DE3117461A1

DE3117461A1 - Verfahren zur behandlung des abwasserschlamms in klaeranlagen durch einen anaeroben faulprozess sowie zum betrieb der klaeranlagen mit der beim faulprozess anfallenden gas- und waermeenergie

Info

Publication number: DE3117461A1
Application number: DE19813117461
Authority: DE
Inventors: Martin Ing.(grad.) 6349 Gusternhain Menges
Original assignee: ZENITH MASCHF GmbH
Current assignee: ZENITH MASCHF GmbH
Priority date: 1981-05-02
Filing date: 1981-05-02
Publication date: 1982-11-25

Description

Verfahren zur Behandlung des Abwasserschlamms in
Kläranlagen durch einen anaeroben FaulprozeB sowie zum Betrieb der Kläranlagen mit der beim Faulprozeß anfallenden Gas- und Wärmeenergie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung des Abwasserschlamms in Kläranlagen durch einen anaeroben alkalischen Faul prozeß sowie zum Betrieb der Kläranlagen mit der beim Faulprozeß anfallenden Gas- und Wärmeenergie.
Bei Kläranlagen geht die beim anaeroben alkalischen Faul prozeß anfallende Gas- und Wärmeenergie zu einem großen Teil ungenutzt verloren. Ein Teil des Faulgases wird in Gasbehältern zur Aufheizung des dem Faulprozeß zugeführten Frisch schlamms gespeichert; eine erhebliche Menge des erzeugten Faulgases muß jedoch abgefackelt werden. Andererseits müssen die Kläranlagen wiederum mit Fremdenergie betrieben werden.
Dieser Sachverhalt trifft insbesondere für kleine Kläranlagen für Einwohnergleichwerte zwischen 10.000 und 50.000 zu.
Die fortschreitende Energieverknappung stellt die Hersteller von Kläranlagen vor das Problem, Fremdenergie für den Betrieb der Anlagen in erhöhtem Maße durch die bei der anaeroben alkalischen Schlammfaulung anfallende Energie zu ersetzen. Eine zufriedenstellende Lösung dieses Problems ist bisher noch nicht gefunden worden, da die diskontinuierliche Beschickung des Faulbehälters, die ein bis dreimal täglich erfolgt, keine gleichmäßige Ausbeute und Verwertung des Faulgases für den Eigenenergiebedarf ermöglicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Faul prozeß im Hinblick auf die Faulgas- und Wärmeausbeute sowie die Nutzung der Energie für den Betrieb der Kläranlage zur Einsparung von Fremdenergie optimal zu gestalten.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der aufgeheizte Frischschlamm dem Faul prozeß kontinuierlich zugeführt wird und daß das bei der Schlammfaulung anfallende Faulgas zur Versorgung von Gasmotoren zum Antrieb von Drucklufterzeugern für die Druckbelüftung des Belebungsverfahrens oder ähnliches verwendet wird.
Die Einleitung des Frischschlamms in den bzw. die Faulbehälter zur Durchführung des Faulprozesses kann auf zweierlei Art vorgenommen werden.
Bei ausreichendem Schlammanfall kann der Frischschlamm für den Faulprozeß beispielsweise aus einem Voreindicker in einer konstanten Menge je Zeiteinheit in den Faulbehälter eingeleitet werden.
Die zweite Art der Frischschlammeinleitung in den Faulbehälter erfolgt in Abhängigkeit von der Tagesganglinie.
Bei beiden Verfahrensweisen wird die Einspeisung des Frischschlamms in den Faulbehälter mit einer zeitlichen Voreilung entsprechend den Erfordernissen der biologischen Abwasserreinigung des Belebungsverfahrens vorgenommen.
Die vorbeschriebenen Steuerungsarten des Faulprozesses gewährleisten, daß unabhängig von der Abwasserbelastung der Kläranlage immer genügend Faulgas zum Antrieb der Gasmotoren für die Drucklufterzeuger der Biologie, für die vorwiegend Gebläse und Rotationskolbenverdichter zum Einsatz kommen, zur Verfügung steht. Fremdenergie in Form von Strom für Elektromotoren zum Antrieb der Drucklufterzeuger für das Bele- bungsbecken wie bei den bisherigen Kläranlagen ist somit in geringerem Umfange bzw. nicht mehr erforderlich.
