DE3631545A1 - Verfahren und anlage zur thermophilen vorbehandlung von klaerschlamm mit simultaner entseuchung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermophilen Vorbehandlung von Klärschlamm mit simultaner Entseuchung, wonach der anfallende Rohschlamm über ein Schlamm/Schlammwärmetauschsystem einem Behand­ lungsreaktor zugeführt und nach einer vorgegebenen Behandlungszeit über das Schlamm/Schlammwärmetauschsystem einer mesophilen Schlamm­ faulung zugeführt wird.

Die thermophile Klärschlammbehandlung ist vor dem Hintergrund ver­ schärfter Bestimmungen der Klärschlammaufbringungsverordnung in jüngster Zeit als Schlammvorbehandlungsstufe für mesophile Schlamm­ faulung vermehrt ins lnteresse von Anlagenbetreibern gerückt. Bei diesem Verfahren wird unter Berücksichtigung von ausreichend hohen Substratkonzentrationen bei aerober Betriebsweise eine teilweise Selbst­ erwärmung des Schlammes derart genutzt, daß durch geeignete Ver­ fahrensführung ein seuchenhygienisch einwandfreies Produkt erzeugt wird. Die endgültige Stabilisierung des vorbehandelten Schlammes er­ folgt in einer nachgeschalteten mesophilen Schlammfaulung. Das gilt sowohl für eine aerob-thermophile Vorbehandlung als auch für eine anaerob-thermophile Vorbehandlung von Klärschlamm. Derart kombi­ nierte Verfahrenstechniken liefern ein besseres Stabilisierungs- und Entseuchungsergebnis als vergleichbare andere Konzepte. - Hier setzt die Erfindung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine An­ lage zur thermophilen Vorbehandlung von Klärschlamm mit simultaner Entseuchung der eingangs beschriebenen Arten anzugeben, wonach im Rahmen einer aerob-thermophilen oder anaerob-thermophilen Schlamm­ vorbehandlung, Schlammstabilisierung und Schlammentseuchung sowie die wärmetechnische Prozeßführung optimiert werden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß der Rohschlamm im quasi-kontinuierlichen Chargenbe­ trieb umgewälzt und dazu in einem Behandlungskreislauf aus dem Be­ handlungsreaktor herausgeführt sowie über einen Heizungswärmetau­ scher in den Behandlungsreaktor zurückgeführt wird und so fort, und daß der so behandelte Rohschlamm nach erforderlicher Verweilzeit im Behandlungskreislauf in einen Chargenbehälter abgelassen und von dort dem Schlamm/Schlammwärmetauschsystem zugeführt wird. - Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, daß trotz des Chargen­ betriebes einerseits die für die Entseuchung erforderliche ungestörte Verweilzeit in dem Behandlungsreaktor selbst bzw. Behandlungskreis­ lauf realisiert werden kann, andererseits der Heizungswärmetauscher kontinuierlich betrieben werden kann, so daß insoweit weder eine Not­ kühlung noch eine Wärmeabgabe an die Umgebung erforderlich ist. Zur Optimierung der Gesamtwirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Ver­ fahren läßt sich der Wärmeinhalt des aerob-thermophil oder anaerob­ thermophil vorbehandelten Schlammes auf den Rohschlamm übertragen, um die erforderliche biogene Wärmetönung bzw. die erforderliche Fremdwärme in der Vorbehandlungsstufe zu minimieren und mesophile Temperaturbedingungen für die nachfolgende Schlammfaulung zu ge­ währleisten. Das gelingt über die Wärmerückgewinnung im Schlamm/ Schlammwärmetauschsystem. Gleichzeitig wird im Rahmen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zu seiner Optimierung eine kontinuierliche Restwärmeübernahme (z. B. aus Abwärme von Gasmotoren oder aus Heizkesselbetrieb) gewährleistet, nämlich durch die Einbindung des Heizungswärmetauschers in den Behandlungskreislauf.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt.

So wird bei aerober Schlammvorbehandlung der im Behandlungskreis­ lauf befindliche Schlamm belüftet. Die Belüftung ist derart ausge­ legt, daß über die Steuerung der eingetragenen Luftmenge eine opti­ male Anpassung des gewünschten Temperaturprofils möglich ist. Da­ durch wird gewährleistet, daß der aerobe Vorabbau nur so weit be­ trieben wird wie für die Entseuchung unbedingt erforderlich ist, und daß dabei gleichermaßen eine Maximierung der Faulgasausbeute in der folgenden mesophilen Schlammfaulung realisiert wird. - Bei anaerober Schlammvorbehandlung wird Faulgas aus dem Behandlungskreislauf ab­ geleitet und auf eine Belüftung verzichtet. Tatsächlich wird die ge­ samte im vorbehandelten Schlamm enthaltene Energie als hochwertiges Faulgas frei, welches einer sinnvollen Nutzung zugeführt werden kann. Verglichen mit der aerob-thermophilen Vorbehandlung wird die zweistufige anaerobe Variante deutlich mehr Faulgas liefern, da ein aerober Vorabbau nicht stattfindet. Darüber hinaus wird grundsätz­ lich eine Verringerung der Schlammenge und eine Verbesserung der Entwässerbarkeit und eine Verringerung von Krankheitserregern er­ reicht.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung mit selbständiger Be­ deutung ist vorgesehen, daß der vorbehandelte Schlamm nach 2-stün­ diger ungestörter Verweilzeit aus dem Behandlungsreaktor in den Chargenbehälter abgelassen wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß bei einer mittleren, rechnerischen Verweildauer von ca. 0,5 bis 4 Tagen Kurzschlußströmungen vermieden werden, folglich eine Reinfektion des vorbehandelten Schlammes auszuschließen ist. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens, mit zumindest einem Behandlungsreaktor,

