-
-
Verfahren und Vorrichtung zur aeroben
-
Behandlung von Flüssigschlamm Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur aeroben Behandlung von Flüssigschlamm, bei dem der Flüssigschlamm mit Luft begast
und währenddessen umgewälzt sowie im mesophilen oder thermophilen Temperaturbereich
gehalten wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
-
Bei der biologischen Stabilisierung von Klärschlamm, der in einer
biologischen Abwasserreinigungsanlage als Primär-oder Sekundärschlamm anfällt, wird
bekanntlich durch Mikroorganismen der organische Anteil des Rohschlamms in kontrollierten
Stoffwechselprozessen bis zum gewünschten Stabilisierungsgrad vermindert. Die Faulung
mit anaeroben Stoffwechselprozessen ist dabei das am weitesten verbreitete Verfahren
zum Stabilisieren von Schlamm, was wohl darauf zurückzuführen ist, daß für einen
anaeroben Prozeß nur ein geringer mechanischer Energieeintrag nötig ist und gleichzeitig
Faulgas erzeugt wird, das den Energiebedarf einer nach dem Faulprozeß arbeitenden
Anlage deckt. Häufig wird sogar ein Uberschuß an Faulgas produziert. Da ein Faulprozeß
sich jedoch veränderten Umwelt-
bedingungen gegenüber sehr empfindlich
verhält, müssen solche Parameter, wie organische Belastung, pH-Wert und Temperatur,
sorgfältig überwacht werden, um einen stabilen Faulprozeß zu gewährleisten. Diese
Empfindlichkeit reduziert die Zuverlässigkeit des anaeroben Prozesses. Dazu kommt,
daß aufgrund der langsamen Abbautätigkeit der Mikroorganismen eine lange Aufenthaltszeit
des Schlamms von 15 bis 20 Tagen im Faulreaktor notwendig ist, was wiederum einen
großen Platzbedarf einer entsprechenden Anlage bedingt.
-
Demgegenüber zeichnen sich die aeroben Schlammstabilisierungsverfahren
durch eine größere Stabilität und erhöhte Abbaugeschwindigkeit aus, wobei jedoch
der Energiebedarf wesentlich höher liegt. Die Aufenthaltszeit des Schlamms in einem
Belüftungsreaktor beträgt in der Regel 10 bis 15 Tage, wobei die Temperatur normalerweise
im mesophilen Temperaturbereich liegt. Bei besonders hohen Feststoffkonzentrationen
und einem weitgehenden Abbau an organischer Substanz können auch thermophile Temperaturen
erreicht werden, die zum Abtöten pathogener Keime anzustreben sind. Da bei den erhöhten
Temperaturen durch unvermeidbare Wasserverdampfung in das Behandlungsgas und mit
der Abführung des Abgases erhebliche Wärmeverluste entstehen, ist es dabei zur Einhaltung
der gewünschten Temperatur in der Regel notwendig, dem System von außen Wärme zuzuführen.
Dies ist vor allem dann zweckmäßig, wenn dem aeroben Abbau noch eine anorganische
Faulung mit Methangaserzeugung nachgeschaltet werden soll, da dann durch die äußere
Wärmezufuhr während der aeroben Behandlung nicht so viel organische Substanz zur
Erreichung der gewünschten Temperatur abgebaut werden muß und somit mehr organische
Substanz für die nachfolgende Faulung und die Erzeugung von Methangas zur Verfügung
steht.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten,
daß auf einfache und wirtschaftliche Weise Wärmeverluste vermindert und die notwendigen
Prozeßtemperaturen ohne Zufuhr von Fremdenergie erreicht werden können.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aerobe
Behandlung in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Behandlungszonen durchgeführt,
Frischluft der ersten Behandlungszone zugeleitet und Abluft aus der ersten Behandlungszone
zumindest teilweise zur Begasung der weiteren Behandlungszone bzw. Behandlungszonen
verwendet wird.
-
Mit dem Uberleiten der Abluft aus der ersten Behandlungszone in die
weitere oder die weiteren Behandlungszonen wird erreicht, daß die Abluftmenge insgesamt
wesentlich verringert und dadurch der Wärmeverlust durch Verdampfung minimiert wird.
Dazu kommt, daß der Flüssigschlamm selbst in der ersten Behandlungszone aufgrund
der aeroben Abbauprozesse bereits auf eine gewisse Temperatur erwärmt wird und in
erwärmtem Zustand in die zweite Begasungszone eingeleitet wird. In Verbindung mit
dem Einleiten der warmen Abluft aus der ersten Behandlungszone kann dadurch der
Flüssigschlamm in der zweiten Behandlungszone oder gegebenenfalls auch erst in einer
weiteren Behandlungszone auf thermophile Temperaturbereiche erwärmt und dadurch
eine weitgehende Hygienisierung des Flüssigschlamms erreicht werden, wobei dann,
je nach dem ob der Flüssigschlamm in einer anschließenden Faulungszone weiterbehandelt
werden soll oder nicht, der Flüssigschlamm nur teil- oder aber vollstabilisiert
wird. Eine Teilstabilisation bei thermophilen Temperaturen -ist dabei ohne zu großen
Abbau an organischer Substanz insofern möglich, als durch die Verfahrensführung
selbst
Wärmeverluste in nennenswertem Umfang nicht mehr auftreten.
