DE2805054C3 - Process for breaking down sludge - Google Patents

Process for breaking down sludge

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Description

2525th

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau von Schlamm, bei dem wenigstens ein Teil des Schlamms durch mindestens zwei abgedeckte Abbauzonen geleitet und dabei unter Bildung von stabilisiertem Schlamm und Methangas nacheinander aeroben und anae.Oben Bedingungen ausgesetzt wird.The invention relates to a method for breaking down sludge, in which at least part of the sludge passed through at least two covered mining zones, with the formation of stabilized sludge and Methane gas is exposed to aerobic and anaic conditions in succession.

Für den Abbau von Schlamm werden derzeit in der Praxis drei Verfahren in großem Umfang eingesetzt, und zwar Abbau in Oxydationsteichen, anaerober Abbau und aerober Abbau.For the degradation of sludge, three methods are currently used on a large scale in practice: namely degradation in oxidation ponds, anaerobic degradation and aerobic degradation.

Oxydationsteiche erfordern erhebliche Landflächen und erlauben keine wesentliche Herabsetzung der Menge an Pathogenen in dem Schlamm.Oxidation ponds require substantial land areas and do not allow significant degradation of the Amount of pathogens in the mud.

Am weitesten verbreitet ist der anaerobe Abbau von Schlamm, wie er beispielsweise aus Absetzbecken, biologischen Filtern und Abwasserbelebungsanlagen abgezogen wird. Der Schlamm wird dabei in großen Abbauräumen gesammelt, wo er ohne Wärmezufuhr 20 bis 30 Tage lang anaerob fermentiert wird. Durch den Abbau werden die festen Rückstände in eine ausreichend stabile Form überführt, so daß sie ohne größere Belästigungen zur Landauffüllung benutzt werden können. Durch mechanische Rührwerke oder umgewälztes komprimiertes Abbaugas wird der Rauminhalt so gemischt, um die Schlammstabilisierungsreaktion zu steigern. Es ist bekannt, daß erhöhte Temperaturen im mesophilen Bereich von 30° C bis 4O0C eine Verkürzung der Verweildauer auf 12 bis 20 Tage gestatten, weil die Aktivität der für den Abbau verantwortlichen Organismen durch die Temperatur stark beeinflußt wird und zwischen 30°C und 400C hochaktive mesophile Mikroorganismen den dominanten Mikrobenstamm in dem abzubauenden Schlamm darstellen. Die günstigsten Temperaturen für einen mesophilen Abbau liegen zwischen 35° C und 380C be> minimalen Verweildauern von 12 bis 15 Tagen. W^: ck. Jes anaeroben Abbaus wird Methangas erzeugt, das für gewöhnlich in Verbrennungsheizgeräten benutzt wird, um Wärmeverluste des anaeroben Abbausystems auszugleichen. Jahreszeitliche Temperaturschwankungen und Fluktuationen der Schwebstoffkonzentrationen des einströmenden Schlamms haben erheblichen Einfluß auf die Methangaserzeugung und den Umfang der erforderlichen Wärmezufuhr. Wenn daher erhöhte Temperaturbedingungen in der anaeroben Abbauzone über das ganze Jahr hinweg aufrechterhalten werden sollen, ist in der Regel eine Hilfswärmequeiie vorgesehen. Zweckmäßig wird der Abbauzone ein möglichst konzentrierter Schlamm zugeleitet, um Wärmeverluste in dem abgehenden stabilisierten Schlammstrom zu minimieren und die Methanproduktion in der Abbauzone zu maximieren. Selbst bei solchen Vorkehrungen ist es schwierig, erhöhte Temperaturen in der anasroben Abbauzone auf wirtschaftliche Weise insbesondere während der Wintermonate aufrechtzuerhalten.The most widespread is the anaerobic breakdown of sludge, such as is extracted from settling tanks, biological filters and wastewater aeration systems. The sludge is collected in large extraction rooms, where it is fermented anaerobically for 20 to 30 days without heat. The breakdown transforms the solid residues into a sufficiently stable form so that they can be used for landfilling without major nuisance. The volume is mixed by mechanical agitators or circulated compressed decomposition gas in order to increase the sludge stabilization reaction. It is known that elevated temperatures in the mesophilic range of 30 ° C to 4O 0 C allow a shortening of the residence time at 12 to 20 days because the activity of the responsible for the degradation of organisms is greatly influenced by the temperature and is between 30 ° C and 40 0 C highly active mesophilic microorganisms represent the dominant microbe strain in the sludge to be degraded. The lowest temperatures for mesophilic degradation between 35 ° C and 38 0 C be> minimum residence times from 12 to 15 days. W ^: ck. Anaerobic digestion produces methane gas, which is commonly used in combustion heaters to compensate for heat loss from the anaerobic digestion system. Seasonal temperature fluctuations and fluctuations in the concentration of suspended solids in the inflowing sludge have a considerable influence on methane gas production and the amount of heat required. Therefore, if elevated temperature conditions are to be maintained in the anaerobic degradation zone throughout the year, an auxiliary heating system is usually provided. A sludge that is as concentrated as possible is expediently fed to the extraction zone in order to minimize heat losses in the outgoing stabilized sludge flow and to maximize methane production in the extraction zone. Even with such precautions, it is difficult to maintain elevated temperatures in the anasrobic mining zone in an economical manner, especially during the winter months.

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 und schließlich einer Periode intensiven Abbaus und Stabilisierung (Vergasung). Jede dieser Verfahrensstufen ist durch die Produktion von verschiedenen Zwischen- und Endprodukten gekennzeichnet Unter normalen Arbeitsbedingungen treten alle drei Phasen gleichzeitig auf. Die während der Vergasungsphase erzeugten Gase sind vorwiegend Methan und Kohlendioxid. Sie machen normalerweise mehr als 95% des entwickelten Gases aus, wobei 65 bis 70% Methan vorhanden sind. Die Methanerzeugung ist auf die Zerlegung zahlreicher Verbindungen durch viele voneinander abhängige biochemische Reaktionen zurückzuführen. Insbesondere werden die komplexen organischen Schlammbestandteile durch als Säurebildner bezeichnete Bakterien ohne Bildung von Methan in flüchtigen Säuren und Alkohole umgesetzt, die dann durch andere, als Methanbildner bezeichnete Bakterien in Methangas umgewandelt werden. Die säurebildenden Bakterien sind robust und gegenüber Prozeßänderungen in hohem Maße widerstandsfähig. Mäßige Temperaturschwankungen ändern ihre Stoffwechselp.ktivität nicht nennenswert. Methanbildende Bakterien erfordern dagegen strikt anaerobe Bedingungen; sie sind gegenüber Prozeßänderungen, wie Schwankungen des pH-Wertes und dem Vorhandensein von Schwermetallen, Detergenzien, Ammoniak und Sulfiden, extrem empfindlich. Selbst sehr kleine Mengen von toxischen Metallen, wie Kupfer, unterbinden die Aktivität der Methanbildner. Die Säurebildner beginnen zu dominieren. Der pH-Wert sinkt, wodurch die Aktivität der Methanbildner zusätzlich beeinträchtigt wird. Auch darf in der anaeroben Abbauzone kein Sauerstoff vorhanden sein. Ein unbeabsichtigtes Einleiten von Luft in diese Zone beeinträchtigt die Methanfermentierung und führt wegen der Kombination des brennbaren Methangases mit Sauerstoff zu Brand- oder Explosionsgefahr. Besonders empfindlich sind die Methanbildner ferner gegenüber Temperaturschwankungen. Bereits Schwankungen von nur einigen Graden vermindern ihre Aktivität und Lebensfähigkeit; sie haben ein relativ übermäßiges Wachstum von Säurebildnern zur Folge. Es kommt zu einer Ansammlung der sauren Abbauzwischenprodukte. Auch in diesem Fall sinkt der pH-Wert in der Abbauzone. Die Aktivität der Methanbildner wird weiter vermindert. Dies führt zu schweren Prozeßstörungen. Es wird ein unzureichend stabilisierter Schlamm erhalten, der nicht ohne weitere Behandlung zur Landauffüllung oder für ähnliche Zwecke geeignet ist.In the anaerobic digestion process, the treated sludge solids become essentially one at a time exposed to three separate treatment phases, initially to a solubilization period, then a period of intense acid production, and finally a period of intense degradation and stabilization (gasification). Each of these process stages is due to the production of different ones Intermediate and end products labeled Under normal working conditions, all three phases occur at the same time. The gases generated during the gasification phase are mainly methane and carbon dioxide. They usually make up more than 95% of the evolved gas, with 65 to 70% being methane available. Methane production is due to the breaking down of numerous compounds by many of one another dependent biochemical reactions. In particular, the complex organic Sludge components by bacteria known as acidifiers without the formation of methane in volatile acids and alcohols, which are then converted by other bacteria known as methane generators converted into methane gas. The acid-forming bacteria are robust and resistant to process changes highly resilient. Moderate temperature fluctuations change their metabolic activity not worth mentioning. Methane-forming bacteria, on the other hand, require strictly anaerobic conditions; they are against process changes, such as fluctuations in the pH value and the presence of heavy metals, Detergents, ammonia and sulphides, extremely sensitive. Even very small amounts of toxic Metals such as copper prevent the activity of methane generators. The acid generators begin to dominate. The pH value drops, which also affects the activity of the methane-forming agents. Also may there will be no oxygen in the anaerobic degradation zone. Unintentional introduction of air into them Zone interferes with methane fermentation and leads because of the combination of combustible methane gas with oxygen creates a risk of fire or explosion. The methane generators are also particularly sensitive against temperature fluctuations. Even fluctuations of just a few degrees reduce theirs Activity and viability; they result in a relatively excessive growth of acid generators. The acidic degradation intermediates accumulate. In this case, too, the pH value drops in the mining zone. The activity of the methane generator is further reduced. This leads to serious process disturbances. An insufficiently stabilized sludge is obtained which cannot be used without further treatment Land replenishment or suitable for similar purposes.

Um den geschilderten Störungen in der anaeroben Abbauzone zu beseenen. werden in diese Zone oftIn order to enliven the described disturbances in the anaerobic degradation zone. often go to this zone

große Mengen an Kalk eingebracht, welche die Pufferwirkung verstärken und den pH-Wert erhöhen sollen. Diese Korrekturmaßnahme eignet sich jedoch in der Regel nur für kurzzeitige Fluktuationen oder Prozeßstörungen. Sie bietet normalerweise keine Vorteile, wenn langzeitige Schwankungen oder Störbedingungen aultreten. Außerdem haben die Methanbildner eine verhältnismäßig niedrige Wachstumsrate, was selbst bei mesophilen Temperaturen eine lange Verweildauer erforderlich macht. Wegen der niedrigen Wachstumsrate besteht die Gefahr, daß die methanbildenden Organismen aus der Abbauzone ausgewaschen werden, wenn die Schlammfeststoffverweildauer unter den genannten Mindestwert gesenkt wird. Die langen Verweildauern bedingen ein großes Fassungsvermögen der Abbauzone.Large amounts of lime introduced, which strengthen the buffer effect and increase the pH value should. However, this corrective action is usually only suitable for short-term fluctuations or Process disturbances. It usually does not offer any advantages in the case of long-term fluctuations or disturbance conditions step out. In addition, the methane generators have a relatively low growth rate, what makes a long residence time necessary even at mesophilic temperatures. Because of the low At the rate of growth there is a risk that the methane-forming organisms will be washed out of the degradation zone if the sludge solids residence time is reduced below the specified minimum value. The lengths Dwell times require a large capacity of the mining zone.

Auch der aerobe Abbau von biologisch abbaufähigem Schlamm läßt sich durch erhöhte Temperaturen beschleunigen. Wenn die Temperatur ausgehend von 350C ansteigt, nimmt die Population des mesophilen Mikroorganismen ab, während die thermophilen Formen zunehmen. In dem thermophilen Bereich von 45° C bis 75° C herrschen Thermophile vor; die meisten Mesophilen sind vernichtet. Oberhalb dieses Bereiches nehmen die Thermophilen ab. Bei 9O0C wird das System im wesentlichen steril. Wegen der rascheren Oxydation des Schlammes wird innerhalb der gleichen 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. Durch einen thermophilen Abbau werden pathogene Bakterien im Schlamm wirkungsvoll vermindert oder beseitigt, wodurch potentielle gesundheitliche Gefährdungen vermieden werden.The aerobic degradation of biodegradable sludge can also be accelerated by increased temperatures. When the temperature rises from 35 0 C, the population of the mesophilic microorganisms decreases, while the thermophilic forms increase. In the thermophilic range of 45 ° C to 75 ° C, thermophiles predominate; most of the mesophiles are destroyed. Above this range, the thermophiles decrease. At 9O 0 C, the system becomes essentially sterile. Due to the faster oxidation of the sludge, a more complete elimination of biodegradable volatile suspended matter (VSS) is achieved within the same degradation time than at ambient temperature. A more stable residue is obtained which can be disposed of without inconvenience. Thermophilic degradation effectively reduces or eliminates pathogenic bacteria in the sludge, thereby avoiding potential health hazards.

Beim Einsatz von Diffusionsluftsystemen werden die Wärmeverluste in der Regel sehr groß. Infolgedessen ist ein aerober Abbau mit Luft typischerweise auf die Ausnutzung von mesophilen Mikroorganismen beschränkt. Weil Luft nur 21% Sauerstoff enthält und nur ungefähr 5 bis 10% des Sauerstoffs gelöst werden, ist eine sehr große Luftmenge notwendig, 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 Umgebungstemperatur (2O0C oder weniger) beträgt die Schlammverweildauer im Falle eines aeroben Abbaus mit Luft typischerweise 12 bis 20. Tage; zur Aufnahme des Schlamms sind sehr große Behälter erforderlich. Infolge der Wärmeverluste sind autotherme Wärmeeffekte gering. Eine unwirtschaftliche große Menge an externer Wärme ist erforderlich, um die Temperaturen auf brauchbaren Werten zu halten.When using diffusion air systems, the heat losses are usually very large. As a result, aerobic degradation with air is typically limited to the exploitation of mesophilic microorganisms. Because air contains only 21% oxygen and only about 5 to 10% of the oxygen is dissolved, a very large amount of air is necessary 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 ambient temperature (2O 0 C or less), the sludge residence time in the case of an aerobic degradation with air typically 12 to 20 days; Very large containers are required to hold the sludge. As a result of the heat losses, autothermal heat effects are low. An uneconomical large amount of external heat is required to keep the temperatures at usable levels.

Wenn, wie bekannt, an Stelle von Luft ein mit Sauerstoff angereichertes Gas oder reiner Sauerstoff benutzt wird, ist die Gasmenge, die der aeroben Abbauzone zugeleitet wird und von dieser abgeht, gegenüber Luft wesentlich geringer. Wärmeverluste aufgrund des fühlbaren Aufwärmens des Gases und der Wasserverdampfung in das Gas sind so weit vermindert, daß die autotherme Wärme allein die Temperatur merklich höher als die Außentemperatur hält Die Abbauzone kann daher im thermophilen Temperaturbereich bei minimaler Zufuhr von externer Wärme wirkungsvoll arbeiten. Weil die thermophile Stabilisierung wesentlich rascher als eine mesophile Stabilisierung erfolgt, wird die notwendige Verweildauer in der aeroben Abbauzone stark vermindert. Dies gestattet die Benutzung kleinerer Becken, wodurch die Wärmeverluste weiter herabgedrückt werden. Eine Verminderung der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe von beispielsweise 80 bis 90% kann bei vergleichsweise kurzen Schlammverweildauern in der Größenordnung von 3 bis 10 Tagen erzielt werden.If, as is known, instead of air, an oxygen-enriched gas or pure oxygen is used, is the amount of gas that is fed into the aerobic decomposition zone and leaves it, significantly less than air. Heat losses due to the sensible warming up of the gas and the Water evaporation in the gas are reduced to such an extent that the autothermal heat alone increases the temperature Keeps noticeably higher than the outside temperature The degradation zone can therefore be in the thermophilic temperature range work effectively with minimal supply of external heat. Because the thermophilic stabilization Much faster than a mesophilic stabilization takes place, the necessary residence time in the aerobic degradation zone greatly reduced. This allows the use of smaller pools, which reduces heat losses further depressed. A reduction in biodegradable volatile suspended matter from 80 to 90%, for example, can be of the order of magnitude with comparatively short sludge retention times 3 to 10 days can be achieved.

Trotz der erheblichen Attraktivität ist der thermophile aerobe Abbau im Vergleich zu einem anaerobenDespite its considerable attractiveness, the thermophilic aerobic degradation is compared to an anaerobic one

ίο Abbau mit Nachteilen verbunden. Weil der thermophile aerobe Abbauprozeß oxydierend ist, wird ein Biooxydations-Reaktionsgas gebildet, das Kohlendioxid und Wasserdampf enthält, die nicht weiter nutzbar sind. Im Gegensatz dazu erzeugt ein anaerober Abbau Methangas als Reaktionsnebenprodukt. 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.ίο dismantling associated with disadvantages. Because the thermophile aerobic degradation process is oxidizing, a bio-oxidation reaction gas is formed, the carbon dioxide and Contains water vapor that can no longer be used. In contrast, anaerobic degradation produces methane gas as a reaction by-product. In addition, the aerobic degradation zone requires a much larger one Energy expenditure for mixing and contacting gas and sludge than is the case with the anaerobic Mining system for mixing the contents of the mining zone is necessary.

