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Verfahren und Vorrichtung zur biolo-
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gischen Behandlung von Schlamm Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur biologischen Behandlung von Schlamm, bei dem der Schlamm mit Luft und/oder Sauerstoff
als Behandlungsgas begast, währenddessen umgewälzt und auf einem mesophilen oder
thermophilen Temperaturbereich gehalten wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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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.
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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 Überschuß an Faulgas
produziert. Da ein
Faulprozeß sich jedoch veränderten Umweltbedingungen
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.
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Demgegenüber zeichnen sich die aeroben Schlammstabilisierungsverfahren
unter Zufuhr von Luft oder Sauerstoff durch eine größere Stabilität und erhöhte
Abbaugeschwindigkeit aus, wobei jedoch der Energiebedarf wesentlich höher liegt.
Unter Verwendung von Luft als Behandlungsgas beträgt die Aufenthaltszeit des Schlamms
in einem Belüftungsreaktor in der Regel 10 bis 15 Tage, wobei sich die Temperaturen
normalerweise im mesophilen Temperaturbereich bewegen. Wird die Luft durch Sauerstoff
ersetzt, ergibt sich sofort eine starke biologische Abbautätigkeit. Diese Reaktion
verläuft sehr schnell und entwickelt soviel Wärme, daß die Temperatur auf den thermophilen
Temperaturbereich ansteigt. Dies ist insofern anzustreben, als zum einen die thermophile
Stabilisierung rascher als eine mesophile Stabilisierung erfolgt und zum anderen
auch eine Abtötung pathogener Keime erreicht werden kann. Ein Temperaturanstieg
bis in den thermophilen Bereich kann bei Anwendung von Luft nur bei besonders hohen
Feststoffkonzentrationen erreicht r werden. Der Grund dafür liegt in dem großen
Wärmeverlust, der durch die unvermeidbare Befeuchtung des in diesem Fall erheblichen
Abgasvolumens entsteht.
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Obwohl beim Einsatz von Sauerstoff als Behandlungsgas die Gasmenge,
die der aeroben Abbauzone zugeleitet werden muß und von dieser abgeht, gegenüber
Luft wesentlich geringer ist und somit auch die durch die Wasserverdampfung in das
Behandlungsgas bedingten Wärmeverluste vermindert sind, ist es auch dabei zur Einhaltung
eines thermophilen Temperaturbereichs in der Regel zweckmäßig, dem System von außen
Wärme zuzuführen.
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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 schon bei relativ geringem Abbau
organischer Anteile erreicht werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bei der
Begasung anfallende warme und feuchte Abgas in den zu begasenden Schlamm eingeleitet
und nach Wärmeabgabe an den zu begasenden Schlamm aus diesem abgezogen wird und
daß gegebenenfalls gleichzeitig der nach der Begasung vorliegende erwärmte Schlamm
vor einer Weiterbehandlung zur Vorwärmung des zu begasenden Schlamms.
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verwendet wird.
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Mit der Einleitung des warmen und feuchten Abgases in den zu begasenden
Schlamm wird erreicht, daß die bei der Begasung durch Wasserverdampfung auf das
Abgas übertragene Wärme durch Kondensation auf den zu begasenden
Schlamm
übertragen wirwird, dessen Temperatur dadurch bereits erhöht wird Zusätzlich wird
der im Abgas noch enthaltene Sauerstoffanteil weitergenutzt. Abgesehen davon erfordert
das direkte Einleiten des Abgases in den zu begasenden Schlamm keine teuren Wärmeübertragungseinrichtungen,
sondern lediglich eine einfache Gaseintragseinrichtung.
