microorganisms can be. Biodegradable sludge is, im generally labeled according to its content of biodegradable volatile suspended matter (VSS), In the present case, the "content of biodegradable volatile suspended matter" is essentially the understood maximum solids reduction achievable by adding Op-containing gas to the sludge Outside temperature is ventilated, for example at 20 ° C
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und einem Gehalt an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/1. Es wird davon ausgegangen, daß eine maximale Verringerung des Feststoffgeholtes nach einer Begasungsdauer von 30 Tagen erreicht wird. Anweisungen für eine solche Bestimmung finden sich in "Water Pollution Control", W.W. Eckenfelder und D. L. Ford, The Pemberton Press, 1970, Seite 152. Indem man die VSS-Werte bei dem frischen Schlamm sowie erneut nach 30tägiger Begasung bestimmt, kann der biologisch abbaufähige Anteil der insgesamt vorhandenen flüchtigen Schwebstoffe wie folgt errechnet werden:and a dissolved oxygen content of at least 2 mg / l. It is assumed that a maximum reduction of the solids collected is achieved after a period of gassing of 30 days. Instructions for such Determinations can be found in "Water Pollution Control", W.W. Eckenfelder and D. L. Ford, The Pemberton Press, 1970, page 152.By determining the VSS values in the fresh sludge and again after 30 days of fumigation, the biodegradable proportion of the total volatile suspended matter can be calculated as follows will:
VSS (frisch) - VSS (30 Tage) VSS (frisch) VSS (fresh) - VSS (30 days) VSS (fresh)
Unter dem Begriff "stabilisierter Schlamm" wird Schlamm •mit vermindertem Gehalt an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schweostoffen im Anschluß an eine Abbaubehandlung und auf Grund einer derartigen Behandlung verstanden. Der Begriff "Schlammverweildauer" bezeichnet die mittlere Zeitdauer, während deren der Schlamm in einer vorgegebenen Abbauzone vorhanden ist; sie wird entsprechend der folgenden Formel errechnet:The term "stabilized sludge" means sludge • with a reduced content of biodegradable volatile substances Understood sulfur substances following a degradation treatment and on the basis of such a treatment. The term "sludge residence time" denotes the mean period of time during which the sludge in a given Mining zone is present; it is calculated according to the following formula:
wobei "C = Schlammverweildauer (Tage oder Stunden);where "C = sludge retention time (days or hours);
V
d = Volumen des in der Abbauzone behandeltenV
d = volume of that treated in the degradation zone
Schlamms (m ); undSludge (m); and
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Q = volumetrische Durchflußmenge des der Abbauzone zugeführten Schlammes (m /Tag oder m3/h).Q = volumetric flow rate of the sludge fed to the mining zone (m / day or m 3 / h).
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß eine im thermophilen Temperaturbereich arbeitende aerobe Abbauzone mit einer stromabwärts befindlichen anaeroben Abbauzone integriert werden kann, um für einen Teilabbau des Schlammes in jeder der aufeinanderfolgenden Zonen zu sorgen, und daß eine derartige Integration zu Verbesserungen des Prozesses führt, die über diejenigen hinausgehen, die man an Hand von Überlegungen hinsichtlich der befrref-. fenden Abbaustufen allein erwarten würde.The invention is based on the surprising finding that an aerobic degradation zone working in the thermophilic temperature range with an anaerobic one located downstream Degradation zone can be integrated to allow for partial degradation of the sludge in each of the successive zones and that such integration leads to process improvements beyond those which one based on considerations regarding the befrref-. expected degradation stages alone.
Bisher wurde aus zahlreichen Gründen nicht versucht, unter erhöhter Temperatur ablaufenden aeroben und anaeroben Abbau von Schlamm in der vorliegend vorgeschlagenen Weise zu kombinieren. Zunächst ist der mit dem anaeroben Abbauprozeß verbundene Raumbedarf, wie oben diskutiert, extrem groß, und es erwies sich als notwendig, große Methanmengen als Heizgas zu erzeugen, um einen wirtschaftlichen Betrieb der voluminösen Abbautanks sicherzustellen. Die Kombina-, tion einer anaeroben Abbauzone mit einer aeroben .Abbaustufe erscheint daher auf Grund von Erwägungen hinsichtlich des Gesamttankfassungsbedarfes für den kombinierten Prozeß als unerwünscht; man würde erwarten, daß der notwendige Tankraum größer als für jeden der Abbauprozesse allein ist.So far, for numerous reasons, no attempts have been made to aerobic and anaerobic degradation at elevated temperatures of sludge in the manner proposed here. First is the one with the anaerobic degradation process associated space requirements, as discussed above, extremely large, and it turned out to be necessary to use large amounts of methane as heating gas to produce an economical operation of the voluminous dismantling tanks. The combination, tion of an anaerobic degradation zone with an aerobic degradation stage therefore appears on the basis of considerations regarding the total tank capacity requirement for the combined process as undesirable; one would expect the tank space required to be larger than for each of the degradation processes alone.
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Eine solche Kombination scheint die jedem der aeroben und anaeroben Abbauprozesse normalerweise zugeordneten Funktionen bei erhöhtem Anlagenaufwand nur zu verdoppeln, ohne daß eine Steigerung der Leistungsfähigkeit der Behandlung zu erwarten ist.Such a combination seems to be the most aerobic as well Functions normally assigned to anaerobic degradation processes only have to be doubled without that an increase in the efficiency of the treatment is to be expected.
Die Kombination einer anaeroben Abbauzone mit einer aeroben Abbaustufe erscheint ferner unerwünscht, weil anzunehmen ist, daß die anaerobe Abbaustufe nicht in der Lage ist, innerhalb des kombinierten Systems auch nur für. einen Teilabbau des Schlammes bei Schlammverweildauern zu sorgen, die unter den langen Verweildauern liegen, die für konventionelle anaerobe, allein arbeitende Abbauzonen charakteristisch sind. Wie oben diskutiert, sind bei der anaeroben Abbaustufe lange Verweildauern erforderlich, um für eine wirkungsvolle Methanerzeugung und Schlammstabilisierung zu sorgen. Würde die anaerobe Verweildauer bei einem kombinierten aeroben/anaeroben Abbauprozeß unter den Normalwert für eine Vollbehandlung gesenkt, um innerhalb der anaeroben Stufe nur für einen Teilabbau zu sorgen, würde man eine übermäßige Erschöpfung der Methanbildner in der kurzen Verweildauer der anaeroben Stufe auf Grund von Verlusten dieser langsam wachsenden Arten in dem Abfluß der Abbauzone erwarten, so daß im Rahmen des kombinierten Prozesses nicht mit einer brauchbaren Schlammstabilisierung zu rechnen ist.The combination of an anaerobic degradation zone with an aerobic degradation stage also appears undesirable because it can be assumed is that the anaerobic degradation stage is not able to work within the combined system even for. a To provide partial degradation of the sludge with sludge retention times that are below the long retention times that are for conventional anaerobic, stand-alone degradation zones are characteristic. As discussed above, are when anaerobic Long residence times required for effective methane production and sludge stabilization to care. Would the anaerobic residence time in a combined aerobic / anaerobic degradation process be below the Normal value for a full treatment lowered to within to ensure only a partial degradation of the anaerobic stage, one would cause an excessive exhaustion of the methane-forming agents in the short dwell time of the anaerobic stage expect losses of these slowly growing species in the runoff of the mining zone, so that under the combined A usable sludge stabilization is not to be expected in the process.
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Außer den vorstehend genannten Gründen erscheint das kombinierte aerobe/anaerobe Abbausystem im Hinblick auf die Betriebsstabilität nachteilig, weil sowohl die aerobe als auch die anaerobe Abbaustufe allein eine enge Betriebstemperaturregelung erfordern, wenn mit erhöhten Temperaturwerten gearbeitet wird, so daß eine Kopplung der beiden betreffenden Prozesse offenbar eine noch engere Temperaturregelung notwendig machen würde und mit möglichen verstärkten nachteiligen Einflüssen auf Grund von Temperaturinstabilitäten und -fluktuationen zu rechnen ist.Besides the above reasons, the combined aerobic / anaerobic degradation system appears in view of the Operational stability is disadvantageous because both the aerobic and the anaerobic degradation stage alone require tight control of the operating temperature require when working with elevated temperature values, so that a coupling of the two processes concerned would apparently make an even closer temperature control necessary and with possible intensified adverse influences due to temperature instabilities and fluctuations are to be expected.
Schließlich würde man bei einem kombinierten aeroben/anaeroben Abbausystem Nachteile auf Grund der Erwägung erwarten, daß möglicherweise restlicher gelöster Sauerstoff von der stromaufwärtigen aeroben Stufe in den stromabwärtigen anaeroben Teil des Prozesses übergeht. Wie oben ausgeführt ist, sind in der anaeroben Abbauzone vorhandene, methanbildende Bakterien strikt anaerob und extrem empfindlich gegenüber Änderungen in ihrer Umgebung. Es ist bekannt, daß jede nennenswerte Einleitung von Sauerstoff in die anaerobe Abbauzone die Schlammstabilisierung durch Methanbildung nachteilig beeinflußt und daß die Gefahr besteht, daß aus der Flüssigkeit Sauerstoff in die methanhaltige Gasphase übergeht und in der Abbauzone ein brennbares Gasgemisch gebildet wird.After all, you'd be doing a combined aerobic / anaerobic Expect degradation system drawbacks due to the consideration that there may be residual dissolved oxygen from the upstream aerobic stage to the downstream anaerobic part of the process. As stated above, in the anaerobic degradation zone there are Methane-producing bacteria are strictly anaerobic and extremely sensitive to changes in their environment. It is known, that any significant introduction of oxygen into the anaerobic degradation zone stabilizes the sludge through methane formation adversely affected and that there is a risk of oxygen from the liquid in the methane-containing Gas phase passes and a combustible gas mixture is formed in the decomposition zone.
Entgegen dem vorstehend geschilderten, zu erwartenden Ver-Contrary to the above-described, to be expected
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halten wurde überraschenderweise gefunden, daß die Verwendung einer thermophilen aeroben Abbauzone stromaufwärts ■von einer mit erhöhter Temperatur arbeitenden anaeroben Abbauzone und der Betrieb dieser Zonen entsprechend dem Prozeß der vorliegenden Erfindung nicht nur zu einem funktionsfähigen und wirtschaftlichen Schlammbehandlungssystem führt, sondern ein Abbausystem ergibt, das auf Grund synergistischer Effekte zwischen dem aeroben und dem anaeroben Abbauteil des vorliegenden Prozesses im Vergleich zu bekannten Verfahren entscheidende Vorteile hat. Beispielsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, innerhalb des gesamten Schlammabbausystems eine thermische Arbeitsstabilität zu gewährleisten, die bei jeder der einzelnen Abbaustufen allein nicht verwirklicht werden kann. Des weiteren liefert der integrierte Abbauprozeß nach der Erfindung einen in hohem Maße stabilisierten Schlamm, der auch völlig pasteurisiert ist, obwohl die Verweildauer innerhalb des Gesamtprozesses gegenüber derjenigen Dauer vermindert ist, die man erwarten würde, wenn man die Verweildauererfordernisse jeder der gesonderten Teilabbaustufen allein berücksichtigt. Besonders überraschend ist die Feststellung, daß die anaerobe Abbauzone dieses Prozesses in der Lage ist, bei Schlammverweildauern zu arbeiten, die erheblich unter denjenigen liegen, die für eine volle Stabilisierungsbehandlung des Schlammes in konventionellen, allein arbeitenden anaeroben Abbauzonen notwendig sind, und daß ein derartiger Betrieb erzielt wird, ohnehold it was surprisingly found that the use of a thermophilic aerobic degradation zone upstream ■ of an anaerobic degradation zone working at an elevated temperature and the operation of these zones in accordance with Process of the present invention not only to a functional and economical sludge treatment system leads, but results in a breakdown system that is based on synergistic Effects between the aerobic and the anaerobic The dismantling part of the present process has decisive advantages compared to known processes. For example the method according to the invention is able to achieve a thermal within the entire sludge degradation system To ensure work stability, which cannot be achieved in each of the individual dismantling stages alone. Furthermore, the integrated degradation process of the invention provides a highly stabilized sludge, the is also completely pasteurized, although the residence time within the overall process is reduced compared to that duration is what one would expect given the length of stay requirements each of the separate partial dismantling stages is taken into account alone. What is particularly surprising is the finding that the anaerobic degradation zone of this process is able to operate at sludge retention times that are significantly below those required for a full stabilization treatment of the sludge in conventional, alone working anaerobic digestion zones are necessary and that such operation is achieved without
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daß dadurch, wie zu erwarten wäre, der Leistungsgrad der Behandlung sinkt. Als Beispiel für bei dem vorliegenden Verfahren geeignete Verweildauern sei erwähnt, daß eine für das vorliegende Verfahren ausgelegte Versuchsanlage bei einer Schlammverweildauer in der ersten aeroben Stufe von 24 bis 48 Stunden und einer Verweildauer in'der anaeroben zweiten Stufe von nur 4 bis 5 Tagen zufriedenstellend arbeitete. Die vorstehend genannten Vorteile werden in Verbindung mit einer wesentlichen Verringerung' des Fassungsvermögens der Abbauzonen gegenüber einem kon-•ventionellen anaeroben Abbausystem verwirklicht, während ein unerwartet großer Teil des Methanproduktionsvermögens der konventionellen anaeroben Abbaueinrichtung beibehalten bleibt, wie dies im einzelnen weiter unten gezeigt ist. Beispielsweise kann die Anlage nach der Erfindung mit nur ungefähr 6ü % des Fassungsvermögens arbeiten, das bei einer bekannten anaeroben Abbauzone vorgesehen sein muß, jedoch näherungsweise 75 % der Methanproduktiorfskapazität der bekannten Zone haben. Eine derartige Verbesserung führt zur Erzeugung einer wesentlich größeren Methanmenge, als sie für Heizzwecke innerhalb des Prozesses erforderlich ist, so daß eine wesentlich größere Menge an Abgas mit hohem Methangehalt für andere Zwecke von der Schlammabbauanlage abgegeben werden kann, als dies bei dem bekannten anaeroben Abbausystem der Fall ist. Schließlich zeigte es sich, daß bei dem vorliegenden Verfahren Sauerstoff nicht in nennenswertem Umfang von demthat as a result, as would be expected, the efficiency of the treatment decreases. As an example of residence times suitable for the present process, it should be mentioned that a test facility designed for the present process worked satisfactorily with a sludge residence time in the first aerobic stage of 24 to 48 hours and a residence time in the anaerobic second stage of only 4 to 5 days . The advantages mentioned above are realized in connection with a substantial reduction in the capacity of the digestion zones compared to a conventional anaerobic digestion system, while an unexpectedly large part of the methane production capacity of the conventional anaerobic digestion facility is retained, as shown in detail below. For example, the plant according to the invention can operate with only about 6 % of the capacity that must be provided in a known anaerobic degradation zone, but have approximately 75 % of the methane production capacity of the known zone. Such an improvement leads to the generation of a much larger amount of methane than is required for heating purposes within the process, so that a much larger amount of exhaust gas with a high methane content can be released from the sludge digestion plant for other purposes than is the case with the known anaerobic digestion system of FIG Case is. Finally, it was found that in the present process, oxygen is not significantly different from that
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Schlamm der ersten Abbauzone in die Gasphase der zweiten Abbauzone übertragen wird.Sludge from the first mining zone into the gas phase of the second Mining zone is transferred.
Die Gründe fur die unerwarteten Vorteile des vorliegenden Verfahrens sind nicht voll geklärt. Es kann sein, daß das Ausbleiben eines nennenswerten Übergangs von Sauerstoff von der ersten in die zweite Abbauzone darauf zurückzuführen ist, daß die erhöhten Temperaturbedingungen in der zweiten Abbauzone für ausreichend intensive anaerobe bakteriologische Bedingungen sorgen, um den Gehalt des von der ersten in die zweite Abbauzone geleiteten Schlamms an gelöstem Sauerstoff durchgreifend abzubauen, bevor gelöster Sauerstoff in nennenswertem Umfang innerhalb der zweiten Abbauzone in die Gasphase übergehen kann. Die überraschend kurzen Verweildauern des vorliegenden Verfahrens, insbesondere in der anaeroben Abbaustufe, können zusammen mit der thermischen Stabilität des Prozesses und dem überraschend hohen Methanproduktionsvermögen der anaeroben Stufe die Folge einer chemischen oder biologischen Akklimatisierung des Schlamms und der Mikroorganismen in der aeroben Abbauzone sein, die für eine Verbesserung des Wirkungsgrades der anschließenden anaeroben Behandlungsstufe sorgt. Dessen ungeachtet soll keine Festlegung auf eine bestimmte theoretische Erklärung dieses Betriebsverhaltens erfolgen. Wesentlich sind nur die vorliegend offenbarten Verfahrensschritte und -merkmale.The reasons for the unexpected benefits of the present Procedures are not fully clarified. It may be that there is no significant transition of oxygen from the first to the second mining zone is that the elevated temperature conditions in the second degradation zone for sufficiently intense anaerobic bacteriological Conditions provide for the content of the sludge passed from the first to the second mining zone Thoroughly break down dissolved oxygen before dissolved Oxygen can pass into the gas phase to a significant extent within the second degradation zone. The surprising short residence times of the present process, especially in the anaerobic degradation stage, can be combined with the thermal stability of the process and the surprisingly high methane production capacity of the anaerobic stage the consequence of a chemical or biological acclimatization of the sludge and the microorganisms in the aerobic Be the degradation zone for improving the efficiency of the subsequent anaerobic treatment stage cares. Regardless of this, no commitment is made to a specific theoretical explanation of this operating behavior take place. Only the method steps and features disclosed in the present case are essential.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments. In the enclosed Drawings show:
Fig. 1 ein Fließschema eines Abbauprozesses entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, wobei Wärme aus den abfließenden Strömen sowohl der ersten als auch der zweiten abgedeckten Abbauzone zurückgewonnen wird,Fig. 1 is a flow diagram of a degradation process according to an embodiment of the invention, wherein Heat from the effluent streams of both the first and second covered The mining zone is reclaimed,
Fig. 2 ein Fließschema einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, wobei aus der ersten abgedeckten Abbauzone ausgetragenes, an Sauerstoff verarmtes Abbaugas für die Sauerstoffanreicherungs-Nachbehandlung von BSB-haitigem Wasser ausgenutzt wird,Fig. 2 is a flow diagram of a modified embodiment of the invention, covered from the first Degradation zone discharged, oxygen-depleted degradation gas for the post-oxygenation treatment is exploited by water containing BOD,
Fig. 3 ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der Schlamm von der primären und der sekundären Abwasserbehandlungsstufe den Schlammabbauzonen zugeleitet wird,Fig. 3 is a flow diagram of a further embodiment of the method according to the invention, wherein the sludge from the primary and secondary waste water treatment stage, the slurry is fed to decomposition zones,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Temperatur des in die erste Abbauzone gelangenden Schlammes, die notwendig ist, um eine Ärbeitstemperatur von :5O C in der ersten Abbauzone aufrechtzuer-4 shows a graphic representation of the temperature of the sludge entering the first degradation zone, which is necessary to maintain a working temperature of : 50 C in the first degradation zone.
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halten, aufgetragen als Funktion der Gesamtschwebstoffkonzentrction (MLSSj des in die erste Abbauzone einströmenden Schlammes, undhold, plotted as a function of the total suspended matter concentration (MLSSj of the sludge flowing into the first extraction zone, and
Fig. 5 ein Fließschema einer weiteren AusfühFig. 5 is a flow chart of a further embodiment
rungsform dar Erfindung, bei der ein kleinerer Teil des in das Frozeßsystem einströmenden Schlammes zu der zweiten Aboauzone abgeleitet wird.Rung form of the invention, in which a smaller part of the sludge flowing into the process system is diverted to the second Aboauzone.