Es ist auch bekannt (DE-OS 15 84 958), abzubauenden Klärschlamm in der Weise nacheinander aeroben und anaeroben Bedingungen auszusetzen, daß der Schlamm oben in einen ersten Faulturm eingeleitet wird, der in seinem oberen Teil aerob ist und in dem die Abbaubedingungen nach unten zunehmend anaerob werden, sowie daß der Schlamm an der Übergangsstelle zwischen der aeroben und der anaeroben Zone abgezogen und für einen anaeroben Abbau oben auf einen zweiten Faulturm aufgegeben wird. Der anaerob weiter abgebaute Klärschlamm wird dann in der Mitte des zweiten Faulturms entnommen und in gleicher Weise durch einen dritten und gegebenenfalls weitere Faultürme geleitet, wobei aus den Faultürmen jeweils unten im wesentlichen vollständig abgebauter Schlamm abgezogen wird. Damit sollen auch die bei der üblichen Schlammfaulung zurückbleibenden Huminstoffe vollständig zersetzt werden. Der Rückstand soll nicht mehr brennbar und überwiegend aus mineralischen Bestandteilen zusammengesetzt sein. Um die aeroben Bedingungen im oberen Teil des ersten Faulturms aufrechtzuerhalten, wird ein gut durchlüfteter Klärschlamm eingesetzt. In diesem Faulturm geht der Abbau dann nach unten über fakultativ-aeroben, fakultativ-anaeroben in rein anaeroben Abbau über. Die Entnahme der aerob faulenden Substanz aus dem mittleren Teil des ersten Faulturms erfolgt unter Vermeidung einer Durchwirbelung und Vermischung mit abgestorbener Substanz. Daraus folgt, daß in den ersten Faulturm selbst kein Belüftungsgas eingeblasen wird und auch nicht eingeblasen werden darf, weil andernfalls in dem Faulturm zusammen mit dem aus dem unteren anaeroben Teil des Faulturms hochsteigenden Methan ein explosives Gasgemisch gebildet wird. Der gut durchlüftete Klärschlamm verliert aber in dem ersten Faulturm rasch seinen aeroben Charakter. Ein Vorklärschlamm, wie er bei dem bekannten Verfahren einem stromaufwärts von dem ersten Faulturm angeordneten Vorklärbecken entnommen wird, hat nämlich eine Sauerstoffaufnahmerate von etwa 200 bis 300 mg/l/h. Wenn nun der dem ersten Faulturm zugehende Schlamm einen Gehalt an gelöstem Sauerstoff von 9 mg/1 hat, was bei einer konventionellen Begasung mit Luft dem Sättigungswert entspricht, wird der Sauerstoffgehalt des Schlamms innerhalb einer Schlammverweildauer von nur wenig mehr als 2 Minuten verbraucht Dies ist extrem kurz im Vergleich zu einer Gesamtver- -weüdauer von Monaten, die bei dem bekanntenIt is also known (DE-OS 15 84 958) to be dismantled Sewage sludge in such a way that successively aerobic and anaerobic conditions expose the sludge is introduced into a first digestion tower above, which is aerobic in its upper part and in which the Degradation conditions become increasingly anaerobic downwards, as well as that the sludge at the transition point withdrawn between the aerobic and anaerobic zones and on top for anaerobic degradation a second digester is abandoned. The anaerobically degraded sewage sludge is then in the middle taken from the second digestion tower and in the same way by a third and possibly further ones Digestion towers passed, with the bottom of each digestion tower essentially completely degraded sludge is deducted. In this way, the humic substances remaining in the usual sludge digestion should also be complete be decomposed. The residue should no longer be flammable and predominantly consist of mineral components be composed. In order to maintain the aerobic conditions in the upper part of the first digestion tower, a well-aerated sewage sludge is used. The dismantling then takes place in this digestion tower down through facultative aerobic, facultative anaerobic to purely anaerobic degradation. The removal of the aerobically putrefactive substance from the middle part of the first digestion tower takes place while avoiding a Whirling around and mixing with dead matter. It follows that in the first digestion tower itself no ventilation gas is blown in and may not be blown in, because otherwise in the Digestion tower together with the methane rising from the lower anaerobic part of the digestion tower an explosive gas mixture is formed. The well-aerated sewage sludge loses in the first one Digestion tower quickly changes its aerobic character. A primary sewage sludge, as is the case with the known method is removed upstream of the first digestion tower arranged primary clarifier, namely has a Oxygen uptake rate of about 200 to 300 mg / l / h. If now the one approaching the first digestion tower Sludge has a content of dissolved oxygen of 9 mg / 1, which is the case with conventional fumigation Air corresponds to the saturation value, the oxygen content of the sludge is consumed within a sludge retention time of only a little more than 2 minutes This is extremely short compared to a total dwell time of months for the known

Verfahren notwendig ist, um die Huminstoffe vollständig zu zersetzen. Das bekannte Verfahren ist infolgedessen im wesentlichen mit den gleichen Problemen behaftet, wie sie oben in Verbindung mit dem rein anaeroben Abbauverfahren diskutiert sind. Tatsächlich wurde in der Folgezeit von der Fachwelt eine kombinierte aerobe und anaerobe Schlammstabilisation nicht aufgegriffen; vielmehr wurde in der Praxis auch weiterhin immer nur eine allein aerobe oder anaerobe Behandlung in Betracht gezogen. ι οProcess is necessary to completely decompose the humic substances. The known method is as a result essentially suffers from the same problems as those described above in connection with the pure anaerobic degradation processes are discussed. In the period that followed, experts actually did combined aerobic and anaerobic sludge stabilization not taken up; rather it was in practice too continued to consider aerobic or anaerobic treatment alone. ι ο

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schlammabbauverfahren mit aufeinanderfolgender aerober und anaerober Schlammbehandlung zu schaffen, bei dem eine erhebliche Verkürzung der Behandlungszeit bei vollkommener Stabilisation unter mögliehst geringem Energieaufwand erreicht wird.The invention is based on the object of a sludge degradation process with successive To create aerobic and anaerobic sludge treatment in which a significant reduction in treatment time is achieved with complete stabilization with the least possible expenditure of energy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daßThis object is achieved according to the invention in that

a) in eine erste abgedeckte Abbauzone der Schlamm und ein mindestens 50 Vol.-% Sauerstoff enthaltendes Belüftungsgas eingeleitet und unter Aufrechterhaltung eines Gehalts der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/1 sowie einer Gesamtschwebstoffkonzentration des Schlamms von mindestens 20 000 mg/1 gemischt werden,a) in a first covered degradation zone, the sludge and a sludge containing at least 50% by volume of oxygen Aeration gas introduced and while maintaining a content of the mixed liquid dissolved oxygen of at least 2 mg / 1 and a total suspended matter concentration of the Sludge of at least 20,000 mg / l are mixed,

b) der Schlamm in der ersten Abbauzone während des Mischvorgangs bei einer Temperatur im thermophilen Bereich von 45° C bis 75° C gehalten wird,b) the sludge in the first degradation zone during the mixing process at a temperature within the thermophilic Range of 45 ° C to 75 ° C is maintained,

c) das Mischen im thermophilen Temperaturbereich für eine Schlammverweildauer von 4 bis 48 Stunden unter teilweiser Verminderung des Gehalts des in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen fortgeführt wird,c) mixing in the thermophilic temperature range for a sludge residence time of 4 to 48 hours with a partial reduction in the content of the sludge introduced into the first mining zone biodegradable volatile suspended matter is continued,

d) teilstabilisierter Schlamm und an Sauerstoff verarmtes Abbaugas mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 21% aus der ersten Abbauzone getrennt ausgetragen werden undd) partially stabilized sludge and oxygen-depleted degradation gas with an oxygen content of at least 21% from the first extraction zone are carried out separately and

e) der teilstabilisierte Schlamm aus der Verfahrensstufe d) in einer zweiten abgedeckten A.bbauzone bei einer Temperatur von 30° C bis 60° C unter anaeroben Bedingungen für eine Feststoffverweildauer von etwa 4 bis 12 Tagen gehalten wird und die ausreicht, um den Gehalt des Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen auf unter ungefähr 40% des Gehalts des in der Verfahrensstufe a) in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen weiter abzusenken.e) the partially stabilized sludge from process stage d) in a second covered mining zone at a temperature of 30 ° C to 60 ° C under anaerobic conditions for a solids residence time from about 4 to 12 days and which is sufficient to maintain the content of the sludge biodegradable volatile particulate matter to below approximately 40% of the content of the Process stage a) of biodegradable volatile sludge introduced into the first degradation zone Lower suspended solids further.

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wird im Vergleich zu dem bekannten kombinierten aeroben und anaeroben Schlammabbauverfahren eine ganz ungewöhnliche Stabilität des Gesamtprozesses erreicht. Dies erlaubt in überraschender Weise eine erhebliche Verkürzung der Behandlungszeit bei vollkommener Stabilisation oder Pasteurisierung des Schlamms. Insbesondere kann die thermophile aerobe Abbaustufe wegen des Wärmeinhalts des von der eo aeroben zur anaeroben Stufe geleiteten, teilstabilisierten Schlammstroms mehr als genug Wärme beisteuern, um die anaerobe Stufe unabhängig von klimatischen Bedingungen thermisch zu stabilisieren. Temperaturstörungen in der anaeroben Zone lassen sich daher praktisch eliminieren, indem Parameter wie die Schlammverweildauer in der aeroben Zone, der Feststoffgehalt des der aeroben Zone zugeführtenbecomes one in comparison to the known combined aerobic and anaerobic sludge degradation process achieved quite unusual stability of the overall process. This surprisingly allows one Considerable reduction of the treatment time with complete stabilization or pasteurization of the Mud. In particular, the thermophilic aerobic degradation stage due to the heat content of the eo aerobic, partially stabilized sludge flow directed to the anaerobic stage contribute more than enough heat, to thermally stabilize the anaerobic stage regardless of climatic conditions. Temperature disturbances in the anaerobic zone can therefore be practically eliminated by using parameters such as Sludge retention time in the aerobic zone, the solids content of that fed into the aerobic zone

3535

4040

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50 Schlamms und das Maß eines Wärmeaustauschs, aufgrund dessen der Einsatzschlamm vor dem Eintritt in die aerobe Zone erwärmt wird, geändert werden. Auf diese Weise kann die anaerobe Abbauzone typischerweise unabhängig von jahreszeitlichen Außentemperaturschwankungen bei einer Temperatur betrieben werden, die von dem optimalen Temperaturzustand nicht mehr als 1 Grad abweicht. Des weiteren ist die Toleranz gegenüber toxischen Metallen in dem zugeführten Schlamm erhöht. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die Metalle nur in einer löslichen Ionenform toxisch wirken, die Metallionen aber in der aeroben Abbaustufe bei der vorgesehenen Schlammverweildauer und der thermophilen Temperatur für die anaerobe Stufe unschädliche Komplexverbindungen bilden. Die thermophiie aerobe Abbaustufe ist ferner in der Lage, sporadische Störungen, beispielsweise Stoßbelastungen, aufzufangen, ohne daß der Wirkungsgrad des Prozesses leidet. Kommt es bei einer konventionellen anaeroben Abbauzone zu einer plötzlichen hohen Feststoffbelastung, laufen das Löslichmachen und das Ansäuern mit rascherer Geschwindigkeit ab, als die methanbildenen Bakterien die sauren Zwischenprodukte nutzen können. Infolgedessen sammeln sich in der Abbauzone saure Bestandteile an. Der pH-Wert 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 auch dazu, die Population an mesophilen säurebildenden Bakterien zu vermindern. Anschließend gestattet die aerobe Abbaustufe ein erneutes Wachsen dieser Organismen. Ihre Population ist jedoch 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 und deren Einfluß auf die stromabliegende anaerobe Zone stark vermindert wird. Bei der weiteren Behandlung nimmt die anaerobe Zone einen teilstabilisierten Schlamm auf, bei dem die säurebildenden und die methanbildenden Bakterien in gegenseitigem Gleichgewicht wachsen können. 50 sludge and the degree of heat exchange due to which the feed sludge is heated prior to entering the aerobic zone. In this way, the anaerobic degradation zone can typically be operated independently of seasonal outside temperature fluctuations at a temperature which does not deviate from the optimal temperature state by more than 1 degree. Furthermore, the tolerance to toxic metals in the supplied sludge is increased. This is probably due to the fact that the metals only have a toxic effect in a soluble ion form, but the metal ions form harmless complex compounds in the aerobic decomposition stage at the intended sludge retention time and the thermophilic temperature for the anaerobic stage. The thermophilic aerobic degradation stage is also able to absorb sporadic disturbances, for example shock loads, without the efficiency of the process suffering. If a conventional anaerobic degradation zone suddenly experiences a high level of solids, solubilization and acidification take place at a faster rate than the methane-producing bacteria can use the acidic intermediates. As a result, acidic components accumulate in the degradation zone. The pH falls. The content of the mining 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 also tends to reduce the population of mesophilic acid-producing bacteria. The aerobic degradation stage then allows these organisms to grow again. However, their population is smaller and more in balance with the population of methane-producing organisms. Therefore, when a shock load occurs in the aerobic zone, there is a rapid solubilization in the aerobic degradation zone and a stabilization of the most volatile parts of the sludge, whereby the shock load is smoothed and its influence on the downstream anaerobic zone is greatly reduced. During further treatment, the anaerobic zone absorbs a partially stabilized sludge in which the acid-forming and methane-forming bacteria can grow in mutual equilibrium.

Die bei der anaeroben Faulung störenden Stoffe werden in der aeroben Stufe bevorzugt oxydiert. Wegen der hohen Temperatur in der aeroben Stufe, bei der nitrifizierende Bakterien nicht lebensfähig sind, erscheint der freigesetzte Stickstoff als Ammoniak, der zusammen mii dem ebenfalls freigesetzten CO2 Ammoniumbikarbonat bildet, das ein ausgezeichnetes Puffermedium für die gegenüber pH-Wertänderungen äußerst empfindliche anaerobe Stufe darstellt Im Vergleich zu einem konventionellen, rein anaeroben Abbau reichen Abbauzonen mit wesentlich geringerem, z. B. nur 60% des Wertes bekannter Anlagen betragenden Fassungsvermögen aus, die jedoch näherungsweise 75% der Methanproduktionskapazität der bekannten Anlagen haben. Es wird daher wesentlich mehr Methan erzeugt, als für Heizzwecke innerhalb des Prozesses erforderlich ist, so daß relativ große Mengen an Gas mit hohem Methangehalt für andere Zwecke zur Verfugung stehen. Schließlich zeigte es sich, daß Sauerstoff nicht in nennenswertem Umfang von dem Schlamm der ersten Abbauzone in die Gasphase der zweiten Abbauzone übertragen wird. Dies dürfte darauf zurückzuführenThe substances that interfere with anaerobic digestion are preferentially oxidized in the aerobic stage. Because the high temperature in the aerobic stage, at which nitrifying bacteria are not viable, appears the released nitrogen as ammonia, which together with the released CO2 Ammonium bicarbonate forms an excellent buffer medium for those facing changes in pH represents extremely sensitive anaerobic level compared to a conventional, purely anaerobic Mining rich mining zones with much lower, z. B. amounting to only 60% of the value of known systems Capacity, which, however, is approximately 75% of the methane production capacity of the known Have attachments. Much more methane is therefore generated than for heating purposes within the process is required so that relatively large amounts of high methane gas are available for other purposes stand. Eventually it was found that oxygen was not in any appreciable amount from the sludge of the first Breakdown zone is transferred into the gas phase of the second breakdown zone. This is likely to be attributed to it

sein, daß die erhöhten Temperaturen in der anaeroben 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.be that the elevated temperatures in the anaerobic second degradation zone for sufficiently intense anaerobic bacteriological conditions ensure the content of the extracted from the first to the second degradation zone Dissolve oxygen in the sludge thoroughly before dissolving oxygen in significant amounts Scope can pass into the gas phase within the second degradation zone. The surprisingly short ones 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 result of chemical or biological acclimatization of the sludge and the Microorganisms in the aerobic degradation zone are responsible for improving the efficiency of the subsequent anaerobic treatment stage.

Vorzugsweise hat der in die erste Abbauzone eingeleitete Schlamm eine Gesamtschwebstoffkonzentration zwischen 20 000 und 60 000 mg/1. Dies gewährleistet eine hohe Geschwindigkeit des biologischen Schlammabbaus bei guter Sauerstofflöslichkeit.Preferably, the sludge introduced into the first breakdown zone has a total concentration of suspended matter between 20,000 and 60,000 mg / l. This ensures a high speed of the biological Sludge degradation with good oxygen solubility.

Im Hinblick auf eine Minimierung der Gesamtbehandlungsdauer und des Tankfassungsbedarfs erwies sich eine Schlammverweildauer in der ersten Abbauzone zwischen 12 und 24 Stunden als besonders vorteilhaft.With a view to minimizing the total duration of treatment and the tank capacity requirement, a sludge retention time in the first mining zone was found between 12 and 24 hours is particularly beneficial.

Je nach den im Einzelfall gegebenen Verfahrensparametern kann es zweckmäßig sein, für eine Maximierung des thermischen Wirkungsgrads des Verfahrens den Schlamm vor dem Einleiten in die erste Abbauzone zu erhitzen, um die thermophile Temperatur in der aeroben Abbauzone aufrechtzuerhalten.Depending on the process parameters given in the individual case, it can be useful for a maximization the thermal efficiency of the process to the sludge before it is introduced into the first degradation zone heat to maintain the thermophilic temperature in the aerobic degradation zone.