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Falls diese Vorwärmung des zu behandelnden Schlamms nicht schon ausreicht,
um die während der Begasung erwünschten Prozeßtemperaturen auf wirtschaftliche Weise
zu erreichen, kann eine weitere Temperaturerhöhung noch dadurch erreicht werden,
daß der nach der Begasung abfließende Schlamm seine Wärmemenge an den zufließenden,
zu begasenden Schlamm abgibt. Ist vorgesehen, den Schlamm nach der aeroben Behandlung
noch in einer anaeroben Faulung weiterzubehandeln, dann sollte dabei die Abgabe
der t.särmemenge aus dem nach der Begasung vorliegenden, erwärmten Schlamm nur soweit
erfolgen, daß der der Faulung zufliessende, teilstabilisierte Schlamm noch eine
für den Faulprozeß günstige Temperatur aufweist. Gerade für die Verfahrensführung
mit vorgeschalteter aerober Schlammteilstabilisierung und nachgeschalteter anaerober
Schlammvollstabilisierung ist die erfindungsgemäße Vorwärmung des zu behandelnden
Schlamms insofern gut geeignet, als es dann nicht mehr notwendig ist, zur Erreichung
der für eine aerobe Teilstabilisierung eventuell mit Entseuchung erforderlichen
Temperaturen einen erheblichen Abbau an organischer Substanz durchzuführen, und
somit mehr organische Substanz für die nachfolgende Faulung zur Verfügung verbleibt,
so daß die Erzeugung von Methangas nicht beeinträchtigt wird.
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Um auf einfache Weise bei der Begasung die erwünschte Prozeßtemperatur
einhalten zu können, ist es zweckmäßig, die Abgasmenge in Abhängigkeit der bei der
Begasung ent-
stehenden Temperatur zu regeln und/oder zu steuern.
Die Variation der Abgasmenge kann dabei unter Einbeziehung von Temperaturmesswerten
handgesteuert oder temperaturgeregelt erfolgen.
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Die Obertragung der im nach der Begasung vorliegenden Schlamm vorhandenen
Wärmemenge an den zu begasenden Schlamm kann direkt, d.h. durch Wärmeübertragung
zwischen behandeltem und zu behandelndem Schlamm, oder nach einer bevorzugten Verfahrensweise
indirekt in der Art geschehen, daß der nach der Begasung vorliegende erwärmt Schlamm
mit einem Trägemedium in Wärmeaustausch und anschließend das Wärmeträgermedium mit
dem zu begasenden Schlamm in Wärmeaustausch gebracht wird. Diese indirekte Wärmeübertragung
hat gegenüber der direkten den Vorteil, daß die erforderlichen Wärmeaustauscher
einfach im Aufbau gehalten werden können und dadurch ein Zusetzen der Wärmeaustauscher
durch Schlammablagerungen weitgehend zu vermeiden ist.
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Besonders günstige Betriebsverhältnisse lassen sich auch bei schwankendem
BSB-Gehalt des zu behandelnden Schlamms aufrechterhalten, wenn die Begasung des
Schlamms in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Begasungszonen durchgeführt und
das Abgas aus beiden Begasungszonen in den zu begasenden Schlamm eingeleitet sowie
der aus beiden Begasungszonen abströmende Schlamm zur Vorwärmung des zu begasenden
Schlamms verwendet wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt mindestens
einen Begasungsreaktor, dem eine Schlammzuleitung für zu behandelnden Schlamm,eine
Schlammableitung für behandelten Schlamm, eine Gaszuleitung für Behandlungsgas,
eine Abgasleitung sowie eine Umwälzeinrichtung zugeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgasleitung mit einer in der Schlammzuleitung angeordneten Gaseintragseinrichtung
in Verbindung steht und gegebenenfalls eine Wärmeaustauscheinrichtung zur Übertragung
der im behandelten Schlamm in der Schlammableitung enthaltenen Wärme an den zu behandelnden
Schlamm in der Schlammzuleitung vorhanden ist.
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Zur Einstellung der Temperatur in dem Begasungsreaktor ist nach einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung im Begasungsreaktor eine Temperaturmeßeinrichtung
und in der Abgasleitung ein Sauggebläse angeordnet und das Sauggebläse und die Temperaturmeßeinrichtung
stehen über eine Regel- und/oder Steuereinrichtung miteinander in Verbindung. Ein
mit der Temperaturmeßeinrichtung gemessener Ist-Wert kann damit in der Regel- und/oder
Steuereinrichtung mit einem Soll-Wert verglichen werden.
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Gemäß dem ermittelten Differenzwert wird dann die Leistung des Sauggebläses
in der Weise erhöht oder gedrosselt, daß bei einem zu niedrigen Temperaturwert mehr
Abgas abgezogen wird und umgekehrt.