Fig. 1 zeigt ein Fließschema eines Verfahrens, das sich für eine Schlammbehandlung eignet, wobei eine erste thermopni-Ie aerobe Abbaustufe vorgesehen ist, an die sich ein mesophiler anaerooer Abbau anschließt. Schlamm, der beispielsweise von einem primären Absetzbecken, dem Klärbekken einer nach dem Belebungsverfahren arbeitenden Abwasserbehandiungsanlage, einem Rieselfilter oder einem anaeren schlammerzeugenden System kommen kann, tritt über ei~ ne Leitung 8 ein und wird nacheinander in Wärmetauschern 22 und 15 Peispielsweise auf eine Temperatur von 3O°C bis 35 C erhitzt, bevor er in die erste abgedeckte Abbauzone 1O eingeleitet wird, um die Temperatur in der Zone auf einem thermophilen Wert im Bereich von 45°C bis 75°C zu halten. Der Außentemperatur aufweisende Schlamm in der Leitung 8 wird zunächst im Wärmetauscher 22 erhitzt, indem der Schlamm in indirekten Wärmeaustausch mit dem im Gegen-Fig. 1 shows a flow diagram of a process which is suitable for a sludge treatment is suitable, with a first thermopni-Ie aerobic degradation stage is provided, followed by a mesophilic anaerobic degradation. Mud, for example from a primary settling basin, the septic tank a wastewater treatment plant working according to the activated sludge process, a trickle filter or an anaer one sludge-producing system occurs via egg ~ ne line 8 and is successively in heat exchangers 22 and 15 Pe for example to a temperature of 30 ° C to 35 C heated before it is introduced into the first covered mining zone 1O to bring the temperature in the zone to a Maintain thermophilic value in the range of 45 ° C to 75 ° C. The outside temperature having sludge in the line 8 is first heated in the heat exchanger 22 by the sludge in indirect heat exchange with the opposite
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strom durchgeleiteten weiter stabilisierten Schlamm gebracht wird, der eine zweite abgedeckte Abbauzone 2O über eine Leitung 24 verläßt. Auf diese Weise wird Warme aus dem weiter stabilisierten Schlamm zurückgewonnen. Der erhaltene gekühlte, stabilisierte Schlamm verläßt den Wärmeaustauscher 22 und wird aus dem System über eine Leitung 25 zur endgültigen Beseitigung oder anderer Verwendung ausgetragen. Der in den Wärmetauscher 22_über die Leitung 24 eintretende weiter stabilisierte Schlamm kann zweckmäßig eine Temperatur von 35 C bis 40 C haben, so daß der einströmende Schlamm, der den Wärmetauscher über eine Leitung 9 verläßt, auf eine Temperatur von 28 C bis 3O C erhitzt wird. Der über die Leitung 9 einströmende, teilweise erwärmte Schlamm wird im Wärmetauscher 15 auf eine Temperatur von 30 C bis 35 C weiter erhitzt, indem er im Gegenstrom in indirekten Wärmeaustausch mit dem teilstabilisierten Schlamm gebracht wird, der aus der e.rsten Abbauzone 10 über eine Leitung 14 ausgetragen und vom Wärmetauscher aus über eine Leitung 16 in die zweite Abbauzone 20 gelangt.stream is brought through further stabilized sludge, which is a second covered mining zone 2O via a line 24 leaves. This way it becomes warm recovered from the further stabilized sludge. The cooled, stabilized sludge obtained leaves the heat exchanger 22 and is from the system via a Line 25 discharged for final disposal or other use. The in the heat exchanger 22_über further stabilized sludge entering the line 24 can expediently have a temperature of 35 C to 40 C, so that the incoming sludge, which leaves the heat exchanger via a line 9, is brought to a temperature of 28 ° C is heated to 3O C. The flowing in via line 9, partially heated sludge is further heated in the heat exchanger 15 to a temperature of 30 C to 35 C by it is brought into indirect heat exchange in countercurrent with the partially stabilized sludge that comes from the first Degradation zone 10 is discharged via a line 14 and from the heat exchanger via a line 16 into the second Mining zone 20 reached.
Als Alternative zu dem vorstehend erläuterten Wärmeaustausch mit stabilisierten Schlammproduktströmen aus den betreffenden Abbauzonen kann der zufließende Schlamm vor dem Einleiten in die erste Abbauzone durch indirekten Wärmeaustausch mit einem zweckentsprechenden, extern zugeführten Heizmedium, beispielsweise Dampf oder Heißwasser,As an alternative to the previously discussed heat exchange with stabilized sludge product streams from the The inflowing sludge can precede the degradation zones in question the introduction into the first degradation zone by indirect heat exchange with an appropriate, externally supplied Heating medium, e.g. steam or hot water,
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erhitzt werden, obwohl eine Wärmerückgewinnung aus den warmen Abbauzonenproduktstromen bevorzugt wird, da auf 'diese Weise die Wärme innerhalb des Prozesses wirkungsvoll ausgenutzt und der Heizenergiebedarf des Prozesses minimiert wird. Obwohl das Erwarmen des einströmenden Schlammes vor dem Einleiten in die erste Abbauzone keinen Wesentlichen-Bestandteil des vorliegenden Verfahrens bildet, kann es in der Praxis erwünscht sein, um den thermischen Wirkungsgrad des unter erhöhter Temperatur ablaufenden Prozesses zu maximieren. Ob ein derartiges Erhitzen des Schlammes erwünscht ist, hängt, wie im folgenden näher diskutiert, von dem Feststoffgehalt des einströmenden Schlammes, der Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone und anderen Prozeßparametern ab.be heated, although a heat recovery from the warm Degradation zone product streams are preferred as this effectively utilizes the heat within the process and the heating energy requirement of the process is minimized. Although the warming of the incoming mud before the introduction into the first mining zone does not form an essential part of the present process, it may in practice it may be desirable to increase the thermal efficiency of the process taking place at elevated temperature to maximize. Whether such heating of the sludge is desired depends, as discussed in more detail below, on the solids content of the inflowing sludge, the Sludge retention time in the aerobic degradation zone and other process parameters.
Der weiter erhitzte Schlamm, der den Wärmetauscher 15 über eine Leitung 11 verläßt, wird in die erste Abbauzone 1O zusammen mit Belüftungsgas von einer Leitung 17 eingeleitet, wobei der Schlamm und das Belüftungsgas die Prozeßfluide für die erste Abbaustufe bilden. Das Belüftungsgas in der Leitung 17 enthält mindestens 5O und vorzugsweise mindestens 80 Vol.% Sauerstoff, um für eine zweckentsprechend hohe Stoffübergangstriebkraft und Sauerstofflösungsgeschwindigkeit in dem Schlamm bei den hohen Schlammtemperaturen in der ersten Abbauzone zu sorgen, die vorliegend vorgesehen sind. Die Leitung 17 ist an eine (nicht gezeigte) Quelle für ein sauerstoffhaltiges Belüftungsgas ange-The further heated sludge that passes through the heat exchanger 15 a line 11 leaves, is in the first mining zone 1O introduced together with aeration gas from a line 17, the sludge and the aeration gas being the process fluids for the first stage of mining. The vent gas in line 17 contains at least 50 and preferably at least 80 vol.% oxygen in order for one to use it appropriately high mass transfer driving force and oxygen dissolution rate in the mud at the high mud temperatures in the first degradation zone that is present are provided. The line 17 is connected to a (not shown) source for an oxygen-containing ventilation gas.
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schlossen. Bei dieser Quelle kann es sich beispielsweise um eine Tieftemperatursauerstoffernläge, einen Vorratsbehälter oder eine mit einem adiabotischen Druckkreisprozeß arbeitende Adsorptionsluftzerlegungsanlage handeln, wie sie in der einschlägigen Technik häufig vorgesehen wird, um Sauerstoff haltiges· Gas bereitzustellen. Wie veranschaulicht, kann das sauerstoffhaltig© Belüftungsgas in der Leitung 17 auch mittels einer Heizeinrichtung 19 erhitzt '.»/erden, um dazu beizutragen, daß di© Temperstur in aer Äb~ bauzone 10 auf dem. gewünschten l'isrt gehalten wird.closed. This source can be, for example, a low-temperature oxygen storage facility, a storage container or an adsorption air separation system operating with an adiabotic pressure cycle process , as is often provided in the relevant technology in order to provide oxygen-containing gas. As illustrated, the oxygenated © vent gas in line 17 may also heated by a heater 19 '.' / Ground to assist in that di © Temperstur in aer ~ AEB building zone 10 on the. desired l'isrt is kept.
In der aeroben Abbauzone 10 wsrden dor Schlamm .und das Belüftungsgas gemischt ι gleichzeitig wird eines tiisser Fluide gegenüber dem anderen Fluid in ausreichender Menge und mit genügender Geschwindigkeit umgewälzt, um. den Sehalt des Schlamms cm gelöstem Sauerstoff auf mindestens 2 nig/l und die Gesamtschwebstoffkonsontration (MLSS; ds-s Schlamms bei mindestens 2O 000 mg/1 zu halten. Für das. Mischen und Umwälzen ist eine Kontakteinrichtung 12 vorgesehen, die· in der Praxis eine eingetauchte- Turbine und einon Gas kompressor aufweisen kann, der ar; asn Gaskopf raum-in der Ab= bauzone und an die Gaseinbiasvorrichtung angeschlossen ist, um das sauerstoffhaltige Beiüftungsgas gegenüber dem Schlamm umzuwälzen. Statt dessen kann auch eine -OberfIachenbelüftungsvorrichtung vorhanden sein, die den Schlamm gegenüber dem Belüftungsgas im Gaskopfraum der Abbauzon® 10 umwälzt. Das Umwälzen eines der aus Schlamm und Belüf-In the aerobic degradation zone 10, the sludge and the aeration gas are mixed - at the same time, one hot fluid is circulated with respect to the other fluid in sufficient quantity and at sufficient speed. to keep the content of the sludge cm of dissolved oxygen at at least 2 nig / l and the total suspended matter consontration (MLSS; ds-s sludge) to at least 2O 000 mg / 1 a submerged turbine and a gas compressor, which is connected to the gas head space in the decomposition zone and to the gas injection device, in order to circulate the oxygen-containing aeration gas against the sludge the sludge circulates against the aeration gas in the gas headspace of the Abbauzon® 10. The circulation of one of the sludge and aeration
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tungsgas bestehender. Fluide gegenüber dem anderen Fluid in der aeroben Aobauzone wird in der Praxis vorzugsweise benutzt, um im Schlamm einen hohen Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu erhalten und den Sauerstoff des Beiüftungsgases weitgehend auszunutzen. Gleichwohl stellt ein derartiges Umwälzen kein Zwangsmerkmai des vorliegenden Verfahrens dar. In einiger Fällen kann es möglich sein, für ausreichenden gelösten Sauerstoff im Schlamm und für hohe Ausnutzung des Sauerstoffs im Beiüftungsgas zu sorgen, indem 3elüftungsgas nur einmal durch die aerob.e Abbauzone hindurchgeieitsT. wird. Der Gehalt des Schlamms in der ersten Abbcuzon-3 ar. gelöstem Sauerstoff seilte mindestens 2 mg/i betragen; um oen thermophiier; Mikroorganismen im Schlamm ausreichend Sauerstoff für eir.e '-asche Zerlegung der biologisch abbaufähigen Schiammbestcndteile zur Verfügung zu steilen, die auf diese Mikroorganismen zurückgeht. Die Gesamtschwebstof^konzentration des Schlamms betragt mindestens -20 OOD mg/1, um, basierend auf kinetischen Erwägungen, eine hohe Geschwindigkeit des biologischen Schlammabbaus in der aeroben Abtauzone zu erzielen, um gleichlaufend damit die Reaktionswärme aus dem exothermen" asrcben Abbau auf einem ausreichenden Wert zu halten, damit die Temperatur des Schlamms in der ersten Abbauzone innerhalb des thermophilen Bereiches bleibt, und um ein befriedigendes Maß an Teiischlammstabilisierung in der Abbauzone bei kurzen Verweildauern zu erzielen.supply gas existing. Fluids as opposed to the other fluid in the aerobic building zone are preferably used in practice in order to obtain a high content of dissolved oxygen in the sludge and to make extensive use of the oxygen in the aeration gas. Nonetheless provides such circulation no Zwangsmerkmai of the present process. In some cases it may be possible to provide sufficient dissolved oxygen in the mud and high utilization of oxygen in Beiüftungsgas by 3elüftungsgas only once by the aerob.e degradation zone hindurchgeieitsT. will. The content of the sludge in the first Abbcuzon-3 ar. dissolved oxygen must be at least 2 mg / l; um oen thermophiier; To steep microorganisms in the sludge for sufficient oxygen eir.e '-asche decomposition of the biodegradable f ähigen Schiammbestcndteile available, which goes back to these microorganisms. The total suspended matter concentration of the sludge is at least -20 OOD mg / 1 in order, based on kinetic considerations, to achieve a high rate of biological sludge degradation in the aerobic defrosting zone, in order to simultaneously keep the heat of reaction from the exothermic ascrben degradation at a sufficient level to keep the temperature of the sludge in the first degradation zone within the thermophilic range, and to achieve a satisfactory level of partial sludge stabilization in the degradation zone with short residence times.
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Unter den vorstehend genannten Prozeßbedingungen wird Schlamm in der ersten Abbauzone zum Abbau bei einer Temperatur im thermophilen Bereich von 45 C bis 75 C gehalten, was eine rasche Oxidation des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen Schwebstoffen sicherstellt. Die thermophile Abbaustufe wird für eine Schlammverweildauer in der ersten Abbauzone von 4 bis 48 Stunden fortgesetzt, um den Gehalt des in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen teilweise zu vermindern. Die Schlammverweildauer in der aeroben Abbaustufe sollte mindestens 4 Stunden betragen, um in der ersten Abbauzone eine ausreichende Teilstabilisierung herbeizuführen. Bei Verweildauern unter 4 Stunden wird das Maß der in der anschließenden anaeroben Behandlungsstufe erforderlichen Schlammstabilisierung unverhältnismäßig groß gegenüber dem Stabilisierungsgrad in der ersten aeroben Stufe; die Gesamtsystemverweildauer und der Tankfassungsbedarf beginnen, sich den Werten von konventionellen anaeroben Abbausystemen zu nähern; die unerwartete Verbesserung dieser Prozeßparameter, die für einen Betrieb bei Verweildauern von vier Stunden oder mehr charakteristisch sind, geht zunehmend verloren. Aus entsprechend ähnlichen Gründen sollte die Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone 48 Stunden nicht überschreiten. Oberhalb dieses Wertes wird das Ausmaß der Schlammstabilisierung in der aeroben Abbauzone übermäßig groß gegenüber der restlichen Stabilisierung in der stromabliegenden anaeroben Stufe.Under the process conditions mentioned above, Sludge kept in the first degradation zone for degradation at a temperature in the thermophilic range of 45 C to 75 C, which ensures rapid oxidation of the volatile suspended matter content of the sludge. The thermophilic degradation stage is used for a sludge retention period in the first Degradation zone continued from 4 to 48 hours to reflect the content of the sludge introduced into the first degradation zone to partially reduce biodegradable volatile suspended matter. The sludge retention time in the aerobic The mining stage should last at least 4 hours in order to achieve sufficient partial stabilization in the first mining zone bring about. If the stay is less than 4 hours, this will be Measure of the subsequent anaerobic treatment stage required sludge stabilization disproportionately large compared to the degree of stabilization in the first aerobic Step; the total system residence time and the tank capacity requirement begin to approach the values of conventional ones to approach anaerobic degradation systems; the unexpected improvement in these process parameters necessary for operation at Dwell times of four hours or more are characteristic are increasingly lost. For similar reasons, the sludge retention time in the aerobic degradation zone should be Do not exceed 48 hours. Above this value, the degree of sludge stabilization in the aerobic degradation zone excessively large compared to the rest Stabilization in the downstream anaerobic stage.
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Die in der letztgenannten Stufe notwendigen Verweildauern zur Aufrechterhaltung einer zweckentsprechend großen Population von Methanbildnern in der Abbauzone neigen dazu, wesentlich langer zu werden, als dies im Hinblick auf einen wirkungsvollen Betrieb erwünscht ist. Wiederum geht die unerwartete Verbesserung hinsichtlich der Gesamtsystemverweildauer und des Tankfassungsbedarfs zunehmend verloren, die bei einem Verweildauerbereich von 4 bis 48 Stunden erzielbar ist. Auf Grund der vorstehenden Erwägungen wird vorzugsweise mit einer Verweildauer im Bereich von bis 24 Stunden gearbeitet.The length of stay necessary in the last-mentioned stage to maintain an appropriately large population of methane generators in the mining zone tend to be much longer than this with regard to one effective operation is desired. Again, the unexpected improvement is in terms of overall system residence time and tank capacity requirements are increasingly lost with a dwell time range of 4 to 48 hours is achievable. On the basis of the above considerations, a dwell time in the range of worked up to 24 hours.
Im AnschluS an die vorstehend erläuterte aerobe Abbaubehandlung wird teilstabilisierter Schlamm aus der aeroben Zone über die Leitung 14 ausgetragen, während an Sauerstoff verarmtes Abbaugas mit mindestens 21 % Sauerstoffgehalt und vorzugsweise mindestens 4ü % Sauerstoffgehalt aus der aeroben Zone über eine Leitung 18 gesondert abgeführt wird. Die Sauerstoffkonzentration des Abgases der Abbauzone in der Leitung 18 kann leicht auf dem geeigneten Wert gehalten werden, indem die relativen Durchflußmengen des über die Leitung 17 zugeführten Gases und des über die Leitung 18 abgehenden Gases geregelt werden. Für diesen Zweck können beispielsweise Gasstromregelventile in der Gaseintritts- und/oder Gasaustrittsleitung vorgesehen sein, die in bekannter Weise von einem Sauerstoffkonzentrationsanalysator beeinfluSt werden, der in derFollowing the aerobic degradation treatment explained above, partially stabilized sludge is discharged from the aerobic zone via line 14, while oxygen-depleted degradation gas with at least 21 % oxygen content and preferably at least 4% oxygen content is separately removed from the aerobic zone via line 18. The oxygen concentration of the exhaust gas from the decomposition zone in the line 18 can easily be kept at the appropriate value by regulating the relative flow rates of the gas supplied via the line 17 and the gas exiting via the line 18. For this purpose, for example, gas flow control valves can be provided in the gas inlet and / or gas outlet line, which are influenced in a known manner by an oxygen concentration analyzer which is in the
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Austrittsleitung 18 sitzt.Outlet line 18 is seated.
Dadurch, daß der Schlamm in der aeroben Abbauzone unter thermophilen Prozeßbedingungen gehalten wird, läßt sich,-wie gefunden wurde, eine im wesentlichen vollständige Pasteurisierung des Schlamms erreichen. Aus der aeroben Zone 1O über die Leitung 14 abgehender, teilstabilisierter Schlamm hat eine Temperatur im thermophilen Bereich zwischen 45°C und 75°C. Weil bei dieser Ausführungsform ein mesophiler anaerober Abbau in der zweiten abgedeckten Abbauzone 20 vorgesehen ist, wird dem teilstabilisxerten Schlamm in der Leitung 14 vorzugsweise Wärme entzogen, um einen wirkungsvollen Betrieb der anaeroben Schlammbehandlungsstufe sicherzustellen. Dementsprechend wird der Schlamm in der Leitung 14 durch den Wärmetauscher 15 hindurchgeleitet und in indirekten Wärmeaustausch mit dem teilaufgewärmten, einströmenden Schlamm gebracht, der in den Wärmetauscher 15 über die Leitung 9 eintritt. Der gekühlte, teilstabilisierte, aerob behandelte Schlamm fließt dann über die Leitung 16 zu der zweiten abgedeckten Abbauzone 20. Alternativ läßt sich der teilstabilisierte Schlamm in der Leitung 14 auch mittels eines extern zugeführtf.n kühlmediums kühlen, beispielsweise mit dem geklärten Abfluß einer Abwasserbehandlungsanlage. Beim Betrieb im Winter ist es gegebenenfalls nicht erforderlich, eine Wärmeaustauschstufe zum Kühlen des teilstabilisierten Schlammstromes vorzusehen, weil Wärmeverluste an dieBecause the sludge is under in the aerobic degradation zone thermophilic process conditions is maintained, can -like has been found to achieve essentially complete pasteurization of the sludge. From the aerobic Zone 1O via line 14 outgoing, partially stabilized Mud has a temperature in the thermophilic range between 45 ° C and 75 ° C. Because in this embodiment a mesophilic anaerobic degradation covered in the second Degradation zone 20 is provided, heat is preferably withdrawn from the partially stabilized sludge in line 14, efficient operation of the anaerobic sludge treatment stage to ensure. Accordingly, the sludge in the line 14 is passed through the heat exchanger 15 and brought into indirect heat exchange with the partially heated, inflowing sludge, which in the heat exchanger 15 enters via the line 9. The chilled, partially stabilized, aerobically treated sludge then flows via line 16 to the second covered degradation zone 20. Alternatively, the partially stabilized sludge in line 14 can also be supplied externally by means of an external device cool the cooling medium, for example with the clarified Drain of a sewage treatment plant. When operating in winter it may not be necessary to to provide a heat exchange stage for cooling the partially stabilized sludge flow, because heat losses to the
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Umgebung von der zweiten Abbauzone und dem von der ersten zur zweiten Abbauzone fließenden Schlammstrom eine solche Kühlstufe zufriedenstellend kompensieren können.Surroundings of the second mining zone and that of the first sludge stream flowing to the second degradation zone can satisfactorily compensate for such a cooling stage.