einem Schlamm/Schlammwärmetauschsystem und Umwälzpumpen, die einen einfachen sowie automatischen Betrieb ermöglicht, wobei die Zusatz­ wärmeabnahme betriebsfreundlich und kontinuierlich erfolgen kann.

Diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsreaktor in einen Umwälzkreis für den vorzubehandelnden Rohschlamm und in den Umwälzkreis ein Heizungswärmetauscher eingebunden sind. Für die aerob-thermophile Schlammvorbehandlung ist erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß in den Umwälzkreis ein Mischinjektor zum Belüften des aerob vorzubehandelnden Rohschlammes eingesetzt ist. Dem Behand­ lungsreaktor ist erfindungsgemäß ein erster Chargenbehälter nachge­ schaltet. Dieser Chargenbehälter ist an die Schlammabführungsseite des Schlamm/Schlammwärmetauschsystems angeschlossen. Folglich kann trotz des Chargenbetriebes der Heizungswärmetauscher kontinuierlich betrieben werden. Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß dem Behandlungsreaktor ein zweiter Chargenbehälter vorgeschaltet ist und dieser Chargenbehälter an die Schlammzufüh­ rungsseite des Schlamm/Schlammwärmetauschsystems angeschlossen ist, um auch das Schlamm/Schlammwärmetauschsystem kontinuierlich betrei­ ben zu können. - Für anaerob-thermophile Schlammvorbehandlung sind an den Behandlungsreaktor und die Behälter Gasableitungen ange­ schlossen, während auf Luftzufuhr verzichtet wird.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Verfahren und eine Anlage zur aerob-thermophilen und anaerob-thermophilen Vorbehandlung von Klärschlamm mit simul­ taner Entseuchung verwirklicht werden, wonach Schlammstabilisierung und Schlammentseuchung ebenso wie der Wärmehaushalt optimiert wer­ den. Die Einbindung einzelner Komponenten wie Behandlungsreaktor, Chargenbehälter, Schlamm/Schlammwärmetauschsystem, Heizungswärme­ tauscher, Umwälzsystem und ggf. Belüftungssystem erfolgt derart, daß sich einerseits ein quasi-kontinuierlicher Chargenbetrieb mit der er­ forderlichen Verweilzeit im Behandlungsreaktor selbst realisieren läßt, andererseits ein einfacher, automatischer Betrieb möglich ist, wobei sämtlichen betrieblichen und energetischen Gesichtspunkten Rechnung getragen wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage für aerob-thermophile Schlamm­ vorbehandlung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Betriebsablauf-Diagramm für den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1 und

Fig. 4 ein Betriebsablauf-Diagramm für den Gegenstand nach Fig. 3.

In den Figuren ist eine Anlage zur aerob-thermophilen Vorbehandlung von Klärschlamm mit simultaner Entseuchung dargestellt, und zwar mit zumindest einem Behandlungsreaktor 1, einem Schlamm/Schlamm­ wärmetauscher 2 und Umwälzpumpen 3. Der Behandlungsreaktor 1 ist in einem Umwälzkreis 4 für den vorzubehandelnden Schlamm eingebun­ den. In diesen Umwälzkreis 4 wiederum ist ein Heizungswärmetauscher 5 eingebunden. Außerdem ist in den Umwälzkreis 4 ein in den Be­ handlungsreaktor 1 mündender Mischinjektor 6 zum Belüften des aerob vorzubehandelnden Schlammes eingesetzt. Dem Behandlungsreaktor 1 ist ein erster Chargenbehälter 7 nachgeschaltet. Dieser Chargenbehäl­ ter 7 ist an die Schlammabführungsseite des Schlamm/Schlammwärme­ tauschers 2 angeschlossen. Die Schlammabführungsseite des Schlamm/ Schlammwärmetauschers 2 führt zu einem Faulbehälter für mesophile Schlammfaulung. Die Anlage gemäß Fig. 1 ermöglicht kontinuierlichen Betrieb des Heizungswärmetauschers 5. Für den Fall, daß auch der Schlamm/Schlammwärmetauscher 2 kontinuierlich betrieben werden soll, ist dem Behandlungsreaktor 1 ein zweiter Chargenbehälter 8 vorge­ schaltet. Dieser Chargenbehälter 8 ist an die Schlammzuführungsseite des Schlamm/Schlammwärmetauschers 2 angeschlossen. - Die Anlage für anaerob-thermophile Schlammvorbehandlung entspricht im wesentlichen der Anlage für die aerob-thermophile Schlammvorbehandlung, mit dem einzigen Unterschied, daß dem Umwälzkreis keine Luft zugeführt wird und der Behandlungsreaktor 1 sowie die Behälter an Gasableitungen angeschlossen sind.

