DE3013506A1

DE3013506A1 - Verfahren zum steuern oder regeln des autothermen aeroben abbaus von schlamm

Info

Publication number: DE3013506A1
Application number: DE19803013506
Authority: DE
Inventors: Edmund John Getzville N.Y. Breider; Raymond Francis Clarence Center N.Y. Drnevich
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1980-03-26
Filing date: 1980-04-08
Publication date: 1981-10-01
Also published as: GB2072646B; CA1140686A; DE3013506C2; US4276174A; GB2072646A

Description

L-12747-G

UNION CARBIDE CORPORATION 270, Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.

Verfahren zum Steuern oder Regeln des autothermen aeroben Abbaus von Schlamm

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern oder Regeln des autothermen aeroben Abbaus von Schlamm, bei dem der Schlamm in Gegenwart von aeroben Mikroorganismen in einer abgedeckten Abbauzone mit einem sauerstoffhaltigen Gas unter Bildung einer belüfteten MischflUssigkeit gemischt wird, die in der Abbauzone für eine zur Teilstabilisierung des Schlamms ausreichende Zeitdauer 'gehalten wird.

In der älteren Patentanmeldung P 28 44 498.6-25 ist ein Verfahren zum Abbau von Schlamm beschrieben, bei dem der Schlamm mit einem Belüftungseinsatzgas, das mindestens 20 Vol.% Sauerstoff enthält, in einer ersten Abbcuzone bei einer Temperatur

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von 35 bis 75 C mit Sauerstoff angereichert wird, um seinen Gehalt an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen teilweise herabzusetzen. Der erhaltene teilstabilisierte Schlamm wird dann in einer abgedeckten zweiten Abbauzone bei einer Temperatur von 25 bis 60 C anaerob abgebaut, um einen weiter stabilisierten Schlammrückstand zu gewinnen. Bei diesem Verfahren erfolgt der aerobe Abbau in der ersten Abbauzone für eine Schlammverweildauer von 4 bis 48 h oder, anders ausgedruckt, derart, daß der Gehalt des in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlamms an flüchtigen Feststoffen um 5 bis 20 % herabgesetzt wird.

Innerhalb der vorstehend genannten Bereiche von Schlammtemperatur und Verweildauer sind verschiedene Ausführungsformen der VerfahrensfUhrung möglich. Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sitzt eine autotherme aerobe Abbauzone vor einer anaeroben Abbauzone. Einsatzschlamm mit einem relativ hohen Gesamtschwebstoffgehalt, beispielsweise einem Gehalt von 30.000 mg/1, wird in die aerobe Abbauzone zusammen mit einem sauerstoffhaltigen BelUftungseinsatzgas eingebracht, das vorzugsweise mindestens 50 Vol.SS Sauerstoff enthält. Ein solcher Sauerstoffgehalt wird zweckmäßig vorgesehen, weil Wärmeverluste, die bei einem sauerstoffhaltigen Gas mit niedrigerer Sauerstoffkonzentration auftreten, hinreichend grc.3 werden können, um

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einen autotherrnen thermophilen Betrieb zu verhindern. Ein Gas mit derart hoher Sauerstoffkonzentration wird ferner vorzugsweise vorgesehen, um eine erhöhte Sauerstoff-Stoffübergangsrate auf den Schlamm während des aeroben Abbaus zu gewährleisten und damit für eine intensive aerobe Abbauwirkung zu sorgen.

In der aeroben Abbauzone wird das sauerstoffhaltige Belüftungseinsatzgas mit dem Schlamm in Kontakt gebracht. Der aerobe Abbau wird für eine ausreichende Zeitdauer fortgesetzt, um eine der oben genannten Schlammverweildauerbedingungen (vorgegebene Schlammverweildauer oder vorbestimmte Verminderung der flüchtigen Feststoffe des Schlamms) zu erfüllen. Durch Anwendung einer geeignet isolierten, abgedeckten aeroben Abbauzone, durch Aufrechterhalten des Gesamtfeststoff gehalts des Schlamms in der aeroben Abbauzone auf einem hohen Wert und durch Einsatz eines Gases mit hohem Sauerstoffgehalt kann man in der aerober Abbauzone auf autotherme Weise thermophile Arbeitsbedingungen, d.h. eine Temperatur zwischen 45° und 75°C, aufrechterhalten.

Ein thermophiler Betrieb der aeroben Abbauzone wird aus verschiedenen Gründen bevorzugt vorgesehen. Zum einen hängt die Abbaurate in der aeroben Abbauzone unmittelbar

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von der Temperatur ab, wobei höhere Temperaturen allgemein höheren Abbauraten entsprechen. Infolgedessen ist die Verweildauer, die notwendig ist, um einen bestimmten Grad an aerobem Abbau zu erzielen, bei höheren Temperaturen kürzer. Zum anderen kann durch einen Betrieb bei thermophilen Temperaturen die im Prozeß anschließende anaerobe Abbauzone unabhängig von Außentemperaturschwankungen besser in ihrem optimalen Temperaturbereich gehalten werden. Schließlich kann man durch einen Betrieb bei thermophilen Temperaturen und insbesondere durch einen Betrieb bei Temperaturen über etwa 5O⁰C gewährleisten, daß der die aerobe Abbauzone verlassende, teilstabilisierte Schlamm vollständig pasteurisiert ist. Bei der Pasteurisierung handelt es sich um eine Verminderung der Konzentration von pathogenen Organismen in dem Schlamm.