Der über die Leitung 16 in die zweite Abbauzone eingeleitete, teilstabilisierte Schlamm wird dort unter anaeroben Bedingungen bei Temperaturen von 3O°C bis 45 C für eine ausreichend lange Schlammverweildauer gehalten, um den Gehalt des Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen auf weniger als ungefähr 40 % und vorzugsweise weniger als 2O % des Gehaltes des in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen herabzudrücken; außerdem wird Methangas gebildet.The partially stabilized sludge introduced into the second degradation zone via line 16 is kept there under anaerobic conditions at temperatures of 30 ° C to 45 ° C for a sufficiently long sludge retention time to reduce the biodegradable volatile suspended matter content of the sludge to less than approximately 40 %. and preferably less than 20 % of the biodegradable volatile suspended matter content of the sludge introduced into the first degradation zone; in addition, methane gas is formed.
Die Temperatur des Schlammes in der zweiten abgedeckten Abbauzone wird im Bereich von 3O°C bis 6O°C gehalten. Dies umfaßt sowohl einen Betrieb im mesophilen Bereich von 3O°C bis 45°C als auch ein Arbeiten im thermophilen Bereich von 45°C bis 6O°C. Für einen Betrieb mit besonders hohem Wirkungsgrad wird die anaerobe Zone beim mesophilen Arbeiten bei einer Schlammbehandlungstemperatur zwischen 35°C und 4O°C sowie vorzugsweise zwischen 37°C und 38°C gehalten. Ein bevorzugter Arbeitstemperaturbereich für den anaeroben thermophilen Abbau liegt zwischen 45°C und 5O°C. Ein Betrieb in den vorstehend genannten bevorzugten Temperaturbereichen sorgt für einen besonders schnellen Abbau der bio-The temperature of the mud covered in the second The degradation zone is maintained in the range of 30 ° C to 60 ° C. this includes both operation in the mesophilic range of 30 ° C up to 45 ° C as well as working in the thermophilic range of 45 ° C to 60 ° C. For operation with particularly high efficiency becomes the anaerobic zone during mesophilic work at a sludge treatment temperature between 35 ° C and 40 ° C and preferably between 37 ° C and 38 ° C. A preferred working temperature range for anaerobic thermophilic degradation is between 45 ° C and 50 ° C. A business in the above-mentioned preferred temperature ranges ensures a particularly rapid degradation of the bio-
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logisch abbaufähigen flüchtigen Stoffe durch die betreffenden Mikrobenstämme.Logically degradable volatile substances by the relevant microbial strains.
Beim Betrieb der anaeroben Abbauzone 20 wird der Inhalt der Abbauzone mittels einer Rühreinrichtung 21 ständig gemischt, wodurch eine große Zone für den aktiven Abbau ausgebildet und die Geschwindigkeit der Stabilisierungsreaktionen bedeutend erhöht wird. Die Verweildauer des Schlammes in der zweiten Abbauzone kann zweckmäßig im Bereich von 4 bis 12 Tagen und vorzugsweise im Bereich, von 5 bis 9 Tagen liegen. Schlammverweildauern in der zweiten Abbauzone von weniger als 4 Tagen können unzweckmäßig sein; die Verweildauer reicht immer weniger aus, um eine große lebensfähige Population von Methanbildnern in der anaeroben Stufe aufrechtzuerhalten; das Gesamtschlammstabilisierungsverhalten des Abbausystems wird nachteilig beeinflußt. Andererseits wird bei Verweildauern in der anaeroben Abbaustufe von mehr als 12 Tagen die Verweildauer in der zweiten Abbauzone überflüssig lang; es wird zunehmend schwieriger, die synergistischen Vorteile des integrierten Prozesses hinsichtlich Verweildauer und Tankraumbedarf zu verwirklichen, die innerhalb des Verweildauerbereiches von 4 bis 12 Tagen erzielt werden.When operating the anaerobic degradation zone 20, the content the degradation zone is constantly mixed by means of a stirring device 21, creating a large zone for active degradation formed and the speed of the stabilization reactions is increased significantly. The dwell time of the Sludge in the second degradation zone can suitably be in the range of 4 to 12 days and preferably in the range of 5 to 9 days. Sludge retention times in the second degradation zone of less than 4 days can be inappropriate be; the residence time is less and less sufficient to maintain a large viable population of methane generators in the maintain anaerobic stage; the overall sludge stabilization behavior the degradation system is adversely affected. On the other hand, staying in the anaerobic Degradation stage of more than 12 days, the time spent in the second degradation zone is unnecessarily long; it is increasing more difficult, the synergistic advantages of the integrated process in terms of dwell time and tank space requirements to realize that are achieved within the residence time range of 4 to 12 days.
Nachdem die anaerobe Behandlung des Schlamms in der zweiten Abbauzone 20 abgeschlossen ist, wird der auf diese Weise erhaltene, weiter stabilisierte Schlamm aus der zwei-After the anaerobic treatment of the sludge in the second Mining zone 20 is completed, the further stabilized sludge obtained in this way from the two-
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ten Abbauzone über die Leitung 24 ausgetragen und zwecks Rückgewinnung des Wärmeinhalts mit einströmendem Einsatzschlamm im Wärmetauscher 22 zum Wärmeaustausch gebracht, bevor der Schlamm die Anlage über die Leitung 25 endgültig verläßt. Das in der zweiten Abbauzone 20 als ein Produkt der dort durchgeführten biochemischen Reaktionen gebildete Methangas verläßt die anaerobe Behandlungsstufe über eine Leitung 23, in der ein Stromregelventil 26 liegt.th mining zone discharged via line 24 and for the purpose Recovery of the heat content with the inflowing feed sludge brought into heat exchanger 22 for heat exchange, before the sludge the plant via line 25 finally leaves. That formed in the second degradation zone 20 as a product of the biochemical reactions carried out there Methane gas leaves the anaerobic treatment stage via a line 23 in which a flow control valve 26 lies.
Wie oben diskutiert, war bei der Durchführung herkömmlicher Verfahren ein ständiger Betrieb einer rasch wirkenden anaeroben Abbauzone bei optimaler, über der Außentemperatur liegender Temperatur von Haus aus schwierig aufrechtzuerhalten. Außentemperaturschwankungen verursachen typischerweise Schwankungen sowohl hinsichtlich der Temperatur des zuströmenden Schlammes als auch des Wärmeverlustes des Abbautanks, was seinerseits zu unerwünschten Temperaturschwankungen innerhalb des Abbautanks führt. Derartige Temperaturänderungen beeinflussen, wie diskutiert, die relativen Wachstums raten der säurebildenden und der methanbildenden Bakterien. Die säurebildenden Bakterien sind typischerweise sehr robust; mäßige Temperaturschwankungen ändern deren Stoffwechselaktivität nicht in nennenswertem Maße. Dagegen sind methanbildende Bakterien extrem empfindlich gegenüber den Umweltbedingungen. Wird die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur in der an-As discussed above, was more conventional in the implementation Process a continuous operation of a rapidly acting anaerobic degradation zone at an optimal temperature above the outside temperature lying temperature difficult to maintain from home. Cause outside temperature fluctuations typically fluctuations in both the temperature of the inflowing sludge and the heat loss of the digestion tank, which in turn leads to undesirable temperature fluctuations within the digestion tank. Such As discussed, changes in temperature affect the relative growth rates of acid-forming and acid-forming methane-producing bacteria. The acid-producing bacteria are typically very robust; moderate temperature fluctuations do not change their metabolic activity to any significant extent. In contrast, methane-producing bacteria are extreme sensitive to environmental conditions. If the maintenance of a constant temperature in the other
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aeroben Abbauzone durch Temperaturschwankungen von nur einigen Graden gestört, kommt es zu Instabilitäten hinsichtlich der Aktivität und des Wachstums der Methanbildner. Infolgedessen dominiert die Aktivität der Säurebildner; es kommt zu einer Ansammlung der sauren Zerlegungszwischenprodukte; der pH-Wert in der Abbauzone sinkt. Mit fallendem pH-Wert wird die Aktivität der Methanbildner weiter vermindert; der Prozeß wird erheblich gestört.aerobic degradation zone due to temperature fluctuations of only a few Disturbed degrees, instabilities arise in terms of the activity and growth of the methane generators. As a result, the activity of the acid generators dominates; the acidic decomposition intermediates accumulate; the pH value in the mining zone drops. As the pH value falls, the activity of the methane generator increases further decreased; the process is significantly disrupted.
Ein weiteres mit konventionellen anaeroben Abbausystemen verbundenes Problem besteht darin, daß die methanbildenden Bakterien empfindlich gegenüber dem Vorhandensein von toxischen Metallen, beispielsweise Kupfer, sind. Selbst sehr kleine Mengen dieser Metalle in dem Schlamm unterbinden die Aktivität der Methanbildner. Wie im vorhergehenden Fall beginnen nach fortgesetzter Zufuhr von toxischen Metallkonzentrationen zu der anaeroben Abbauzone die Säurebildner zu dominieren, wodurch ein Überschuß an sauren Zerlegungszwischenprodukten produziert wird. Der pH-Wert in der Abbauzone sinkt und bewirkt eine zusätzliche Beeinträchtigung der Aktivität der Methanbildner. Dieser kumulative Effekt führt unvermeidbar zu schweren Prozeßstörungen.Another problem associated with conventional anaerobic digestion systems is that the methane-forming Bacteria are sensitive to the presence of toxic metals such as copper. Even very small amounts of these metals in the sludge prevent the methane generators from working. As in the previous one Falls begin after continued delivery of toxic metal concentrations to the anaerobic degradation zone to dominate the acid generators, producing an excess of acidic decomposition intermediates will. The pH value in the degradation zone drops and causes a additional impairment of the activity of methane generators. This cumulative effect inevitably leads to serious process disturbances.
Um den oben geschilderten Störungen in der konventionellen anaeroben Abbauzone zu begegnen, werden in der Regel in die Abbauzone große Mengen an Kalk eingebracht, um dieTo avoid the above-mentioned disturbances in the conventional To counteract anaerobic mining zone, large amounts of lime are usually introduced into the mining zone in order to achieve the
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Pufferwirkung zu verstärken und dadurch den pH-Wert in der Abbauzone zu erhöhen. Diese Korrekturmaßnahme kann erfolgreich sein, wenn der Abbauzone eine Stoßlast an hemmenden Stoffen zugeführt wurde, die aus dem System herausgespült oder dort assimiliert werden können. Durch Anheben des pH-Wertes und Senken der Zuflußmenge ist es manchmal möglich, eine derart gestörte Abbauzone wieder zum richtigen Arbeiten zu bringen. Die vorstehend genannten Korrekturmaßnahmen eignen sich jedoch in der Regel nur für kurz- , zeitige Fluktuationen oder Prozeßstörungen; sie bieten normalerweise keine Vorteile, wenn langzeitige Schwankungen oder Störbedingungen auftreten.To strengthen the buffer effect and thereby the pH value in the Increase mining zone. This corrective action can be successful when the mining zone has a shock load on it Substances have been added that can be flushed out of the system or assimilated there. By lifting the pH-value and lowering the inflow amount it is sometimes possible to correct such a disturbed degradation zone again To bring work. However, the corrective measures mentioned above are usually only suitable for short-term, early fluctuations or process disturbances; they usually offer no benefits if there are long-term fluctuations or interference conditions occur.
Bei dem vorliegenden Verfahren werden erhöhte Arbeitstemperaturen in der Abbauzone bei minimalen Temperaturschwankungen unabhängig von klimatischen Bedingungen dadurch verwirklicht und aufrechterhalten, daß eine thermophile aerobe Abbaustufe mit einer anschließenden anaeroben Schlammbehandlungsstufe integriert wird. Im Falle des vorliegenden Verfahrens kann die thermophile aerobe Abbaustufe normalerweise mehr als genug Wärme beisteuern, um die anaerobe Stufe thermisch zu stabilisieren, und zwar auf Grund des Wärmeinhalts des teilstabilisierten Schlammstroms, der von der aeroben Abbauzone zu der anaeroben Stufe geleitet wird. Infolgedessen können Temperaturstörungen in der anaeroben Zone vorliegend praktisch eliminiert werden, indem Prozeßparameter geändert werden, zuIn the present process, increased working temperatures in the mining zone are achieved with minimal temperature fluctuations Realized and maintained regardless of climatic conditions by having a thermophile aerobic degradation stage is integrated with a subsequent anaerobic sludge treatment stage. In the case of the present During the process, the thermophilic aerobic degradation stage can normally contribute more than enough heat to to thermally stabilize the anaerobic stage due to the heat content of the partially stabilized sludge flow, which is passed from the aerobic degradation zone to the anaerobic stage. As a result, temperature disturbances can occur present in the anaerobic zone can be practically eliminated by changing process parameters, too
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denen die Schlammverweildauer in der aeroben Zone, der Feststoffgehalt des der aeroben Zone zugeführten Schlammes und das Maß des Wärmeaustauschs gehören, auf Grund dessen der Einsatzschlamm vor seinem Einleiten in die aerobe Zone erwärmt wird. Die anaerobe Abbauzone kann vorliegend typischerweise unabhängig von jahreszeitlichen Außentemperaturschwankungen bei einer Temperatur betrieben werden, die von dem optimalen Temperaturzustand nicht mehr als 1 Grad abweicht.which the sludge retention time in the aerobic zone, the Solids content of the sludge fed to the aerobic zone and the degree of heat exchange, due to of which the feed sludge before its introduction into the aerobic Zone is heated. The anaerobic degradation zone can typically be independent of seasonal outside temperature fluctuations operated at a temperature that is no longer from the optimal temperature state deviates more than 1 degree.
Das vorliegende Verfahren kann außerdem häufig eine erhöhte Toleranz gegenüber toxischen Metallkomponenten in dem dem Abbausystem zugeführten Schlamm haben. Obwohl ein konventionelles anaerobes Abbausystem toxische Metalle nicht tolerieren kann, hat das Vorhandensein solcher*Verschmutzungen in dem dem vorliegenden Verfahren zugeführten Schlamm einen vergleichsweise verringerten Einfluß auf die Stabilität und das Methanproduktionsvermögen der anaeroben Abbaustufe. Anzeichen deuten darauf hin, daß diese Metalle nur toxisch sind, wenn sie in einer löslichen Ionenform vorliegen. Es wird angenommen, daß bei dem vorliegenden Verfahren während der aeroben Abbaustufe diese Metallionen mit Feststoffen in dem behandelten Schlamm Komplexverbindungen eingehen, so daß diese Metalle auch in Komplexverbindungen bleiben, während sie die anaerobe Prozeßstufe durchlaufen. Folglich kann der anaerobe Teil des vorliegenden integrierten Prozesses stabiler bezüglichThe present method can also often have an increased tolerance to toxic metal components in the sludge fed to the mining system. Though a conventional anaerobic digestion system toxic metals cannot tolerate has the presence of such * pollution in the sludge fed to the present process has a comparatively reduced influence on the stability and methane production capacity of the anaerobic degradation stage. Signs suggest that these metals are only toxic when they are in a soluble ionic form. It is believed that the present processes during the aerobic degradation stage these metal ions with solids in the treated sludge Complex compounds enter into, so that these metals remain in complex compounds during the anaerobic process stage run through. As a result, the anaerobic part of the present integrated process can be more stable with respect to
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der hemmenden Einflüsse arbeiten, die normalerweise durch das 7or fior.iierisein von Schwermetall en in dem einströmenden Schlamm auf das Schlammbehandlungsverfahren einwirken.of the inhibiting influences that normally act on the sludge treatment process due to the presence of heavy metals in the inflowing sludge.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des integrierten Verfahrens nach der Erfindung liegt au8er den Vorzügen, die auf Arbeitstemperaturstabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber toxischen Metallhemmeffekten zurückzuführen sind, in der Fähigkeit, sporadische Störungen, wie beispielsweise Stoßbelastungen, aufzufangen, ohne daß der Wirkungsgrad des Prozesses leidet. Bei einer konventionellen anaeroben Abbauzone tritt die anfängliche Phase des Löslichmachens innerhalb des Abbauprozesses nicht nur rasch auf, sondern die mikrobische Ausnutzung dieses Materials durch mesophile und fakultativ durch säurebildende Bakterien läuft mit hoher Geschwindigkeit ab. Tritt eine plötzliche hohe Feststoffbelastung bei dem konventionellen anaeroben Abbausystem auf, laufen das Löslichmachen und Ansäuern mit rascherer Geschwindigkeit ab, als die methanbildenden Bakterien die sauren Zwischenprodukte nutzen können. Infolgedessen kommt es in der Abbauzone zu einer Ansammlung von sauren Bestandteilen. Der pH-Wert in der Abbauzone fällt*, ein Sauerwerden des Inhalts der Abbauzone droht einzutreten. Bei dem vorliegenden Verfahren fördert die stromaufwärtige thermophile aerobe Stufe nicht nur ein rasches Löslichmachen von biologisch abbaufähigem Material im Schlamm; vielmehr neigt diese Stufe A further essential advantage of the integrated method according to the invention, besides the advantages which can be attributed to working temperature stability and resistance to toxic metal inhibiting effects, is the ability to absorb sporadic disturbances, such as shock loads, without the efficiency of the process being impaired. In a conventional anaerobic degradation zone, the initial phase of solubilization within the degradation process not only occurs rapidly, but the microbial exploitation of this material by mesophilic and, optionally, by acid-forming bacteria occurs at high speed. If a sudden high solids load occurs in the conventional anaerobic degradation system, the solubilization and acidification take place at a faster rate than the methane-forming bacteria can use the acidic intermediates. As a result, there is an accumulation of acidic constituents in the degradation zone. The pH value in the decomposition zone falls *, the content of the decomposition zone threatens to become acidic. In the present process, the upstream thermophilic aerobic stage not only promotes rapid solubilization of biodegradable material in the sludge; rather, this stage is inclined
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auch dazu, die Population an mesophilen säurebildenden Bakterien zu vermindern. Anschließend gestattet die anaerobe Abbaustufe ein erneutes Wachsen dieser Organismen; ihre Population ist jedoch typischerweise kleiner und steht in besserem Gleichgewicht mit der Population der methanbildenden Organismen. Wenn daher eine Stoßbelastung der aeroben Zone einsetzt, kommt es zu einem raschen Löslichmachen in der aeroben Abbauzone sowie zu einer Stabilisierung der flüchtigsten Schlammanteile, wodurch die Stoßbelastung geglättet wird und deren Einfluß auf die stromabliegende anaerobe Zone stark vermindert wird. In der weiteren Behandlungsstufe nimmt die anaerobe Zone einen teilstabilisierten Schlamm auf, bei dem die säurebildenden Bakterien und die methanbildenden Bakterien in gegenseitigem Gleichgewicht wachsen können.also to the population of mesophilic acid-forming Reduce bacteria. Then the anaerobic degradation stage allows these organisms to grow again; however, their population is typically smaller and more in balance with the population of the methane-producing organisms. Therefore, when the aerobic zone is subjected to shock loading, the solubilization is rapid in the aerobic degradation zone as well as to a stabilization of the most volatile sludge components, whereby the Shock loading is smoothed and its influence on the downstream anaerobic zone is greatly reduced. In The anaerobic zone takes on the next stage of treatment partially stabilized sludge, in which the acid-forming bacteria and the methane-forming bacteria in mutual Balance can grow.