Für einen Betrieb mit besonders hohem Wirkungsgrad wird vorzugsweise die Temperatur in der anaeroben Abbauzone für einen mesoohilen Abbau im Bereich von 35° C bis 40° C gehalten. Wegen der hervorragenden Betriebsstabilität ist entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform eine weitere Verkürzung der Behandlungsdauer möglich, indem die Temperatur in der anaeroben Abbauzone für einen thermophilen Abbau im Bereich von 45° C bis 50°C gehalten wird.For operation with particularly high efficiency, the temperature in the Anaerobic degradation zone for a mesoophilic degradation kept in the range of 35 ° C to 40 ° C. Because of the excellent operational stability is another embodiment according to a modified embodiment Shortening the treatment time possible by increasing the temperature in the anaerobic degradation zone for one thermophilic degradation is maintained in the range of 45 ° C to 50 ° C.

Vorzugsweise ist die Schlammverweildauer in der anaeroben Abbauzone ausreichend gewählt, um den Gehalt des Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen auf weniger als ungefähr 20% des Gehalts des in die aerobe erste Abbauzone eingeleiteten Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen weiter herunterzudrücken.Preferably, the sludge residence time in the anaerobic degradation zone is selected to be sufficient to Biodegradable volatile suspended matter content of the sludge to less than approximately 20% the biodegradable content of the sludge introduced into the aerobic first degradation zone to further press down volatile suspended matter.

Die Stabilisationsgeschwindigkeit in der anaeroben zweiten Abbauzone läßt sich weiter dadurch erhöhen, daß der Schlamm in der zweiten AbbsuzoneThe stabilization speed in the anaerobic second degradation zone can be further increased by that the sludge is in the second abscess zone

wird, indem Me-.hangas entgegen dem dort befindlichen Schlamm umgewälzt wird.is by putting Me-.hangas against the one located there Sludge is circulated.

Zwecks Steuerung der Temperatur in der aeroben Abbauzone kann das dieser Zone zugeführte Belüftungsgas erhitzt werden. Der Heizenergiebedarf läßt sich im übrigen dadurch minimieren, daß der Schlamm vor dem Einleiten in die erste Abbauzone durch indirekten Wärmeaustausch mit dem aus der zweiten Abbauzone ausgetragenen, weiter stabilisierten Schlamm erhitzt wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Temperatur in der anaeroben Abbauzone im Bereich von 35° C bis 40° C gehalten wird und der erhitzte Schlamm vor dem Einleiten in die aerobe erste Abbauzone durch indirekten Wärmeaustausch mit dem aus der ersten Abbauzone ausgetragenen, teilstabilisierten Schlamm weiter erhitzt wird.In order to control the temperature in the aerobic degradation zone, the aeration gas supplied to this zone can be used be heated. The heating energy requirement can also be minimized in that the sludge before introduction into the first mining zone by indirect heat exchange with that from the second Dismantling zone discharged, further stabilized sludge is heated. It is useful if the temperature in the anaerobic degradation zone is maintained in the range of 35 ° C to 40 ° C and the heated sludge prior to introduction into the aerobic first degradation zone by indirect heat exchange with the partially stabilized sludge discharged from the first mining zone is further heated.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Abbauzone mit einer Ansäuerungsteilzone und einer Methanfermentationsteilzone versehen, und es wird teilstabilisierter Schlamm aus der ersten Abbauzone in die Ansäuerungsteilzone eingeleitet und zum Ansäuern des Schlamms dort für eine Schlammverweildauer von 24 bis 60 Stunden gehalten, während angesäuerter Schlamm aus der Ansäuerungsteilzone ausgetragen und in die Methanfermentationsteilzone eingeführt sowieIn a further embodiment of the invention, the second degradation zone has a partial acidification zone and a Methane fermentation subzone provided, and it is partially stabilized sludge from the first degradation zone in the acidification sub-zone initiated and for acidification of the sludge there for a sludge residence time of Held for 24 to 60 hours while acidified sludge is discharged from the acidification subzone and introduced into the methane fermentation subzone as well

ίο dort bei einer Temperatur zwischen 350C und 40°C für eine Schlammverweildauer von 4 bis 8 Tagen gehalten wird. Dies gestattet eine besonders gute Anpassung an die jeweils günstigsten Verfahrensbedingungen für die Ansäuerung des Schlamms und die anschließende Methanfermentation. Der Schlamm wird vorzugsweise in der Methanfermentationsteilzone auf einer Temperatur zwischen 37° C und 38° C gehalten, während vorteilhaft der Schlamm in der Ansäuerungsteilzone auf einer Temperatur zwischen 45° C und 750C gehalten und der angesäuerte, aus der Ansäuerungsteilzone ausgetragene Schlamm vor Einleiten in die Methanfermentationsteilzone auf eine Temperatur von 35° C bis 400C gekühlt wird.ίο is kept there at a temperature between 35 0 C and 40 ° C for a sludge retention time of 4 to 8 days. This allows a particularly good adaptation to the most favorable process conditions for the acidification of the sludge and the subsequent methane fermentation. The sludge is preferably kept in the methane fermentation subzone at a temperature between 37 ° C and 38 ° C, while advantageously the sludge in the acidification subzone is kept at a temperature between 45 ° C and 75 0 C and the acidified sludge discharged from the acidification subzone before introduction is cooled to a temperature of 35 ° C to 40 0 C in the methane fermentation subzone.

Der in die erste Abbauzone eingeleitete Schlamm kann zweckmäßig aus Primärschlamm und Überschußschlamm einer Abwasserbelebungsanlage bestehen.The sludge introduced into the first degradation zone can expediently consist of primary sludge and excess sludge consist of a wastewater activation system.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das in die erste Abbauzone eingeleitete Belüftungsgas mindestens 80 Vol.-% Sauerstoff enthält, das aus der ersten Abbauzone abgezogene Abbaugas einen Sauerstoffgehalt von mindestens 40% hat und mindestens 35% des Sauerstoffgehalts des in die erste Abbauzone eingeleiteten Belüftungsgases ausmacht, und dieses Abbaugas in eine abgedeckte Begasungszone einer Abwasserbelebungsanlage als mindestens der größere Teil des einer Begasungszone zugeführten Belüftungsgases eingeleitet wird, während der Überschußschlamm der Abwasserbelebungsanlage in die erste Abbauzone eingespeist wird. Durch eine solche Prozeßführung kann das Abbaugas aus der aeroben ersten Abbauzone für den Überschußschlamm der Belebungsanlage analog einem bekannten Abwasserbehandlungsverfahren (US-PS 39 26 794 und entsprechende DE-PS 25 28 800) als Oxydationsmittelgas für die Abwasserbelüftung genutzt werden.According to a further development of the invention it is provided that the introduced into the first mining zone Aeration gas contains at least 80% by volume of oxygen, the decomposition gas withdrawn from the first decomposition zone has an oxygen content of at least 40% and at least 35% of the oxygen content of the in the first Decomposition zone made ventilation gas, and this decomposition gas in a covered fumigation zone a wastewater activation system than at least the larger part of that fed to a fumigation zone Aeration gas is introduced, while the excess sludge of the wastewater activated sludge in the first mining zone is fed. By such a process management, the degradation gas from the aerobic first degradation zone for the excess sludge of the activated sludge plant analogous to a known wastewater treatment process (US-PS 39 26 794 and corresponding DE-PS 25 28 800) as an oxidant gas for Sewage ventilation can be used.

Ist in Abhängigkeit von den jeweiligen Klimabedingungen eine externe Wärmezufuhr erforderiich, um die Abbauzonen auf den vorgesehenen Arbeitstemperaturen zu halten, wird vorzugsweise ein Teil des aus der zweiten Abbauzone ausgetragenen Methangases mit sauerstoffhaltigem Gas gemischt und unter Bildung von Wärme verbrannt, mittels deren der Schlamm in mindestens einer der beiden Abbauzonen auf erhöhter Temperatur gehalten wird. Insbesondere kann zweck-If, depending on the respective climatic conditions, an external heat supply is required in order to Maintaining the degradation zones at the intended working temperatures is preferably a part of the second degradation zone discharged methane gas mixed with oxygen-containing gas and with the formation of Heat burned, by means of which the sludge in at least one of the two degradation zones on increased Temperature is maintained. In particular,

mäßig durch Verbrennen von Methangas mit sauerstoffhaitigem Gas der Schlamm in der ersten Abbauzone auf der Temperatur von 45° C bis 75° C gehalten werden.moderately by burning methane gas with oxygenated Gas the sludge in the first extraction zone must be kept at the temperature of 45 ° C to 75 ° C.

Unter Schlamm wird vorliegend ein Gemisch aus einer flüssigen Phase und einer mindestens teilweiseIn the present case, sludge is a mixture of a liquid phase and an at least partially

so biologisch abbaufähigen Feststoffphase verstanden. Der Schlamm läßt sich durch seinen Gehalt an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen (VSS) kennzeichnen. Darunter wird die Verringerung an Feststoffen verstanden, die maximal erzielbar ist, indem der Schlamm mit O2-haltigem Gas bei Außentemperatur belüftet wird, beispielsweise bei 200C und einem Gehalt an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/1. Es wird davon ausgegangen, daß eine maximale Verringerungso understood biodegradable solid phase. The sludge can be characterized by its content of biodegradable volatile suspended matter (VSS). This is understood to mean the reduction in solids that can be maximally achieved by aerating the sludge with O 2 -containing gas at outside temperature, for example at 20 ° C. and a content of dissolved oxygen of at least 2 mg / l. It is assumed that a maximum reduction

des Feststoffgehaltes nach einer Begasungsdauer von 30 Tagen erreicht wird (»Water Pollution Control«, W. W. Eckenfelder und D. L. Ford, The Pemberton Press, 1970, Seite 152). Durch Bestimmen der VSS-Werte des Frischschlamms sowie nach 30tägiger Begasung kann der biologisch abbaufähige Anteil der insgesamt vorhandenen flüchtigen Schwebstoffe wie folgt errechnet werden:the solids content is reached after a period of fumigation of 30 days ("Water Pollution Control", W. W. Eckenfelder and D. L. Ford, The Pemberton Press, 1970, Page 152). By determining the VSS values of the fresh sludge and after 30 days of fumigation, the biodegradable fraction of the total volatile suspended matter is calculated as follows will:

VSS (frisch) - VSS (30 Tage)
VSS (frisch)
VSS (fresh) - VSS (30 days)
VSS (fresh)

Unter stabilisiertem Schlamm wird ein Schlamm mit vermindertem Gehalt an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen im Anschluß an eine Abbaubehandlung verstanden. Die Schlammverweildauer bezeichnet die mittlere Zeitdauer τ (in Tagen oder Stunden), während deren der Schlamm in einer Abbauzone vorhanden ist; sie wird entsprechend der FormelUnder stabilized sludge becomes a sludge with a reduced content of biodegradable understood volatile suspended matter following a degradation treatment. The sludge retention time denotes the mean time τ (in days or hours) during which the sludge in a There is a mining zone; it will be according to the formula

"ΟΙ"ΟΙ

errechnet, wobeicalculated, where

Vd = Volumen des in der Abbauzone behandelten Schlamms (m3) und Vd = volume of sludge treated in the degradation zone (m 3 ) and

Qs = volumetrische Durchflußmenge des der Abbauzone zugeführten Schlammes (m3/Tag oder m3/h). Qs = volumetric flow rate of the sludge fed to the degradation zone (m 3 / day or m 3 / h).

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigenThe invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments. In show the drawings

F i g. 1 ein Fließschema eines Abbauprozesses entsprechend einer Ausführungsform, bei der Wärme aus den abfließenden Strömen beider Abbauzonen zurückgewonnen wird,F i g. 1 is a flow diagram of a degradation process according to an embodiment in which heat is removed the outflowing streams of both mining zones is recovered,

F i g. 2 ein Fließschema einer abgewandelten Ausführungsform, bei der aus der ersten Abbauzone ausgetragenes, an Sauerstoff verarmtes Abbaugas für die Sauerstoffanreicherungs-Nachbehandlung von BSB-haltigem Wasser ausgenutzt wird,F i g. 2 is a flow diagram of a modified embodiment, in which discharged from the first mining zone, oxygen-depleted decomposition gas for the oxygen enrichment post-treatment of BOD-containing Water is exploited,

F i g. 3 ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform, bei der Schlamm von der primären und der sekundären Abwasserbehandlungsstufe den Schlammabbauzonen zugeleitet wird,F i g. 3 is a flow sheet of another embodiment in which sludge is obtained from the primary and the secondary wastewater treatment stage is fed to the sludge removal zones,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Temperatur des in die erste Abbauzone gelangenden Schlammes, die notwendig ist, um dort eine Arbeitstemperatur von 500C aufrechtzuerhalten, aufgetragen als Funktion der Gesamtschwebstoffkonzentration (MLSS) des in die erste Abbauzone einströmenden Schlammes undF i g. 4 shows a graph of the temperature of the sludge entering the first degradation zone, which is necessary to maintain a working temperature of 50 ° C. there, plotted as a function of the total suspended matter concentration (MLSS) of the sludge flowing into the first degradation zone and

F i g. 5 ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform, bei der ein kleinerer Teil des in die Anlage einströmenden Schlammes zu der zweiten Abbauzone abgeleitet wird.F i g. 5 is a flow diagram of a further embodiment in which a smaller part of the in the plant incoming sludge is discharged to the second degradation zone.

F i g. 1 zeigt ein Fließschema eines Schlammabbauverfahrens, bei dem sich an eine erste thermophile aerobe Abbaustufe ein mesophiler anaerober Abbau anschließt Schlamm, der beispielsweise von einem primären Absetzbecken, dem Klärbecken einer nach dem Belebungsverfahren arbeitenden Abwasserbehandlungsanlage, einem Rieselfilter oder einem anderen schlammerzeugenden System kommen kann, tritt über eine Leitung 8 ein und wird nacheinander in Wärmetauschern 22 und 15 beispielsweise auf eine Temperatur von 30° C bis 35° C erhitzt, bevor er in die erste abgedeckte Abbauzone 10 eingeleitet wird, um dort die Temperatur auf einem Wert im thermophilen Bereich von 45° C bis 75° C zu halten. Der Außentemperatur aufweisende Schlamm in der Leitung 8 wird zunächst im Wärmetauscher 22 erhitzt, indem er in indirekten Wärmeaustausch mit dem im Gegenstrom durchgeleiteten weiter stabilisierten Schlamm gebracht wird, der eine zweite abgedeckte Abbauzone 20 über eine Leitung 24 verläßt Auf diese Weise wird Wärme aus dem weiter stabilisiertem Schlamm zurückgewonnen. Der erhaltene gekühlte, stabilisierte Schlamm verläßt den Wärmeaustauscher 22 und wird über eine Leitung 25 zur endgültigen Beseitigung oder zu anderer Verwendung ausgetragen. Der in den Wärmetauscher 22 über die Leitung 24 eintretende 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 30°C erhitzt wird. Dieser 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 ersten Abbauzone 10 über eine Leitung 14 ausgetragen und vom Wärmetauscher aus über eine Leitung 16 in die zweite Abbauzone 20 gelangt.F i g. Fig. 1 shows a flow sheet of a sludge degradation process that utilizes a first thermophile aerobic degradation stage a mesophilic anaerobic degradation is followed by sludge, for example from a primary settling basin, the clarification basin of a wastewater treatment plant working according to the activated sludge process, a trickle filter or other sludge-producing system occurs over a line 8 and is successively in heat exchangers 22 and 15, for example on a Temperature of 30 ° C to 35 ° C heated before it is introduced into the first covered mining zone 10 to there to keep the temperature at a value in the thermophilic 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 being in indirect heat exchange with the further stabilized sludge passed through in countercurrent is, which leaves a second covered mining zone 20 via a line 24 In this way, heat recovered from the further stabilized sludge. The cooled, stabilized sludge obtained exits the heat exchanger 22 and is passed through a line 25 to final disposal or to another Use discharged. The sludge entering the heat exchanger 22 via line 24 can expediently have a temperature of 35 ° C to 40 ° C, so that the incoming sludge, the heat exchanger leaves via a line 9, is heated to a temperature of 28 ° C to 30 ° C. This mud is im Heat exchanger 15 is further heated to a temperature of 30 ° C to 35 ° C by being in countercurrent indirect heat exchange is brought with the partially stabilized sludge from the first mining zone 10 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 erläuterten Wärmeaustausch mit Schlammproduktströmen aus den betreffenden Abbauzonen kann der zufließende Schlamm vor dem Eintritt in die erste Abbauzone durch indirekten Wärmeaustausch mit einem extern zugeführten Heizmedium, beispielsweise Dampf oder Heißwasser, erhitzt werden, obwohl eine Wärmerückgewinnung aus den warmen Abbauzonenproduktströmen bevorzugt wird, weil dadurch die Wärme innerhalb des Prozesses -wirkungsvoll ausgenutzt und der Heizenergiebedarf des Prozesses minimiert wird. Das Erwärmen des einströmenden Schlammes vor dem Einleiten in die erste Abbauzone kann je nach dem Feststoffgehalt des einströmenden Schlammes, der Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone und anderen Prozeßparametern in der Praxis erwünscht sein, um den thermischen Wirkungsgrad des unter erhöhter Temperatur ablaufenden Prozesses zu maximieren.As an alternative to the explained heat exchange with sludge product streams from the relevant The inflowing sludge can be broken down through indirect decomposition zones before it enters the first decomposition zone Heat exchange with an externally supplied heating medium, for example steam or hot water although heat recovery from the warm zone product streams is preferred, because in this way the heat within the process is used effectively and the heating energy requirement of the Process is minimized. The heating of the incoming sludge before it is introduced into the first The degradation zone can vary depending on the solids content of the inflowing sludge, the sludge retention time in the aerobic degradation zone and other process parameters in practice be desirable in order to reduce the thermal To maximize the efficiency of the process taking place at elevated temperatures.