Die zeitliche Voreilung der kontinuierlichen Frischschlammeinleitung in den Fall raum in gleichbleibenden Mericn oder in Abhängigkeit von der Tagesganglinie gegenüber dem Ablauf des Belebungsverfahrens mit einer Druckbelüftung ist deshalb erforderlich, weil das Faulgas für die Gasmotoren der Drucklufterzeuger nach einer Reaktionszeit von mehreren Stunden nach Einleitung des Frischschlamms in den Faulbehälter durch den Faulprozeß erzeugt wird.
Durch die kontinuierliche Beschickung des Faul raumes mit Frischschlamm können die Abmessungen aller für den Faulprozeß notwendigen Einrichtungen gegenüber den bisherigen Kläranlagen kleiner ausgelegt werden.
Die Steuerung des Faulprozesses nach der Tagesganglinie bringt das Problem mit sich, daß die Tagesganglinien infolge der wechselnden Abwasserbelastung sowie der unterschiedlichen Wetterlagen und in Abhängigkeit davon, ob Werktag oder Feiertag ist,sowie in Abhängigkeit von der Jahreszeit täglich einen anderen Verlauf nimmt. Diesem Problem kann man dadurch abhelfen, daß über einen bestimmten Zeitraum eine Durchschnittstagesganglinie errechnet wird, die zur Steuerung der Frischschlammeinleitung in den Faulprozeß verwendet wird. Im allgemeinen wird es jedoch genügen, wenn die an einem Tag benötigte Faulgasmenge zum Betreiben der Druckbelüftung für das Belebungsverfahren nach der Tagesganglinie des vorherigen Tages bestimmt wird.
Eine weitere Einsparung an Fremdenergie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dadurch erzielt, daß bevorzugt in den Sommermonaten anfallendes, überschüssiges Faulgas, das nicht für die Drucklufterzeugung in der Biologie benötigt wird zum Betreiben von Gasmotoren zum Antrieb von Generatoren für die Stromerzeugung der Kläranlage eingesetzt wird.
Gegebenenfalls besteht die Möglichkeit, Oberschußfaulgas, das auch nicht zur Stromerzeugung verwendet werden kann, wenn z.B. ein Gasmotor oder ein Generator defekt ist, in einem dem Faulbehälter nachgeschalteten Pufferspeicherbehälter aufzufangen.
Eine weitere Energieeinsparung wird durch die Nutzung der im ausgefaulten Schlamm enthaltenen Wärme erreicht, die das ganze Jahr über zur Verfügung steht und die bei der mesophilen Faulung eine Temperatur von mindestens 3300 aufweist.
Im Winterbetrieb wird diese Wärme bevorzugt mittels Wärmepumpen zur Aufheizung des Frischschlamms und/oder zum Heizen der Gebäude der Kläranlage verwertet.
Zu einer erheblichen Energieeinsparung gegenüber den üblichen Kläranlagen trägt die Maßnahme bei, daß der Frischschlamm durch die Abwärme der Gasmotoren aufgeheizt werden kann. Der Faulbehälter wird zweckmäßig direkt durch den Frischschlamm beheizt, so daß die aufwendige Schlamm-Umwälzheizung der bekannten Faulbehälter entfällt. Durch die Beheizung des Faulbehälters ausschließlich mit Frischschlamm wird der oft bei den üblichen Faulbehältern bei der Einleitung des Frischschlamms auftretende Temperaturschock vermieden, der bereits bei e-;nem Temperaturabfall von 2 bis 30C zu einer unerwünschten Verzögerung und ggf. einer Unterbrechung des Faulprozesses durch das Absterben von Methanbakterien führen kann. Durch die gleichmäßig Beheizung des Faulbehälters mit Frischschlamm kann gegenüber den bekannten Faulanlagen eine wesentliche Steigerung der Faulgasausbeute erreicht werden.
Gemäß dem neuen Verfahren wird im Winterbetrieb der Frischschlamm auf eine über der mesophilen Faul raumtemperatur liegende Temperatur zum Ausgleich der Wärmeabstrahlungsverluste des Faulbehälters aufgeheizt.
Im Sommerbetrieb fällt aufgrund der höheren Außentemperaturen gegenüber dem Winterbetrieb Frischschlamm mit einer entsprechend höheren Temperatur an. Ferner sind die Abstrah 1 ungsverl uste der Faulbehälter geringer oder fallen sogar vollkommen weg, wenn der Faulbehälter bei hohen Außentemp&raturen Wärme aufnimmt. Die höheren Sommertemperaturen führen gegenüber dem Winterbetrieb zu einer erhöhten Faulgasausbeute, die einen dauernden Betrieb der für die Stromerzeugung bestimmten, an Generatoren angeschlossenen Gasmotoren ermöglicht. Diese Abwärme kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Aufheizung des Frischschlamms im Winter gespeichert werden, so daß es möglich ist, den Faulbehälter im Winter über einen längeren Zeitraum von beispielsweise 2 bis 3 Monaten ohne Zusatzenergie zu betreiben.