Soweit als erste Stufe des vorliegenden Schlammbehandlungsverfahrens eine aerobe thermophile Abbauzone verwendet wird, läßt sich das aus der US-PS 3 926 794 bekannte Verfahren vorteilhaft in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzen, um Abwasser zu behandeln, das biolooisch abbaufähige Schwebstoffe enthält, und um BSB im Belebungsverfahren zu beseitigen, wobei der resultierende Abschlamm mittels des vorliegenden Verfahrens behandelt wird.So much for the first stage of the present sludge treatment process If an aerobic thermophilic degradation zone is used, the process known from US Pat. No. 3,926,794 can be used use advantageously in connection with the method according to the invention to treat wastewater, the biological Contains degradable suspended matter, and around BOD in the activated sludge process with the resulting sludge treated by the present process will.
Beispielsweise wird eine Abwassernachbehandlung mit beleb-For example, wastewater treatment with revitalized
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tem Schlamm bekanntlich wie folgt durchgeführt. BSB-haltiges Abwasser, beispielsweise kommunales Abwasser, kann zunächst durch einen Sandfang und ein primäres Absetzbecken geleitet werden, um von dem Abwasser einen Primärschlamm abzutrennen, der biologisch abbaufähige Schwebstoffe enthält, und um auf diese Weise einen an Feststoffen verarmten Primärabfluß zu erhalten, der dann in das Nachbehandlungssystem eingeleitet wird. Bei der Nachbehandlung werden der Primärabfluß und Rücklaufschlamm gemischt und in ausreichendem Maße sowie für eine genügende Zeitdauer belüftet, um eine Mischflüssigkeit mit vermindertem BSB-Gehalt zu bilden. Danach wird die Mischflüssigkeit in gereinigte Flüssigkeit und belebten Schlamm getrennt. Mindestens ein größerer Teil des belebten Schlammes wird zurückgeführt, um als der genannte Rücklaufschlamm mit dem Primärabfluß gemischt zu werden. Dieses Abwasserbehandlungssystem kann zweckentsprechend in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Prozeß eingesetzt werden, wobei der Primärschlamm und nicht zurückgeleiteter belebter Schlamm der ersten Abbauzone des vorliegenden Prozesses als Einsatzschlamm zugeführt werden. tem sludge is known to be carried out as follows. BOD-containing Wastewater, for example municipal wastewater, can initially pass through a sand trap and a primary settling basin be directed to separate a primary sludge from the wastewater, which contains biodegradable suspended matter, and in this way to obtain a solids-depleted primary effluent which is then fed to the aftertreatment system is initiated. In the aftertreatment, the primary effluent and return sludge are mixed and fed into ventilated to a sufficient extent and for a sufficient period of time to obtain a mixed liquid with reduced BOD content to build. After that, the mixed liquid is purified into Liquid and activated sludge separated. At least a larger part of the activated sludge is returned, to be mixed with the primary effluent as said return sludge. This sewage treatment system can be used appropriately in connection with the process according to the invention, the primary sludge and activated sludge not returned to the first degradation zone of the present process are fed as feed sludge.
Entsprechend dem Verfahren nach der US-PS 3 926 794 wird Sauerstoffgas für einen thermophilen Abbau von belebtem Schlamm in einer warmen abgedeckten Abbauzone benutzt; das Abgas der Abbauzone wird als mindestens der größere Teil des Belüftungsgases in einer kühleren abgedeckten Zone fürAccording to the method of US Pat. No. 3,926,794, oxygen gas is used for thermophilic degradation of living Mud used in a warm covered mining zone; the exhaust gas of the degradation zone is considered to be at least the greater part of the ventilation gas in a cooler covered zone for
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eine Abwassernachbehandlung mit belebtem Schlamm verwendet. Aus der Patentschrift geht hervor, daß für die Abbaustufe ein Sauerstoffgas von relativ hoher Reinheit als Belüftungsgas verwendet werden sollte, um die hohe Stoffübergangstriebkraft zu erzielen, die für ein wirkungsvolles Lösen von Sauerstoff in der bei erhöhter Temperatur arbeitenden aeroben Abbauzone notwendig ist. Bei erhöhten Temperaturen wird durch die stärkere biochemische Abbauwirkung auf den Schlamm in der aeroben Abbauzone eine erhebliche Menge an Kohlendioxid als gasförmiges Reaktionsprodukt erzeugt. Weil die Löslichkeit von Kohlendioxid bei den für einen aeroben thermophilen Abbau charakteristischen hohen Temperaturen vergleichsweise gering ist, geht eine erhebliche Menge des Kohlendioxids in der aeroben Abbauzone in die Gasphase über, wodurch die wirksame Konzentration des Sauerstoffs im Belüftungsgas dieser Zone gesenkt wird. Außerdem wird bei hohen thermophilen Temperaturen die Sauerstoffgasphasenkonzentration in der Abbauzone durch den Wasserdampf weiter vermindert, der in dem Belüftungsgas auf Grund des relativ hohen Dampfdruckes von Wasser bei derartigen Temperaturen vorhanden ist.a wastewater treatment with activated sludge is used. The patent shows that for the degradation stage an oxygen gas of relatively high purity as a vent gas should be used to achieve the high mass transfer driving force required for an effective Dissolving oxygen in the aerobic degradation zone working at elevated temperature is necessary. At elevated temperatures becomes significant due to the stronger biochemical degradation effect on the sludge in the aerobic degradation zone Amount of carbon dioxide generated as a gaseous reaction product. Because the solubility of carbon dioxide contributes that characteristic of aerobic thermophilic degradation When the temperature is comparatively low, a significant amount of the carbon dioxide goes into the aerobic degradation zone into the gas phase, which lowers the effective concentration of oxygen in the aeration gas in this zone will. It is also used at high thermophilic temperatures the oxygen gas phase concentration in the degradation zone further reduced by the water vapor in the ventilation gas due to the relatively high vapor pressure of Water is present at such temperatures.
Durch die vorstehend genannten Effekte wird die Triebkraft für einen Sauerstoff-Stoffübergang von der Gasphase in den Schlamm in der thermophilen Abbauzone beträchtlich herabgesetzt. Die Antriebskraft für einen Sauerstoff-Stoffübergang in der flüssigen Schlammphase wird auch auf Grund derDue to the effects mentioned above, the driving force for an oxygen mass transfer from the gas phase to the Sludge in the thermophilic mining zone is significantly reduced. The driving force for oxygen mass transfer in the liquid sludge phase is also due to the
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niedrigeren Sauerstofflöslichkeit bei erhöhten thermophilen Temperaturwerten verringert. Aus diesen Gründen ist in der US-PS 3 926 794 empfohlen, daß das in die thermophile Abbauzone eingeleitete sauerstoffhaltige Gas eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 80 Vol.% hat. Unter derartigen Arbeitsbedingungen kann das aus der thermophilen Abbauzone abgehende Belüftungsgas mit Vorteil als Oxidationsmittelgas bei einer Nachbehandlung mit Hilfe des Belebungsverfahrens verwendet werden.lower oxygen solubility with increased thermophilicity Temperature values reduced. For these reasons, U.S. Patent 3,926,794 recommends that this be incorporated into the thermophile Oxygen-containing gas introduced into the decomposition zone has an oxygen concentration of at least 80% by volume. Under The venting gas leaving the thermophilic degradation zone can with advantage in such working conditions can be used as oxidizing agent gas in an aftertreatment with the aid of the activation process.
Fig. 2 -zeigt ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das erkennen läßt, wie das aus der US-PS 3 926 794 bekannte Vorgehen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft kombiniert werden kann.Fig. 2 shows a flow diagram of a further embodiment of the invention, which shows how that from the No. 3,926,794 known procedure with the inventive method Process can be combined advantageously.
Entsprechend Fig. 2 gelangt BSB-haltiges Wasser, beispielsweise kommunales Abwasser, über eine Leitung 101 in eine Begasungszone 102. Der Begasungszone 102 werden ferner ein erstes Gas, das mindestens 40 Vol.% Sauerstoff enthält, über eine Leitung 118 (gestrichelt) und belebter Rücklaufschlamm über eine Leitung 1O8 zugeführt, in der eine Pumpe 109 sitzt. Überstehende Flüssigkeit von einem Schlammeindicker 151 geht über eine Leitung 15O gleichfalls in die abgedeckte Begasungszone 102. In Fig. 2 sind flüssigkeit-und schlammführende Leitungen ausgezogen dargestellt, während gasführende Leitungen gestrichelt gezeichnet sind. Der Einfachheit halber sind Ventile nichtAccording to FIG. 2, water containing BOD arrives, for example municipal wastewater, via a line 101 into a gassing zone 102. The gassing zone 102 are also a first gas containing at least 40% by volume of oxygen via a line 118 (dashed) and more animated Return sludge is supplied via a line 1O8 in which a pump 109 is seated. Supernatant from one Sludge thickener 151 also goes via line 150 into the covered gassing zone 102. In FIG. 2, lines carrying liquid and sludge are shown in solid lines, while gas-carrying lines are shown in dashed lines. For simplicity, valves are not
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dargestellt; der zweckentsprechende Einsatz derartiger Ventile versteht sich jedoch für den Fachmann. Die genannten Ströme werden in der Begasungszone 102 mittels einer mechanischen Rühreinrichtung 1O3 gründlich gemischt. Die Rühreinrichtung kann motorisch angetriebene, nahe der Flüssigkeitsoberfläche sitzende oder in die Flüssigkeit eintauchende Impeller aufweisen; das Sauerstoffgas kann über die Leitung 118 über oder unter dem Flüssigkeitsspiegel zugeführt werden. Vorrichtungen dieser Art sind bekannt; sie sollten so gewählt sein, daß eine große Kontaktfläche zwischen den Fluiden bei minimalem Energieaufwand erhalten wird. Wird das Sauerstoffgas in die Flüssigkeit eingeblasen oder zum Eindiffundieren gebracht, sollten die Blasen so klein sein, daß ihre Gesamtoberfläche groß und ihr Auftrieb gering ist. Das Lösen von Sauerstoff wird auch dadurch unterstützt, daß die zum Einbringen des Gases vorgesehene Anordnung in die Flüssigkeit so tief eintaucht, daß der hydrostatische Effekt eine Rolle spielt.shown; the appropriate use of such Valves, however, are understood by those skilled in the art. The currents mentioned are in the gassing zone 102 by means of a mechanical stirrer 1O3 thoroughly mixed. The stirring device can be motor-driven, sitting near the surface of the liquid or in the Have liquid immersing impellers; the oxygen gas can be via line 118 above or below the Liquid level are supplied. Devices of this type are known; they should be chosen so that a large contact area between the fluids is obtained with minimal expenditure of energy. Will the oxygen gas blown into the liquid or to diffuse in brought, the bubbles should be so small that their total surface large and their buoyancy is low. The dissolution of oxygen is also aided by the fact that the The arrangement provided for introducing the gas is immersed so deeply into the liquid that the hydrostatic Effect plays a role.
Es sind Mittel vorgesehen, um in der Begasungszone 1O2 ständig ein Medium gegenüber den anderen Medien umzuwälzen. Beispielsweise kann mit dem Gasraum in der Begasungszone über eine zweckentsprechende Leitungsanordnung ein Kompressor (nicht gezeigt) verbunden sein, um Belüftungsgas zum unteren Teil der Zone umzuwälzen und in Form von kleinen Blasen über ein Belüftungsgerät konventionellerMeans are provided for in the gassing zone 1O2 to constantly overturn one medium in relation to the other media. For example, an appropriate line arrangement can be used to connect to the gas space in the gassing zone Compressor (not shown) connected to circulate ventilation gas to the lower part of the zone and in the form of small bubbles via a conventional ventilation device
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Art freizusetzen. Alternativ kann die genannte Mischeinrichtung auch zum Umwälzen der Fluide benutzt werden, wie dies bei Oberflächenbegasungsimpellern der Fall ist. Begasungsgeräte werden im allgemeinen nach dem sogenannten "Luft-Normalübergangswirkungsgrad" bemessen, der die Fähigkeit des Gerätes kennzeichnet, Sauerstoff aus Luft in Leitungswasser zu losen, das keinen gelösten Sauerstoff enthalt, unter einem Druck von einer Atmosphäre steht und eine Temperatur von 2O°C hat. Geeignete Geräte haben einen Luft-Normalübergangswirkungsgrad von mindestens O, 92 kg Op/kWh und vorzugsweise einen Wirkungsgrad vpn mindestens 1,85 kg Op/kWh. Für diese Zwecke handelt es sich bei der für die Bemessung des Gerätes herangezogenen Energie um die Gesamtenergie, die sowohl für das Umrühren der Flüssigkeit als auch für das Inkontaktbringen von Gas und Flüssigkeit verbraucht wird.Kind of release. Alternatively, said mixing device can also be used to circulate the fluids, such as this is the case with surface gassing impellers. Fumigation devices are generally measured according to the so-called "normal air transition efficiency", which is the capability of the device indicates to dissolve oxygen from air in tap water that does not contain dissolved oxygen contains, is under one atmosphere pressure and has a temperature of 20 ° C. Suitable devices have one Air normal transition efficiency of at least 0.92 kg Op / kWh and preferably an efficiency vpn at least 1.85 kg Op / kWh. For these purposes it is the one used for dimensioning the device Energy around the total energy required both for stirring the liquid and for bringing the gas into contact and liquid is consumed.
Der vorstehend genannte Sauerstoff wird eingeleitet; gleichzeitig wird eines der Medien gegenüber den anderen Medien in ausreichender Menge und Geschwindigkeit ständig umgewälzt, um den Gehalt der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff auf mindestens O,5 mg/l zu halten. Die Flüssigkeitstemperatur wird ferner vorzugsweise auf mindestens 15°C gehalten, so daß bei kaltem Wetter Mittel erforderlich sein können, um eine niedrigere Temperatur in der Begasungszone 102 zu vermeiden. Beispielsweise kann für diesen Zweck das ankommende Abwasser in der LeitungThe above-mentioned oxygen is introduced; At the same time, one of the media is constantly circulated in relation to the other media in sufficient quantity and speed to keep the dissolved oxygen content of the mixed liquid at at least 0.5 mg / l. The liquid temperature is also preferably maintained at at least 15 ° C., so that means may be required to avoid a lower temperature in the gassing zone 102 in cold weather. For example, the incoming sewage can be in the line for this purpose
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101 erhitzt werden. Aufbau und Arbeitsweise der Abwasserbegasungszone 1O2 können in der aus den US-PSen 3 547 811, 3 547 812 oder 3547 815 bekannten Weise gewählt sein.101 are heated. Structure and mode of operation of the wastewater fumigation zone 1O2 can be found in US Pat. No. 3,547,811, 3 547 812 or 3547 815 may be selected in a known manner.
Die mit Sauerstoff angereicherte Mischflüssigkeit wird aus der abgedeckten Begasungszone 1O2 abgeleitet und- gelangt über eine Leitung 104 in ein Klärbecken 105, um dort in gereinigte, überstehende Flüssigkeit und in belebten Schlamm getrennt zu werden. Nichtverbrauchtes sauerstoff hai tiges Gas verläßt die Begasungszone 1O2 über eine Leitung 119 und kann beispielsweise in die Atmosphäre entlüftet werden. Dieses Gas wird aus der Begasungszone in einer Durchflußmenge ausgetragen, die so geregelt ist, daß sein Sauerstoffgehalt nicht mehr als 4O % des Gesamtsauerstoffs ausmacht, der in die (im folgenden erläuterte) abgedeckte aerobe Abbauzone eingeführt wird. Aus dem Klärbecken 105 wird überstehende gereinigte Flüssigkeit üoer eine Leitung 106 abgezogen, während belebter Schlamm über eine Leitung 107 ausgetragen wird. Der belebte Schlamm enthält Mikroorganismen in konzentrierter Form entsprechend einem Gesamtschwebstoffgehalt (MLSS) von ungefähr 10 OOO bis 4O OOO mg/l. Der größere Teil des belebten Schlammes, beispielsweise mindestens 85 %, wird über die Leitung 108 und die Pumpe 109 zu der Begasungszone zurückgeführt, und zwar vorzugsweise in einer solchen Durchflußmenge bezogen auf das BSB-haltige Abwasser, daß das Volumenverhältnis von Rücklaufschlamm zu BSB-haltigemThe mixed liquid enriched with oxygen is diverted from the covered gassing zone 1O2 and reaches a clarifier 105 via a line 104, where it is separated into purified, supernatant liquid and activated sludge. Unused oxygen-containing gas leaves the gassing zone 1O2 via a line 119 and can, for example, be vented into the atmosphere. This gas is discharged from the gassing zone at a rate controlled so that its oxygen content does not exceed 40 % of the total oxygen introduced into the covered aerobic degradation zone (discussed below). Supernatant purified liquid is drawn off from the clarification basin 105 via a line 106, while activated sludge is discharged via a line 107. The activated sludge contains microorganisms in concentrated form corresponding to a total suspended matter content (MLSS) of approximately 10,000 to 40,000 mg / l. The greater part of the activated sludge, for example at least 85 %, is returned to the gassing zone via line 108 and pump 109, preferably in such a flow rate based on the BOD-containing wastewater that the volume ratio of return sludge to BOD-containing
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Abwasser zwischen 0,1 und 0,5 liegt. Die Durchflußmengen der in die abgedeckte Begasungszone 1O2 eingeleiteten Medien sind vorzugsweise so bemessen, daß die Gesamtschwebstoff konzentration dort zwischen 40OO und 12 0OO mg/l liegt und der Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (MLVSS) 3OOO bis 10 0OO mg/l beträgt. Die Flüssigkeits-Feststoff-Kontaktdauer in der Begasungszone 102 für die Absorption und Assimilation von organischen Stoffen liegt zwischen 3O Minuten und 24 Stunden. Diese Zeit schwankt in Abhängigkeit von der Stärke (d. h. dem BSB-Gehalt) des Abwassers, der Art der Schmutzstoffe, dem Feststoffgehalt in der Begasungszone und der Temperatur, wie sich dies für den Fachmann versteht.Wastewater is between 0.1 and 0.5. The flow rates the media introduced into the covered aeration zone 1O2 are preferably dimensioned in such a way that the total suspended matter concentration there is between 40,000 and 12,000 mg / l and the content of volatile suspended solids (MLVSS) 3,000 to 10,000 mg / l. The liquid-solid contact time in the gassing zone 102 for the absorption and assimilation of organic substances lies between 30 minutes and 24 hours. This time varies depending on the strength (i.e. the BOD content) of the wastewater, the type of contaminants, the solids content in the aeration zone and the temperature, as this is appropriate for understands the skilled person.
Aus zwei Gründen wird nicht der gesamte im Klärbecken abgetrennte Schlamm zu der Begasungszone 102 zurückgeführt. Zum einen erzeugt das Belebungsverfahren insgesamt einen Überschuß an Mikroorganismen, weil die Masse der aus den Verunreinigungen im Abwasser sythetisierten neuen Zellen größer als die Masse der Zellen ist, die während der Behandlung eine Selbstoxidation erfahren. Zum anderen enthält das Abwasser normalerweise biologisch nicht abbaufähige Feststoffe, die sich absetzen und zusammen mit der Biomasse ansammeln. Infolgedessen muß ein kleiner Anteil des belebten Schlammes ausgeschieden werden, um für ein Gleichgewicht zwischen der Mikroorganismenpopulation und der Zufuhr an organischen Stoffen (BSB)Not all of it gets in the clarifier for two reasons separated sludge is returned to the aeration zone 102. On the one hand, the activation process produces an overall excess of microorganisms because the mass which is synthesized from the impurities in the wastewater new cells is greater than the mass of the cells that experienced self-oxidation during treatment. To the others, the wastewater usually contains non-biodegradable solids that settle and collect accumulate with the biomass. As a result, a small portion of the activated sludge has to be excreted, to ensure a balance between the microorganism population and the supply of organic substances (BOD)
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zu sorgen sowie um die Ansammlung von inerten Feststoffen innerhalb des Systems zu unterdrücken. Der Abschlamm macht für gewöhnlich weniger als 3 % des ingesamt abgetrennten Schlamms und selten mehr als 15 % aus.and to suppress the accumulation of inert solids within the system. The sludge usually accounts for less than 3 % of the total separated sludge and rarely more than 15%.
