DE3407246A1

DE3407246A1 - Verfahren zum eindicken von faulschlamm

Info

Publication number: DE3407246A1
Application number: DE19843407246
Authority: DE
Inventors: Brian John Edward Wickford Essex Hurley; Anthony John West Molesey Surrey Rachwal
Original assignee: Thames Water Authority
Current assignee: Thames Water Authority
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1984-02-28
Publication date: 1984-10-04
Also published as: ZA841465B; JPS59203700A; CH668590A5; IT8447766A0; CA1228182A; FR2541670A1; GB8305446D0; ES8506246A1; US4576719A; NL8400596A; ES530137A0; IT1199072B; FR2541670B1

Description

Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt —

European Patent Attorneys ·~0 ~ München - Wuppertal

M 285

Thames Water Authority

a British Company incorporated by Statute New River Head, Rosebery Avenue, London EClR 4TP Großbritannien

Verfahren zum Eindicken von Faulschlamm

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Eindicken von Faulschlamm und auf einen mittels diesem Verfahren eingedickten Faulschlamm.

Bei eingedicktem Faulschlamm ist es bekannt, daß er sich weniger schnell verfestigen läßt als die meisten Primärschlämme. Die letzteren verfestigen sich gewöhnlicherweise in üblichen Primärabsetzbehältern, wobei man einen Schlamm erhält, der zwischen 4% und 6% feste Bestandteile enthält. Dieser Verfestigungsgrad wird mit einer beträchtlich geringeren Absetzzeit als einem Tag erreicht. Eine anärobische Digerierung eines derartigen Primärschlamms ergibt bis zu 50% organische Bestandteile, die löslich bleiben oder als Faulgas bzw. Klärgas entweichen. Ein typischer Faulschlamm enthält lediglich 2,5% feste Bestandteile nach 20 Tagen in einem Primärfaulraum.

Häufig ist der Primärfaulraum mit einem zweiten Digerierungs- oder Eindicktank in Reihe geschaltet, in dem der

Asamstraße 8, D-8000 München 90 Patentanwalt Dr. Ing. Dipl.-Ing. W. Hasse

Telefon (089) 653665; Telefax (089) 653218 Patentanwalt Dr.-Ing. Dipl.-Ing. A. SoIf

Telex: 5214168 soza d Patentanwalt Dipl.-Ing. Chr. Zapf

Schlamm für weitere 10 bis 60 Tage gelagert wird, üblicherweise ist dieser zweite Faulraum dem ersten Faulraum ähnlich, obwohl er weder beheizt noch wie der erste Faulraum durchmischbar ist. In dem zweiten Faulraum findet eine Schwerkraftkonzentrierung der Faulschlammfeststoffe und ein Abscheiden des Faulraumwassers statt. Dies vermindert das Volumen des Schlamms für die weitere Bearbeitung und Lagerung. In dem zweiten Faulraum findet eine sehr geringe Feststoff-Verminderung und Gaserzeugung statt.

Leider haben sich viele Sekundärfaulräume als sehr schlechte Verdicker erwiesen, indem sie einen verdünnten Schlamm und ein sehr zähes Faulraumwasser erzeugten. Die Hauptursache dieses Problems ist die, daß in den meisten Fällen anärobische digerierte Schlämme sich nicht schnell absetzen. Hierfür sind zwei Gründe verantwortlich.

(1) Fortlaufende Gasentwicklung: Während des Digerierens werden beträchtliche Mengen von Faulgas, typischerweise bestehend aus 70% Methan _t und 30% Kohlendioxid, erzeugt. Wenn frisch digerierter Schlamm in große Eindickbehälter gepumpt wird, ist der Schlamm noch warm und das Digerierungsverfahren dauert an, wobei Faulgas über viele Wochen lang erzeugt wird. Dies führt zu einer ansteigenden Gasblasenturbulenz im Schlamm, wodurch irgendeine bezeichnende Verfestigung verhindert wird, bis die Gaserzeugung aufhört.