Der weiter erhitzte Schlamm, der den Wärmetauscher 15 über eine Leitung 11 verläßt wird in die erste Abbauzone 10 zusammen mit Belüftungsgas von einer Leitung 17 eingeleitet. Das Belüftungsgas in der Leitung 17 enthält mindestens 50 und vorzugsweise mindestens 80 Vol.-% Sauerstoff, um für eine hohe Stoffübergangs· triebkraft und Sauerstofflösungsgeschwindigkeit in dem Schlamm bei den vorliegend vorgesehenen hohen Scb^rnmt^rnnpratijrpri in Η&Γ ersten A.bbHUZOne 7ij sorgen. Die Leitung 17 ist an eine (nicht gezeigte) Belüftungsgasquelle angeschlossen. Bei dieser Quelle kann es sich beispielsweise um eine Tief temp eratursauerstoffanlage, einen Vorratsbehälter oder eine mit einem adiabatischen Druckkreisprozeß arbeitende Adsorptionsluftzerlegungsanlage handeln. Das Belüftungsgas kann in der Leitung 17 auch mittels einer Heizeinrichtung 19 erhitzt werden, um die Temperatur in der Abbauzone 10 auf dem gewünschten Wert zu halten.The further heated sludge that leaves the heat exchanger 15 via a line 11 is in the first Degradation zone 10 is introduced from a line 17 together with aeration gas. The vent gas in the line 17 contains at least 50 and preferably at least 80% by volume of oxygen in order to ensure high mass transfer driving force and oxygen dissolution rate in the sludge at the present highs Scb ^ rnmt ^ rnnpratijrpri in Η & Γ first A.bbHUZOne 7ij care for. Line 17 is connected to a source of ventilation gas (not shown). At this source For example, it can be a low-temperature oxygen system, a storage tank or one with an adiabatic pressure cycle acting adsorption air separation plant. The ventilation gas can also be heated in the line 17 by means of a heating device 19 to the temperature to hold in the mining zone 10 at the desired value.

In der aeroben Abbauzone 10 werden der Schlamm und das Belüftungsgas gemischt; gleichzeitig wird eines dieser Fluide gegenüber dem anderen Fluid in ausreichender Menge und mit genügender Geschwindigkeit umgewälzt, um den Gehalt des Schlamms an gelöstem Sauerstoff auf mindestens 2 mg/1 und dieIn the aerobic digestion zone 10, the sludge and the aeration gas are mixed; at the same time becomes one these fluids compared to the other fluid in sufficient quantity and with sufficient speed circulated to bring the dissolved oxygen content of the sludge to at least 2 mg / 1 and the

Gesamtschwebstoffkonzentration (MLSS) des Schlamms bei mindestens 20 000 mg/I zu halten. Für das Mischen und Umwälzen ist eine Kontakteinrichtung 12 vorgesehen, die in Her Praxis eine eingetauchte Turbine und einen Gaskompressor aufweisen kann, der an den Gaskopfraum in der Abbauzone und an die Gaseinblasvorrichtung angeschlossen ist, um das sauerstoffhaltige Belüftungsgas gegenüber dem Schlamm umzuwälzen. Statt dessen kann auch eine Oberflächenbelüftungsvorrichtung vorhanden sein, die den Schlamm gegenüber dem Belüftungsgas im Gaskopfraum der Abbauzone 10 umwälzt Das gegenseitige Umwälzen der Fluide in der aeroben Abbauzone wird vorzugsweise benutzt, um im Schlamm einen hohen Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu erhalten und den Sauerstoff des Belüftungsgases weitgehend auszunutzen. In einigen Fällen kann es möglich sein, für ausreichenden gelösten Sauerstoff im Schlamm und für hohe Ausnutzung des Sauerstoffs im Belüftungsgas zu sorgen, indem Belüftungsgas nur einmal durch die aerobe Abbauzone hindurchgeleitet wird. Der Gehalt des Schlammes in der ersten Abbauzone an gelöstem Sauerstoff sollte mindestens 2 mg/1 betragen, um den thermophilen Mikroorganismen im Schlamm ausreichend Sauerstoff für eine rasche Zerlegung der biologisch abbaufähigen Schlammbestandteile zur Verfügung zu stellen. Die Gesamtschwebstoffkonzentration des Schlamms beträgt mindestens 20 000 mg/1, um, basierend auf kinetischen Erwägungen, eine hohe Geschwindigkeit des biologischen Schlammabbaus in der aeroben Abbauzone zu erzielen, um gleichlaufend damit die Reaktionswärme aus dem exothermen aeroben 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 TeiLschlammstabilisierung in der Abbauzone bei kurzen Verweildauern zu erzielen.Total suspended solids concentration (MLSS) des To keep the sludge at at least 20,000 mg / l. A contact device 12 is provided for mixing and circulating provided that in Her practice an immersed turbine and a gas compressor connected to the gas headspace in the breakdown zone and to the gas sparger is connected to circulate the oxygen-containing aeration gas against the sludge. Instead of this, a surface aeration device can also be present, which opposes the sludge the ventilation gas circulates in the gas head space of the decomposition zone 10. The mutual circulation of the fluids in the The aerobic degradation zone is preferably used to maintain a high level of dissolved oxygen in the sludge and to use the oxygen in the ventilation gas to a large extent. In some cases it can be possible for sufficient dissolved oxygen in the sludge and for high utilization of the oxygen in the Provide ventilation gas by passing ventilation gas through the aerobic degradation zone only once will. The dissolved oxygen content of the sludge in the first decomposition zone should be at least 2 mg / 1 to give the thermophilic microorganisms in the sludge sufficient oxygen for rapid To provide decomposition of the biodegradable sludge components. The total suspended solids concentration of the sludge is at least 20,000 mg / 1 µm, based on kinetic considerations, to achieve a high rate of biological sludge degradation in the aerobic degradation zone in order to at the same time, the heat of reaction from the exothermic aerobic decomposition to a sufficient level Worth keeping in order to keep the temperature of the sludge in the first degradation zone within the thermophilic Area remains, and a satisfactory degree of partial sludge stabilization in the mining zone with short To achieve retention times.

Die Schlammtemperatur von 450C bis 750C in der ersten Abbauzone stellt eine rasche Oxydation des Gehaltes des Schlammes an flüchtigen Schwebstoffen sicher. Der thermophile Abbau wird für eine Schlammverweildauer in der ersten Abbauzone von 4 bis 48 Stunden fortgesetzt, um den Gehalt des in diese Zone eingeleiteten Schlammes an biologisch dbbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen teilweise zu vermindern. Die Schlammverweildauer in der aeroben Abbaustufe sollte mindestens 4 Stunden betragen, um dort eine ausreichende Teilstabilisierung herbeizuführen. Bei kürzeren Verweildauern wird das Maß der in der anschließenden anaeroben Behandlungsstufe erforderlichen Schlamm-Stabilisierung unverhältnismäßig groß gegenüber dem Stabilisierungsgrad in der 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 oaer mehr charakteristisch sind, geht zunehmend verloren. Aus 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. Die in der letztgenannten Stufe notwendigen Verweildauern zur Aufrechterhaltung einer zweckentsprechend großen Population von Methanbildnern in der Abbauzone neigen dazu, wesentlich länger zu werden, als dies im Hinblick auf einen wirkungsvollen Beirieb erwünscht ist Wiederum geht die unerwartete Verbesserung hinsichtlich der Gesrmtsystemverweildauer und des Tankfassungsbedarfs zunehmend verloren, die bei einem Verweildauerbereich von 4 bis 48 Stunden erzielbar ist Vorzugsweise wird mit einer Verweildauer im Bereich von 12 bis 24 Stunden gearbeitetThe sludge temperature of 45 ° C. to 75 ° C. in the first degradation zone ensures rapid oxidation of the volatile suspended matter content of the sludge. The thermophilic degradation is continued for a sludge retention time in the first degradation zone of 4 to 48 hours in order to partially reduce the content of biodegradable volatile suspended matter in the sludge introduced into this zone. The sludge retention time in the aerobic degradation stage should be at least 4 hours in order to achieve sufficient partial stabilization there. With shorter residence times, the degree of sludge stabilization required in the subsequent anaerobic treatment stage becomes disproportionately large compared to the degree of stabilization in the aerobic stage; the total system residence time and tank capacity requirement begin to approach the values of conventional anaerobic digestion systems; the unexpected improvement in these process parameters, which are characteristic of operation with dwell times of four hours or more, is increasingly being lost. For similar reasons, the sludge retention time in the aerobic degradation zone should not exceed 48 hours. Above this value, the degree of sludge stabilization in the aerobic degradation zone becomes excessively large compared to the remaining stabilization in the downstream anaerobic stage. The residence times necessary in the last-mentioned stage to maintain a suitably large population of methane generators in the mining zone tend to be considerably longer than is desirable with regard to effective operation. which can be achieved with a residence time range of 4 to 48 hours. A residence time in the range from 12 to 24 hours is preferably used

Teilstabilisierter Schlamm wird aus der aeroben Zone über die Leitung 14 ausgetragen, während an Sauerstoff verarmtes Abbaugas mit mindestens 21% Sauerstoffgehalt und vorzugsweise mindestens 40% Sauerstoffgehalt aus der aeroben Zone über eine Leitung 18 gesondert abgeführt wird. Die Sauerstoffkonzentration 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 beeinflußt werden, der in der Austrittsleitung 18 sitztPartially 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 40% oxygen content is separately discharged from the aerobic zone via a line 18. The oxygen concentration in line 18 can easily be kept at the appropriate value by adjusting the relative flow rates of the gas supplied via line 17 and of the gas leaving via line 18 can be regulated. For For example, gas flow control valves in the gas inlet and / or gas outlet line can serve this purpose be provided, which are influenced in a known manner by an oxygen concentration analyzer, which sits in the outlet line 18

Dadurch, daß der Schlamm in der aeroben Abbauzone unter thermophilen Prozeßbedingungen gehalten wird, läßt sich eine im wesentlichen vollständige Pasteurisierung des Schlamms erreichen. Der über die Leitung 14 abgehende, teilstabilisierte Schlamm hat eine Temperatur im thermophilen Bereich zwischen 450C un<J 75°C. Weil bei dieser Ausführungsform ein mesophiler anaerober Abbau in der zweiten abgedeckten Abbauzone 20 vorgesehen ist, wird dem teilstabilisierten Schlamm in der Leitung 14 vorzugsweise Wärme entzogen, um einen wirkungsvollen Betrieb der anaeroben Schlammbehandlungsstufe sicherzustellen. Der Schlamm durchläuft für diesen Zweck den Wärmetauscher 15. Alternativ läßt sich der teilstabilisierte Schlamm in der Leitung 14 auch mittels eines extern zugeführten 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 die Umgebung von der zweiten Abbauzone und dem von der ersten zur zweiten Abbauzone fließenden Schlammstrom eine solche Kühlstufe zufriedenstellend kompensieren können.By keeping the sludge in the aerobic degradation zone under thermophilic process conditions, an essentially complete pasteurization of the sludge can be achieved. Via line 14 outgoing, partially stabilized sludge has a temperature in the thermophilic range between 45 0 C un <J 75 ° C. Because in this embodiment a mesophilic anaerobic digestion is provided in the second covered digestion zone 20, heat is preferably removed from the partially stabilized sludge in the line 14 in order to ensure an effective operation of the anaerobic sludge treatment stage. For this purpose, the sludge passes through the heat exchanger 15. Alternatively, the partially stabilized sludge in the line 14 can also be cooled by means of an externally supplied cooling medium, for example with the clarified drain of a wastewater treatment plant. When operating in winter it may not be necessary to provide a heat exchange stage for cooling the partially stabilized sludge flow, because such a cooling stage can satisfactorily compensate for heat losses to the surroundings from the second decomposition zone and the sludge flow flowing from the first to the second decomposition zone.

Der über die Leitung 16 in die Abbauzone 20 eingeleitete, teilstabilisierte Schlamm wird dort unter anaeroben Bedingungen bei Temperaturen von 30c C bis 450C für eine ausreichend lange Schlaminverweildauer gehalten, um den Gehalt des Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen auf weniger als ungefähr 40% und vorzugsweise weniger als 20% des Gehaltes des in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen herrabzudrücken; außerdem wird Methangas gebildet.The partially stabilized sludge introduced into the degradation zone 20 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 keep the sludge's biodegradable volatile suspended matter content to less than about 40 pressing down% 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 30° C bis 6O0C gehalten. Dies umfaßt sowohl einen Betrieb im mesophilen Bereich von 3O0C bis 45° C als auch ein Arbeiten im thermophilen Bereich von 45° C bis 6O0C. Für einen Betrieb mit besonders hohem Wirkungsgrad wird die anaerobe Zone beim mesophilen Arbeiten bei einer Schlammbehandlungstemperatur zwischen 35°C und 4O0C sowie vorzugsweise zwischen 37°C und 38°C gehalten. Ein bevorzugter Arbeitstemperaturbereich für den anaeroben thermophilen Abbau liegt zwischenThe temperature of the slurry in the second covered degradation zone is maintained in the range of 30 ° C to 6O 0 C. This includes both an operation in the mesophilic range of 3O 0 C to 45 ° C and a work in the thermophilic range of from 45 ° C to 6O 0 C. For operation with particularly high efficiency the anaerobic zone in the mesophilic operating at a sludge treatment temperature is between 35 ° C and 4O 0 C and preferably between 37 ° C and 38 ° C. A preferred working temperature range for anaerobic thermophilic degradation is between

45° C und 50° C. Ein Betrieb in den vorstehend genannten bevorzugten Temperaturbereichen sorgt für einen besonders schnellen Abbau der biologisch abbaufähigen flüchtigen Stoffe durch die betreffenden Mikrobenstämme.45 ° C and 50 ° C. Operation in the preferred temperature ranges mentioned above ensures a particularly rapid degradation of the biodegradable volatile substances by the affected Microbial strains.

Beim Betrieb der anaenben 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 liegt im Bereich von 4 bis 12 Tagen und vorzugsweise zwischen 5 und 9 Tagen. Schlammverweildauern in der zweiten Abbauzone von weniger als 4 Tagen sind unzweckmäßig; die Verweildauer reicht immer weniger aus, um in der anaeroben Stufe eine große lebensfähige Population von Methanbildnern 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 Verweildauerbereichs von 4 bis 12 Tagen erzielt werden.During operation of the anonymous mining zone 20, the content of the mining zone is controlled by means of a stirring device 21 constantly mixed, creating a large zone for the ■ active degradation and the speed of the Stabilization reactions is significantly increased. The retention time of the sludge in the second degradation zone ranges from 4 to 12 days and preferably between 5 and 9 days. Sludge retention times in the second mining zone of less than 4 days is inexpedient; the length of stay is less and less to maintain a large viable population of methane generators in the anaerobic stage; the Overall sludge stabilization behavior of the degradation system is adversely affected Dwell times in the anaerobic degradation stage of more than 12 days mean the dwell time in the second Mining zone unnecessarily long; it becomes increasingly difficult to take advantage of the synergistic benefits of the built-in Realize process with regard to dwell time and tank space requirements within the dwell time range from 4 to 12 days can be achieved.

Nachdem die anaerobe Schlammbehandlung in der Abbauzone 20 abgeschlossen ist, wird der weiter stabilisierte Schlamm die Leitung 24 ausgetragen und mit einströmendem Einsatzschlamm im Wärmetauscher 22 zum Wärmeaustausch gebracht, bevor der Schlamm die Anlage über die Leitung 25 endgültig verläßt. Das in der Abbauzone 20 aufgrund der dort durchgeführten biochemischen Reaktionen gebildete Methangas verläßt die anaerobe Behandlungsstufe über eine Leitung 23, in der ein Stromregelventil 26 liegt.After the anaerobic sludge treatment in the degradation zone 20 is completed, the will continue Stabilized sludge is discharged through line 24 and with incoming feed sludge in the heat exchanger 22 brought to heat exchange before the sludge finally leaves the system via line 25. This in the degradation zone 20 leaves methane gas formed due to the biochemical reactions carried out there the anaerobic treatment stage via a line 23 in which a flow control valve 26 is located.

F i g. 2 zeigt ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform, das erkennen läßt, wie das aus der US-PS 39 26 794 bekannte Vorgehen mn dem vorliegenden Verfahren vorteilhaft kombiniert werden kann.F i g. Fig. 2 shows a flow diagram of a further embodiment which shows how that of the US-PS 39 26 794 known procedure mn can advantageously be combined with the present method.

Entsprechend F i g. 2 gelangt BSB-haltiges Wasser, beispielsweise kommunales Abwasser, über eine Leitung 101 in eine abgedeckte 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 108 zugeführt, in der eine Pumpe 109 sitzt. Überstehende Flüssigkeit von einem Schlammeindicker 151 geht über eine Leitung 150 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 nicht dargestellt. Die genannten Ströme werden in der Begasungszone 102 mittels einer mechanischen Rühreinrichtung 103 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.According to FIG. 2 BOD-containing water, for example municipal wastewater, passes through a pipe 101 into a covered gassing zone 102. The gassing zone 102 is also a first gas, the Contains at least 40 vol .-% oxygen, via a line 118 (dashed) and activated return sludge is supplied via a line 108 in which a pump 109 is seated. Supernatant liquid from a sludge thickener 151 also goes via a line 150 into the covered gassing zone 102. In FIG. 2, liquid- and sludge-carrying lines are shown in solid lines, while gas-carrying lines are shown in dashed lines are drawn. Valves are not shown for the sake of simplicity. The currents mentioned are in the Gassing zone 102 thoroughly mixed by means of a mechanical stirring device 103. The stirring device can be motor-driven, seated near the surface of the liquid or immersed in the liquid Have impellers; the oxygen gas can via line 118 above or below the liquid level are fed. 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 caused to diffuse in, the bubbles should be so small that their The total surface area is large and its buoyancy is low. The dissolving of oxygen is also supported by that the arrangement provided for introducing the gas is immersed so deeply in the liquid that the hydrostatic effect plays a role.