-
Um auf einfache Weise die gewünschte ProzeBtemperatur in den einzelnen
Behandlungszonen einhalten zu können, ist es zweckmäßig, die Frischluftzufuhr zur
ersten Behandlungszone in Abhängigkeit der in dieser Behandlungszone herrschenden
Temperatur durchzuführen und ebenso die Abluftzufuhr zur zweiten Behandlungszone
und gegebenenfalls zu weiteren Behandlungszonen in Abhängigkeit der in diesen Behandlungszonen
herrschenden Temperaturen durchzuführen und eventuell überschüssige Abluft aus der
ersten Behandlungszone abzuleiten. Die Variation der Frischluftzufuhr bzw. der Abluftzufuhr
zu den einzelnen Behandlungszonen kann dabei unter Einbeziehung der Temperaturmeßwerte
handgesteuert und temperaturgeregelt erfolgen. Gegebenenfalls kann es notwendig
sein, auch in die zweite Behandlungszone oder in die weiteren Behandlungszonen zusätzlich
zu der Abluft noch Frischluft einzuleiten, einerseits um die gewünschten Temperaturen
besser einhalten zu können, andererseits um den Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen
in diesen Behandlungszonen zu decken.
-
Da zur Uberleitung der Abluft aus der ersten Behandlungszone in die
weiteren Behandlungszonen und zur Vermeidung von Wärmeverlusten die einzelnen Behandlungszonen
gegen die Umgebung geschlossen ausgebildet sind, sammelt sich über dem Flüssigschlamm
in jeder Behandlungszone eine Gasphase. Zur vollständigen Ausnutzung des Sauerstoffgehaltes
und auch der Wärmeenergie der Gasphase kann es deshalb ohne technischen Aufwand
vorteilhaft sein, die in den Behandlungszonen vorhandene Gasphase in den in den
jeweiligen Behandlungszonen vorhandenen Flüssigschlamm zu rezirkulieren. Dies hängt
jedoch im einzelnen davon ab, wieviel Sauerstoff in der zweiten Behandlungszone
oder in
den weiteren Behandlungszonen zum Abbau organischer Substanzen
gebraucht wird.
-
Um in den einzelnen Behandlungszonen ohne großen Energieaufwand für
das Eintragen von Frischluft entsprechend der Abbautätigkeit der Mikroorganismen
eine möglichst hohe Temperatur erreichen zu können, ist es nach einer weiteren Ausgestaltung
des Erfindungsgedankens von Vorteil, den aus den Behandlungszonen abgezogenen behandelten
Flüssigschlamm zur Vorwärmung des zu behandelnden Flüssigschlamms zu verwenden.
Dabei kann bereits der aus der ersten Behandlungszone abgezogene, teilstabilisierte
Schlamm mit dem zu behandelnden Flüssigschlamm gegebenenfalls über ein Wärmeträgermedium
in Wärmeaustausch gebracht werden oder zusätzlich oder nur der aus der zweiten Behandlungszone
und gegebenenfalls den weiteren Behandlungszonen abgezogene, auf thermophile Temperaturwerte
erwärmte Schlamm mit dem zu behandelnden Flüssigschlamm in Wärmeaustausch gebracht
werden. Die Wärmeübertragung sollte dabei in jedem Fall durch entsprechende Auslegung
der Wärmetauscher immer in dem Maß erfolgen, daß sich der Schlamm für die Behandlung
in den nachgeschalteten Behandlungszonen noch auf einem ausreichenden Temperaturniveau
befindet.
-
Ebenso ist es weiterhin möglich, die aus den Behandlungszonen abgezogene
Abluft zur Vorwärmung der Frischluft und/oder des zu behandelnden Flüssigschlamms
zu verwenden.
-
Diese Verfahrensweise ist insbesondere für die aus der zweiten Behandlungszone
und aus den weiteren Behandlungszonen abgezogene Abluft sinnvoll, die zwar aufgrund
der Wasserverdampfung viel Wärme gespeichert hat, aber nur noch wenig Sauerstoff
enthält und dadurch zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen in den nachfolgenden
Behandlungszonen nicht mehr eingesetzt werden kann.