(2) Mikroblasenerzeugung: Der Inhalt des Primärdigerierungsbehälters wird mit Methan und Kohlendioxidgas übersättigt. Wenn dieser Schlamm in den Sekundärdigerierungsbehälter überführt wird, wird das Gas aus der Lösung freigesetzt und bildet kleine Bläschen. Diese Mikroblasen haften an den Schlammpartikeln und schaffen

eine Auftriebskraft, die ein Absetzen des Schlamms verhindert/ bis die Bläschen koagulieren und an die Schlammoberflache steigen.

Dieser Effekt der fortdauernden Gasentwicklung, insbesondere in großvolumigen tiefen Sekundäreindickern verhindert irgendeine Absetzung des Faulraumwassers und des Schlamms über eine Zeitdauer von 30 Tagen. Auch wenn die Gasentwicklung aufhört, ist die Absetzung immer noch in der Tiefe (10 m) der zweiten Verdicker aufgrund des erwähnten Mikroblaseneffekts äußerst langsam.

Das Problem dieser schlechten Verfestigung oder Eindickung des Faulschlamms wird offensichtlich, wenn man das weiter zu behandelnde Volumen betrachtet.

Die Menge des jährlich in Großbritannien anfallenden Klärschlamms beträgt etwa 35 Millionen Naßtonnen, von 0 denen etwa 5 0% digeriert werden. Das Problem der verfestigten 18 Millionen m³ flüssigen Faulschlamms, der durch anärobische Digerierung vor der letzten Ablagerung auf dem Land oder dem Meer erzeugt wird, ist somit von größter Wichtigkeit.

Die Eindickung oder Verfestigung des gesamten Faulschlamms auf mindestens 5% Feststoffe könnten das jährlich in Großbritannien anfallende Faulschlammablagerungsvolumen auf 5 bis 9 Millionen m³ reduzieren. Flüssige Schlammablagerungstransportkosten betrugen im Jahre 1982 für eine Ablagerung im Meer oder auf dem Land mindestens 1 bis 2 Pfund pro m³ . Man könnte somit jährlich einige Millionen Pfund an Transportkosten einsparen, wenn man zuverlässigerweise das 5%-ige Feststoffziel des gesamten Klärschlamms in Großbritannien erreichen könnte.

04U/Z.4Ü

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine relativ einfache Eindickung von Faulschlamm ermöglicht wird. 5

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 und 8 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Mit der Erfindung wird in vorteilhafter Weise ein Verfahren zum Eindicken von Faulschlamm geschaffen, bei

dem einzudickender Faulschlamm bereitgestellt wird und durch den dann ein Gas mit einer Intensität von etwa 0,1 bis 5 Volumenteilen/h Gas zu einem Volumenteil/h Schlamm durchgeführt wird.
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Mit der Erfindung ist es möglich Faulschlamm unter Schwerkrafteinwirkung auf einen Feststoffanteil von 5% bis 6% vor dem weiteren Entwässern oder der letztlichen Ablagerung einzudicken. Das Gas entfernt die Gase in dem 0 Schlamm, die ein Eindicken unter Schwerkraftwirkung verhindern oder hindern.

Das in dem Verfahren verwendete Gas kann Luft sein. Hierdurch wird ein relativ billiger Stoff zum Behandeln des Faulschlamms vor der Schwerkrafteindickung verwendet.

Die Belüftungsintensität kann in einem Bereich von 0,5 bis 5 Nm³ Luft/m³ Schlamm pro Stunde betragen. Eine derartige Intensität liefert ein relativ kostenwirksames 0 und steuerbares Verfahren.

Die Belüftungsintensität kann 1 Vdlumenteil Luft pro einem Volumenteil Schlamm pro Stunde betragen, vorzugsweise über eine Zeitdauer von 10 Stunden. Eine derartige Belüftungsintensität liefert beim Durchgang des Gases durch den Faulschlamm ein wirksames Verfahren.

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Das Verfahren umfaßt weiter den Verfahrensschritt, daß nach dem Unterbrechen der Belüftung des Faulschlamms während des Eindickens zur Steuerung des Verfahrens der pH-Wert des Faulschlamms überwacht wird. Durch die Überwachung des pH-Wertes wird eine relativ einfache Möglichkeit geschaffen das Verfahren zu steuern.