In der Begasungszone 102 wird ständig ein Medium gegenüber den anderen Medien umgewälzt Beispielsweise kann mit dem Gasraum der Begasungszone ein Kompressor (nicht gezeigt) verbunden sein, um Belüftungsgas zum unteren Teil der Zone umzuwälzen und in Form von kleinen Blasen über ein Eelüftungsge-In the gassing zone 102, one medium is constantly circulated in relation to the other media, for example a compressor (not shown) can be connected to the gas space of the gassing zone in order to To circulate ventilation gas to the lower part of the zone and in the form of small bubbles over a ventilation

rät konventioneller Art freizusetzen. Alternativ kann die genannie Mischeinrichtung auch zum Umwälzen der Fluide benutzt werden, wie dies bei Oberflächenbegasungsimpellern der Fall ist Begasungsgeräte werden nach ihrem Luft-Normalübergangswirkungsgrad bemessen, der die Fähigkeit des Gerätes kennzeichnet Sauerstoff aus Luft in Leitungswasser zu lösen, das keinen gelösten Sauerstoff enthält, unter Atmosphärendruck steht und eine Temperatur von 20°C hat Geeignete Geräte haben einen Luft-Normalübergangswirkungsgrad von mindestens 0,92 kg CVkWh und vorzugsweise einen Wirkungsgrad von mindestens 1,85 kg CVkWh. Bei der für die Bemessung des Gerätes herangezogenen Energie handelt es sich um die Gesamtenergie, die sowohl für das Umrühren der Flüssigkeii als auch für das Inkontaktbringen von Gas und Flüssigkeit verbraucht wird.advises to release conventionally. Alternatively, the mixing device can also be used to circulate the Fluids are used, as is the case with surface gassing impellers The case is fumigation devices are rated according to their normal air transition efficiency, which characterizes the ability of the device to dissolve oxygen from air in tap water does not contain dissolved oxygen, is under atmospheric pressure and has a temperature of 20 ° C Suitable devices have a normal air transition efficiency of at least 0.92 kg CVkWh and preferably an efficiency of at least 1.85 kg CVkWh. For the dimensioning of the device The energy used is the total energy required for both stirring the Liquid is consumed as well as for bringing gas and liquid into contact.

Die Medien werden in ausreichender Menge und Geschwindigkeit umgewälzt um den Gehalt der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff auf mindestens 0,5 mg/1 zu halten. Die Flüssigke'tstemperatur wird ferner vorzugsweise auf mindestens 15° C gehalten, so daß bei kaltem Wet'.er Mittel erforderlich sein können, um eine niedrigere Temperatur in der Begasungszone 102 zu vermeiden. Beispielsweise kann das ankommende Abwasser in der Leitung 101 erhitzt werden. Aufbau und Arbeitsweise der Abwasserbegasungszone 102 können in der aus den US- PS 35 47 811, 35 47 812 oder 35 47 815 bekannten Weise gewählt sein.The media are circulated in sufficient quantity and speed for the content of the Maintain mixed liquid dissolved oxygen at at least 0.5 mg / 1. The liquid temperature becomes also preferably kept at at least 15 ° C, so that in cold Wet'.er means may be necessary to a lower temperature in the gas zone 102 to avoid. For example, the incoming wastewater can be heated in line 101. construction and operation of the wastewater gasification zone 102 can be found in US Pat. No. 3,547,811, 3,547,812 or 35 47 815 be chosen in a known manner.

Die mit Sauerstoff angereicherte Mischflüssigkeit gelangt von der Begasungszone 102 über eine Leitung 104 in ein Klärbecken 105, wo sie in gereinigte, überstehende Flüssigkeit und in belebten Schlamm getrennt wird. Nicht verbrauchtes sauerstoffhaltiges Gas verläßt die Begasungszone 102 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 40% des Gesamtsauerstoffs ausmacht, der in die (im folgenden erläuterte) abgedeckte aerobe Abbauzone eingeführt wird. Aus dem Klärbecken 105 wird überstehende gereinigte Flüssigkeit über 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 10 000 bis 40 000 mg/1. 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-haltigem Abwasser zwischen 0,1 und 0,5 liegt. Die Durchflußmengen der in die Begasungszone 102 eingeleiteten Medien sind vorzugsweise so bemessen, daß die Gesamtschwebstoffkonzentration dort zwischen 4000 und 12 000 mg/1 liegt und der Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (MLVSS) 3000 bisThe mixed liquid enriched with oxygen arrives from the gassing zone 102 via a line 104 into a clarifier 105, where they are converted into purified supernatant liquid and into activated sludge is separated. Unused oxygen-containing gas leaves the gassing zone 102 via a line 119 and may for example be vented to the atmosphere will. This gas is discharged from the aeration zone in a flow rate that is regulated in such a way that that its oxygen content does not make up more than 40% of the total oxygen contained in the (hereinafter explained) covered aerobic degradation zone is introduced. From the clarifier 105 is protruding Purified liquid withdrawn via line 106, while activated sludge via line 107 is carried out. The revitalized sludge contains microorganisms in a correspondingly concentrated form a total suspended solids content (MLSS) of about 10,000 to 40,000 mg / l. The greater part of the busy Sludge, for example at least 85%, is via the line 108 and the pump 109 to the Recirculated gassing zone, preferably in such a flow rate based on the BOD-containing wastewater that the volume ratio of return sludge to BOD-containing wastewater between 0.1 and 0.5. The flow rates of the media introduced into the gassing zone 102 are preferred dimensioned so that the total suspended matter concentration there is between 4000 and 12,000 mg / l and the Volatile suspended matter content (MLVSS) 3000 to

10 000 mg/1 beträgt Die Flüssigkeits-Feststoff-Kontaktdauer in der Begasungszone 102 für die Absorption und Assimilation von organischen Stoffen liegt zwischen 30 Minuten und 24 Stunden. Sie schwankt in Abhängigkeit von dem BSB-Gehah des Abwassers, der Art der Schmutzstoffe, dem Feststoffgehalt in der Begasungszone und der Temperatur.The liquid-solid contact time in the gassing zone 102 for absorption and 10 000 mg / 1 is Assimilation of organic matter takes between 30 minutes and 24 hours. It fluctuates in dependence on the BOD content of the wastewater, the type of pollutants, the solids content in the fumigation zone and the temperature.

Das Belebungsverfahren erzeugt insgesamt einen Überschuß an Mikroorganismen, weil die Masse der aus den Verunreinigungen im Abwasser synthetisierten neuen Zellen größer als die Masse der Zellen ist, die während der Behandlung eine Selbstoxidation erfahren. Außerdem 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 von organischen Stoffen (BSB) zu sorgen sowie um die Ansammlung von inerten Feststoffen innerhalb des Systems zu unterdrücken. Der Abschlamm macht für gewöhnlich weniger als 3% des insgesamt abgetrennten Schlamms und selten mehr als 15% aus.The activated sludge process produces an overall excess of microorganisms because the mass of the the impurities in the wastewater synthesized new cells is greater than the mass of the cells that self-oxidize during treatment. In addition, the wastewater usually contains biological non-degradable solids that settle and collect with the biomass. Consequently a small proportion of the activated sludge has to be excreted in order to achieve equilibrium to ensure between the microorganism population and the supply of organic substances (BOD) as well as to suppress the accumulation of inert solids within the system. The sludge makes usually less than 3% of the total separated sludge and rarely more than 15% the end.

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 faulbar 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.It is true that 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 Removal of this sludge is a significant part of the cost of wastewater treatment; Besides the sludge constitutes a significant ecological problem. The mud is putrid and to a large extent biologically active; it often contains pathogenic bacteria. The mud is used as a fertilizer and / or for Terrain filling potentially suitable. Before such an application, however, it must be well stabilized, to avoid nuisance and health risks. Its high water content (e.g. 96 to 98%) must be reduced.

Der Abschlamm wird aus dem Klärhecken 105 über die Schlammumwälzschleife in einer Leitung 111 abgezogen. Er hat eine Gesamtschwebstoffkonzentra tion von 10 000 bis 40 000 mg/1 sowie anfänglich ungefähr die gleiche Temperatur wie das Abwasser in der Begasungszone 102, d.h. 15°C bis 250C. Der Abschlamm wird dem Schlammeindicker 151 zugeleitet. Dieser konzentriert den Schlamm auf eine Gesamtschwebstoffkonzentration zwischen 20 000 und 60 000 mg/1. Der unten abgezogene, eingedickte Schlamm wird dem Schlammabbausystem über eine Leitung 152 zugeführt.The sludge is withdrawn from the clarification hedge 105 via the sludge circulation loop in a line 111. It has a Gesamtschwebstoffkonzentra tion 10000-40000 mg / 1, and initially about the same temperature as the waste water in the Begasungszone 102, ie 15 ° C to 25 0 C. The blowdown the sludge thickener 151 is passed. This concentrates the sludge to a total suspended matter concentration between 20,000 and 60,000 mg / l. The thickened sludge withdrawn 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 153 an dem SchlammeindickerIn some cases, such as wastewater treatment when the outside temperature is high, a Thickening of the sludge from the clarifier may not be necessary; the sludge in line 111 can then via line 153 to the sludge thickener

151 vorbeigeführt werden und anschließend in die Leitung 152 gelangen, um in das Schlammabbausystem zu gelangen. Der Überlauf des Schlammeindickers wird über die Leitung 150 der Begasungszone 102 zugeführt.151 are bypassed and then enter the line 152 to enter the sludge removal system to get. The overflow of the sludge thickener is fed to the aeration zone 102 via line 150.

Der eingedickte Schlamm in der Leitung 152 kann vor dem Einleiten in eine aerobe Abbauzone UO mittels eines Methanheizkessels 130 erhitzt werden. Statt dessen kann der Schlamm auch mit dem stabilisierten Schlammabfluß aus einer anaeroben Abbauzone 120Z) in Wärmeaustausch gebracht werden. Abschlamm wird in die erste abgedeckte Abbauzone 110 aus der LeitungThe thickened sludge in the line 152 can prior to being introduced into an aerobic digestion zone UO by means a methane boiler 130 are heated. Instead, the sludge can also be mixed with the stabilized Sludge discharge from an anaerobic degradation zone 120Z) can be brought into heat exchange. Blowdown is in the first covered mining zone 110 from the line

152 entweder kontinuierlich oder intermittierend152 either continuously or intermittently

eingeleitet. Die aerobe Abbauzone 110 wird auf einer Temperatur im thermophilen Bereich von 45° C bis 75°C gehalten. Wenn ein autothermer Betrieb in der aeroben Abbauzone erzielt wird, kann die Schlammtemperatur in der Abbauzone zweckmäßig im Bereich von 55°C bis 65° C gehalten werden. Es ist schwierig, Abbautemperaturen über 65° C autothermisch aufrechtzuerhalten. Die erhöhte Temperatur in der Abbauzone HO kann auch erreicht werden, indem externe Wärme zugeführt wird, beispielsweise indem man ein erhitztes Fluid in einem nicht gezeigten Wärmetauscher 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.initiated. The aerobic degradation zone 110 is on a Maintained temperature in the thermophilic range of 45 ° C to 75 ° C. If an autothermal operation in the aerobic degradation zone is achieved, the sludge temperature in the degradation zone can expediently in the range of 55 ° C to 65 ° C. It is difficult to autothermally maintain degradation temperatures above 65 ° C. The elevated temperature in the HO degradation zone can also be achieved by using external heat is supplied, for example by circulating a heated fluid in a heat exchanger, not shown, which sits in the breakdown zone because of the tendency of the solids to form coatings and to become clogged cause, should not be complicated or arranged heat exchanger surfaces within the mining zone be arranged at close intervals; advantageously they can be embedded in the wall of the tank or with this be connected.

Ein zweites Sauerstoffgas, das mindestens 80 Vol.-% Sauerstoff aufweist, wird der erwärmten Abbauzone 110 über eine Leitung 117 zugeführt Die Menge dieses Gases reicht 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 containing at least 80 volume percent oxygen becomes the heated breakdown zone 110 supplied via a line 117 The amount of this Gas is sufficient to provide for part of the first oxygen gas that enters the aeration zone 102 is initiated via the line 118.

Vorzugsweise wird die erhöhte Temperatur in der Abbauzone 110 autothermisch erzielt, ohne daß Wärmetauscher wie der Methanheizkessel 130 notwendig weiden.Preferably, the elevated temperature in the degradation zone 110 is achieved autothermally without Heat exchangers such as the methane boiler 130 are necessary.

Der konzentrierte Schlamm, wie er bei dem Sauerstoffbegasungsverfahren nach der US-PS 35 47 813 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. Aufgrund solcher Erwägungen wird auch bei der Ausführungsform nach Fig.2 der Gesamtschwebstoffgehalt des Schlammes in der aeroben Abbauzone 110 auf mindestens 20 000 mg/1 gehalten.The concentrated sludge as used in the oxygen gassing process according to US Pat 35 47 813 usually accrues, is particularly suitable for an autothermal operation because it has a has a lower water content compared to the content of biodegradable »fuel«. aside from that the size of the digestion tank becomes smaller with high solids concentrations, which also leads to heat conduction losses can be reduced through the walls of the digestion tank. Because of such considerations, also in the embodiment according to FIG. 2 the total suspended matter content of the sludge in the aerobic Degradation zone 110 maintained to at least 20,000 mg / l.

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. Flotntionseinrichtungen, Zentrifugalscheider und Schwerkrafteindicker sorgen oft für Gesamtschwebstoffkonzentrationen von 60 000 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 60 000 mg/1, wodurch sichergestellt wird, daß der gelöste Sauerstoff in dem Schlamm ausreichend gleichförmig verteilt wird. Außerdem lassen sich in den meisten Fällen Temperaturen, die nahezu den maximalen aeroben, thermophilen Abbaugeschwindigkeiten entsprechen, autothermisch erzielen, wenn der Feststoffgehalt nicht höher als 60 000 mg/1 ist. Bei einer weiteren Steigerung der Feststoffkonzentration würde mehr CO2 in den Gasraum der Abbauzone gelangen; der Sauerstoffpartialdruck des Belüftungsgases würde unnötig vermindert.The upper limit values for the solids concentration in 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. to reduce the water content. Flotation devices, Centrifugal separators and gravity thickeners often provide total suspended solids concentrations of 60,000 mg / l. The solids content can also be increased by using fresh sludge or more concentrated Waste from a source other than wastewater is mixed in. The second factor that the Limited solids concentrations, the increasing difficulty is to dissolve and oxygen in the decomposition zone to mix the solids. A preferred upper limit is 60,000 mg / l, which ensures that the dissolved oxygen is sufficiently uniformly distributed in the sludge. In addition, the most cases temperatures close to the maximum aerobic, thermophilic degradation rates correspond to, achieve autothermal, if the solids content is not higher than 60,000 mg / l. At a a further increase in the solids concentration would lead to more CO2 entering the gas space of the extraction zone; the Oxygen partial pressure of the ventilation gas would be reduced unnecessarily.

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 preferable to metal walls because of the lower heat conduction losses of concrete. Of the Heat loss can be suppressed further by having the tank embedded underground and earth against all exposed vertical tank walls is raised. If necessary, thermal insulation, for example a low density concrete or foam, applied over a metallic cover will.

Vorzugsweise werden für das vorliegende Verfahren aerobe und anaerobe Abbautanks verwendet, die ein Oberflächen/Volumen-Verhältnis von weniger als 2,62 m2/m3 haben. Dabei umfaßt der Begriff »Oberfläche« die gesamte Wandoberfläche des abgedeckten Abbautanks einschließlich Boden, Deckel und Seitenwänden. Oberflächen/Volumen-Verhältnisse von mehr als 2,62 m2/m3 führen zu großen Wärmeleitungsverlusten durch die Wände hindurch, bezogen auf die Menge der im Abbautank erforderlichen Wärme. Ein derartiger Wärmeverlust erfordert normalerweise eine Wärmeisolation auf den der Außenatmosphäre ausgesetzten Wänden. Außerdem bedingen größere Oberflächen/Volumen-Verhältnisse im allgemeinen Abbautanks mit kleineren Abmessungen, bei denen eine Begasung und/oder eine gleichförmige Durchmischung schwierig istAerobic and anaerobic digestion tanks which have a surface / volume ratio of less than 2.62 m 2 / m 3 are preferably used for the present process. The term "surface" includes the entire wall surface of the covered mining tank including the bottom, cover and side walls. Surface / volume ratios of more than 2.62 m 2 / m 3 lead to large heat conduction losses through the walls, based on the amount of heat required in the digestion tank. Such heat loss usually requires thermal insulation on the walls exposed to the outside atmosphere. In addition, larger surface / volume ratios generally require digestion tanks with smaller dimensions, in which gassing and / or 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.The retention time of the sludge in the aerobic degradation zone also influences the autothermal one Temperature values that can be sustained. The relationship between length of stay and temperature is determined by numerous factors, including the degradability and the strength (the solids content) of the mud.