Die Speicherung der Abwärme der Gasmotoren wird dadurch verwirklicht, daß im Sommerbetrieb der bzw. die Faulbehälter vom mesophilen Faultemperaturbereich um 300C auf den thermophilen Faultemperaturbereich um 550C mittels der Abwärme der Gasmotoren aufgeheizt wird bzw. werden und daß im Winterbetrieb das aufgeheizte Faulbehältervolumen als Wärmespeicher dient, dem über einen längeren Zeitraum kontinuierlich Wärme zum Aufheizen des Frischschlamms bis zur mesophilen Faultemperatur entnommen wird.
Zusätzlich kann im Sommerbetrieb der Faulbehälter durch die im ausgefaulten Schlamm enthaltene Wärme mittels Wärmepumpen aufgeheizt werden.
Die vorbeschriebenen Verfahrensmaßnahmen können einzeln, gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit bei einer Kläranlage mit einer anaeroben alkalischen Schlammfaulung zur Anwendung gelangen, so daß gegenüber bekannten Anlagen eine wesentliche Einsparung an Fremdenergie erreicht wird und bei einer optimalen Nutzung sämtlicher Maßnahmen des Verfahrens nach der Erfindung die Kläranlage weitgehend mit Eigenenergie betrieben werden kann.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Behandlung des Abwasserschlamms in Kläranlagen durch einen anaeroben alkalischen Faulprozeß sowie zum Betrieb der Kläranlagen mit der beim Faulprozeß anfallenden Gas- und Wärmeenergie, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeheizte Frischschlamm dem Faulprozeß kontinuierlich zugeführt wird und daß das bei der Schlammfaulung anfallende Faulgas zur Versorgung von Gasmotoren zum Antrieb von Drucklufterzeugern für die Druckbelüftung des Belebungsverfahrens oder ähnliches verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daR bei ausreichendem Prischschlammanfall zur Abdeckung des maximalen Faulgasbedarfs für die Druckbelüftung der Frischschlamm für den Faulprozeß in einer konstanten Menge je Zeiteinheit und mit einer zeitlichen Voreilung entsprechend den Erfordernissen der biologischen Abwasserreinigung des Belebungsverfahrens in den Faul raum eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischschlamm für den Faulprozeß in Abhängigkeit von der Tagesganglinie mit einer zeitlichen Voreilung entsprechend den Erfordernissen der biologischen-Abwasserreinigung des Belebungsverfahrens in den Fall raum eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Oberschußfaulgas, das bevorzugt in den Sommermonaten anfällt, zum Be-treiben von Gasmotoren zum Antrieb von Generatoren für die Stromversorgung der Kläranlage eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Winterbetrieb die im ausgefaulten Schlamm enthaltene Wärme mittels Wärmepumpen zur Aufheizung des Frischschlamms und/oder zum Heizen der Gebäude der Kläranlage verwertet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischschlamm durch die Abwärme der Gasmotoren aufgeheizt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Faulbehälter durch den Frischschlamm beheizt wird bzw. werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Winterbetrieb der Frischschlamm auf eine über der mesophilen Faul raumtemperatur liegende Temperatur zum Ausgleich der Wärmeabstrahlungsverluste des Faulbehälters aufgeheizt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Sommerbetrieb der bzw. die Faulbehälter vom mesophilen Faultemperaturbereich um 300C auf den thermophilen Faultemperaturbereich um 550C mittels der Abwärme der Gasmotoren aufgeheizt wird bzw. werden und daß im Winterbetrieb das aufgeheizte Faulbehältervolumen als Wärmespeicher dient, dem über einen längeren Zeitraum kontinuierlich Wärme zum Aufheizen des Frischschlamms bis zur mesophilen Faultemperatur entnommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Sommerbetrieb der Faulbehälter durch die im ausgefaulten Schlamm enthaltene Wärme mittels Wärmepumpen zusätzlich aufgeheizt wird.