Das Belüften des Faulschlamms kann mittels einer Venturi-Einrichtung durchgeführt werden. Eine derartige Einrichtung ist von relativ einfacher Bauweise, und kann leicht in Eindickbehälter eingebaut oder abgesenkt werden und ermöglicht eine sorgfältige Behandlung des Faulschlamms. Ebenfalls kann das Gas durch bestehende Rohrleitungen am Tank oder mittels großer Blasen oder einfache Rohrbelüftungen in den Faulschlamm geleitet werden.

Ebenfalls wird durch die Erfindung ein Faulschlamm geliefert, der unter Verwendung des oben beschriebenen 0 Verfahrens eingedickt wurde.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 und 2 schematische Seitenansichten von zwei Eindickbehältern, die die verschiedenen Einrichtungen zur Vorbelüftung des darin befindlichen Faulschlamms vor dem Schwerkrafteindicken zeigen;

Fig. 3A, 3B, 3C und 3D die Wirkung der Vorbelüftung

auf die Faulschlammverdickung oder Eindickung in einem in Fig. 1 und 2 gezeigten Tank nach einer Zeitdauer von 1, 4,

7 und 15 Tagen, anhand des pH-Wertes,

; ■ O 4 U / Z. H U

des Feststoffgehalts und der Temperatur;

Fig. 4 eine Darstellung der Faulschlammeindickung

als eine Kurve, wobei das prozentuale Faulschlammvolumen gegen die Tage eines

nichtbelüfteten und vorbelüfteten Faulschlamms aufgetragen ist; und

Fig. 5 eine Darstellung der pH-Wert-Änderung über

der Belüftungszeit in dem Verfahren für

verschiedene Belüftungsintensitäten, wobei ein Gitter oder eine Venturi-Einrichtung zur Belüftung des einzudickenden Faulschlamms verwendet wird. 15

In der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es wird ein Sekundärfaulschlammbehälter oder Eindickbehälter 1 gezeigt, der in der Aufsicht kreisförmig ausgebildet ist und einen geneigten Boden 0 und eine Seitenwand aufweist und oben offen ist (Fig. 1 und 2) . Es ist eine Zuführleitung 2 für den Faulschlamm vorgesehen, die dauernd längs des konischen Bodens angeordnet ist. Eine Anzahl Gaseinlaßleitungen 3 erstrecken sich über die Seitenwand. Der Faulschlamm gelangt aus dem Rohr 2 in den Tank 1. Das gesamte Volumen des Faulschlamms 4 wird dann mittels der Luft aus den Rohrleitungen 3 (Fig. 1) belüftet.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung ist der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ähnlich, mit der Ausnahme, daß das Belüftungsgas dem Faulschlamm 4 durch die Rohrleitung 2 zugeführt wird, durch die ursprünglich der Faulschlamm in den Tank 1 geleitet wurde. In einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform kann die Belüftungsluft in dem Faulschlamm aus einem eingetauchten Venturi-Belüfter (nicht gezeigt) eingeführt werden, der an einer

Zentrifugalschlammpumpe einstückig angebracht ist, wobei der Venturi-Belüfter am oder in der Nähe des Bodens des Tanks angeordnet ist. In einer weiteren Ausführungsform, ebenfalls nicht gezeigt, wird die Belüftungsluft in den Faulschlamm von einem Grobblasenbelüfter eingeleitet, der beispielsweise als ein Gitter an oder in der Nähe des Bodens des Tanks 1 angeordnet ist. Das Gitter besteht aus einer perforierten flexiblen Rohrleitung mit einem Durchmesser von 25 mm. Es kann ebenfalls eine einfache Rohranordnung zur Einleitung der Luft in den Tank zur Vorbelüftung des Faulschlamms in dem Tank vor der Absetzung oder zur Förderung der Absetzung verwendet werden. Jede dieser Ausführungsformen der Vorbelüftung des Faulschlamms hat eine bessere Absetzung von mindestens einem 5%-igen Feststoffgehalt zum Ergebnis, wie im folgenden dargelegt wird:

Zwei Primärfaulschlammbehälter, die jeweils eine Kapazität von 2300 m³ aufweisen, lieferten täglich Schlamm zu 6 0 offenen Sekundäreindickern oder Behältern, die dem Tank 1 ähnlich waren, wobei jeder eine mittlere Tiefe von 12 m und eine Kapazität von 175 0 m³ aufwies. Der Durchmesser der Eindicker betrug 15m, wobei sie einen konischen Boden und 8 m hohe Seitenwände aufwiesen, an denen 100 mm Faulwasserabzugsleitungen angeordnet waren. Die mittlere Schlammtiefe dieser Eindicker 1 betrug 10 m. Das übliche Verfahren war ein absatzweises Füllen jedes Eindickers mit 2,5%-igen Frischfaulschlamm über eine Zeitdauer von 10 Tagen, wobei man eine Zeitdauer 0 von 5 0 Tagen für das Verfestigen und das Abziehen irgendeines Faulwassers annahm, woraufhin dann der eingedickte Faulschlamm mittels Lastkraftwagen zur Ablagerung auf dem Land befördert wurde. Es wurde weniger als eine 25%-ige Verminderung des Schlammvolumens durch das mittels der Linie A in Fig. 4 dargestellte Verfahren erreicht. Die Belüftung dos Paulschlamms in den Behältern mittels

_: - >J H- U

des Verfahrens nach dem absatzweisen Füllen ermöglichte eine 50%-ige Verfestigung innerhalb 10 Tagen, wie dies mittels der Linie B in Fig. 4 dargestellt ist.

In einem anfänglichen Versuch wurde eine Belüftung des Inhalts des Eindickers 1 mittels sehr großer Blasen bewirkt, indem man 15 00 Nm³/h Luft mit 0,8 bar einer 100 mm Faulwasserabzugsleitung 6 m unterhalb der Wasseroberfläche durchführte. Hierdurch erreichte man eine Belüftungsintensität von 0,9 m³ Luft/m³ Schlamm/h. Das absatzweise Füllen des Eindickers mit frischem Faulschlamm mit 2,5% Feststoffen und einem pH-Wert von 7,5 benötigte 9 Tage. Beim Beginn der Belüftung betrug die mittlere Schlammtemperatur 25⁰C. Nach 14 Stunden Belüftung war der pH-Wert des Faulschlamms auf 8,1 angestiegen, wobei die mittlere Temperaturänderung weniger als 0,5°C betrug. Die darauffolgende Absetzung erzeugte 51% Faulwasser nach 14 Tagen. Dieser Versuch wurde 2 Monate später im gleichen Tank bei einer Belüftungsmenge von 1,2 Nm³ Luft/m³ Schlamm/h wiederholt. Der Schlamm-pH-Wert stieg von 6,9 auf 8,1 in 16 Stunden bei einer vernachlässigbaren Temperaturveränderung des Faulschlamms. Die Absetz leistung war im wesentlichen gleich, wobei man 51% Faulwasser nach dem Aufhören der Belüftung nach 11 Tagen erhielt. Die Kurve B in Fig. 4 ist eine Zusammenfassung der Ergebnisse dieser zwei Versuchsläufe.

Fig. 3A bis 3D zeigen die Absetzverfahrenparameter.

Die Zwischenschicht zwischen dem Faulwasser 5 und dem Schlamm 4, die man nach einem Tag nach der Belüftung erhielt, war immer genau durch den Feststoffgehalt festgelegt, wobei keine Schichtung oder fließender Schlamm (Fig. 3A) auftrat. Die Stabilität dieser Zwischenfläche wurde 80 Tage lang überwacht. Die Faulwasserqualität

war gut, 0,3% Feststoffe, BOD 500 mg/1, NH₃-N 700 mg/1 und pH-Wert 8,1.