Die Abbauzone 110 ist mit einem mechanischen Rührwerk 112 ausgestattet, das von der gleichen Art wie das Rührwerk 103 in der Begasungszone 102 sein kann. Außerdem s:nd Mittel vorgesehen, um in der Abbauzone das zweite Gas oder den belebten Schlamm gegenüber den anderen Fluiden ständig umzuwälzen.The degradation zone 110 is equipped with a mechanical agitator 112, which can be of the same type as the agitator 103 in the aeration zone 102. Furthermore s: nd means are provided to constantly circulate in the degradation zone, the second gas or the activated sludge over other fluids.

Das mindestens 80% 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/1 zu halten.The second gas containing at least 80% oxygen is the covered aerobic degradation zone 110 in Sufficient quantity and speed supplied to the dissolved oxygen content of the sludge to be kept at at least 2 mg / 1.

Ein an Sauerstoff verarmtes Abbaugas mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 40% wird aus der Abbauzone 110 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 turned off withdrawn from the degradation zone 110 via line 118 in such a flow rate that its oxygen content represents at least 35% of the oxygen content of the oxygen feed gas passing through the line 117 flows in. The gas in line 118 arrives the covered gassing zone 102, wherein at least a larger part of the mentioned first gas den Provides oxygen, which is necessary for the biochemical oxygen enrichment of the wastewater. If If necessary, additional oxygen-containing gas can be supplied from an external source to the to enlarge oxygen-containing gas stream in line 118.

Teilstabilisierter Scniamm, der im wesentlichen vollständig pasteurisiert ist, wird von der Abbauzone 110 über eine Leitung 114 dem anaeroben Behandlungsteil zugeführt. Die zweite anaerobe Abbauzone umfaßt eine Säurebildungsteilzone 120a und die Abbauzone 120Zj, welche als Methanfermentationsteilzone bezeichnet werden soll. Der in der Leitung 114 ankommende teilstabilisierte Schlamm wird in die Säurebildungsteilzone 120a 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 120a wird durch ein Rührwerk 121a ständig gemischt, um Kohlehydrate, Fette und Proteine in gleichförmiger Geschwindigkeit zu niedrigeren Fettsäuren abzubauen. Der angesäuerte Schlamm wird dann aus der Teilzone 120a über eine Leitung 126Partially stabilized sludge that is essentially completely pasteurized is removed from the breakdown zone 110 via a line 114 to the anaerobic treatment part fed. The second anaerobic degradation zone includes an acidification subzone 120a and the degradation zone 120Zj, which denotes the methane fermentation subzone shall be. The partially stabilized sludge arriving in line 114 is fed into the acidification subzone 120a and held there for a sludge retention time of 24 to 60 hours in order for the to ensure the necessary acidification of the sludge. The content of the subzone 120a is controlled by an agitator 121a constantly mixed to lower carbohydrates, fats and proteins at a uniform rate Break down fatty acids. The acidified sludge is then extracted from sub-zone 120a via line 126

ίο ausgetragen. Da die Temperatur des die Zone 120a verlassenden Schlammes noch immer in der oder nahe dem thermophilen Temperaturbereich von 45° C bis 75° C und damit über den optimalen Methanbildungswerten liegt, wird die Schlammtemperatur im allgemeinen gesenkt, um einen befriedigenden Betrieb der methanbildenden Abbauzone 120f> zu gewährleisten. Der Schlamm wird daher durch einen Wärmetauscher 115 im Gegenstrom zu einem Kühlmittelstrom geleitet, der den Wärmetauscher über eins Leitung 160 durchfließt Der den Wärmetauscher 115 verlassende Schlamm strömt dann über eine Leitung 127 zu der Methanfermentationsteilzone. Das Wärmeaustauschmedium in der Leitung 160 kann zweckentsprechend ein Kühlwasserstrom sein, beispielsweise ein Teil des Abflusses, der das Nachklärbecken über die Leitung 106 verläßt, oder der dem Abbausystem zufließende Einsatzschlammstrom.ίο carried out. Since the temperature of the zone 120a leaving sludge is still in or near the thermophilic temperature range of 45 ° C to 75 ° C and thus above the optimal methane formation values, the sludge temperature is generally lowered in order to ensure satisfactory operation of the methane-forming degradation zone 120f> to ensure. The sludge is therefore passed through a heat exchanger 115 passed in countercurrent to a coolant flow, which flows through the heat exchanger via a line 160 The one leaving the heat exchanger 115 Sludge then flows via line 127 to the methane fermentation subzone. The heat exchange medium in line 160 can appropriately be a flow of cooling water, for example part of the Outflow that leaves the secondary clarifier via line 106, or that flows into the degradation system Feed sludge stream.

Für einen optimalen Betrieb wird der Schlamm in der Methanfermentationsteilzone auf einer Temperatur zwischen 35°C und 40°C sowie vorzugsweise zwischen 37° C und 38° C gehalten. Der Inhalt der Zone 120Λ wird mittels eines Rührwerks 121 b ständig gemischt, wodurch für eine große aktive Zerlegungszone gesorgt und die Geschwindigkeit der dort ablaufenden Stabiiisierungsreaktionen wesentlich erhöht wird. Die Schlammverweildauer in der Methanfermentationsteilzone liegt vorzugsweise zwischen 4 Tagen und 8 Tagen. Methangas, das durch die in der Abbauzone 1206 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 Methanheizkessel 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 wird über eine Leitung 133 abgeführt.For optimal operation, the sludge in the methane fermentation sub-zone is kept at a temperature between 35 ° C and 40 ° C and preferably between 37 ° C and 38 ° C. The contents of the 120Λ zone b is constantly mixed by a mixer 121, thereby providing a large active separation zone and the velocity of the running there Stabiiisierungsreaktionen is substantially increased. The sludge retention time in the methane fermentation sub-zone is preferably between 4 days and 8 days. Methane gas, which is generated by the biochemical reactions taking place in the degradation zone 1206, leaves this zone via a line 128 in which a flow control valve 129 is located. A portion of this discharged methane gas can be fed to the methane boiler 130 via a line 132, while the remainder is withdrawn from the process in a line 131 in order to undergo further treatment and / or to be fed to other end-use stages. The further stabilized sludge is discharged via a line 133.

F i g. 3 zeigt ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform, bei der Schlamm von Abwasservor- und -nachbehandlungsstufen dem Schlammabbausystem zugeführt wird. Dabei ist eine thermophile aerobe erste Abbaustufe mit einer thermophilen anaeroben zweiten Abbaustufe integriert. 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. Daher 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 auf die gleiche Weise überwunden, wie dies in Verbindung mit den AusführungsformenF i g. 3 shows a flow diagram of a further embodiment in which sludge from sewage feed and post-treatment stages are fed to the sludge removal system. Doing this is a thermophilic aerobic first Degradation stage integrated with a thermophilic anaerobic second degradation stage. Previously was a thermophile Anaerobic degradation little more than a laboratory curiosity. The ones discussed above, with a mesophile anaerobic operation associated problems of known systems with respect to thermal instability and extreme Sensitivity to changes in process conditions are anaerobic in a thermophilic Degradation even more pronounced. Therefore, this sludge treatment process has heretofore been in commercial use Sludge removal applications received little attention. The problems of operational instability and excessive Sensitivity to process fluctuations becomes aerobic / anaerobic with the thermophilic Embodiment overcome in the same way as in connection with the embodiments

beschrieben ist, die eine anaerobe mesophile zweiten Abbaustufe vorsehen. Bei der Anordnung nach F i g. 3 strömt Rohabwasser, das beispielsweise aus kommunalem Abwasser, industriellem Abwasser oder Regenwasser besteht, über eine Leitung 240 in eine primäre Absetzzone 241 ein, die aus einem Schwerkraftklärbekken von konv entioneller Art bestehen kann. Dort wird das Abwasser in einen Primärabfluß mit vermindertem BSB-Gehalt, der über eine Leitung 201 in eine Begasungszone 202 gelangt, und einen abgesetzten Schlammstrom 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 P.ücklaufschlamm zugeleitet. Eine Misch- und Umwälzeinrichtung 203 befindet sich in der Begasungszone 202, um die verschiedenen, der Begasungszone zugeführten Fluide zu mischen und die gebildete Mischlüssigkeit oder das sauerstoffhaltige Belüftungsgas gegenüber den anderen Fluiden umzuwälzen. Nach einer Begasungsdauer von beispielsweise 2 bis 6 Stunden werden eine an BSB verarmte Mischflüssigkeit und ein an Sauerstoff verarmtes Belüftungsgas mit mindestens 21 Vol.-% Sauerstoff aus der Begasungszone 202 über Leitungen 204 bzw. 219 ausgetragen.is described, which provide an anaerobic mesophilic second degradation stage. In the arrangement according to FIG. 3, raw sewage, which consists for example of municipal sewage, industrial sewage or rainwater, flows via a line 240 into a primary settling zone 241 , which can consist of a gravity clarifier of the conv entioneller type. There the wastewater is separated into a primary drain with a reduced BOD content, which reaches a gassing zone 202 via a line 201 , and a settled sludge flow, which is discharged from the zone 241 via a line 242. Aeration gas containing oxygen is also fed to the aeration zone 202 via a line 218 , sludge thickening liquid which protrudes via a line 250 and activated return sludge via a line 208. A mixing and circulation device 203 is located in the gassing zone 202 in order to mix the various fluids fed to the gassing zone and to circulate the mixed liquid or the oxygen-containing aeration gas with respect to the other fluids. After a gassing time of, for example, 2 to 6 hours, a mixed liquid depleted in BOD and an oxygen depleted ventilation gas with at least 21% by volume of oxygen are discharged from the gassing zone 202 via lines 204 and 219, respectively.

Die 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 206. Der abgesetzte Schlamm wird über eine Leitung 207 abgeführt. Ein größerer Teil dieses Schlammes wird als Rücklaufschlamm zu der Begasungszone 202 über die Leitung 208 zurückgeführt, in der eine Umwälzpumpe 209 sitzt. Der verbleibende Teil, der 3% bis 10% des Schlammes in der Leitung 207 ausmachen kann, gelangt über eine Leitung 252 zu einem Schlammeindicker 251. The oxygen-enriched mixed liquid in line 204 passes to the secondary settling zone 205, where activated sludge is separated from the purified liquid; the latter leaves the process via a line 206. The settled sludge is discharged via a line 207. A larger part of this sludge is returned as return sludge to the aeration zone 202 via line 208 , in which a circulating pump 209 is located. The remaining 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 konzentriert den Schlamm auf einen Feststoffgehalt zwischen 2% und 6%. so daß die Gesarntschwebstoffkonzentration zwischen 20 000 und 60 000 mg/1 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 211 entsteht. Die überstehende Flüssigkeit aus dem Schlammeindicker 251 wird über eine Leitung 250 der Begasungszone 202 zugeführt.The sludge thickener 251 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 a line 245 and combined with primary sludge in the line 242 from the primary settling zone 241 , so that a combined sludge flow in a line 211 is produced. The supernatant liquid from the sludge thickener 251 is fed to the aeration zone 202 via a line 250.

Der Schlammstrom in der Leitung 211 kann durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Schlamm aus einer zweiten Ahhaii7onp 220 teiiaufgewärmt werden; er gelangt dann über eine Leitung 248 zu einer ersten Abbauzone 210. Zuvor kann der Schlamm in der Leitung 248 mittels einer Heizeinrichtung 231 weiter erhitzt werden, in der Methangas verbrannt wird, das über eine Leitung 227 zuströmtThe sludge flow in the line 211 can be partially heated by indirect heat exchange with the sludge from a second Ahhaii7onp 220; it then reaches a first degradation zone 210 via a line 248. Before this, the sludge can be further heated in the line 248 by means of a heating device 231 in which methane gas is burned, which flows in via a line 227

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 outside temperature conditions make it unnecessary to heat the sludge fed to the mining system, the sludge can bypass 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 in der erläuterten Weise durchgeführt Belüftungsgas, das mindestens 50 Vol.-°/o Sauerstoff und vorzugsweise mindestens 80 Vol.-% Sauerstoff enthält, gelangt über eine Leitung 217 zu der Abbauzone 210, in der ein mechanisches Rührwerk 212 sitzt.In the first covered decomposition zone 210 , the thermophilic aerobic decomposition of the inflowing sludge is carried out in the manner explained.Aeration gas, which contains at least 50% by volume of oxygen and preferably at least 80% by volume of oxygen, arrives at the decomposition zone via a line 217 210, in which a mechanical agitator 212 sits.

Abbaugas verläßt die Abbauzone über die Leitung 218. Teilstabilisierter Schlamm wird von der aeroben Abbauzone 210 über eine Leitung 216 in die zweite abgedeckte Abbauzone 220 eingebracht. Bei der Abbauzone 220 handelt es sich um eine thermophile anaerobe Abbauzone, in der der Schlamm auf einer Temperatur zwischen 400C und 600C sowie vorzugsweise zwischen 45° C und 500C gehalten wird. Weil in beiden Abbauzonen ein thermophiler Betrieb erfolgt, kann der teilstabilisierte Schlamm von der ersten Abbauzone unmittelbar der zweiten Abbauzone zugeleitet werden. Statt dessen kann es in einigen Fällen erwünscht sein, in der zweiten Abbauzone mit höheren oder niedrigeren Temperaturen gegenüber der ersten aeroben Abbauzone zu arbeiten und für diesen Zweck den teilstabilisierten Schlamm zwischen den Zonen zu erhitzen oder zu kühlen. Das Erhitzen kann mit einer Heizeinrichtung ähnlich der Einrichtung 231 durchgeführt werden. Zum Abkühlen kann ein Wärmeaustausch des teilstabilisierten Schlamms mit dem einströmenden Schlamm erfolgen, wie dies in Verbindung mit den F i g. 1 und 2 erläutert ist Da es bei einem thermophilen anaeroben Abbau noch kritischer als beim mesophilen anaeroben Abbau ist, in der Abbauzone Temperaturschwankungen zu vermeiden, kann zweckmäßig ein gut isolierter Tank vorgesehen werden, was Sicherheit gegenüber starken klimatischen Schwankungen bietet.
In der Abbauzone 220 wird der Schlamm mittels eines mechanischen Rührwerkes 221 ständig gemischt. Methangas wird über eine Leitung 223 ausgetragen. Ein Teil des Methangases wird über die Leitung 227 der Heizeinrichtung 231 zugeführt und verbrannt, um den Schlamm in der ersten Abbauzone auf der Temperatur von 45° C bis 75° C zu halten. Der verbleibende Teil wird über eine Leitung 228 ausgetragen. Der weiter stabilisierte Schlamm wird aus der zweiten Abbauzone über eine Leitung 225 ausgetragen und wird über den Wärmetauscher 244 geleitet. Er verläßt die Anlage über eine Leitung 243.
Degradation gas leaves the degradation zone via line 218. Partially stabilized sludge is introduced from the aerobic degradation zone 210 via a line 216 into the second covered degradation zone 220 . In the reduction zone 220 is a thermophilic anaerobic digestion zone in which the sludge at a temperature between 40 0 C and 60 0 C and is preferably maintained between 45 ° C and 50 0 C. Because thermophilic operation takes place in both degradation zones, the partially stabilized sludge can be fed directly from the first degradation zone to the second degradation zone. Instead, in some cases it may be desirable to work in the second degradation zone at higher or lower temperatures than in the first aerobic degradation zone and, for this purpose, to heat or cool the partially stabilized sludge between the zones. The heating can be carried out with a heating device similar to device 231 . For cooling, the partially stabilized sludge can be heat-exchanged with the inflowing sludge, as described in connection with FIGS. 1 and 2 as it is even more critical with thermophilic anaerobic degradation than with mesophilic anaerobic degradation to avoid temperature fluctuations in the degradation zone, a well-insulated tank can be provided, which offers security against strong climatic fluctuations.
In the degradation zone 220 , the sludge is continuously mixed by means of a mechanical agitator 221. Methane gas is discharged via a line 223. A portion of the methane gas is fed to the heating device 231 via line 227 and is burned in order to keep the sludge in the first degradation zone at a temperature of 45 ° C. to 75 ° C. The remaining part is discharged via a line 228. The further stabilized sludge is discharged from the second degradation zone via a line 225 and is passed via the heat exchanger 244 . It leaves the system via a line 243.

Aufgrund der Unterschiede hinsichtlich der Schlammquellen weicht die biologische Aktivität in der aeroben Abbauzone gemäß F i g. 3 stark von der biologischen Aktivität in der aeroben Zone der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ab. Bei der Ausführungsform nach F i g. 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 ZellrespirationDue to the differences in the sludge sources, the biological activity gives way to the aerobic one Mining zone according to FIG. 3 strongly depends on the biological activity in the aerobic zone of the embodiment according to FIG. 2 from. In the embodiment according to FIG. 2 is the sludge fed to the mining system as feed sludge Sludge alone activated sludge from the secondary sewage treatment system, while in the case of the Embodiment according to Figure 3, the inflowing sludge and 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 material, and respiration. Raw sludge, on the other hand, consists primarily of non-viable organic material, which the im Microorganisms present in the sludge can use them as nutrients. Accordingly, during the aerobic degradation of a raw sludge the microbial population of the sludge a considerable cell synthesis phase in addition to cell lysis, assimilation of lysis products and respiration. Hence the aerobic degradation of the raw sludge with a greater degree of both cell synthesis and cell respiration

als bei dem aeroben Abbau von Sekundärschlamm statt. Außerdem führt der aerobe Abbau von Rohschlamm zu einer kleineren Gesamtverminderung der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe, 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.than in the case of aerobic degradation of secondary sludge. In addition, the aerobic degradation of raw sludge leads to a smaller overall reduction in biodegradable volatile particulate matter than is the case with a comparable sludge retention time is the case with aerobic decomposition of secondary sludge. the resulting reduction in biodegradable volatile suspended matter in the sludge during the Degradation represents a difference in terms of the competing degradation processes of cell synthesis and cell respiration represent.