Zwar stellt der Abschlamm einen kleinen Anteil der im Klärbecken abgetrennten Gesamtfeststoffe dar; gleichwohl bildet er oft absolut gesehen eine große Stoffmenge. Unabhängig von der Menge stellt die Beseitigung dieses Schlammes einen erheblichen Teil der Kosten der Abwasserbehandlung dar; daneben bildet der Schlamm ein erhebliches ökologisches Problem. Der Schlamm ist verfaulbar und in hohem Maße biologisch aktiv; oft enthält er pathogene Bakterien. Der Schlamm ist als Düngemittel und/oder zur Geländeauffüllung potentiell geeignet. Vor einer solchen Anwendung muß er jedoch gut stabilisiert werden, um Belästigungen und gesundheitliche Risiken zu vermeiden. Sein hoher Wassergehalt (z. B. 96 bis 98 %) muß verringert werden.The sludge represents a small proportion of the total solids separated in the clarifier; nevertheless, viewed in absolute terms, it often constitutes a large amount of substance. Regardless of the amount, the disposal of this sludge represents a significant part of the cost of wastewater treatment; in addition, the sludge is a significant ecological problem. The sludge is digestible and highly biologically active; it often contains pathogenic bacteria. The mud is potentially suitable as fertilizer and / or for landfilling. Before such an application, however, it must be well stabilized in order to avoid nuisance and health risks. Its high water content (e.g. 96 to 98 %) must be reduced.
Der Abschlamm wird aus dem Klärbecken 1O5 über die Schlammumwälzschleife in einer Leitung 111 abgezogen. Er hat eine Gesamtschwebstoffkonzentration von 10 OOO bis 4O OOO mg/1 sowie anfänglich ungefähr die gleiche Temperatur wie das Abwasser in der Begasungszone 102; d. h. 15°C bis 25°C. Der Abschlamm wird dem Eindicktank 151 zugeleitet. Der Eindicktank 151 konzentriert den Schlamm auf eine Gesamt-The sludge is extracted from the clarifier 1O5 via the sludge circulation loop withdrawn in a line 111. It has a total suspended matter concentration of 10,000 to 40,000 mg / l and initially approximately the same temperature as the wastewater in the gassing zone 102; d. H. 15 ° C to 25 ° C. The sludge is fed to the thickening tank 151. Of the Thickening tank 151 concentrates the sludge on a total
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Schwebstoffkonzentration zwischen 2O OOO und 60 0OO mg/l. Der unten abgezogene, eingedickte Schlamm wird dem Schlammabbausystem über eine Leitung 152 zugeführt.Suspended matter concentration between 20,000 and 60,000 mg / l. The thickened sludge withdrawn from below is fed to the sludge digestion system via a line 152.
In einigen Fällen, beispielsweise bei einer Abwasserbehandlung bei hoher Außentemperatur, kann ein Eindicken des Abschlammes aus dem Klärbecken nicht notwendig sein; der Schlamm in der Leitung 111 kann dann über eine Leitung zweckmäßig an dem Eindicktank 151 vorbeigeführt werden und anschließend in die Leitung 152 gelangen, um an das Schlammabbausystem zu gehen. Der Überlauf des Schlammeindickers (überstehende Flüssigkeit) wird, wie oben beschrieben, über die Leitung 150 der Begasungszone 102 zugeführt .In some cases, such as wastewater treatment at high outside temperatures, thickening of the Sludge from the clarifier may not be necessary; the sludge in line 111 can then pass through a line are expediently led past the thickening tank 151 and then get into line 152 to connect to the Sludge removal system to go. The overflow of the sludge thickener As described above, (supernatant liquid) is fed via line 150 to gassing zone 102 .
Der eingedickte Schlamm in der Leitung 152 kann, falls erforderlich, vor dem Einleiten in eine aerobe Abbauzone mittels eines Methanheizkessels 130 erhitzt werden. Statt dessen kann der Schlamm auch mit dem stabilisierten Schlammabfluß aus einer anaeroben Abbauzone 120b in Wärmeaustausch gebracht werden, ähnlich wie dies vorstehend in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 erläutert ist. Abschlamm wird in die erste abgedeckte Abbauzone 110 aus der Leitung 152 entweder kontinuierlich oder intermittierend eingeleitet. Die aerobe Abbauzone 11O wird auf einer Temperatur im thermophilen Bereich von 45 C bis 75 C gehalten. Wenn ein autothermer Betrieb inThe thickened sludge in line 152 can, if necessary, be heated by means of a methane boiler 130 before being introduced into an aerobic degradation zone. Instead of of this, the sludge can also be in heat exchange with the stabilized sludge drainage from an anaerobic degradation zone 120b are brought, similarly as explained above in connection with the embodiment of FIG is. Blow-down is placed in the first covered mining zone 110 from line 152 either continuously or initiated intermittently. The aerobic degradation zone 11O is at a temperature in the thermophilic range of Held at 45 ° C to 75 ° C. If an autothermal operation is in
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der aeroben Abbauzone erzielt wird, kann die Schlämmtemperatur in der Abbauzone zweckmäßig bei Temperaturen im Bereich von 55°C bis 65°C gehalten werden. Es ist schwierig, Abbautemperaturen über 65°C autothermisch aufrechtzuerhalten. Die erhöhte Temperatur in der ersten abgedeckten Abbauzone 11O kann auch erreicht werden, indem externe Wurme zugeführt wird, beispielsweise indem man ein zweckentsprechendes erhitztes Fluid in einem nicht gezeigten Warmetauscher umwälzt, der in der Abbauzone sitzt. Wegen der Neigung der Feststoffe, Überzüge zu bilden und Verstopfungen zu verursachen, sollten innerhalb der Abbauzone angeordnete Wärmetauscheroberflächen nicht kompliziert oder in engen Abständen angeordnet sein; vorteilhafterweise können sie in die Wand des Tanks eingebettet oder mit dieser verbunden sein.the aerobic degradation zone is achieved, the slurry temperature are expediently kept at temperatures in the range from 55 ° C to 65 ° C in the degradation zone. It's tough, Maintain degradation temperatures above 65 ° C autothermally. The increased temperature covered in the first Degradation zone 110 can also be reached by adding external worms, for example by circulates an appropriate heated fluid in a heat exchanger, not shown, which is in the degradation zone sits. Because of the tendency of the solids to form coatings and causing clogging, heat exchanger surfaces located within the degradation zone should not complicated or closely spaced; advantageous they can be embedded in or connected to the wall of the tank.
Ein zweites Sauerstoffgas, das mindestens 80 Vol.% Sauerstoff aufweist, wird der abgedeckten, erwärmten ersten Abbauzone 110 über eine Leitung 117 zugeführt. Wie im folgenden erläutert ist, reicht die Menge dieses Gases aus,um für einen Teil des ersten Sauerstoffgases zu sorgen, das in die Begasungszone 102 über die Leitung 118 eingeleitet wird.A second oxygen gas that contains at least 80% oxygen by volume is fed to the covered, heated first degradation zone 110 via a line 117. As in the following is explained, the amount of this gas is sufficient to provide a portion of the first oxygen gas that is introduced into the gassing zone 102 via the line 118.
Vorzugsweise wird die erhöhte Temperatur in der ersten abgedeckten Abbauzone 11O autothermisch erzielt, ohne daß Wärmetauscher wie die Einrichtung 130 notwendig werden.Preferably, the elevated temperature is covered in the first Degradation zone 11O achieved autothermally without the need for heat exchangers such as device 130.
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Der konzentrierte Schlamm, wie er bei dem Sauerstoffbegasungsverfahren nach der US-PS 3 547 813 üblicherweise anfällt, eignet sich für einen autothermischen Betrieb besonders gut, da er einen gegenüber dem Gehalt an biologisch abbaufähigem "Brennstoff" verminderten Wassergehalt hat. Außerdem wird mit hohen·Feststoffkonzentrationen die Größe des Abbautanks kleiner, wodurch auch Wärmeleitverluste durch die Wände des Abbautanks hindurch verringert werden. Wie zuvor erwähnt, sollte der Gesamtschwebstoffgehalt des Schlammes in der Abbauzone auf Grund solcher Erwägungen mindestens 20 OOO mg/l betragen.The concentrated sludge, as it is in the oxygen fumigation process according to the US-PS 3,547,813 usually occurs, is particularly suitable for an autothermal operation, as it has a biological effect compared to the content of degradable "fuel" has reduced water content. In addition, with high solids concentrations, the The size of the digestion tank is smaller, which also reduces heat conduction losses through the walls of the digestion tank will. As previously mentioned, the total suspended solids content should of the sludge in the mining zone should be at least 20,000 mg / l on the basis of such considerations.
Die oberen Grenzwerte für die Feststoffkonzentration in der aeroben Abbauzone werden im wesentlichen von zwei Faktoren bestimmt. Allgemein hängt die Maximalkonzentration von der Fähigkeit von konventionellen Absetz- und Eindickeinrichtungen ab, den Wassergehalt zu vermindern. Flotationseinrichtungen, Zentrifugalscheider und Schwerkrafteindicker sorgen oft für Gesamtschwebstoffkonzentrationen von 6O 000 mg/1. Der Feststoffgehalt kann ferner dadurch erhöht werden, daß Frischschlamm oder konzentrierter Abfall aus einer anderen Quelle als dem Abwasser zugemischt werden. Der zweite Faktor, der die Feststoffkonzentrationen begrenzt, ist die zunehmende Schwierigkeit, in der Abbauzone Sauerstoff zu lösen und die Feststoffe zu mischen. Ein bevorzugter oberer Grenzwert ist 60 OOO mg/l, wodurch sichergestellt wird, daß der gelöste Sauerstoff in demThe upper limit values for the solids concentration in of the aerobic degradation zone are essentially determined by two factors. In general, the maximum concentration depends on the ability of conventional settling and thickening devices starting to reduce the water content. Flotation devices, centrifugal separators and gravity thickeners often provide total suspended solids concentrations from 6O,000 mg / 1. The solids content can also be thereby be increased that fresh sludge or concentrated waste from a source other than the wastewater is admixed will. The second factor limiting solids concentrations is the increasing difficulty in the breakdown zone Dissolve oxygen and mix the solids. A preferred upper limit is 60,000 mg / l, whereby ensures that the dissolved oxygen in the
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Schlamm ausreichend gleichförmig verteilt wird. Außerdem lassen sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in den meisten Fällen Temperaturen, die nahezu den maximalen aeroben, thermophilen Abbaugeschwindigkeiten entsprechen, autothermisch erzielen, wenn der Feststoffgehalt nicht höher als 60 0OO mg/l ist. Bei einer weiteren Steigerung der Feststoffkonzentration würde mehr CO-.in den Gasraum der Abbauzone gelangen; der Sauerstoffpartialdruck des Belüftungsgases würde unnötig vermindert.Sludge is sufficiently uniformly distributed. aside from that can be when using the method according to the invention in most cases temperatures that almost the correspond to maximum aerobic, thermophilic degradation rates, achieve autothermal if the solids content is not higher than 60 000 mg / l. A further increase in the solids concentration would result in more CO-.in enter the gas space of the mining zone; the partial pressure of oxygen of the ventilation gas would be unnecessarily reduced.
Die Konstruktion des Abbautanks beeinflußt ebenfalls die autothermischen Temperaturwerte. Betonwände sind wegen der geringeren Wärmeleitungsverluste von Beton gegenüber Metallwänden vorzuziehen. Der Wärmeverlust läßt sich weiter herabdrücken, indem der Tank unterirdisch eingebettet und Erde gegen alle freiliegenden lotrechten Tankwände aufgeworfen wird. Falls erforderlich, kann eine Wärmeisolation, beispielsweise ein Beton von niedriger Dichte oder ein Schaumstoff, über eine metallische Abdeckung aufgebracht werden.The construction of the digestion tank also affects the autothermal temperature values. Concrete walls are due the lower heat conduction losses of concrete over metal walls. The heat loss can continue Press down by having the tank embedded underground and soil against any exposed plumb tank walls is raised. If necessary, thermal insulation, for example a low density concrete or a foam, can be applied over a metallic cover.
Vorzugsweise werden für das Verfahren nach der Erfindung ferner aerobe und anaerobe Abbautanks verwendet, die einPreferably for the method according to the invention furthermore, aerobic and anaerobic digestion tanks are used, the one
Oberflächen/Volumen-Verhältnis von weniger als 2,62 m /m haben. Dabei umfaßt der Begriff "Oberfläche" die gesamte Wandoberfläche des abgedeckten Abbautanks einschließlich Boden, Deckel und Seitenwänden. Oberflächen/Volumen-Ver-Surface / volume ratio of less than 2.62 m / m to have. The term "surface" includes the entire wall surface of the covered mining tank including Base, lid and side walls. Surfaces / volume
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hältnisse von mehr als 2,62 m /m führen zu großen Wärmeleitungsverlusten durch die Wände hindurch, bezogen auf die Menge der im Abbautank erforderlichen Wärme. Ein derartiger Warmeverlust erfordert normalerweise eine Wärmeisolation auf den der Außenatmosphäre ausgesetzten Wanden. Außerdem bedingen größere Oberflächen/Volumen-Verhaltnisse im allgemeinen Abbautanks mit kleineren Abmessungen, bei denen eine Begasung und/oder eine gleichförmige Durchmischung schwierig ist.ratios of more than 2.62 m / m lead to large heat conduction losses through the walls, based on the amount of heat required in the digestion tank. One of those Heat loss usually requires thermal insulation on the walls exposed to the outside atmosphere. In addition, larger surface / volume ratios require generally degradation tanks with smaller dimensions, in which a fumigation and / or a uniform Mixing is difficult.
Die Verweildauer des Schlammes in der aeroben Abbauzone beeinflußt ebenfalls die autothermischen Temperaturwerte, die aufrechterhalten werden können. Das Verhältnis von Verweildauer und Temperatur wird von zahlreichen Faktoren bestimmt, unter anderem von der Abbaufähigkeit und der Stärke (dem Feststoffgehalt) des Schlammes. Im allgemeinen sollte mit einer Schlammverweildauer in der ersten Abbauzone von 4 bis 48 Stunden und vorzugsweise von 12 bis 24 Stunden gearbeitet werden.The length of time the sludge remains in the aerobic decomposition zone also influences the autothermal temperature values, that can be sustained. The relationship between residence time and temperature is determined by numerous factors determined, among other things, by the degradability and the strength (the solids content) of the sludge. In general should with a sludge retention time in the first degradation zone of 4 to 48 hours and preferably of 12 can be worked for up to 24 hours.
Die erste Abbauzone 11O ist mit einem mechanischen Rührwerk 112 ausgestattet, das von der gleichen Art wie das Rührwerk 103 in der Begasungszone 102 sein kann. Außerdem sind Mittel vorgesehen, um in der Abbauzone das zweite Gas oder den belebten Schlamm gegenüber den anderen Fluiden ständig umzuwälzen.The first mining zone 11O is equipped with a mechanical agitator 112 which is of the same type as that Agitator 103 can be in the aeration zone 102. In addition, means are provided for the second gas in the mining zone or to constantly circulate the activated sludge in relation to the other fluids.
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Das mindestens 8O % Sauerstoff enthaltende zweite Gas wird der abgedeckten aeroben Abbauzone 110 in ausreichender Menge und Geschwindigkeit zugeleitet, um den Gehalt des Schlammes an gelöstem Sauerstoff bei mindestens 2 mg/l zu halten.The second gas containing at least 80 % oxygen is fed to the covered aerobic degradation zone 110 in sufficient quantity and speed to keep the dissolved oxygen content of the sludge at at least 2 mg / l.
Ein an Sauerstoff verarmtes Abbaugas mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 4ü % wird aus der abgedeckten Abbauzone 11O über die Leitung 118 in einer solchen Durchflußmenge abgezogen, daß sein Sauerstoffgehalt mindestens 35 % des Sauerstoffgehalts des Sauerstoffeinsatzgases ausmacht, das über die Leitung 117 einströmt. Das Gas in der Leitung 118 gelangt zu der abgedeckten Begasungszone 102, wobei mindestens ein größerer Teil des erwähnten ersten Gases den Sauerstoff stellt, der für die biochemische Sauerstoffanreicherung des Abwassers erforderlich ist. Falls notwendig, kann zusätzliches sauerstoffhaltiges Gas von einer externen Quelle aus zugeführt werden, um den sauerstoffhaltigen Gasstrom in der Leitung 118 zu vergrößern.An oxygen-depleted decomposition gas with an oxygen concentration of at least 40% is withdrawn from the covered decomposition zone 110 via line 118 in such a flow rate that its oxygen content is at least 35 % of the oxygen content of the oxygen feed gas flowing in via line 117. The gas in the line 118 reaches the covered gassing zone 102, with at least a larger part of the mentioned first gas providing the oxygen which is required for the biochemical oxygenation of the wastewater. If necessary, additional oxygen-containing gas can be supplied from an external source to increase the oxygen-containing gas flow in line 118.
Nachdem der gewünschte Grad der aeroben Abbaubehandlung in der Zone 110 erreicht ist, wird teilstabilisierter Schlamm, der jedoch im wesentlichen vollständig pasteurisiert ist, aus der ersten abgedeckten Abbauzone 110 über eine Leitung 114 ausgetragen und dem anaeroben 'Behandlungsteil des integrierten Systems zugeführt. Bei dieserAfter the desired degree of aerobic degradation treatment is reached in zone 110, is partially stabilized Sludge, which, however, is essentially completely pasteurized, from the first covered digestion zone 110 over a line 114 discharged and fed to the anaerobic treatment part of the integrated system. At this
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Ausfuhrungsform umfaßt die zweite anaerobe Abbauzone eine Saurebildungsteilzone 12Oa und die Methanfermentationsteilzone 12Ob. Der von der ersten Abbauzone 11O kommende teilstabilisierte Schlamm in der Leitung 114 wird in die Saurebildungsteilzone 12Oa eingeleitet und dort für eine Schlammverweildauer von 24 bis 60 Stunden gehalten, um für die notwendige Ansäuerung des Schlammes zu sorgen. Der Inhalt der Teilzone 12Oa wird durch ein Rührwerk 121a ständig gemischt, um Kohlehydrate, Fette und Proteine in gleichförmiger Geschwindigkeit zu niedrigeren Fettsäuren abzubauen. Am Ende der notwendigen Verweildauer in der Teilzone 12Oa wird der angesäuerte Schlamm von dort über eine Leitung 126 ausgetragen. Da die Temperatur des die Zone 12Oa verlassenden Schlammes noch immer in oder nahe dem thermophilen Temperaturbereich von 45°C bis 75°C und damit über den optimalen Methanbildungswerten liegt, wird die Temperatur des angesäuerten Schlammes im allgemeinen gesenkt, um einen befriedigenden Betrieb der methanbildenden Teilzone 12Ob zu gewährleisten. Der Schlamm in der Leitung 126 wird daher durch einen Wärmetauscher 115 im Gegenstrom zu einem Kühlmittelstrom geleitet, der den Wärmetauscher über eine Leitung 160 durchfließt. Der erhaltene, teilgekühlte, teilstabilisierte Schlamm, der den Wärmetauscher 115 verläßt, strömt dann über eine Leitung zu der Methanfermentationsteilzone 12Ob. Das der Kühlung dienende Wärmeaustauschmedium in der Leitung 160 kann zweckentsprechend ein Kühlwasserstrom sein, beispielsweise einIn the embodiment, the second anaerobic degradation zone comprises an acid formation subzone 120a and the methane fermentation subzone 120b. The partially stabilized sludge coming from the first degradation zone 110 in line 114 is introduced into the acid formation subzone 12Oa and held there for a sludge retention time of 24 to 60 hours in order to ensure the necessary acidification of the sludge. The contents of the sub-zone 120a are continuously mixed by an agitator 121a in order to break down carbohydrates, fats and proteins at a uniform rate into lower fatty acids. At the end of the necessary residence time in the sub-zone 120a, the acidified sludge is discharged from there via a line 126. Since the temperature of the sludge leaving zone 120a is still in or near the thermophilic temperature range of 45 ° C to 75 ° C and thus above the optimal methane formation values, the temperature of the acidified sludge is generally lowered in order to ensure satisfactory operation of the methane-forming partial zone 12 Whether to ensure. The sludge in line 126 is therefore passed through a heat exchanger 115 in countercurrent to a coolant flow which flows through the heat exchanger via a line 160. The partially cooled, partially stabilized sludge obtained, which leaves the heat exchanger 115, then flows via a line to the methane fermentation subzone 120b. The heat exchange medium used for cooling in the line 160 can appropriately be a flow of cooling water, for example a
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Teil des Abflusses, der das Nachklärbecken über die Leitung 1O6 verläßt, oder, wie im Falle der zuvor erläuterten Ausführungsform, der dem Abbausystem zufließende ankommende Einsatzschlammstrom.Part of the drain that runs the secondary clarifier over the pipe 1O6 leaves, or, as in the case of those previously discussed Embodiment, the incoming feed sludge stream flowing into the mining system.