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Die Wärmetauscheinrichtung zur Ubertragung der im behandelten Schlamm
in der Schlammableitung enthaltenen Wärme an den zu behandelnden Schlamm in der
Schlammzuleitung weist zweckmäßigerweise einen in der Schlammableitung angeordneten
ersten Wärmetauscher und einen in der Schlammzuleitung angeordneten zweiten Wärmetauscher
auf, wobei beide Wärmetauscher über ein Wärmeträgermedium in Verbindung stehen.
Als Wärmeträgerinedium, das zwischen den beiden Wärmetauschern im Kreis geführt
wird, wird zweckmäßigerweise Wasser verwendet.
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Um die Begasung des Schlamms vorteilhafterweise zweistufig durchführen
zu können, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Schlammableitung
an einen zweiten Begasungsreaktor angeschlossen ist, die Abgasleitung des zweiten
Begasungsreaktors an die Abgasleitung des ersten Begasungsreaktors angeschlossen
ist und die Schlamms abzugsleitung des zweiten Begasungsreaktors eine Wärmetauscheinrichtung
zur Übertragung der im behandelten Schlamm enthaltenen Wärme an den zu behandelnden
Schlamm in der Schlammzuleitung zum ersten Begasungsreaktor aufweist.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 das Fließschema einer Anlage mit zwei Begasungsreaktoren
mit unmittelbarem Wärmeaustausch zwischen dem behandelten und dem zu behandelnden
Schlamm, Fig. 2 das Fließschema einer Anlage mit zwei Begasungsreaktoren mit indirektem
Wärmeaustausch zwischen dem behandelten und dem zu behandelnden Schlamm, wobei in
beiden Figuren für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind.
Außerdem sind in beiden Figuren die erzielbaren Temperaturwerte eingetragen, wobei
von einer Temperatur des ankommenden, zu behandelnden Schlamms von 100 C und einer
Abgabetemperatur des behandelten Schlamms von 400 C für den Fall ausgegangen wird,
daß der aerob behandelte, teilstabilisierte Schlamm noch einer anaeroben Faulung
zugeführt wird.
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In den Figuren ist mit 1 ein erster Begasungsreaktor und mit 10 ein
zweiter Begasungsreaktor bezeichnet. Der erste Begasungsreaktor 1 weist eine Schlammzuleitung
2 für zu behandelnden Schlamm, eine Schlammableitung 3 für behandelten Schlamm ,
eine Gaszuleitung 4 für Behandlungsgas, eine Abgas#leitung 5 sowie eine Umwälzeinrichtung
6 auf.
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Zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen kann über die Gaszuleitung
4 als Behandlungsgas Luft und/oder Sauerstoff zugeführt werden. Die Gaszuleitung
4 kann dabei direkt in einen nahe dem Boden des Begasungsreaktors angeordneten Gasverteiler
münden, wobei als Umwälzeinrichtung 6 dann eine gesonderte Rühreinrichtung mit Elektromotor
vorhanden sein muß. Andererseits besteht, wie dargestellt, auch die Möglichkeit,
zur Eintragung des über die Gaszuleitung 4 zugeführten Behandlungsgases einen Oberflächenbelüftungskreisel
7 zu verwenden, an den als zusätzliche Umwälzeinrichtung 6 eine abgetauchte Rühreinrichtung
angekuppelt ist.
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Erfindungsgemäß ist in der Schlammzuleitung 2 eine Gaseintragseinrichtung
8 angeordnet, die an die Abgasleitung 5 angeschlossen ist. Weiterhin ist zur Übertragung
der im behandelten Schlamm enthaltenen Wärme an den zu behandelnden Schlamm eine
Wärmetauscheinrichtung 9 vorhanden, die gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur
1 ein Wärmetauscher ist, dessen erster Strömungsweg mit der Schlammzuleitung 2 und
dessen zweiter Strömungsweg mit der Schlammableitung 3 in Verbindung steht.