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 Schwebsloffe erforderlich, um in der aeroben Abbaustufe einen bestimmten Temperaturpegel zu erreichen und aufrechtzuerhalten. So kann die Ausführungsform nach Fig.3 bei einer gegebenen Temperatur mit einem niedrigeren Grad an Verminderung von flüchtigen Schwebstoffen in der aeroben Abbauzone betrieben werden, als die aerobe Zone nach F i g. 2. 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 eine gegebene Gesarntbeseitigung von flüchtigen Schwebstoffen zu erzielen. Weil ein erhöhter Anteil der Gesamtbeseitigung von flüchtigen Schwebstoffen in einem solchen Falle in der anaeroben Abbauzone erfolgt, kann 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 F i g. 2 zu liefern; dies geht aber auf Kosten einer erhöhten Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone.The 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 solids that are removed during degradation than is the case with secondary sludge. Accordingly is a lower resultant reduction in primary sludge compared to secondary sludge of the volatile suspended solids required to reach a certain temperature level in the aerobic decomposition stage to achieve and maintain. So the embodiment of Figure 3 at a given Temperature with a lower degree of reduction in volatile matter in the aerobic Degradation zone are operated as the aerobic zone according to F i g. 2. A lesser reduction in degradable Volatile suspended matter in the aerobic zone of the degradation system in turn requires that the sludge residence time in the anaerobic degradation zone is extended accordingly by a given total elimination of volatile suspended matter. Because an increased proportion of the total elimination of volatile If suspended matter occurs in the anaerobic degradation zone in such a case, the primary sludge can be processed System in the anaerobic degradation zone generate more methane than the degradation system in which only Secondary sludge is processed. The embodiment according to Figure 3 is therefore inherently able to larger quantities of methane than the system according to FIG. 2 to deliver; but this is at the expense of increased Sludge retention time in the aerobic degradation zone.

Jedes der beschriebenen Ausführungsbeispiele bietet die Möglichkeit, den zufließenden Schlamm zu erhitzen, bevor er in die aerobe Abbauzone eingeführt wird. Ob ein solches Erhitzen notwendig ist oder nicht, hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise dem Schlammfeststoffgehalt, der Außentemperatur, der Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone und der Art des zu behandelnden Schlammes. F i g. 4 zeigt die Temperatur des in die erste Abbauzone einströmenden Schlammes, die erforderlich ist, um dort eine Arbeitstemperatur von 50° C bei einer Schlammverweildauer von 24 Stunden aufrechtzuerhalten, als Funktion der Gesamtschwebstoffkonzentration des der ersten Abbauzone zugehenden Schlammes. Die Kurve A stellt einen kombinierten Primär- und Sekundärschlammstrom dar, bei dem das Verhältnis von Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen zu Gesamtschwebstoffen (WS/TSS) 0,75 beträgt und der biologische Wärmeinhalt bei 47 χ 106]/kg beseitigte flüchtige Schwebstoffe (VSS) liegt Die Kurve B gilt für einen nichtkombinierten Sekundärschlamm mit einem VSS/TTS-Verhältnis von 0,79 und einem Wärmeinhalt von 33 χ 106]/kg beseitigte flüchtige Schwebstoffe.Each of the exemplary embodiments described offers the possibility of heating the inflowing sludge before it is introduced into the aerobic degradation zone. Whether or not such heating is necessary depends on various factors, for example the sludge solids content, the outside temperature, the sludge residence time in the aerobic digestion zone and the type of sludge to be treated. F i g. 4 shows the temperature of the sludge flowing into the first breakdown zone, which is required to maintain a working temperature of 50 ° C. there with a sludge retention time of 24 hours, as a function of the total suspended matter concentration of the sludge flowing into the first breakdown zone. Curve A shows a combined primary and secondary sludge flow in which the ratio of volatile suspended solids to total suspended solids (WS / TSS) is 0.75 and the biological heat content is 47 χ 10 6 ] / kg of volatile suspended solids removed (VSS) Curve B applies to a non-combined secondary sludge with a VSS / TTS ratio of 0.79 and a heat content of 33 χ 10 6 ] / kg of removed volatile suspended matter.

Wie aus den Kurven hervorgeht, erfordert bei gegebener Gesamtschwebstoffkonzentration der kombinierte Schlamm der Kurve A eine höhere Einlaßtemperatur für die aerobe Abbauzone als der Sekundärschlamm gemäß Kurve B. Infolgedessen kann ein Erhitzen des Schlammes vor dem Einleiten in die erste Abbauzone besonders dann günstig sein, wenn der Schlamm einen wesentlichen Anteil an Primärschlamm aus einer Abwasserbehandlungsanlage enthält.As can be seen from the curves, for a given total suspended matter concentration, the combined sludge of curve A requires a higher inlet temperature for the aerobic degradation zone than the secondary sludge according to curve B. As a result, heating the sludge before it is introduced into the first degradation zone can be particularly beneficial if the Sludge contains a significant proportion of primary sludge from a wastewater treatment plant.

Fig.4 zeigt ferner, daß ein thermophiler Betrieb erreicht werden kann, ohne daß der Schlamm vor dem Einleiten in die aerobe Abbauzone erhitzt zu werden braucht, wenn der Schlamm hinreichend eingedickt ist. Wenn beispielsweise ein kombinierter Schlamm (Kurve A) mit einer Gesamtfeststoffkonzentration von 4% abgebaut werden muß, braucht die Temperatur des in die thermophile aerobe Zone eingeführten Schlammes nur ungefähr 15° C zu betragen.Figure 4 also shows that thermophilic operation can be achieved without the need to heat the sludge prior to introduction into the aerobic degradation zone when the sludge is sufficiently thickened. For example, if a combined sludge (curve A) with a total solids concentration of 4% is to be degraded, the temperature of the sludge introduced into the thermophilic aerobic zone need only be about 15 ° C.

Die beschriebenen Ausführungsformen liefern einen vollständig pasteurisierten Produktschlamm, da in allen Fällen der in das Abbausystem einströmende Schlamm durch die thermophile aerobe Zone hindurchgeleitet wird, deren hohe Temperatur eine vollständige Schlammpasteurisierung gewährleistet. Es kann jedoch Anwendungsfälle geben, in denen kein vollständig pasteurisierter Schlamm erforderlich ist oder der Schlamm selbst keine Pasteurisierung notwendig macht, weil keine nennenswerten Konzentrationen an Pathogenen vorliegen. F i g. 5 zeigt ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform, bei der ein kleinerer Teil des einströmenden Schlammes zu der zweiten Abbauzone umgeleitet wird und die sich für derartige Anwendungsfälle eignet. Dabei.wird ein größerer Teil des über eine Leitung 311 eintretenden Schlammes einer ersten abgedeckten Abbauzone 310 über eine Leitung 331 zugeführt. Der Schlamm in der Leitung 331 kann, falls erwünscht, mittels eines methanbeheizten Kessels 330 erhitzt werden.The embodiments described provide a completely pasteurized product sludge, since in all cases the sludge flowing into the digestion system is passed through the thermophilic aerobic zone, the high temperature of which ensures complete sludge pasteurization. However, there may be applications in which a fully pasteurized sludge is not required or the sludge itself does not require pasteurization because there are no significant concentrations of pathogens. F i g. 5 shows a flow diagram of a further embodiment in which a smaller part of the inflowing sludge is diverted to the second degradation zone and which is suitable for such applications. A larger part of the sludge entering via a line 311 is fed to a first covered degradation zone 310 via a line 331. The sludge in line 331 can be heated by means of a methane- heated kettle 330, if desired.

Sauerstoffhaltiges Belüftungsgas wird der mit einer Rühreinrichtung 312 versehenen aeroben Abbauzone 310 über eine Leitung 317 zugeleitet. An Sauerstoff verarmtes Abbaugas wird aus der Abbauzone 310 über eine Leitung 318 ausgetragen. An biologisch abbaufähigen Schwebstoffen verarmter und voll pasteurisierter Schlamm gelangt über eine Leitung 316 zu einer zweiten abgedeckten Abbauzone 320, 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 Abbauzone 320 gesenkt werden. Ein kleinerer Teil des einströmenden Schlammes umgeht einen methanbeheizten Kessel 330 und die Abbauzone 310 in einer Leitung 329; er wird unmittelbar mit dem warmen Schlamm in der Leitung 316 gemischt. Die Durchflußmenge des umgeleiteten Schlammes wird so eingestellt, daß die Temperatur des kombinierten Schlammstromes, der der anaeroben Abbauzone 320 zugeht, ausreicht, um eine Arbeitstemperatur zwischen 35° C und 40° C in der Zone 320 aufrechtzuerhalten.Aeration gas containing oxygen is fed to the aerobic decomposition zone 310 , which is provided with a stirring device 312 , via a line 317. Degradation gas depleted in oxygen is discharged from the degradation zone 310 via a line 318 . Fully pasteurized sludge depleted of biodegradable suspended matter arrives via a line 316 to a second covered degradation zone 320, which operates in the mesophilic temperature range. Because the temperature of the sludge leaving the first degradation zone is between 45 ° C. and 75 ° C., its temperature must be reduced before it is introduced into the degradation zone 320. A smaller part of the inflowing sludge bypasses a methane-heated boiler 330 and the degradation zone 310 in a line 329; it is immediately mixed with the warm sludge in line 316. The flow rate of the diverted sludge is adjusted so that the temperature of the combined sludge stream entering the anaerobic digestion zone 320 is sufficient to maintain an operating temperature between 35 ° C and 40 ° C in the zone 320 .

Methangas verläßt die Abbauzone 320 über eine Leitung 323. Ein Nebenstrom dieses Gases wird in eine Leitungsschleife 340 abgeleitet, in der ein Kompressor 326 sitzt Komprimiertes Methangas wird dem Schlamm in der Abbauzone 320 beispielsweise über eine nicht dargestellte Einblasvorrichtung zugesetzt um für das 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 über eine Leitung 328 abgeführt Der weiter stabilisierte Schlamm wird über eine Leitung 325 ausgetragen. Die Vorteile desMethane gas leaving the reduction zone 320 through a line 323. A side stream of this gas is discharged into a conduit loop 340 in which a compressor 326 sits Compressed methane gas is in the degradation zone 320, for example, added to the mud through a non-shown blowing device in order for mixing and circulating the To worry about mud. 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 via a line 328. The further stabilized sludge is discharged via a line 325 . The advantages of the

erläuterten Verfahrens lassen sich anhand der folgenden Beispiele deutlich machen:explained procedure can be made clear with the help of the following examples:

Beispiel IExample I.

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 107 I/Tag bezogen auf das Fließschema nach F i g. 2 aus.In this example, the operating behavior of the embodiment according to FIG. 2 is compared with a conventional anaerobic high-performance system. The further explanation is based on the treatment of the sludge in a wastewater treatment plant with a capacity of 3.8 10 7 l / day based on the flow diagram according to FIG. 2 off.

Ein Gemisch aus 50% Primärschlamm und 50% Sekundärschlamm, das anfänglich eine Temperatur von 1R°r^ hat \i/irH fihiar Hit» I aittincT 111 inHac Δ kkailcwctArn A mixture of 50% primary sludge and 50% secondary sludge, which initially has a temperature of 1R ° r ^ \ i / irH fihiar Hit »I aittincT 111 inHac Δ kkailcwctArn

ir —ι - ■ ■ U b| π IA ^ η ^ f γ ρ ^ g ^ λ j ^ f *\j 1 ΐ 1 T j 1 lÄ Λ Λ Λ ϊ ( * Λ γ Ll *J ' K Γ Γ f *^^ *ι* ■ Γ J f fc^ 11 I nach Fig.2 eingeleitet. Der Schlamm, der eine Gesamtschwebstoffkonzentration von 39 400 mg/1 und ein Verhältnis von flüchtigen Schwebstoffen zu Gesamtschwebstoffen von 72% aufweist, wird in einer Durchflußmenge von 3,4 χ 105 l/Tag eingeführt. Um den Schlamm in der aeroben Abbauzone 110 bei einer 24stündigen Verweildauer auf einer Arbeitstemperatur von 5O0C zu halten, wird der einströmende Schlamm mittels des Methanheizkessels 130 auf ungefähr 23°C erhitzt. Ausgehend von einem Wirkungsgrad von 50% für die Umsetzung des Heizwertes von Methangas in Wärme sind für die Speisung des Heizkessels 130 ungefähr 710 mVTag des in der anaeroben Abbauzone erzeugten Methangases erforderlich.ir - I - ■ ■ U b | π IA ^ η ^ f γ ρ ^ g ^ λ j ^ f * \ j 1 ΐ 1 T j 1 lÄ Λ Λ Λ ϊ (* Λ γ Ll * J 'K Γ Γ f * ^^ * ι * ■ Γ J f fc ^ 11 I according to Fig. 2. The sludge, which has a total suspended matter concentration of 39 400 mg / 1 and a ratio of volatile suspended matter to total suspended matter of 72%, is in a flow rate of 3.4 χ 10 5 l / day introduced. to keep the sludge in the aerobic digestion zone 110 at a 24-hour residence time at a working temperature of 5O 0 C, the inflowing sludge by means of the methane boiler 130 to about 23 ° C is heated. Starting from an efficiency of 50% for the reaction of The calorific value of methane gas in heat is required to feed the boiler 130 approximately 710 mVday of the methane gas generated in the anaerobic digestion zone.

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 Gesamtgehaltes an flüchtigen Schwebstoffen aus), so daß über die Leitung 114 der Säurebildungsteilzone 120a ein teilabgebauter Schlamm mit einem Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen von 26 100 mg/1 zugeleitet wird. Diese Teilzone wird bei einer 24stündigen 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 23 500 mg/1 geht über die Leitung 126 an die Abbauzone 1206, die eine Methanfermentationsteilzone darstellt. Aus dem ausgetragenen Schlamm wird im Wärmetauscher 115 ausreichend Wärme abgezogen, um in der Abbauzone 1206 eine Arbeitstemperatur von 38° C sicherzustellen.In the aerobic degradation zone, a reduction in the content of volatile suspended solids of approximately 8% achieved (16% biodegradable volatile suspended matter; the biodegradable volatile suspended solids make up about 50% of the total volatile suspended solids content), see above that via the line 114 of the acid formation subzone 120a a partially degraded sludge with a content of volatile suspended solids of 26 100 mg / 1 is fed. This sub-zone is at a 24 hour Residence time operated at thermophilic temperature. At this stage there is a 10% reduction in the Proportion of the inflowing volatile suspended matter. A sludge with a content of volatile suspended matter of 23,500 mg / l goes via line 126 to the degradation zone 1206, which is a methane fermentation sub-zone represents. Sufficient heat is extracted from the discharged sludge in heat exchanger 115, in order to ensure a working temperature of 38 ° C in the extraction zone 1206.

Die Methanfermentationsteilzone wird mit einer Stägigen Schlammvenveüdauer betrieben, was für das integrierte Systsm zu einer Gesamtverminderung der flüchtigen Schwebstoffe von 40% (Verringerung der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe um 80%) führt Die Methanfermentationsteilzone erzeugt ungefähr 2070 m3 Methangas pro Tag, was einen Gesamtheizwert von 12 600 kWh/Tag darstellt Nach Abzug des Methangases für den Betrieb des Methanheizkessels 130 stehen 1360 m3 Methangas pro Tag, entsprechend einem Gesamtheizwert von 8500 kWh/ Tag, zur Abgabe aus dem Schlammabbausystem zur Verfügung.The methane fermentation part zone is operated at a Stägigen Schlammvenveüdauer, which leads for the integrated systsm to an overall reduction in volatile suspended solids of 40% (reduction of the biologically degradable volatile suspended solids to 80%) of the methane fermentation part zone produces approximately 2070 m 3 methane gas per day, giving a total calorific value of After deduction of the methane gas for the operation of the methane boiler 130, 1360 m 3 of methane gas per day, corresponding to a total calorific value of 8500 kWh / day, are available for delivery from the sludge removal system.

Wenn der kombinierte Schlamm in der Menge von 3,4 χ 105 I/Tag statt dessen einem konventionellen anaeroben Hochleistungsabbautank zugeführt wird, ist eine ungefähr 13tägige Schlammverweildauer notwendig, um die gleiche Verminderung der flüchtigen Schwebstoffe zu erzielen. Obwohl von dem konventionellen Hochleistungsabbautank 3625 m3 Methangas je Tag, entsprechend ungefähr 22 600 kWh/Tag, erzeugt werden, sind bei einer 50%igen Umwandlung des Heizwertes in Wärme ungefähr 17 600 kWh/Tag an Heizenergie erforderlich, um die optimalen Arbeitstemperaturbedingungen in dem Hochleistungstank aufrechtzuerhalten. Das konventionelle System erfordert daher im Vergleich zu der Ausführungsform nach Fig.2, 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 amount of 3.4 10 5 l / day is instead fed to a conventional high-performance anaerobic digestion tank, approximately 13 days of sludge retention time is necessary to achieve the same volatility reduction. Although the conventional high-performance degradation tank generates 3625 m 3 of methane gas per day, corresponding to around 22 600 kWh / day, with a 50% conversion of the calorific value into heat, around 17 600 kWh / day of heating energy are required to achieve the optimal working temperature conditions in the Maintain heavy duty tank. The conventional system therefore requires, in comparison to the embodiment according to FIG. 2, based on the necessary dwell time, 86% more tank space; In addition, under normal working conditions, about 40% less methane is available for delivery.