Die anaerobe Abbauteilzone 12Ob stellt die methanbildende Abbaustufe des Prozesses dar. Für einen optimalen Betrieb wird der Schlamm in der Methanfermentationsteilzone auf einer Temperatur zwischen 35 C und 4O C sowie vorzugsweise zwischen 37°C und 38°C gehalten. Der Inhalt der Zone 12Ob wird mittels eines Rührwerks 121b ständig gemischt, wodurch für eine große aktive Zerlegungszone gesorgt und die Geschwindigkeit der dort ablaufenden Stabilisierungsreaktionen wesentlich erhöht wird. Die Schlammverweildauer in der Methanfermentationsteilzone liegt auf Grund der vorstehend diskutierten Erwägungen hinsichtlich der Schlammverweildauer in der anaeroben zweiten Abbauzone vorzugsweise zwischen 4 Tagen und 8 Tagen. Methangas, das durch die in der Teilzone 12Ob ablaufenden biochemischen Reaktionen erzeugt wird, verläßt diese Zone über eine Leitung 128, in der ein Stromregelventil 129 liegt. Ein Teil dieses ausgetragenen Methangases kann dem Heizkessel 130 über eine Leitung 132 zugeführt werden, während der restliche Teil aus dem Prozeß in einer Leitung 131 abgezogen wird, um eine weitere Behandlung zu erfahren und/ oder anderen Endverbrauchsstufen zugeführt zu werden. Der weiter stabilisierte Schlamm, der nicht mehr als 40 % undThe anaerobic decomposition zone 12Ob represents the methane-forming Stage of the process. For optimal operation becomes the sludge in the methane fermentation sub-zone at a temperature between 35 ° C. and 40 ° C. and preferably held between 37 ° C and 38 ° C. The content of zone 12Ob is constantly mixed by means of an agitator 121b, which ensures a large active decomposition zone and the speed of the stabilization reactions taking place there is increased significantly. The sludge retention time in the methane fermentation subzone is on Because of the considerations discussed above regarding the sludge retention time in the anaerobic second degradation zone preferably between 4 days and 8 days. Methane gas produced by the biochemical which runs off in the subzone 12Ob Reactions is generated, leaves this zone via a Line 128 in which a flow control valve 129 is located. A Part of this discharged methane gas can be fed to the boiler 130 via a line 132, during the remaining part withdrawn from the process in a line 131 to undergo further treatment and / or to be fed to other end-use levels. Of the further stabilized sludge that does not exceed 40% and
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vorzugsweise nicht mehr als 20 % des ursprünglichen Gehalts des einströmenden Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen enthält, wird aus dem Prozeß über eine Leitung 133 abgeführt.preferably does not contain more than 20% of the original biodegradable volatile solids content of the inflowing sludge, is discharged from the process via a line 133.
Fig. 3 zeigt ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform, bei der Schlamm von Abwasservor- und -nachbehandlungsstufen dem Schlammabbausystem zugeführt werden. Diese Ausführungsform stellt eine Verfahrensabfolge dar, bei der eine thermophile aerobe erste Abbaustufe mit einer thermophilen anaeroben zweiten Abbaustufe integriert ist. Bisher war ein thermophiler anaerober Abbau wenig mehr als eine Laboratoriumskuriosität. Die oben diskutierten, mit einem mesophilen anaeroben Betrieb verbundenen Probleme bekannter Anlagen bezüglich thermischer Instabilität und extremer Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Prozeßbedingungen sind bei einem thermophilen anaeroben Abbau noch stärker ausgeprägt. Wegen der unkontrollierbaren Arbeitsstabilität des thermophilen anaeroben Abbaus hat dieser Schlammbehandlungsprozeß bisher bei kommerziellen Schlammabbauanwendungen wenig Beachtung gefunden. Die Probleme der Betriebsinstabilität und übermäßiger Empfindlichkeit gegenüber Prozeßschwankungen werden bei der thermophilen aeroben/anaeroben Ausführungsform der Erfindung auf die gleiche Weise überwunden wie dies in Verbindung mit den Ausführungsformen der Erfindung beschrieben ist, die eine anaerobe mesophile zweite Abbaustufe vorsehen.Fig. 3 shows a flow diagram of a further embodiment in which sludge from wastewater pre- and post-treatment stages be fed to the sludge removal system. This embodiment represents a process sequence in which integrates a thermophilic aerobic first degradation stage with a thermophilic anaerobic second degradation stage. So far, thermophilic anaerobic degradation was little more as a laboratory curiosity. The problems associated with mesophilic anaerobic operation discussed above known systems with regard to thermal instability and extreme sensitivity to changes in process conditions are even more pronounced with thermophilic anaerobic degradation. Because of the uncontrollable This sludge treatment process has hitherto been commercially stable in terms of thermophilic anaerobic degradation Sludge removal applications received little attention. The problems of operational instability and excessive sensitivity against process fluctuations are in the thermophilic aerobic / anaerobic embodiment of the invention overcome in the same way as described in connection with the embodiments of the invention, which provide an anaerobic mesophilic second degradation stage.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 strömt Rohabwasser, das beispielsweise aus kommunalem Abwasser, industriellem Abwasser und Regenwasser besteht, über eine Leitung 24O in eine primäre Absetzzone 241 ein. Die Absetzzone 241 kann zweckentsprechend aus einem Schwerkraftklärbecken von konventioneller Art bestehen. In der Absetzzone wird das'zufließende Abwasser in einen Primärabfluß mit vermindertem BSB-Gehalt, der über eine Leitung 201 in eine Begasungszone 202 gelangt, und einen abgesetzten Schlammunterstrom getrennt, der aus der Zone 241 über eine Leitung 242 abgeführt wird. Der Begasungszone 202 werden ferner über eine Leitung 218 ein sauerstoffhaltiges Belüftungsgas, über eine Leitung 250 überstehende Schlammeindickerflüssigkeit und über eine Leitung 208 belebter Rücklaufschlamm zugeleitet. Eine Fluidmisch- und Umwälzeinrichtung 203 befindet sich in der Begasungszone 202, um die verschiedenen, der Begasungszone zugeführten Fluide zu mischen, eine Mischflüssigkeit zu bilden und gleichzeitig die Mischflüssigkeit oder das sauerstoffhaltige Belüftungsgas gegenüber den anderen dort befindlichen Fluiden ständig umzuwälzen. Wie oben diskutiert, kann die Fluidmisch- und -umwälzeinrichtung eine in die Flüssigkeit eintauchende Gaseinblasvorrichtung in Verbindung mit einem unter dem Flüssigkeitsspiegel sitzenden Mischimpeller oder eine Oberflächenbelüftungsimpellereinrichtung umfassen. Nach der erforderlichen Begasungsdauer, beispielsweise 2 bis 6 Stunden, werden eine an BSB verarmte MischflüssigkeitIn the arrangement according to FIG. 3, raw sewage flows, for example consists of municipal sewage, industrial sewage and rainwater, via a line 24O into one primary settling zone 241. The settling zone 241 can appropriately consist of a conventional gravity clarifier Kind exist. In the settling zone, that which flows Wastewater in a primary drain with reduced BOD content, which arrives via a line 201 in a gassing zone 202, and a settled sludge downstream separated, which is discharged from the zone 241 via a line 242 will. The gassing zone 202 are also via a Line 218 an oxygen-containing ventilation gas, via a line 250 supernatant sludge thickening liquid and via a line 208 activated return sludge fed. A fluid mixing and circulating device 203 is located in the aeration zone 202 in order to to mix fluids fed to the gas supply zone, to form a mixed liquid and, at the same time, to form the mixed liquid or the oxygen-containing ventilation gas to constantly circulate the other fluids located there. As discussed above, the fluid mixing and circulation device immersed in the liquid Gas injection device in connection with a mixing impeller or a Surface ventilation impeller means include. To the required gassing time, for example 2 to 6 hours, become a mixed liquid depleted in BOD
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und ein an Sauerstoff verarmtes Belüftungsgas mit mindestens 21 Vol.% Sauerstoff aus der Begasungszone 202 über Leitungen 2O4 bzw. 219 ausgetragen.and an oxygen-depleted vent gas with at least 21 vol.% Oxygen from the aeration zone 202 Discharged via lines 2O4 or 219.
Die an BSB verarmte, mit Sauerstoff angereicherte Mischflüssigkeit in der Leitung 204 gelangt zu der sekundären Absetzzone 205, wo belebter Schlamm von der gereinigten Flüssigkeit abgetrennt wird; letztere verläßt den Prozeß über eine Leitung 2O6. Der abgesetzte belebte Schlamm wird aus der sekundären Absetzzone über eine Leitung 2O7 abgeführt. Ein größerer Teil dieses abgezogenen Schlammes wird als Rücklaufschlamm zu der Begasungszone 202 über die Leitung 208 zurückgeführt, in der eine Umwälzpumpe 209 sitzt. Der verbleibende, nicht zurückgeführte Teil, der 3 % bis 1O % des Schlammes in der Leitung 207 ausmachen kann, gelangt über eine Leitung 252 zu einem Schlammeindicker 251.The BOD-depleted, oxygen-enriched mixed liquid in line 204 reaches the secondary settling zone 205, where activated sludge is separated from the purified liquid; the latter leaves the process via line 206. The settled activated sludge is discharged from the secondary settling zone via a line 2O7. A larger part of this withdrawn sludge is returned as return sludge to the gassing zone 202 via line 208, in which a circulating pump 209 is located. The remaining, non-recirculated part, which can make up 3 % to 10 % of the sludge in the line 207, reaches a sludge thickener 251 via a line 252.
Der Schlammeindicker 251 weist eine weitere Schlammabsetz- und Eindickzone auf, die den Schlamm auf einen Feststoffgehalt zwischen 2 % und 6 % konzentriert, so daß die Gesamtschwebstoffkonzentration zwischen 20 000 und 60 OOO mg/l liegt. Der eingedickte Schlammunterstrom wird über eine Leitung 245 abgeführt und mit Primärschlamm in der Leitung 242 von der primären Absetzzone 241 vereinigt, so daß ein kombinierter Schlammstrom in einer Leitung entsteht. Die überstehende Flüssigkeit aus dem Schlamm-The sludge thickener 251 has a further sludge settling and thickening zone which concentrates the sludge to a solids content between 2 % and 6 % , so that the total suspended matter concentration is between 20,000 and 60,000 mg / l. The thickened sludge underflow is discharged via line 245 and combined with primary sludge in line 242 from the primary settling zone 241, so that a combined sludge flow is created in one line. The supernatant liquid from the sludge
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eindicker 251 wird in der zuvor beschriebenen Weise über die Leitung 250 der Begasungszone 2O2 zugeführt.thickener 251 is applied in the manner previously described the line 250 is fed to the gassing zone 2O2.
Der kombinierte Schlammstrom in der Leitung 211 kann, falls erwünscht, durch indirekten Wärmeaustausch .mit dem warmen stabilisierten Schlamm aus einer zweiten Abbauzone 220 teilaufgewärmt werden; er gelangt dann über eine Leitung 248 zu der ersten Abbauzone 210. Vor dem Einleiten in die erste Abbauzone 210 kann der Schlamm in der Leitung 248 mittels einer Heizeinrichtung 231 weiter erhitzt werden, in der Methangas verbrannt wird, das über eine Leitung 227 zuströmt.The combined sludge flow in line 211 can, if desired, by indirect heat exchange with the warm stabilized sludge from a second mining zone 220 are partially warmed up; it then arrives via a line 248 to the first mining zone 210. Before being introduced into the first mining zone 210, the sludge can be in the line 248 are further heated by means of a heating device 231 in which methane gas is burned, which is via a Line 227 flows in.
Wenn die Außentemperaturbedingungen ein Erhitzen des dem Abbausystem zugeführten Schlammes unnötig machen, kann der Schlamm den Wärmetauscher 244 und die Heizeinrichtung 231 über Umgehungsleitungen 261 bzw. 263 umgehen.If the outside temperature conditions make it unnecessary to heat the sludge fed to the digestion system the sludge bypasses heat exchanger 244 and heater 231 via bypass lines 261 and 263, respectively.
In der ersten abgedeckten Abbauzone 210 wird der thermophile aerobe Abbau des zuströmenden Abschlammes durchgeführt. Belüftungsgas, das mindestens 50 Vol.% Sauerstoff und vorzugsweise mindestens 80 Vol.% Sauerstoff enthält, gelangt über eine Leitung 217 zu der Abbauzone 210. Ein mechanisches Rührwerk 212 mischt das zuströmende Schlammgemisch und das sauerstoffhaltige Gas und wälzt ständig eines dieser Medien gegenüber dem anderen um. Die Zuflußmenge an Belüftungsgas und die dem mechanischen RührwerkIn the first covered mining zone 210, the thermophile aerobic decomposition of the incoming sludge carried out. Aeration gas that contains at least 50% by volume of oxygen and preferably contains at least 80% by volume of oxygen, reaches the mining zone 210 via a line 217. A mechanical agitator 212 mixes the incoming sludge mixture and the oxygen-containing gas and constantly circulates one of these media in relation to the other. The inflow amount of ventilation gas and that of the mechanical agitator
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212 zugeführte Energie sind so gewählt, daß in dem Schlamm in der ersten Abbauzone 210 eine Konzentration an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/l aufrechterhalten wird.212 supplied energy are chosen so that in the sludge a concentration of dissolved in the first degradation zone 210 Oxygen of at least 2 mg / L is maintained.
Schlamm wird in der ersten Abbauzone 210 bei einer Temperatur von 45°C bis 75°C für eine Dauer von 4 bis 48 Stunden gehalten, um den Gehalt des Schlammes an biologisch abbaufahigen flüchtigen Schwebstoffen teilweise zu vermindern. Teilstabilisierter Schlamm wird aus der aeroben Abbauzone 21O über eine Leitung 216 ausgetragen; an Sauerstoff verarmtes Abbaugas verläßt die Abbauzone getrennt über die Leitung 218.Sludge is in the first degradation zone 210 at a temperature Maintained from 45 ° C to 75 ° C for a period of 4 to 48 hours to increase the biological content of the sludge to partially reduce degradable volatile suspended matter. Partially stabilized sludge is discharged from the aerobic degradation zone 210 via a line 216; of oxygen Depleted digestion gas leaves the digestion zone separately via line 218.
Von der Leitung 216 gelangt der teilstabilisierte Schlamm aus der ersten Abbauzone in die zweite abgedeckte Abbauzone 220.The partially stabilized sludge arrives from the line 216 from the first mining zone to the second covered mining zone 220.
Bei der zweiten abgedeckten Abbauzone 220 handelt es sich um eine thermophile anaerobe Abbauzone. Im Hinblick auf optimale Arbeitsbedingungen wird der Schlamm in dieser Abbauzone auf einer Temperatur im anaeroben thermophilen Temperaturbereich zwischen 4O°C und 6O0C sowie vorzugsweise zwischen 45°C und 5O°C gehalten. Weil bei dieser Ausführungsform sowohl in der ersten als auch in der zweiten Abbauzone ein thermophiler Betrieb erfolgt, kann der teilstabilisierte Schlamm von der ersten Abbauzone wie veranschaulicht der zweiten Abbauzone unmittelbar zugeleitetThe second covered degradation zone 220 is a thermophilic anaerobic degradation zone. With regard to optimum working conditions of the mud is kept in this degradation zone at a temperature in the anaerobic thermophilic temperature range between 4O ° C and 6O 0 C and preferably between 45 ° C and 5O ° C. Because thermophilic operation takes place in both the first and the second degradation zone in this embodiment, the partially stabilized sludge can be fed directly from the first degradation zone to the second degradation zone, as illustrated
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werden. Es erfolgt zwischen den Zonen kein Wärmeaustausch zu Heiz- oder Kühlzwecken, wenn die thermophilen Temperaturen in den betreffenden Zonen hinreichend eng aufeinander abgestimmt sind. Statt dessen kann es in einigen Fällen erwünscht sein, in der zweiten Abbauzone mit genügend höheren oder niedrigeren Temperaturen gegenüber der ersten aeroben Abbauzone zu arbeiten, so daß ein Erhitzen oder Kuhlen des teilstabilisierten Schlammes aus der anaeroben Abbaustufe zwischen den Zonen von Vorteil ist. Das Erhitzen kann mit Hilfe einer mit Methan befeuerten Heizeinrichtung ähnlich der Heizeinrichtung 231 durchgeführt werden. Zum Abkühlen kann ein Wärmeaustausch des teilstabilisierten Schlamms aus der ersten Abbauzone mit dem dem Abbausystem zugeführten einströmenden Schlamm erfolgen, wie dies oben in Verbindung mit den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 erläutert ist. Da es außerdem bei einem thermophilen anaeroben Abbau noch kritischer als beim mesophilen anaeroben Abbau ist, zu gewährleisten, daß in der Abbauzone keine Temperaturschwankungen auftreten, kann es zweckmäßig sein, als Schlammbehandlungsvolumen für die thermophile anaerobe Abbaustufe einen gut isolierten Tank vorzusehen, was Sicherheit gegenüber starken klimatischen Schwankungen bietet.will. There is no heat exchange between the zones for heating or cooling purposes when the thermophilic temperatures are sufficiently closely coordinated in the relevant zones. Instead, it can in some cases be desirable in the second mining zone with sufficiently higher or lower temperatures compared to the first aerobic degradation zone to work, so that a heating or cooling of the partially stabilized sludge from the anaerobic Mining stage between the zones is advantageous. The heating can be done with the help of a methane-fired heating device similar to the heater 231 can be performed. A heat exchange of the partially stabilized Sludge from the first extraction zone with the inflowing sludge supplied to the extraction system, as described above in connection with the embodiments Figs. 1 and 2 is explained. Since it is also more critical with a thermophilic anaerobic degradation than with a mesophilic Anaerobic degradation is to ensure that no temperature fluctuations can occur in the degradation zone it may be useful to use a well-insulated tank as the sludge treatment volume for the thermophilic anaerobic degradation stage to provide, which offers security against strong climatic fluctuations.