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Nach Durchgang durch den Wärmetauscher ist die Schlammableitung 3
an einen zweiten Begasungsreaktor 10 angeschlossen, der im wesentlichen den gleichen
Aufbau aufweist, wie der erste Begasungsreaktor 1. Die Gasableitung 15 dieses zweiten
Begasungsreaktors 10 ist
an die Abgasleitung 5 des ersten Begasungsreaktors
1 angeschlossen, während die Schlammabzugsleitung 13 dieses zweiten Begasungsreaktors
10 einer weiteren Wärmetauscheinrichtung 19 zugeordnet ist, die wiederum gerräß
dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ein Wärmetauscher ist, dessen erster Strömungsweg
mit der Schlammzuleitung 2 und dessen zweiter Strömungsweg mit der Schlammabzugsleitung
13 des zweiten Begasungsreaktors 10 verbunden ist. Dieser zweite Wärmetauscher ist
dabei in der Schlammzuleitung 2 in Strömungsrichtung vor dem ersten mit der Schlammableitung
3 des ersten Begasungsreaktors 1 in Verbindung stehenden Wärmetauscher und nach
der an die Abgasleitung 5 angeschlossenen Gaseintragseinrichtung 8 angeordnet, so
daß der zu behandelnde Schlamm nach der Vorwärmung durch das eingetragene Abgas
zunächst durch Wärmetausch mit dem aus dem zweiten Begasungsreaktor 10 ablaufenden
Schlamm weiter erwärmt und schließlich durch Wärmetausch mit dem aus dem ersten
Begasungsreaktor 1 abfließenden Schlamm auf nahezu Behandlungstemperatur gebracht
wird.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich von dem nach
Figur 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die Wärmeübertragung zwischen dem behandelten
und dem zu behandelnden Schlamm mit Hilfe eines Wärmeträgermediums erfolgt. Dazu
ist in der Schlammzuleitung 2 und in der Schlammableitung 3 des ersten Begasungsreaktors
1 und in der Schlammabzugsleitung 13 des zweiten Begasungsreaktors 10 je ein Wärmetauscher
21,22,23 mit seinem ersten Strömungsweg angeordnet, während der jeweilige zweite
Strömungsweg der einzelnen Wärmetauscher mit einer Kreis leitung 20 für das Wärmeträgermedium
in Verbindung steht. Dabei sind die zweiten Strömungswege der beiden in den Schlammabzugsleitungen
3, 13 angeordneten Wärmetauscher parallel an die Mreisleitung 20 angeschlossen.
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Wie aus den in den beiden Figuren eingetragenen Temperaturwerten hervorgeht,
kann durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise der mit Umgebungstemperatur von
100 C ankommende, zu behandelnde Schlamm mit der direkten Wärmetauschung auf 450
C und mit der indirekten WErmetauschung auf 400 C vorgewärmt werden, bevor er in
den ersten Begasungsreaktor 1 eingeleitet wird. Durch den Abbau organischer Anteile
im Schlamm erhöht sich dann im ersten Begasungsreaktor die Temperatur auf 55 bis
600 C, so daß ein Abgas mit ungefähr 550 C zu der in der Schlammzuleitung angeordneten
Gaseintragseinrichtung geleitet werden kann. Der aus dem ersten Begasungsreaktor
1 austretende Schlamm wird dann im Fall des direkten Wärmetausches auf 500 C und
im Fall des indirekten Wärmetausches auf 550 C abgekühlt und mit dieser Temperatur
in den zweiten Begasungsreaktor 10 eingeleitet, wo durch einen weiteren organischen
Abbau die Temperatur sich nochmals auf 600 C erhöht. Der aus diesem Begasungsreaktor
abgezogene Schlamm wird durch weiteren Wärmetausch mit dem zu behandelten Schlamm
in beiden Fällen bis auf 400 C abgekühlt und mit dieser Temperatur zur Weiterbehandlung
einem Faulprozeß zugeleitet.
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In Figur 2 ist noch dargestellt, wie die Abgasmenge in Abhängigkeit
der bei der Begasung entstehenden Temperatur geregelt und/oder gesteuert wird. Dazu
ist im Begasungsreaktor 1 eine Temperaturmeßeinrlchtung 24 und in der Abgasleitung
5 ein Sauggebläse 26 angeordnet. Die Temperaturmeßeinrichtung 24 gibt den von ihr
gemessenen Meßwert an eine Regel- und/oder Steuereinrichtung 25 ab, die den gemessenen
Temperaturwert mit einem vorgebenen Soll-Wert vergleicht und entsprechend der Differenz
die Leistung des Sauggebläses 26 bei einem zu niedrigen Temperaturwert erhöht und
umgekehrt.
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Je nach den erforderlichen Temperaturen ist es außerdem unter Umständen
zweckmäßig, einen oder beide Begasungsreaktoren mit einer Wärmeisolierung zu versehen.