-
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen Behandlungsreaktor
für Flüssigschlamm, der einen Schlammzulauf für zu behandelnden Flüssigschlamm,
einen Schlammablauf für behandelten Flüssigschlamm sowie eine Lufteintragseinrichtung
und eine Umwälzeinrichtung aufweist. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsreaktor gegen die Atmosphäre geschlossen
ausgebildet ist und eine Frischluftzuleitung aufweist, an den Schlammablauf mindestens
ein weiterer,gegen die Atmosphäre geschlossen ausgebildeter Behandlungsreaktor mit
Belüftungseinrichtung und Umwälzeinrichtung angeschlossen ist, der erste Behandlungsreaktor
eine Abluftableitung aufweist und diese Abluftableitung mit dem oder den weiteren
Behandlungsreaktoren in Verbindung steht.
-
Zur Einstellung der Temperatur in den einzelnen Behandlungsreaktoren
ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung in der Frischluftzuleitung
des ersten Behandlungsreaktors ein Regelorgan angeordnet, dieses Regelorgan an eine
Regelungs- und/oder Steuereinheit angeschlossen und der Regelungs- und/oder Steuereinheit
eine Temperaturmeßeinrichtung im ersten Behandlungsreaktor zugeordnet sowie in der
Abluftableitung des ersten Behandlungsreaktors ein Regelorgan angeordnet, dieses
Regelorgan an eine Regelungs- und/oder Steuereinheit angeschlossen und dieser Regelungs-
und/oder Steuereinheit eine Temperaturmeßeinrichtung im weiteren Behandlungsreaktor
zugeordnet. Ein mit der jeweiligen Temperaturmeßeinrichtung gemessener Ist-Wert
kann damit in der Regelungs- und/oder Steuereinheit mit einem Soll-Wert verglichen
werden. Gemaß dem ermittelten Differenzwert wird dann die Zuluftmenge durch das
Regelorgan in der Weise erhöht oder -vermindert,daß bei einem zu niedrigen Temperaturwert
mehr Zuluft in den Behandlungsreaktor eingeleitet wird und umgekehrt.
-
Um die Wärme des behandelten Schlamms nach den einzelnen Behandlungsreaktoren
zur Vorwärmung des Frischschlamms nutzen zu können ,weisen die Schlammabläufe für
behandelten Flüssigschlamm aus den einzelnen Behandlungsreaktoren zweckmäßigerweise
Wärmeübertragungseinrichtungen zur Übertragung der im behandelten Flüssigschlamm
enthaltenen Wärme an den zu behandelnden Flüssigschlamm im Schlammzulauf des ersten
Behandlungsreaktors auf. Die Wärmeübertragungseinrichtungen können dabei Wärmetauscher
sein, deren erster Strömungsweg mit dem jeweiligen Schlammablauf und dessen zweiter
Strömungsweg mit dem Schlammzulauf zum ersten Behandlungsreaktor in Verbindung steht
oder es können im Schlammablauf und in der Schlammzuleitung angeordnete Wärmetauscher
sein, die untereinander über eine Kreigleitung für ein Wärmeträgermedium in Verbindung
stehen.
-
Zur Ausnutzung der Wärme in der Abluft können weiterhin die Abluftleitungen
der Behandlungsreaktoren Wärmeübertragungseinrichtungen zur Übertragung der in der
Abluft enthaltenen Wärme an die Frischluft in der Frischluftzuleitung des ersten
Behandlungsreaktors und/oder an den zu behandelnden Flüssigschlamm im Schlammzulauf
des ersten Behandlungsreaktors aufweisen.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
-
In der Figur ist mit 1 ein erster Behandlungsreaktor und mit 10 ist
ein dem ersten Behandlungsreaktor 1 nachgeschalteter zweiter Behandlunqsreaktor
bezeichnet. Der erste Behandlungsreaktor 1 weist einen Schlammzulauf 2 für zu behandelnden
Flüssigschlamm, einen Schlammablauf 3 für behande'lten Flüssigschlamm, eine Lufteintragseinrichtung
4 sowie eine Umwälzeinrichtung 5 auf
Zur Sauerstoffversorgung der
Mikroorganismen ist an den Behandlungsreaktor 1, der gegen die Atmosphäre geschlossen
ausgebildet ist, eine Frischluftzuleitung 6 angeschlossen, die dabei direkt in einen
nahe dem Boden des Behandlungsreaktors angeordneten Gasverteiler münden kann, wobei
als Umwälzeinrichtung 5 dann eine gesonderte Rühreinrichtung mit Elektromotor vorhanden
sein muß. Andererseits besteht, wie dargestellt auch die Möglichkeit, zur Eintragung
der über die Frischluftzuleitung 6 zugeführten Luft einen Oberflächenbelüftungskreisel
4 zu verwenden, an den als zusätzliche Umwälzeinrichtung 5 eine abgetauchte Rühreinrichtung
angekuppelt ist.