In der zweiten Abbauzone 22O wird der Schlamm mittels eines mechanischen Rührwerkes 23 ständig gemischt, um eine hohe Stabilisierungsrate aufrechtzuerhalten. Methangas, dasIn the second degradation zone 220, the sludge is by means of a mechanical agitator 23 constantly mixed to a high Maintain stabilization rate. Methane gas, that
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auf Grund der bei dem anaeroben Abbau auftretenden biochemischen Reaktionen erzeugt wird, wird aus der zweiten Abbauzone über eine Leitung 223 ausgetragen. Dieses Gas kann mit sauerstoffhaltigem Gas, beispielsweise Luft, oder dem an Sauerstoff verarmten Abbaugas aus der aeroben Abbauzone gemischt und als Brennstoff verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen, mit Hilfe deren Schlamm in einer oder beiden Abbauzonen auf erhöhter Temperatur gehalten wird. Bei der gezeigten Anordnung wird ein Teil des Methangases aus der Leitung 223 über die Leitung 227 der Heizeinrichtung 231 zugeführt und verbrannt, um die Wärmeenergie zu gewinnen, mit Hilfe deren der Schlamm in der ersten Abbauzone auf einer Temperatur von 45 C bis 75 C gehalten wird. Der verbleibende Teil wird aus dem Prozeß über eine Leitung 228 ausgetragen. Der weiter stabilisierte Schlamm aus der anaeroben Abbauzone, der nicht mehr als 40 % und vorzugsweise nicht mehr als 2O % des Gehalts des in das Abbausystem über die Leitung 248 einströmenden Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen hat, wird aus der zweiten Abbauzone über eine Leitung 225 ausgetragen. Er wird über den Wärmetauscher 244 geleitet, um die Wärme des ausgetragenen Schlammes zurückzugewinnen. Der weiter stabilisierte Schlamm verläßt das Prozeßsystem schließlich über eine Leitung 243.is generated due to the biochemical reactions occurring during the anaerobic degradation, is discharged from the second degradation zone via a line 223. This gas can be mixed with oxygen-containing gas, for example air, or the oxygen-depleted decomposition gas from the aerobic decomposition zone and burned as fuel to generate heat with the aid of which sludge is kept at an elevated temperature in one or both decomposition zones. In the arrangement shown, part of the methane gas from line 223 is fed via line 227 to the heating device 231 and burned in order to obtain the thermal energy with the aid of which the sludge in the first degradation zone is kept at a temperature of 45 ° C to 75 ° C . The remaining part is discharged from the process via line 228. The further stabilized sludge from the anaerobic degradation zone, which has no more than 40 % and preferably no more than 20 % of the biodegradable volatile suspended matter content of the sludge flowing into the degradation system via line 248, is released from the second degradation zone via a line 225 carried out. It is passed through the heat exchanger 244 in order to recover the heat of the discharged sludge. The further stabilized sludge finally leaves the process system via a line 243.
Auf Grund der Unterschiede hinsichtlich der Schlammquellen weicht die Art der biologischen Aktivität in der aero-Due to the differences in sludge sources gives way to the type of biological activity in the aerospace
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ben Abbauzone der Ausführungsform gemäß Fig. 3 stark von der biologischen Aktivität in der aeroben Zone der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ab. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der dem Abbausystem als Einsatzschlamm zugeführte Schlamm allein belebter Schlamm aus dem sekundären Abwasserbehandlungssystem, während im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 3 der einströmende Schlamm sowohl Sekundärschlamm von der Belebtschlammbehandlungsstufe als auch Rohschlamm von der Rohabwasser-Absetzstufe umfaßt. Weil das organische Material des Sekundärschlamms in erster Linie aus lebensfähigen Mikroorganismen besteht, umfaßt der aerobe Abbau dieses Schlamms die verschiedenen biochemischen Reaktionsstufen der Zellenlysis, der Assimilation von Lysisprodukten für die Synthese von neuem lebensfähigem Material, und der Respiration. Rohschlamm besteht dagegen in erster Linie aus nichtlebensfähigem organischem Material, das die im Schlamm vorhandenen Mikroorganismen als Nährstoff nutzen können. Dementsprechend erfährt während des aeroben Abbaus eines Rohschlammes die Mikrobenpopulation des Schlammes eine beträchtliche Zellsynthesephase zusätzlich zur Zellenlysis, zur Assimilation von Lysisprodukten und zur Respiration. Daher findet der aerobe Abbau des Rohschlammes mit einem größeren Maß sowohl an Zellsynthese als auch an Zellrespiration als bei dem aeroben Abbau von Sekundärschlamm statt. Außerdem führt der aerobe Abbau von Rohschlamm zu einer kleineren Gesamtverminderung der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schweb-ben degradation zone of the embodiment according to FIG. 3 greatly from the biological activity in the aerobic zone of the embodiment according to FIG. 2. In the embodiment according to Fig. 2 is the sludge fed to the digestion system as feed sludge, only activated sludge from the secondary wastewater treatment system, while in the case of the embodiment according to FIG. 3, the inflowing sludge is both secondary sludge from the activated sludge treatment stage as well as raw sludge from the raw sewage settling stage. because the organic material of the secondary sludge consists primarily of viable microorganisms, includes the aerobic degradation of this sludge the different biochemical reaction stages of the cell lysis, the assimilation of lysis products for the synthesis of new viable ones Material, and the respiration. Raw sludge, on the other hand, consists primarily of non-viable organic material Material that the microorganisms present in the sludge can use as a nutrient. Accordingly, learns during aerobic degradation of a raw sludge, the microbial population of the sludge requires a considerable cell synthesis phase in addition to cell lysis, for the assimilation of lysis products and for respiration. Therefore, the aerobic degradation of the raw sludge takes place to a greater extent both Cell synthesis as well as cell respiration than in the aerobic decomposition of secondary sludge takes place. In addition, the aerobic degradation of raw sludge to a smaller overall reduction of the biodegradable volatile suspended matter
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stoffe als dies bei einer vergleichbaren Schlammverweildauer beim aeroben Abbau von Sekundärschlamm der Fall ist. Die resultierende Verminderung der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe im Schlamm während des Abbaus stellt eine Differenz hinsichtlich der rivalisierenden Abbauprozesse von Zellsynthese und Zellrespiration dar.substances than is the case with a comparable sludge retention time in the aerobic decomposition of secondary sludge. The resulting reduction in biodegradable Suspended volatile matter in the sludge during degradation represents a difference in terms of rival degradation processes of cell synthesis and cell respiration.
Die zelluläre Respiration beim Schlammabbauprozeß ist exotherm; aus den oben diskutierten Gründen hat Rohschlamm ein höheres Wärmeerzeugungsvermögen je Gewichtseinheit an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen, die beim Abbau beseitigt werden, als dies bei Sekundärschlamm der Fall ist. Dementsprechend ist bei Primärschlamm im Vergleich zu Sekundärschlamm eine niedrigere resultierende Verminderung der flüchtigen Schwebstoffe erforderlich, um in der aeroben Abbaustufe einen bestimmten Temperaturpegel zu erreichen und aufrechtzuerhalten.. So kann die Ausführungsform nach Fig. 3, bei welcher der dem Abbausystem zugeführte Schlamm sowohl Primär-als auch Sekundärschlamm umfaßt, bei einer gegebenen Temperatur mit einem niedrigeren Grad an Verminderung von flüchtigen"Schwebstoffen in der aeroben Abbauzone betrieben Werden, als die aerobe Zone nach Fig. 2, die nur Sekundärschlamm verarbeitet. Eine geringere Verminderung von abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen in der aeroben Zone des Abbausystems erfordert ihrerseits, daß die Schlammverweildauer in der anaeroben Abbauzone entsprechend verlängert wird, um eineThe cellular respiration in the sludge breakdown process is exothermic; for the reasons discussed above, raw sludge has a higher heat generation capacity per unit weight of biodegradable volatile suspended matter that can be eliminated during degradation than is the case with secondary sludge. Accordingly, in the case of primary sludge Compared to secondary sludge, a lower resulting reduction in volatile suspended matter is required, in order to reach and maintain a certain temperature level in the aerobic degradation stage Embodiment according to FIG. 3, in which the mining system supplied sludge includes both primary and secondary sludge, at a given temperature with a lower degree of "volatile" particulate matter reduction be operated in the aerobic degradation zone than the aerobic zone according to FIG. 2, which only processes secondary sludge. A smaller reduction in degradable volatile suspended matter in the aerobic zone of the degradation system requires in turn that the sludge residence time in the anaerobic degradation zone is extended accordingly, by one
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gegeoene Gesamtbeseitigung von flüchtigen Schwebstoffen zu erzielen. Weil ein erhöhter Anteil der Gesamtbeseitigung von flüchtigen Schwebstoffen in einem solchen Falle in der anaeroben Abbauzone erfolgt, kann daher das Primärschlamm verarbeitende System in der anaeroben Abbauzone mehr Methan erzeugen als das Abbausystem, bei dem nur Sekundärschlamm verarbeitet wird. Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist daher von Haus aus in der Lage, größere Methanmengen als das System nach Fig. 2 zu liefern; dies geht aber auf Kosten einer erhöhten Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone der Ausführungsform gemäß Fig. 3.envisaged total elimination of volatile suspended matter to achieve. Because an increased proportion of the total removal of volatile particulate matter in such a case takes place in the anaerobic degradation zone, the primary sludge processing system can therefore be in the anaerobic degradation zone generate more methane than the mining system, which only uses secondary sludge is processed. The embodiment according to FIG. 3 is therefore inherently capable of larger amounts of methane than to provide the system of Figure 2; but this is at the expense of an increased sludge retention time in the aerobic degradation zone of the embodiment according to FIG. 3.
Im Hinblick auf die vorstehende Diskussion liefert jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele die Möglichkeit, den dem Abbausystem zufließenden Schlamm zu erhitzen, bevor der Schlamm in die aerobe Abbauzone eingeführt, wird. Ein .solches Erhitzen kann bei einem gegebenen Anwendungsfall notwendig sein oder nicht; dies hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise dem Schlammfeststoffgehalt, der Außentemperatur, der Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone und der Art des zu behandelnden Schlammes. Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung der Temperatur des in die erste Abbauzone einströmenden Schlammes, die erforderlich ist, um eine Arbeitstemperatur von 5O°C in der ersten Abbauzone bei einer Schlammverweildauer von 24 Stunden aufrechtzuerhalten, und zwar als Funktion der Gesamtschwebstoffkonzentration des der ersten Abbauzone zugehenden Schlammes. Die Kurve A stellt einen kombiniertenIn view of the above discussion, each of the exemplary embodiments described above provides the possibility to heat the sludge flowing into the digestion system before introducing the sludge into the aerobic digestion zone. Such heating may or may not be necessary in a given application; this depends on various Factors such as the sludge solids content, the outside temperature, the sludge retention time in the aerobic Degradation zone and the type of sludge to be treated. 4 shows a graph of the temperature of the sludge flowing into the first degradation zone, the is required to maintain a working temperature of 50 ° C in the first extraction zone with a sludge retention time of 24 Hours as a function of total suspended solids concentration of the sludge going to the first mining zone. Curve A represents a combined
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Primär- und Sekundärschlammstrom dar, bei dem das Verhältnis von Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen zu Gesamtschwebstoffen (VSS/TSS) 0,75 beträgt und der biologische Wärmeinhalt bei 47 χ 10 J/kg beseitigte flüchtige Schwebstoffe (VSS) liegt. Die Kurve B gilt für einen nichtkombinierten Sekundärschlamm mit einem VSS/TSS-Verhältnis'von 0,79 und einem Wärmeinhalt von 33 χ 10 J/kg beseitigte flüchtige Schwebstoffe.Primary and secondary sludge streams at which the ratio of content of volatile suspended solids to total suspended solids (VSS / TSS) is 0.75 and the biological heat content is 47 χ 10 J / kg of removed volatile suspended matter (VSS) lies. Curve B applies to a non-combined secondary sludge with a VSS / TSS ratio of 0.79 and a heat content of 33 χ 10 J / kg removed volatile suspended matter.
Wie aus den betreffenden Kurven dieser graphischen Darstellung hervorgeht, erfordert der durch die Kurve A dargestellte kombinierte Schlamm eine höhere Einlaßtemperatur für die aerobe Abbauzone als der Sekundärschlamm gemäß Kurve B bei gegebener Gesamtschwebstoffkonzentration. Infolgedessen kann ein Erhitzen des in das Abbausystem einströmenden Schlammes vor dem Einleiten in die erste Abbauzone besonders dann günstig sein, wenn das Einsatzmedium für das Abbausystem einen wesentlichen Anteil an Primärschlamm aus einer Abwasserbehandlungsanlage enthält.As can be seen from the respective curves of this graph, the one represented by curve A requires combined sludge has a higher inlet temperature for the aerobic digestion zone than the secondary sludge according to Curve B for a given total suspended solids concentration. Consequently The sludge flowing into the digestion system can be heated before it is introduced into the first digestion zone be particularly favorable if the input medium for the mining system has a substantial proportion of primary sludge from a wastewater treatment plant.
Die graphische Darstellung gemäß Pig. 4 zeigt ferner, daß ein thermophiler Betrieb erreicht werden kann, ohne daß der dem Abbausystem zugehende Schlamm vor dem Einleiten in die aerobe Abbauzone erhitzt zu werden braucht, wenn der einströmende Schlamm hinreichend eingedickt ist. Wenn beispielsweise ein kombinierter Schlamm (Kurve A) mit einer Gesamtfeststoffkonzentration von 4 % abgebaut werdenThe graph according to Pig. Figure 4 also shows that thermophilic operation can be achieved without the need to heat the sludge going to the digestion system prior to introduction into the aerobic digestion zone if the inflowing sludge is sufficiently thickened. For example, if a combined sludge (curve A) with a total solids concentration of 4 % is degraded
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muß, braucht die Temperatur des in die thermophile aerobe Zone eingeführten Schlammes nur ungefähr 15°C zu betragen.Must be the temperature of the aerobic thermophilic needs Zone of introduced sludge to be only about 15 ° C.
Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung liefern einen vollständig pasteurisierten Produktschlamm, da in allen Fällen der in das Abbausystem, einströmende Schlamm durch die thermophile aerobe Zone hindurchgeleitet wird, in der die benutzten hohen Temperaturen eine vollständige Schlammpasteurisierung gewährleisten. Es kann jedoch Anwendungsfälle geben, in denen die endgültige Schlammbeseitigung kein vollständig pasteurisiertes Produkt erfordert oder der Schlamm selbst keine Pasteurisierung notwendig macht, weil keine nennenswerten Konzentrationen an Pathogenen vorliegen. Fig. 5 zeigt ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der ein kleinerer Teil des in das Prozeßsystem einströmenden Schlammes zu der zweiten Abbauzone umgeleitet wird, die sich für derartige Anwendungsfälle eignet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 wird ein größerer Teil des in das Prozeßsystem über eine Leitung 311 eintretenden Schlammes einer ersten abgedeckten Abbauzone 310 über eine Leitung 331 zugeführt. Vor dem Einleiten in die erste Abbauzone 310 kann der Schlamm in der Leitung 331, falls erwünscht, mittels eines methanbeheizten Kessels 330 erhitzt werden.All of the embodiments of the invention described above deliver a completely pasteurized product sludge, since in all cases the sludge flowing into the digestion system Sludge is passed through the thermophilic aerobic zone in which the high temperatures used ensure complete pasteurization of the sludge. However, there may be use cases where the final sludge disposal does not require a fully pasteurized product or the sludge itself Pasteurization makes it necessary because there are no significant concentrations of pathogens. Fig. 5 shows a Flow diagram of a further embodiment of the invention, in which a smaller part of the sludge flowing into the process system is diverted to the second degradation zone which is suitable for such applications. at the embodiment according to FIG. 5 becomes a larger part of the sludge entering the process system via a line 311 of a first covered degradation zone 310 via a Line 331 supplied. Before entering the first degradation zone 310, the sludge can be in line 331, if is desired to be heated by means of a methane-heated kettle 330.
Sauerstoffhaltiges Belüftungsgas, das mindestens 50 Vol.%Aeration gas containing oxygen that is at least 50% by volume
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und vorzugsweise mindestens 80 Vol.% Sauerstoff enthält, wird der aeroben Aobauzone 310 über eine Leitung 317 zugeleitet. Der in diese Zone einströmende Schlamm wird mittels einer Rühreinrichtung 312 zweckentsprechend gemischt und gegenüber dem sauerstoffhaltigen Belüftungsgas ständig umgewalzt, um einen Gehalt des Schlammes an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/l aufrechtzuerhalten. Der Schlamm wird in der aeroben Abbauzone bei einer Temperatur zwischen 45 C und 75 C für eine Verweildauer zwischen 4 und 48 Stunden gehalten. An Sauerstoff verarmtes Abbaugas wird aus der ersten Abbauzone über eine Leitung 318 ausgetragen. Schlamm, der an biologisch abbaufähigen Schwebstoffen verarmt und voll pasteurisiert ist, verläßt die Abbauzone gesondert über eine Leitung 316. Der teilstabilisierte Schlamm in der Leitung 316 wird dann einer zweiten abgedeckten Abbauzone 32O zugeführt, die im mesophilen Temperaturbereich arbeitet. Weil die Temperatur des die erste Abbauzone verlassenden Schlammes zwischen 45°C und 75°C liegt, muß seine Temperatur vor dem Einleiten in die zweite Abbauzone gesenkt werden, so daß ein wirkungsvoller Betrieb für den mesophilen anaeroben Abbauprozeß in der zweiten Abbauzone aufrechterhalten werden kann. Bei der veranschaulichten Ausführungsform umgeht der kleinere Teil des einströmenden Schlammes den Methankessel 330 und die aerobe Abbauzone 310 in einer Leitung 329; er wird unmittelbar mit dem warmen Schlamm in der Leitung 316 gemischt. Die Durchflußmenge des umgeleiteten einströmenden Schlammesand preferably contains at least 80% by volume of oxygen, is fed to the aerobic building zone 310 via a line 317. The sludge flowing into this zone is appropriately mixed by means of a stirring device 312 and against the oxygen-containing ventilation gas constantly rolled to maintain a dissolved oxygen content of at least 2 mg / l in the sludge. Of the Sludge is in the aerobic degradation zone at a temperature between 45 C and 75 C for a residence time between Held for 4 and 48 hours. Degradation gas depleted in oxygen is discharged from the first degradation zone via a line 318. Sludge that is impoverished in biodegradable suspended matter and fully pasteurized leaves the degradation zone separately via a line 316. The partially stabilized Sludge in line 316 is then covered with a second one Degradation zone 32O supplied, which is in the mesophilic temperature range is working. Because the temperature of the sludge leaving the first mining zone is between 45 ° C and 75 ° C is, its temperature must be lowered prior to introduction into the second mining zone, so that an efficient operation for the mesophilic anaerobic degradation process in the second Mining zone can be maintained. In the illustrated Embodiment, the smaller part of the inflowing sludge bypasses the methane boiler 330 and the aerobic Mining zone 310 in a line 329; it becomes immediate mixed with the warm mud in line 316. the Flow rate of the diverted incoming sludge
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wird so eingestellt, daß die Temperatur des kombinierten Schlammstromes, der der anaeroben Abbauzone 32O zugeht, ausreicht, um eine Arbeitstemperatur zwischen 35 C und 4O°C in der Zone 320 aufrechtzuerhalten.is adjusted so that the temperature of the combined Sludge flow that goes to the anaerobic degradation zone 32O, sufficient to maintain a working temperature between 35 ° C and 40 ° C in zone 320.