Im Anschluß an die anfängliche aerobe Abbaubehandlung wird teilstabilisierter Schlamm von der aeroben Abbauzone zu einer anaeroben Abbauzane geleitet. In der anaeroben Abbauzone werden die dort befindlichen Schlammkomponenten ständig gemischt, wodurch für eine große Zone an aktiver Zersetzung gesorgt und die Geschwindigkeit der Stabilisationsreaktionen beträchtlich erhöht wird. Ein weiter stabilisierter Schlamm und ein methanhaltiges Abbaugas, die bei dem anaeroben Abbau gebildet werden, werden aus der anaeroben Abbauzone getrennt ausgetragen.

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Es zeigte sich, daß das oben erläuterte Abbauverfahren einen extrem stabilen Betrieb ermöglicht und gegen Prozeßstörungen aufgrund von Fluktuationen der Prozeßarbeitsbedingungen, wie sie bei konventionellen anaeroben Abbauprozessen allgemein auftreten, in hohem Maße widerstandsfähig ist. Durch Ausnutzung der biologisch erzeugten, in der aeroben Abbauzone entwickelten Wärme zum thermischen Stabilisieren der anaeroben Abbauzone steht ferner ein größerer Anteil der durch den anaeroben Abbau erzeugten Wärmeenergie (in Form von brennbarem Faulgas) für andere Anwendungen zur Verfügung. Dessen ungeachtet hat dieser aerobe/anaerobe Abbauprozeß im kommerziellen Einsatz keine wesentlichen Nachteile. Aufgrund von periodischen und nichtperiodischen Variationen der Stärke (biologischen Abbaufähigkeit) der Feststoff konzentration und der Zufuhrrate des in die aerobe Abbauzone eingeleiteten Schlamms kann die Temperatur in dieser Abbauzone erheblich schwanken. Diese Temperaturschwankung macht sich bemerkbar, selbst wenn die Änderungen hinsichtlich der Stärke, der Feststoffkonzentration und der Zulaufrate des in die aerobe Zone einströmenden Schlammes innerhalb der oben genannten brauchbaren Grenzbereiche für den aeroben/anaeroben Schlammabbauprozeß liegen. Derartige Änderungen hinsichtlich der Art und der Durchflußmenge des in die aerobe Abbauzone einströmenden Schlammes können daher das Arbeiten der Anlage und die Leistungsfähigkeit der Schlammabbaubehandlung i«=^*4i<e^i«fc(»n=üini:ang nachteilig be-

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einflussen. Beispielsweise führt eine plötzliche Verminderung der der aeroben Abbauzone zugeführten Menge an Schlamm zu einer erhöhten Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone, weil die Verweildauer umgekehrt proportional der volumetrischen Durchflußmenge des der Zone zugeführten Schlammes ist. Das plötzliche Absinken der in die aerobe Abbauzone eingeleiteten Schlammenge hat einen Temperaturanstieg über den Wert zur Folge, der für einen optimalen Betrieb im eingeschwungenen Zustand und bei den Sollwerten vorgesehen ist. Eine derart unerwünscht hohe Temperatur führt bezogen auf eine Einheitsmasse an Schlamm in der aeroben Abbauzone zu einem übermäßigen Verbrauchswert an Sauerstoff. Abgesehen von den erhöhten Betriebskosten des Abbausystems aufgrund des gesteigerten SauerstoffVerbrauchs führt ein übermäßiger SauerstoffVerbrauchswert auch zu einer Herabsetzung der Menge der flüchtigen Feststoffe in dem Schlamm, der an die nachfolgende anaerobe Abbauzone geht. Eine solche Verminderung der flüchtigen Feststoffe setzt ihrerseits die Menge an Methangas herab, die mittels des anschließenden anaeroben Abbaus erzeugt werden kann. Auf der anderen Seite kann eine übermäßig niedrige Temperatur in der aeroben Abbauzone, wie sie aufgrund eines plötzlichen Anstiegs der Zufuhrmenge des in die aerobe Abbauzone eingeleiteten Schlamms auftreten kann, zu einer unzureichenden Pasteurisierung des Schlamms führen, so daß pathogene Organismen

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von der aeroben Abbauzone in die anschließende anaerobe Abbauzone überführt werden und letztlich die Behandlungsanloge zusammen mit dem von der anaeroben Abbauzone kommenden, weiter stabilisierten Schlammprodukt verlassen.