Dem in die Anlage eingeführten Schlamm wird in dem Schlamm/Schlamm­ wärmetauscher 2 der Wärmegehalt des aerob-thermophil vorbehandel­ ten Schlammes zugeführt. Aus diesem Schlamm/Schlammwärmetauscher 2 wird der Schlamm (nach Vorwärmung auf ca. 30°C bei Winterbedin­ gungen) durch den Mischinjektor 6 in den Umwälz-/Belüftungskreis 4 eingebracht. Ebenfalls in diesen Umwälz-/Belüftungskreis 4 bzw. Be­ handlungskreislauf ist der Heizungswärmetauscher 5 eingebunden. Nach der Beschickungsphase wird für mindestens zwei Stunden kein neuer Rohschlamm zugeführt, so daß diese Zeitspanne als ungestörte Verweil­ zeit im System anzusehen ist. Während dieser Zeit unterliegt der ge­ samte Schlamm aerob-thermophilen Randbedingungen im Behandlungs­ reaktor 1 selbst bzw. im Behandlungskreislauf, der als integraler Be­ standteil des Behandlungsreaktors 1 anzusehen ist. Durch geeignete Steuerung der Fremdwärme sowie der Belüftungsintensität kann ein vorgewähltes, gewünschtes Temperaturniveau sicher eingehalten wer­ den. Nach Beendigung der zweistündigen, ungestörten Verweilzeit (bei rechnerischer, mittlerer Verweildauer von ca. 0,5 bis 4 Tagen) wird dann der Inhalt einer Charge kurzfristig in den dem Behandlungs­ reaktor 1 nachgeschalteten Chargenbehälter 7 abgelassen. Aus diesem Chargenbehälter 7 wird dann der Schlamm entnommen und über den Schlamm/Schlammwärmetauscher 2 der zweiten Behandlungsstufe, näm­ lich der mesophilen Schlammfaulung, zugeführt. Hier schließt sich der Zyklus, da bei diesem Vorgang erneut Rohschlamm der aerob-thermo­ philen Vorbehandlungsstufe zugeführt wird und dabei der erwähnte Wärmeübergang realisiert wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur thermophilen Vorbehandlung von Klärschlamm mit simul­ taner Entseuchung, wonach der anfallende Rohschlamm über ein Schlamm/ Schlammwärmetauschsystem einem Behandlungsreaktor zugeführt und nach einer vorgegebenen Behandlungszeit über das Schlamm/Schlammwärme­ tauschsystem einer mesophilen Schlammfaulung zugeführt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schlamm im quasi­ kontinuierlichen Chargenbetrieb umgewälzt und dazu in einem Behand­ lungskreislauf aus dem Behandlungsreaktor herausgeführt sowie über einen Heizungswärmetauscher in den Behandlungsreaktor zurückgeführt wird und so fort, und daß der so behandelte Schlamm nach der erfor­ derlichen Verweilzeit im Behandlungskreislauf in einen Chargenbehäl­ ter abgelassen und von dort dem Schlamm/Schlammwärmetauschsystem zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei aerober Schlammvorbehandlung der im Behandlungskreislauf befindliche Schlamm belüftet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei anaerober Schlammvorbehandlung Faulgas aus dem Behandlungskreis­ lauf abgeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der vorbehandelte Schlamm nach zweistündiger ungestörter Verweilzeit aus dem Behandlungsreaktor in den Chargenbehälter abge­ lassen wird.

5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zumindest einem Behandlungsreaktor, einem Schlamm/ Schlammwärmetauschsystem und Umwälzpumpen, dadurch gekennzeich­ net, daß der Behandlungsreaktor (1) in einen Umwälzkreis (4) für den vorzubehandelnden Schlamm und in den Umwälzkreis (4) ein Heizungs­ wärmetauscher (5) eingebunden sind.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei aerober Vorbehandlung in den Umwälzkreis (4) ein Mischinjektor (6) zum Be­ lüften des aerob vorzubehandelnden Schlamms eingesetzt ist.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behandlungsreaktor (1) ein erster Chargenbehälter (7) nachgeschal­ tet und dieser Chargenbehälter (7) an die Schlammabführungsseite des Schlamm/Schlammwärmetauschsystems (2) angeschlossen ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Behandlungsreaktor (1) ein zweiter Chargenbehälter (8) vorgeschaltet ist und dieser Chargenbehälter (8) an die Schlammzu­ führungsseite des Schlamm/Schlammwärmetauschsystems (2) angeschlos­ sen ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Behandlungsreaktor (1) und die Behälter Gasableitungen für anaerobe Schlammbehandlung angeschlossen sind.