In der zweiten Abbauzone wird der Schlamm durch Umwälzen von Methangas gegen den dort befindlichen Schlamm gemischt, um die Stabilisationsgeschwindigkeit in der zweiten Zone auf aktive Weise bei hohen Werten zu halten. Methangas, das auf Grund der in der zweiten Abbauzone 320 ablaufenden biochemischen Reaktionen erzeugt wird, verläßt diese Zone über eine Leitung 323. Ein Nebenstrom dieses Gases wird in. eine Leitungsschleife 340 abgeleitet, in der ein Kompressor sitzt. Das erhaltene komprimierte Methangas wird dem Schlamm in der zweiten Abbauzone beispielsweise über eine nicht dargestellte Einblasvorrichtung zugesetzt, um für das oben erwähnte Mischen und Umwälzen des Schlammes zu sorgen. Von der Leitung 323 kann ein Teil des Methangases über eine Leitung 327 zu dem methanbeheizten Kessel 330 gehen; der restliche Teil wird aus dem Prozeßsystem über eine Leitung 328 abgeführt. Der weiter stabilisierte Schlamm, der weniger als 40 % des ursprünglichen Gehalts des über die Leitung 331 in das System eingebrachten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen enthält, wird aus der zweiten Abbauzone über eine Leitung 325 ausgetragen, um weiter behandelt, z. B. entwassert, und/oder endgültig beseitigt zu werden.In the second mining zone, the sludge is mixed by circulating methane gas against the sludge located there in order to actively maintain the stabilization speed in the second zone at high values. Methane gas, which is generated as a result of the biochemical reactions taking place in the second degradation zone 320, leaves this zone via a line 323. A secondary flow of this gas is diverted into a line loop 340 in which a compressor is located. The compressed methane gas obtained is added to the sludge in the second degradation zone, for example via an injection device (not shown), in order to ensure the above-mentioned mixing and circulation of the sludge. A part of the methane gas can go from the line 323 via a line 327 to the methane-heated boiler 330; the remaining part is discharged from the process system via line 328. The further stabilized sludge, which contains less than 40 % of the original biodegradable volatile suspended matter content of the sludge introduced into the system via line 331, is discharged from the second degradation zone via line 325 for further treatment, e.g. B. drained, and / or finally disposed of.
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Die Vorteile des erläuterten Verfahrens lassen sich an Hand der folgenden Beispiele deutlich machen:The advantages of the method explained can be seen in Make clear the following examples:
In diesem Beispiel ist das Betriebsverhalten der Ausführungsform gemäß Fig. 2 einem konventionellen anaeroben Hochleistungssystem gegenübergestellt. Die weitere Erläuterung geht von der Behandlung des Abschlamms einer Abwasserbehandlungsanlage mit einer Kapazität von 3,8 χ 10 l/ Tag bezogen auf das Fließschema nach Fig. 2 aus'.In this example, the performance is the embodiment 2 compared to a conventional anaerobic high-performance system. The further explanation starts with the treatment of the sludge in a wastewater treatment plant with a capacity of 3.8 10 l / day based on the flow diagram of FIG. 2 from '.
Ein Gemisch aus 5O % Primarschlamm und 5O % Sekundarschlamm, das anfänglich eine Temperatur von 18 C hat, wird über die Leitung 111 in das Abbausystem der Anordnung nach Fig. 2 eingeleitet. Der Schlamm, der eine Gesamtschwebstoff konzentration von 39 400 mg/l und ein Verhältnis von fluchtigen Schwebstoffen zu Gesamtschwebstoffen von 72 % aufweist, wird in das System in einer Durchflußmenge von 3,4 χ 1O l/Tag eingeführt. Um den Schlamm in der aeroben Abbauzone 11O bei einer 24-stündigen Verweildauer auf einer Arbeitstemperatur von 50°C zu halten, wird der einströmende Schlamm mittels des Methanheizkessels 130 auf ungefähr 23°C erhitzt. Ausgehend von einem Wirkungsgrad von 5O % für die Umsetzung des Heizwertes von Methangas in Wärme sind für die Speisung des Heizkessels 130 ungefähr 71Om /Tag des in der anaeroben Abbauzone erzeugtenA mixture of 50 % primary sludge and 50 % secondary sludge, which initially has a temperature of 18 ° C., is introduced into the breakdown system of the arrangement according to FIG. 2 via line 111. The sludge, which has a total suspended solids concentration of 39,400 mg / l and a volatile suspended matter to total suspended solids ratio of 72 % , is introduced into the system at a flow rate of 3.4 10 l / day. In order to keep the sludge in the aerobic decomposition zone 110 at a working temperature of 50 ° C. for a 24-hour residence time, the inflowing sludge is heated to approximately 23 ° C. by means of the methane boiler 130. Assuming an efficiency of 50 % for converting the calorific value of methane gas into heat, approximately 701 m / day of the amount generated in the anaerobic degradation zone is required to feed the boiler 130
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Methangases erforderlich.Methane gas required.
In der aeroben Abbauzone wird eine Verringerung des Gehaltes an flüchtigen Schwebstoffen von näherungsweise 8 % erzielt (16 % biologisch abbaufähige flüchtige Schwebstoffe; die biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe machen ungefähr 50 % des Gesamtgehalts an flüchtigen Schwebstoffen aus), so daß über die Leitung 114 der Säurebildungsteilzone 12Oa ein teilabgebauter Schlamm mit einem Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen von 26 100 mg/l zugeleitet wird. Diese Teilzone wird bei einer 24-stündigen Verweildauer bei thermophiler Temperatur betrieben. In dieser Stufe erfolgt eine 10%ige Verminderung des Anteils der einströmenden flüchtigen Schwebstoffe. Ein Schlamm mit einem Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen von 23 5OO mg/l geht dann über die Leitung 126 an die Methanfermentationsteilzone 120b. Aus dem ausgetragenen Schlamm wird im Wärmetauscher 115 ausreichend Wärme abgezogen, um in der Methanfermentationsteilzone 120b eine Arbeitstemperatur von 38 G sicherzustellen.In the aerobic decomposition zone, a reduction in the content of volatile suspended solids of approximately 8 % is achieved (16% biodegradable volatile suspended solids; the biodegradable volatile suspended solids make up about 50 % of the total volatile suspended solids content), so that the acid formation subzone via line 114 12Oa a partially degraded sludge with a volatile suspended matter content of 26,100 mg / l is fed. This sub-zone is operated with a 24-hour residence time at a thermophilic temperature. In this stage there is a 10% reduction in the proportion of inflowing volatile suspended matter. A sludge with a volatile suspended matter content of 23,500 mg / l then goes via line 126 to methane fermentation subzone 120b. Sufficient heat is drawn off from the discharged sludge in heat exchanger 115 to ensure a working temperature of 38 G in methane fermentation subzone 120b.
Die Methanfermentationsteilzone wird mit einer 5-tägigen Schlammverweildauer betrieben, was für das integrierte System zu einer Gesamtverminderung der flüchtigen Schwebstoffe von 40 % (Verringerung de"r biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe um 80 %) führt. Die Methanfermentationsteilzone erzeugt ungefähr 2070 m Methangas pro Tag,The methane fermentation sub-zone is operated with a 5-day sludge retention time, which leads to an overall reduction in volatile suspended solids of 40% (reduction in biodegradable volatile suspended solids by 80 %) for the integrated system.
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was einen Gesamtheizwert von 12 600 kWh/Tag darstellt. Weil 71O m Methangas pro Tag notwendig sind, um den Methanheizkessel 130 zu betreiben, stehen 1360 m Methangas pro Tag, entsprechend einem Gesamtheizwert von 8500 kWh/Tag, zur Abgabe aus dem Schlammabbausystem zur Verfügung.which represents a total calorific value of 12,600 kWh / day. Because 710 m of methane gas per day are necessary to run the methane boiler 130 to operate, there are 1,360 m of methane gas per day, corresponding to a total calorific value of 8500 kWh / day, available for delivery from the sludge removal system.
Wenn der kombinierte Schlamm in der oben zugrundegelegten Menge von 3,4 χ 10 l/Tag statt dessen einem konventionellen anaeroben Hochleistungsabbautank zugeführt wird, ist eine ungefähr 13-tägige Schlammverweildauer notwendig, um die gleiche Verminderung der flüchtigen Schwebstoffe zu erzielen. Obwohl von dem konventionellen Hochleistungsabbautank 3625 m Methangas je Tag, entsprechend ungefähr 22 6OO kWh/Tag, erzeugt werden, sind bei einer 5O %igen Umwandlung des Heizwertes in Wärme ungefähr 17 6OO kWh/Tag an Heizenergie erforderlich, um die optimalen Arbeitstemperaturbedingungen in dem Hochleistungstank aufrechtzuerhalten. Das konventionelle System erfordert daher im Vergleich zu der oben erläuterten Ausführungsform der Erfindung, basierend auf der notwendigen Verweildauer, 86 % mehr Tankraum,· außerdem stehen unter normalen Arbeitsbedingungen ungefähr 40 % weniger Methan zur Abgabe zur Verfügung.If the combined sludge in the above-mentioned amount of 3.4 10 l / day is instead fed to a conventional anaerobic high-performance digestion tank, an approximately 13-day sludge retention time is necessary in order to achieve the same reduction in volatile suspended matter. Although the conventional high-performance degradation tank generates 3625 m of methane gas per day, corresponding to around 22 6OO kWh / day, with a 50% conversion of the calorific value into heat, around 17 6OO kWh / day of heating energy are required to achieve the optimal working temperature conditions in the high-performance tank maintain. Compared to the embodiment of the invention explained above, the conventional system therefore requires 86 % more tank space, based on the required dwell time, in addition, approximately 40 % less methane is available for delivery under normal working conditions.
Dieses Beispiel beschreibt eine Arbeitsweise entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 5. Der zuströmende Einsatz-This example describes a mode of operation corresponding to the embodiment according to FIG.
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schlamm besteht aus 50 % Primär- und 5U % Sekundärschlamm aus einer Abwasserbehandlungsanlage in einer Menge von 2,27 χ 10 l/Tag. Der zugehende Schlammstrom in der Leitung 311 hat eine Temperatur von 20°C und eine Gesamtschwebstoff konzentration von 4 % (VSS/TSS = 0,75); er wird in einen Teilstrom von 1,74 χ 10 l/Tag, der über die Leitung 331 unmittelbar der thermophilen aeroben Abbauzone zugeht, und einen Teilstrom von 5,3 χ 10 l/Tag aufgeteilt, der den Umgehungsstrom in der Leitung 329 bildet. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist es in diesem Falle nicht erforderlich, den Schlamm vor dem Einleiten in die thermophile aerobe. Abbauzone zu erhitzen. Die Verweildauer in der ersten Abbauzone 31Ο beträgt ungefähr 24 Stunden; thermophile Temperaturen werden autothermisch erreicht. Ein pasteurisierter Schlamm wird bei einer Temperatur von 5O C aus der aeroben Abbauzone in der Leitung 316 ausgetragen und mit dem kühlen Umgehungsstrom aus der Leitung 329 gemischt. Dieser kombinierte Schlammstrom fließt dann der anaeroben Abbauzone 32Ο zu, wo der Schlamm in Abwesenheit von Sauerstoff ungefähr 8 Tage lang gehalten wird, was zu einer Gesamtverminderung der flüchtigen Schwebstoffe von ungefähr 4O % (80 %ige Verminderung der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe) führt. Die anaerobe Abbauzone erzeugt Methangas in einer Menge von ungefähr 2Ο4Ο m /Tag, was ungefähr 11 7OO kWh/Tag entspricht. Dieses Methan kann in vollem Umfang aus dem Prozeßsystem abgegeben werden. sludge consists of 50 % primary and 5U % secondary sludge from a wastewater treatment plant in an amount of 2.27 χ 10 l / day. The incoming sludge stream in line 311 has a temperature of 20 ° C. and a total suspended matter concentration of 4% (VSS / TSS = 0.75); it is divided into a partial flow of 1.74 10 l / day, which goes directly to the thermophilic aerobic degradation zone via line 331, and a partial flow of 5.3 χ 10 l / day, which forms the bypass flow in line 329. As can be seen from Fig. 4, it is not necessary in this case, the sludge before it is introduced into the thermophilic aerobic. To heat the degradation zone. The residence time in the first mining zone 31Ο is approximately 24 hours; thermophilic temperatures are reached autothermally. A pasteurized sludge is discharged from the aerobic digestion zone in line 316 at a temperature of 50 ° C. and mixed with the cool bypass flow from line 329. This combined sludge stream then flows to the anaerobic digestion zone 32Ο where the sludge is held in the absence of oxygen for approximately 8 days, resulting in an overall volatile particulate matter reduction of approximately 40% (80% biodegradable volatile particulate matter reduction). The anaerobic degradation zone produces methane gas in an amount of approximately 2Ο4Ο m / day, which corresponds to approximately 11,700 kWh / day. This methane can be completely released from the process system.
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Wenn der kombinierte zuströmende Einsatzschlamm von 2,27 χ 1O l/Tag statt dessen einem konventionellen anaeroben Hochleistungsabbautank zugeführt wird, ist eine ungefähr 15-tägige Verweildauer notwendig, um die gleiche Verminderung des Gehaltes an flüchtigen Schwebstoffen zu erzielen. Obwohl von dem konventionellen anaeroben Abbautank täglich 2550 m Methangas entsprechend ungefähr 14 7OO kWh/Tag, erzeugt werden, sind bei einer 50 %igen Umwandlung des Heizwertes in Wärme ungefähr 13 2OO kWh/Tag notwendig, um in dem Hochleistungstank die optimale anaerobe Arbeitstemperatur aufrechtzuerhalten. In diesem Falle benötigt daher ein konventionelles anaerobes Abbausystem eine ungefähr 65 % längere Schlammverweildauer, während nur resultierende Gasenergie entsprechend 1500 kWh/ Tag gegenüber 11 7OO kWh/Tag bei dem kombinierten System erzeugt werden. Nach Ausnutzung des intern erzeugten Methangases als Wärmequelle steht infolgedessen bei dem konventionellen System wesentlich weniger Methangas zur Abgabe zur Verfügung als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. If the combined inflowing feed sludge of 2.27-1O l / day is instead fed to a conventional high-performance anaerobic digestion tank, a residence time of approximately 15 days is necessary in order to achieve the same reduction in the content of volatile suspended matter. Although the conventional anaerobic digestion tank generates 2550 m of methane gas per day, corresponding to around 14 7OO kWh / day, with a 50% conversion of the calorific value into heat, around 13 2OO kWh / day are necessary in order to maintain the optimal anaerobic working temperature in the high-performance tank. In this case, a conventional anaerobic digestion system therefore requires an approximately 65 % longer sludge retention time, while only resulting gas energy corresponding to 1500 kWh / day compared to 11,700 kWh / day in the combined system is generated. After utilizing the internally generated methane gas as a heat source, there is consequently in the conventional system significantly less methane gas available for delivery than in the method according to the invention.
Dieses Beispiel vergleicht das Betriebsverhalten des Verfahrens gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 mit einem .konventionellen anaeroben Hochleistungssystem.This example compares the performance of the method according to the embodiment of FIG. 1 with a .conventional anaerobic high-performance system.
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Ein Sekundärschlamm aus einem der Sauerstoffanreicherung dienenden Abwasserbehandlungssystem, der anfänglich eine Temperatur von 15°C hat, wird zunächst im Wärmetauscher durch den Abfluß der anaeroben Abbauzone erhitzt, worauf eine weitere Erhitzung durch den Abfluß der thermophilen aeroben Abbauzone im Wärmetauscher 15 erfolgt. Die erste Wärmeaustauschstufe im Wärmetauscher 22 steigert die Temperatur des einströmenden Schlammes von 15 C auf ungefähr 25°C, während die Temperatur des stabilisierten Schlammes, der die anaerobe Abbauzone 20 verläßt, von ungefähr 35 C auf 25°C gesenkt wird. Die zweite Wärmeaustauschstufe im Wärmetauscher 15 steigert die Temperatur des einströmenden Schlammes auf ungefähr 3O°C, während die Temperatur des die aerobe Abbauzone 10 verlassenden Schlammes von ungefähr 50 °C auf 45 C gesenkt wird. Der einströmende Schlamm hat eine Gesamtschwebstoffkonzentration von 34 400 mg/1 und ein Verhältnis von flüchtigen Schwebstoffen zu Gesamtschwebstoffen von 78 %. Er wird in die erste Abbauzone 10 in einer Menge von 2,27 χ 10 l/Tag eingeleitet. In der aeroben ersten Zone wird eine Arbeitstemperatur von 5O°C .während einer Schlammverweildauer von 24 Stunden aufrechterhalten.A secondary sludge from a wastewater treatment system used for oxygen enrichment, which initially has a temperature of 15 ° C, is first heated in the heat exchanger by the outflow of the anaerobic degradation zone, whereupon further heating takes place through the outflow of the thermophilic aerobic degradation zone in the heat exchanger 15. The first heat exchange stage in heat exchanger 22 increases the temperature of the incoming sludge from 15 ° C to approximately 25 ° C, while the temperature of the stabilized sludge leaving the anaerobic digestion zone 20 is decreased from approximately 35 ° C to 25 ° C. The second heat exchange stage in the heat exchanger 15 increases the temperature of the inflowing sludge to approximately 30 ° C., while the temperature of the sludge leaving the aerobic digestion zone 10 is reduced from approximately 50 ° C. to 45 ° C. The incoming sludge has a total suspended solids concentration of 34,400 mg / l and a ratio of volatile suspended solids to total suspended solids of 78 %. It is introduced into the first degradation zone 10 in an amount of 2.27 10 l / day. In the aerobic first zone, a working temperature of 50 ° C is maintained during a sludge retention period of 24 hours.
Eine Verminderung von ungefähr 16 % der flüchtigen Schwebstoffe (Senkung von 32 % der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe) wird in der aeroben Stufe erzielt, so daß ein teilstabilisierter Schlamm mit einem Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen von 22 500 mg/l über die LeitungA reduction of approximately 16% of the volatile suspended matter (reduction of 32 % of the biodegradable volatile suspended matter) is achieved in the aerobic stage, so that a partially stabilized sludge with a content of volatile suspended matter of 22,500 mg / l via the line
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16 in die anaerobe Abbauzone eingespeist wird, nachdem im Wärmetauscher 15 ein Wärmeaustausch mit zuströmendem Schlamm stattgefunden hat.16 is fed into the anaerobic degradation zone after im Heat exchanger 15, a heat exchange with the incoming sludge has taken place.
Die anaerobe Abbauzone arbeitet mit einer Verweildauer von 8 Tagen, was zu einer Gesamtverminderung der flüchtigen Schwebstoffe von 42 % (Verminderung der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe von 84 %) für das integrierte System führt. Die anaerobe Abbauzone 2O erzeugt ungefähr 1470 m Methangas je Tag entsprechend einem Gesamtheizwert von ungefähr 82OO kWh/Tag. Das gesamte Methangas steht zur Abgabe aus dem Abbausystem zur Verfugung. The anaerobic degradation zone works with a residence time of 8 days, which leads to an overall reduction in volatile suspended matter of 42% (reduction in biodegradable volatile suspended matter of 84 %) for the integrated system. The anaerobic degradation zone 20 generates around 1470 m of methane gas per day, corresponding to a total calorific value of around 8,200 kWh / day. All of the methane gas is available for delivery from the mining system.
Wird dagegen der mit 2,27 χ 10 l/Tag einströmende Schlamm einem konventionellen anaeroben Hochleistungsabbautank zugeführt, ist eine Schlammverweildauer von mindestens 14 Tagen notwendig, um die gleiche Verminderung des Gehalts an flüchtigen Schwebstoffen zu erzielen. Obwohl bei einem derartigen konventionellen Hochleistungssystem 2400 m Methangas je Tag,entsprechend ungefähr 13 8OO kWh/Tag, erzeugt werden, sind bei einer 5O %igen Umwandlung des Heizwertes in Wärme ungefähr 13 200 kWh je Tag erforderlich, um im Hochleistungstank optimale Arbeitstemperaturbedingungen aufrechtzuerhalten. Das konventionelle anaerobe System benötigt daher ungefähr 55 % mehr Tankraum; es kann eine Methangasenergie von ungefährIf, on the other hand, the sludge flowing in at 2.27 χ 10 l / day is fed into a conventional anaerobic high-performance digestion tank, a sludge retention time of at least 14 days is necessary in order to achieve the same reduction in the content of volatile suspended matter. Although a conventional high-performance system of this type generates 2,400 m of methane gas per day, corresponding to approximately 13,800 kWh / day, with a 50% conversion of the calorific value into heat, approximately 13,200 kWh per day are required in order to maintain optimal working temperature conditions in the high-performance tank. The conventional anaerobic system therefore requires approximately 55 % more tank space; it can have a methane gas energy of about
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76OO kWh/Tag weniger abgeben als das entsprechende, oben erläuterte erfindungsgemäße System.Deliver 76OO kWh / day less than the corresponding above explained system according to the invention.
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