-
Der Schlammablauf 3 des ersten Behandlungsreaktors 1 ist an den zweiten
Behandlungsreaktor 10 angeschlossen. Dieser zweite Behandlungsreaktor 10 ist im
wesentlichen genauso aufgebaut, wie der erste Behandlungsreaktor 1 und weist ebenso
wie dieser einen Schlammablauf 13 für behandelten Schlamm, eine Lufteintragseinrichtung
14 und eine Umwälzeinrichtung 15 auf.
-
Zur Ausnutzung der in der Abluft des ersten Behandlungsreaktors 1
aufgrund der Wasserverdampfung während des aeroben Abbauprozesses gespeicherten
Wärme ist eineAbluftleitung 7 des ersten Behandlungsreaktors an eine Luftzuleitung
16 zum zweiten Behandlungsreaktor 10 angeschlossen.
-
Um dabei in den einzelnen Behandlungsreaktoren eine Einstellung der
Temperatur auf einen gewünschten Wert zu ermöglichen,ist sowohl in der Frischluftzuleitung
6 als auch in der Luftzuleitung 16 je ein Regelorgan 6a bzw. 16a angeordnet, dem
jeweils eine Regelungs- und/oder Steuereinheit 8, 18 zugeordnet ist, die ihrerseits
jeweils mit einem Temperaturmeßfühler'9, 19 in den einzelnen Behandlungsreaktoren
1, 10 in Verbindung steht. Dadurch kann der Temperatur-Ist-Wert in den einzelnen
Behandlúngsreak
toren 1, 10 festgestellt und in den Regelungs-
und/oder Steuereinheiten mit einem Soll-Wert verglichen werden, worauf dann entsprechend
den ermittelten Differenzwerten die Regelorgane 6a, 16a mehr oder weniger geöffnet
werden.
-
Die Abluft aus dem zweiten Begasungsreaktor enthält insbesondere bei
einer Sauerstoffversorgung des zweiten Behandlungsreaktors 10 weitgehend nur über
die Abluft des ersten Behandlungsreaktors 1 in der Regel nicht mehr genügend Sauerstoff,
daß sich eine weitere Verwendung der Abluft als Behandlungsgas lohnen würde. Anders
verhält es sich mit der in der Abluft des zweiten Behandlungsreaktors 10 gespeicherten
Wärme, da aufgrund der in diesem Behandlungsreaktor erreichten thermophilen Temperaturbereiche
viel Flüssigkeit verdampft und in die'Abluft übergeht, wodurch der Wärmeinhalt der
Abluft gesteigert wird. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, die Abluftableitung
17 des zweiten Behandlungsreaktors 10 mit einem in der Frischluftzuleitung 6 zum
ersten Behandlungsreaktor 1 angeordneten Wärmetauscher 20 zu verbinden,um auf diese
Weise den Wärmeinhalt der Abluft aus dem zweiten Behandlungsreaktor 10 zumindest
teilweise auf die dem ersten Behandlungsreaktor 1 zuzuführende Frischluft zu übertragen.
Anschließend kann, wie durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist, die Abluftableitung
17 an eine Gaseintragseinrichtung 21 in der Schlammzuleitung 2 angeschlossen sein,
um auf diese Weise durch direkte Kondensation die Restwärme in der Abluft an den
zu behandelnden Flüssigschlamm zu übertragen. Selbstverständlich besteht auch die
Möglichkeit, die Abluftableitung 17 des zweiten Behandlungsreaktors 10 nur an die
Gaseintragseinrichtung 21 anzuschließen.
-
Zur Ausnutzung der im behandelten Schlamm enthaltenen Wärme für die
Vorwärmung des zu behandelnden Flüssigschlamms ist im Schlammzulauf 2 vom ersten
Behandlungsreaktor 1, im Schlammablauf 3 des ersten Behandlungsreaktors 1 und im
Schlammablauf 13 des zweiten Behandlungsreaktors 10 jeweils ein Wärmetauscher 22,
23, 24 mit seinem ersten Strömungsweg angeordnet, während der jeweilige zweite Strömungsweg
der einzelnen Wärmetauscher mit einer Kreis leitung 25 für ein Wärmeträgermedium
in Verbihdung steht. Dabei sind die zweiten Strömungswege der beiden in den Schlamsabläufen
3, 13 angeordneten Wärmetauscher parallel an die Kreisleitung 25 angeschlossen.
Als Wärmeträgermedium kann beispielsweise Wasser verwendet werden. Diese indirekte
Wärmeübertragung ist insofern vorteilhaft, als die erforderlichen Wärmeaustauscher
einfach im Aufbau gehalten werden können und dadurch ein Zusetzen der Wärmeaustauscher
durch Schlammablagerungen weitgehend zu vermeiden ist.
-
Leerseite