Der pH-Wert des Schlamms reduzierte sich im Laufe der Zeit und fiel von 8,1 auf 7,5 in einer Zeitdauer von 15 Tagen (Fig. 3D). Dies wurde durch die fortlaufende Aktivität der Säure bildenden Bakterien unterstützt. Wenn einmal Faulwasser und Schlamm getrennt waren wurde keine Methanerzeugung beobachtet, auch, wenn der pH-Wert zu normalen Grenzen für die Digerierung zurückkehrt. Fig. 5 zeigt ein Diagramm des pH-Werts von belüftetem Faulschlamm, wobei man ein Gitter zur Erzeugung großer Blasen und einen Venturi-Belüfter verwendete, wobei man die im Diagramm dargestellten Werte aus einem halbvollen Versuch erhielt. Das Diagramm zeigt,daß bei einer Belüftungsintensität von 2 m³ Luft/m³ Schlamm/h nur ein kleiner Unterschied auftrat, wobei beide eine Steigerung des pH-Wertes um eine Einheit, üblicherweise von 7,2 auf 8,2 in 4 Stunden erreichten. Es ist verständlich, 0 daß eine pH-Wertsteigerung bis 8,1 aufgrund des Abziehens des gelösten Kohlendioxids aus dem Faulschlamm bei der Belüftung zurückzuführen ist. Auf diese Weise ist es durch Überwachung des pH-Wertes des Faulwassers des einzudickenden Faulschlamms möglich, das Verfahren zu steuern. Der verfestigte oder eingedickte Schlamm mit einem Feststoffgehalt von mehr als 5% kann dann abgezogen werden, woraufhin dann zu behandelnder frischer Schlamm in den Eindickbehälter eingeführt wird.

0 Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Faulschlamm schnell bis zu einem Feststoffgehalt von mehr als 5% einzudicken oder zu verfestigen, so daß er darauffolgend relativ einfach weiterbehandelt werden kann.

Der hier verwendete Ausdruck "Nm" bedeutet, daß die Intensität auf normalen Umgebungsdruck und Umgebungs temperatur, nämlich 1 Atmosphäre und 2 0⁰C berichtigt wurde.
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Der hierin verwendete Ausdruck "BOD" bedeutet den biochemischen Sauerstoffbedarf.

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Claims

DR.. HASSE 3 4 O 7 2 A DR. SOLF & ZAPF

Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt

European Patent Attorneys München - Wuppertal

M 28 5

Thnmes Unter Authority

a British Company incorporated by Statute New River Head, Rosebery Avenue, London EClR 4TP Großbritannien

Verfahren zum Eindicken von Faulschlamm

Patentansprüche

Verfahren zum Eindicken von Faulschlamm, bei dem einzudickender Faulschlamm bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet , daß dann ein Gas durch den Faulschlamm (4) mit einer Intensitat von etwa 0,1 bis 5 Volumenteilen/h Gas zu einem Volumenteil/h Schlamm durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas Luft ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Belüftungsintensität in einem Bereich von 0,5 bis 5 Nm³ Luft/m³ Schlamm (4) pro Stunde liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Belüftungsintensität

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ein Volumenteil Luft/h zu einem Volumenteil Schlamm (4) /h beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Faulschlamm 10h lang mit einer Belüftungsintensität von 1 Nm³ Luft/h pro einem m³ Schlamm (4) pro Stunde belüftet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e kennzeichnet durch Unterbrechen der Belüftung des Faulschlamms (4) und überwachen des pH-Wertes des Faulschlamms während des Eindickens nach dem Gasdurchgang zur Steuerung des Verfahrens.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Belüftung des Faulschlamms (4) mittels einer Venturi-Einrichtung durchgeführt wird.
0 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1, gekennzeichnet durch einen Tank (1) zur Aufnahme und Lagerung des Faulschlamms (4) und durch eine Rohreinrichtung (2/ 3) mittels der Gas in den Faulschlamm (4) eingeleitet wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohreinrichtung ein Rohr (2) umfaßt, mittels dem Faulschlamm (4) in den 0 Tank (1) geleitet wird.
10. Faulschlamm, dadurch gekennzeichnet , daß er nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 oder in der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 oder 9 hergestellt ist.