Rpic nipl II
ι· ■ c : ■■
Rpic nipl II
ι · ■ c: ■■

Dieses Beispiel betrifft die Ausführungsform nach F i g. 5. Der zuströmende Einsatzschlamm besteht aus 50% Primär- und 50% Sekundärschlamm aus einer Abwasserbehandlungsanlage in einer Menge von 2,27 χ 105 l/Tag. Der Schlammstrom in der Leitung 311 hat eine Temperatur von 2O0C und eine Gesamtschwebstoffkonzentration von 4% (VSS/TSS = 0,75); er wird in einen Teilstrom von 1,74 χ 105 l/Tag, der über die Leitung 331 der thermophilen aeroben Abbauzone 310 zugeht, und einen Teilstrom von 5,3 χ ΙΟ4 l/Tag aufgeteilt, der den Umgehungsstrom in der Leitung 329 bildet. Wie aus F i g. 4 hervorgeht, ist es in diesem Falle nicht erforderlich, den Schlamm vor dem Einleiten in die Abbauzone 310 zu erhitzen. Die Verweildauer in der Abbauzone 310 beträgt ungefähr 24 Stunden; thermophile Temperaturen werden autothermisch erreicht. Ein pasteurisierter Schlamm wird bei einer Temperatur von 50° C aus der Abbauzone 310 in der Leitung 316 ausgetragen und mit dem kühlen Umgehungsstrom aus der Leitung 329 gemischt. Dieser kombinierte Schlammstrom fließt dann der anaeroben Abbauzone 320 zu, wo der Schlamm in Abwesenheit von Sauerstoff ungefähr 8 Tage lang gehalten wird, was zu einer Gesamtverminderung der flüchtigen Schwebstoffe von ungefähr 40% (80%ige Verminderung der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe) führt. Die Abbauzone 320 erzeugt Methangas in einer Menge von ungefähr 2040 m3/Tag, was ungefähr 11 700 kWh/Tag entspricht. Dieses Methan kann in vollem Umfang aus dem Prozeßsystem abgegeben werden.This example relates to the embodiment according to FIG. 5. The incoming feed sludge consists of 50% primary and 50% secondary sludge from a wastewater treatment plant in an amount of 2.27 χ 10 5 l / day. The slurry stream in line 311 has a temperature of 2O 0 C and a Gesamtschwebstoffkonzentration 4% (VSS / TSS = 0.75); it is divided into a partial flow of 1.74 10 5 l / day, which goes to the thermophilic aerobic degradation zone 310 via line 331, and a partial flow of 5.3 χ ΙΟ 4 l / day, which is the bypass flow in line 329 forms. As shown in FIG. 4, it is not necessary in this case to heat the sludge before it is introduced into the degradation zone 310. The residence time in the mining zone 310 is approximately 24 hours; thermophilic temperatures are reached autothermally. A pasteurized sludge is discharged from the breakdown zone 310 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 320 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 mining zone 320 generates methane gas in an amount of approximately 2040 m 3 / day, which corresponds to approximately 11,700 kWh / day. This methane can be completely released from the process system.

Wenn der kombinierte zuströmende Einsatzschlamm von 2,27 χ 105 l/Tag statt dessen einem konventionellen anaeroben Hochleistungsabbautank zugeführt wird, ist eine ungefähr 15tägige Verweildauer notwendig, um die gleiche Verminderung des Gehaltes an flüchtigen Schwebstoffen zu erzielen. Obwohl von dem konventionellen anaeroben Abbautank täglich 2550 m3 Methangas entsprechend ungefähr 14 700 kWh/Tag erzeugt werden, sind bei einer 50%igen Umwandlung des Heizwertes in Wärme ungefähr 13 200 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 11 700 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.If the combined inflowing feed sludge of 2.27 10 5 l / day is instead fed to a conventional anaerobic high-performance 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 3 of methane gas per day, corresponding to around 14 700 kWh / day, with a 50% conversion of the calorific value into heat, around 13 200 kWh / day are necessary 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 using the internally generated methane gas as a heat source, the conventional system has significantly less methane gas available for delivery.

Beispie! IIIExample! III

Dieses Beispiel vergleicht das Betriebsverhalten der Ausführungsform nach F i g. 1 mit einem konventionellen anaeroben Hochleistungssystem.This example compares the performance of the embodiment of FIG. 1 with a conventional high performance anaerobic system.

Ein Sekundärschlamm aus einem der Sauerstoffanreicherung dienenden Abwasserbehandlungssystem, der anfänglich eine Temperatur von 15° C hat, wird zunächst im Wärmetauscher 22 durch den Abfluß der anaeroben Abbauzone 20 erhitzt, worauf eine weitere Erhitzung durch den Abfluß der thermophilen aeroben Abbauzone 10 im Wärmetauscher 15 erfolgt. Im Wärmetauscher 22 wird die Temperatur des einströmenden Schlammes von 15° C auf ungefähr 25° C gesteigert, während die Temperatur des stabilisierten Schlammes aus der Abbauzone 20 von ungefähr 35° C auf 25° C gesenkt wird. Im Wärmetauscher 15 wird die Temperatur des einströmenden Schlammes auf ungefähr 30° C gesteigert, während die Temperatur des die 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 Abbauzone 10 in einer Menge von 2,27 χ 105 l/Tag eingeleitet. In der Abbauzone 10 wird eine Arbeitstemperatur von 50° 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 22 by the outflow of the anaerobic degradation zone 20, whereupon further heating takes place through the outflow of the thermophilic aerobic degradation zone 10 in the heat exchanger 15. In the heat exchanger 22, the temperature of the inflowing sludge is increased from 15 ° C. to approximately 25 ° C., while the temperature of the stabilized sludge from the degradation zone 20 is reduced from approximately 35 ° C. to 25 ° C. In the heat exchanger 15, the temperature of the sludge flowing in is increased to approximately 30 ° C., while the temperature of the sludge leaving the degradation zone 10 is lowered 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 degradation zone 10 in an amount of 2.27 χ 10 5 l / day. In the mining zone 10, a working temperature of 50 ° C is maintained during a sludge retention time 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/1 über die Leitung 16 in die Abbauzone 20 eingespeist wird.A reduction of about 16% of the volatile Suspended solids (reduction of 32% of biodegradable volatile suspended solids) is in the aerobic stage achieved, so that a partially stabilized sludge with a content of volatile suspended matter of 22,500 mg / l is fed into the degradation zone 20 via line 16.

Die anaerobe Abbauzone 20 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 Abbauzone 20 erzeugt ungefähr 1470 m3 Methangas je Tag entsprechend einem Gesamtheizwert von ungefähr 8200 kWh/Tag. Das gesamte Methangas steht zur Abgabe zur Verfügung.The anaerobic degradation zone 20 operates 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 mining zone 20 generates approximately 1470 m 3 of methane gas per day, corresponding to a total calorific value of approximately 8200 kWh / day. All the methane gas is available for delivery.

Wird dagegen der mit 2,27 χ ΙΟ5 l/Tag einströmende Schlamm einem konventionellen ariaeroben Hochieistungsabbautank 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 m3 Methangas je Tag, entsprechend ungefähr 13 800 kWh/ Tag, erzeugt werden, sind bei einer 50%igen Umwandlung des Heizwertes in Wärme ungefähr 13 200 kWh je Tag erforderlich, um im Hochleistungstank optimale Arbeitstemperaturbedingungen aufrecntzuerhalten. Das konventionelle anaerobe System benötigt daher ungefähr 55% mehr Tankraum; es kann eine Methangasenergie von ungefähr 7600 kWh/Tag weniger abgeben als die Anlagenach Fi g. 1.If, on the other hand, the sludge flowing in at 2.27 χ 5 l / day is fed to a conventional ariaerobic high-performance degradation 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 2400 m 3 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 emit methane gas energy of approximately 7600 kWh / day less than the plant according to FIG. 1.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (18)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Abbau von Schlamm, bei dem wenigstens ein Teil des Schlamms durch mindestens zwei abgedeckte Abbauzonen geleitet und dabei 5 unter Bildung von stabilisiertem Schlamm und Methangas nacheinander aeroben und anaeroben Bedingungen ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß1. A method for breaking down sludge, in which at least part of the sludge is passed through at least two covered mining zones passed and thereby 5 with the formation of stabilized sludge and Methane gas is successively exposed to aerobic and anaerobic conditions, characterized in that that a) in eine erste abgedeckte Abbauzone der !0 Schlamm und ein mindestens 50 Vol.-°/o Sauerstoff enthaltendes Belüftungsgas eingeleitet und unter Aufrechterhaltung eines Gehalts der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/1 sowie einer Gesamtschwebstotfkonzentration des Schlammes von mindestens 20 000 mg/1 gemischt werden, a) Introduced the! 0 sludge and an aeration gas containing at least 50% by volume of oxygen into a first covered degradation zone and maintaining a dissolved oxygen content of at least 2 mg / 1 in the mixed liquid and a total suspended solids concentration of at least 20,000 mg / 1 are mixed, b) der Schlamm in der ersten Abbauzone während des Mischvorgangs bei einer Temperatur im thermophilen Bereich von 45° C bis 75° C gehalten wird,b) the sludge in the first degradation zone during the mixing process at a temperature im thermophilic range of 45 ° C to 75 ° C is maintained, c) das Mischen im thermophilen Temperaturbereich für eine Schlammverweildauer von 4 bis 48 Stunden unter teilweiser Verminderung des Gehalts des in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen fortgeführt wird,c) mixing in the thermophilic temperature range for a sludge residence time of 4 to 48 hours with a partial reduction in the content of that introduced into the first mining zone Sludge of biodegradable volatile suspended matter is carried away, d) teilstabilisierter Schlamm und an Sauerstoff verarmtes Abbaugas mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 21% aus der ersten Abbauzone getrennt ausgetragen werden undd) partially stabilized sludge and oxygen-depleted degradation gas with an oxygen content at least 21% are discharged separately from the first mining zone and e) der teilstabilisierte Schlamm aus der Verfahrensstufe d) in einer zweiten abgedeckten Abbauzone bei einer Temperatur von 300C bis 600C unter anaeroben Bedingungen für eine Feststoffverweildauer von etwa 4 bis 12 Tagen gehalten wird und die ausreicht, um den Gehalt des Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen auf unter ungefähr 40% des Gehalts des in der Verfahrensstufe a) in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen weiter abzusenken.e) the partially stabilized sludge from process step d) is kept in a second covered degradation zone at a temperature of 30 ° C. to 60 ° C. under anaerobic conditions for a solids retention time of about 4 to 12 days and which is sufficient to maintain the content of the sludge further lower biodegradable volatile suspended matter to below approximately 40% of the biodegradable volatile suspended matter content of the sludge introduced into the first degradation zone in process step a). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in die erste Abbauzone eingeleitete Schlamm eine Gesamtschwebstoffkonzentration zwischen 20 000 und 60 000 mg/1 hat.2. The method according to claim 1, characterized in that the introduced into the first mining zone Sludge has a total suspended solids concentration between 20,000 and 60,000 mg / l. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlammverweildauer in der ersten Abbauzone zwischen 12 und 24 Stunden beträgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the sludge residence time in the first degradation zone is between 12 and 24 hours. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm vor dem Einleiten in die erste Abbauzone erhitzt wird, um die Temperatur in der Verfahrensstufe b) aufrechtzuerhalten. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Sludge is heated before being introduced into the first degradation zone in order to maintain the temperature in process step b). 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Verfahrensstufe e) für einen f>o mesophilen Abbau in der zweiten Abbauzone im Bereich von 35° C bis 40° C gehalten wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature in process stage e) for a f> o mesophilic degradation in the second degradation zone in Range of 35 ° C to 40 ° C is maintained. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Verfahrensstufe e) für einen thermophilen Abbau in der zweiten Abbauzone im Bereich von 450C bis 50° C gehalten wird.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature in process step e) is kept in the range of 45 0 C to 50 ° C for thermophilic degradation in the second degradation zone. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden7. Method according to one of the preceding Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlammverweildauer in der Verfahrensstufe e) ausreichend gewählt ist, um den Gehalt des Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen auf weniger als ungefähr 20% des Gehalts des in der Verfahrensstufe a) in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen weiter herunterzudrücken. Claims, characterized in that the sludge retention time in process stage e) is chosen sufficiently to the content of the sludge of biodegradable volatile Suspended solids to less than approximately 20% of the content of process step a) in the first Degradation zone introduced sludge to further press down biodegradable volatile suspended matter. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm in der zweiten Abbauzone gemischt wird, indem Methangas entgegen dem dort befindlichen Schlamm umgewälzt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Sludge in the second mining zone is mixed by adding methane gas against the one located there Sludge is circulated. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsgas vor dem Einleiten in die erste Abbauzone zwecks Aufrechterhaltung der Temperatur in der Verfahrensstufe b) erhitzt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ventilation gas before being introduced into the first mining zone in order to maintain the temperature in the Process stage b) is heated. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm vor dem Einleiten in die erste Abbauzone durch indirekten Wärmeaustausch mit dem aus der zweiten Abbauzone ausgetragenen, weiter stabilisierten Schlamm erhitzt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Sludge before being introduced into the first extraction zone by indirect heat exchange with that from the The further stabilized sludge discharged from the second mining zone is heated. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur Ln der Verfahrensstufe e) im Bereich von 35° C bis 400C gehalten wird und daß der erhitzte Schlamm vor dem Einleiten in die erste Abbauzone durch indirekten Wärmeaustausch mit dem aus der ersten Abbauzone ausgetragenen, teilstabilisierten Schlamm weiter erhitzt wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the temperature Ln of process step e) is kept in the range of 35 ° C to 40 0 C and that the heated sludge prior to introduction into the first degradation zone by indirect heat exchange with that from the first The partially stabilized sludge discharged from the degradation zone is further heated. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abbauzone mit einer Ansäuerungsteilzone und einer Methanfermentationsteilzone versehen ist, teilstabilisierter Schlamm aus der ersten Abbauzone in die Ansäuerungsteilzone eingeleitet und zum Ansäuern des Schlammes dort für eine Schlammverweildauer von 24 bis 60 Stunden gehalten wird, angesäuerter Schlamm aus der Ansäuerungrteilzone ausgetragen und in die Methanfermentationsteilzone eingeführt sowie dort bei einer Temperatur zwischen 35° C und 400C für eine Schlammverweildauer von 4 bis 8 Tagen gehalten wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second degradation zone is provided with an acidification subzone and a methane fermentation subzone, partially stabilized sludge from the first degradation zone is introduced into the acidification subzone and held there for a sludge retention time of 24 to 60 hours to acidify the sludge is acidified sludge is discharged from the Ansäuerungrteilzone and introduced into the methane fermentation part zone and is held there at a temperature between 35 ° C and 40 0 C for a slurry residence time of 4-8 days. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm in der Methanfermentationsteilzone auf einer Temperatur zwischen 370C und 38°C gehalten wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the sludge is kept at a temperature between 37 0 C and 38 ° C in the methane fermentation subzone. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm in der Ansäuerungsteilzone auf einer Temperatur zwischen 450C und 75° C gehalten und der angesäuerte, aus der Ansäuerungsteilzone ausgetragene Schlamm vor Einleiten in die Methanfermentationsteilzone auf eine Temperatur von 350C bis 400C gekühlt wird.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the sludge in the acidification subzone is kept at a temperature between 45 0 C and 75 ° C and the acidified sludge discharged from the acidification subzone is at a temperature of 35 0 before being introduced into the methane fermentation subzone C to 40 0 C is cooled. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in die erste Abbauzone eingeleitete Schlamm aus Primärschlamm und Überschußschlamm einer Abwasserbelebungsanlage besteht.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the First extraction zone introduced sludge from primary sludge and excess sludge from a wastewater activation system consists. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in die erste Abbauzone eingeleitete Belüftungsgas mindestens 80Vol.-% Sauerstoff enthält, das aus der ersten Abbauzone abgezogene Abbaugas einen Sauerstoffgehalt von mindestens 40% hat und16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the into the Aeration gas introduced into the first decomposition zone contains at least 80Vol .-% oxygen from the degradation gas withdrawn from the first degradation zone has an oxygen content of at least 40% and mindestens 35% des Sauerstoffgehalts des in die erste Abbauzone eingeleiteten Belüftungsgases ausmacht, und dieses Abbaugas in eine abgedeckte Begasungszone einer Abwasserbelebungsanlage als mindestens der größere Teil des ein ;r Begasungszone zugeführten Belüftungsgases eingeleitet wird, während der Überschußschlamm der Abwasserbelebungsanlage in die erste Abbauzone eingespeist wird.at least 35% of the oxygen content of the aeration gas introduced into the first degradation zone makes up, and this degradation gas in a covered fumigation zone of a wastewater activation system as at least the greater part of the aeration zone supplied aeration gas is introduced, while the excess sludge of the wastewater activated sludge is fed into the first mining zone. 17 Verfahren nach einem der vorhergeL enden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aus der zweiten Abbauzone ausgetragenen Methangases mit sauerstoffhaltigem Gas gemischt und unter Bildung von Wärme verbrannt wird, mittels derer der Schlamm in mindestens einer der beiden Abbauzonen auf erhöhter Temperatur gehalten wird.17 Method according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the methane gas discharged from the second extraction zone is mixed with oxygen-containing gas and is burned with the formation of heat, by means of which the sludge in at least one of the both degradation zones is kept at an elevated temperature. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verbrennen von Methangas mit sauerstoffhaltigem Gas aer Schlamm in der ersten Abbauzone auf der Temperatur von 45° C bis 75°C gehalten wird.18. The method according to claim 17, characterized characterized in that by burning methane gas with oxygen-containing gas in aer sludge of the first degradation zone is kept at the temperature of 45 ° C to 75 ° C.
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