Schließlich können Temperaturschwankungen in der aeroben Abbauzone, falls sie hinreichend groß sind, Temperaturschwankungen in der anaeroben Abbauzone bewirken, die ihrerseits eine Störung des in dieser letztgenannten Zone durchgeführten Abbauprozesses verursachen können.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern oder Regeln der Temperatur des in einer autothermen aeroben Abbauzone behandelten Schlamms zu schaffen. Es soll ein Verfahren erhalten werden, das den Verbrauch an sauerstoffhaltigem Belüftungseinsatzgas in wirkungsvoller Weise beeinflußt und das Maß des Abbaus in einer autothermen aeroben Abbauzone, die stromaufwärts von einer anaeroben Abbauzone sitzt, derart begrenzt, daß die Methanproduktion in der stromabwärts angeordneten anaeroben Zone maximiert wird.

Ein Verfahren zum Steuern oder Regeln des autothermen aeroben Abbaus von Schlamm, bei dem der Schlamm in Gegenwart von aeroben Mikroorganismen in einer abgedeckten Abbauzone

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mit einem sauerstoffhqltigen Gas unter Bildung einer belüfteten Mischflüssigkeit gemischt wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Gesamtgehalt des Schlamms an flüchtigen Feststoffen auf mindestens etwa 20.000 mg/1 gehalten wird;

(b) der Gesamtgehalt der belüfteten Mischflüssigkeit an flüchtigen Feststoffen über mindestens (100-X) % des Gesamtgehalts des Schlamms an flüchtigen Feststoffen gehalten wird, wobei X = 60 mal das Verhältnis des Gehalts des Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen zu dem Gesamtgehalt des Schlamms an flüchtigen Feststoffen;

(c) das sauerstoffhaltige Gas in die abgedeckte Abbauzone mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 20 Vol.S Sauerstoff eingeleitet wird sowie der Mischvorgang derart durchgeführt wird und die Rate und Menge der Einspeisung an sauerstoffhaltigem Gas auf ausreichenden Werten gehalten werden, um mindestens 0,03 kg Sauerstoff je kg Gesamtgehalt des in die abgedeckte aerobe Abbauzone eingeleiteten Schlamms an flüchtigen Feststoffen zu lösen;

(d) die Temperatur der.belüfteten Mischflüssigkeit erfaßt wird; und

(e) die Einleitungsrate des sauerstoffhaltigen Gases in die belüftete Mischflüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperaturerfassung geregelt wird, indem die Einleitungs-

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rate des sauerstoffhaltigen Gases in die belüftete MischflUssigkeit gesteigert wird, wenn deren Temperatur sinkt, und indem die Einleitungsrate des sauerstoffhaltigen Gases in die belüftete Mischflüssigkeit vermindert wird, wenn deren Temperatur ansteigt, um die Temperatur der belüfteten Mischflüssigkeit innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten.

Unter dem Begriff "Gesamtgehalt an flüchtigen Feststoffen" wird vorliegend der Gesamtgewichtsverlust verstanden, der beim Zünden des trockenen Rückstands einer Probe bei 550⁰C entsprechend Abschnitt 224B der Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 13. Ausgabe, American Public Health Association, Washington, D.C, 1971, als Prozentsatz des Gewichts der ursprünglichen Probe eintritt.

Unter dem Begriff "Gehalt an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen" wird die maximale Feststoffverminderung verstanden, die durch Belüften des Schlamms ^!n Gegenwart

einer aeroben Mikrobenkultur mit einem sauerstoffhaltigen Gas bei Außentemperatur, z.B. 20 C, und einer Konzentration an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/1 als Prozentsatz des Gewichts der ursprünglichen Probe erreichbar ist.

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Es wird davon ausgegangen, daß eine maximale Reduzierung der Feststoffe nach 30tägiger Belüftung erzielt ist. Nähere Angaben für die Bestimmung dieses Wertes finden sich in Water Pollution Control, W.W. Eckenfelder and D.L. Ford, The Pemberton Press, 1970, Seite 152.

Unter dem Begriff "Schlamm" wird ein Feststoff-Flüssigkeitsgemisch mit einer Feststoffphase und einer zugehörigen FlUssigphase verstanden, bei dom die Feststoffe mindestens teilweise biologisch abbaufähig sind, d.h. unter dem Einfluß von lebenden Mikroorganismen zersetzt werden können.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema für ein aero-

^! bes/anaerobes Abbausystem entsprechend der Anmeldung P 28 44 498.6-25, bei dem das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit Vorteil angewendet werden kann,

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Fig. 2 ein Fließschema ^iner aeroben

Abbauzone, die sich zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung eignet, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung,

bei der die Temperatur der belüfteten Mischflüssigkeit als Funktion der verstrichenen Zeit für einen autothermen aeroben Abbautank im nichtgeregelten Zustand (Kurve A) und im erfindungsgemäß geregelten Zustand (Kurve B) aufgetragen ist.

In Fig. 1 ist ein Fließschema eines Schlammabbauverfahrens veranschaulicht, bei dem sich die vorliegende Temperaturregelung mit Vorteil anwenden läßt. Die Anlage eignet sich für eine Schlammbehandlung mit einer thermophilen, aeroben ersten Abbauphase und einer daran anschließenden mesophilen anaeroben Abbauphase. Schlamm, der beispielsweise von einem primären Absetzbecken, dem Klärbecken einer nach dem Belebungsverfahren arbeitenden Abwasserbehandlungsanlage, einem Rieselfilter oder einem anderen schlammerzeugenden System kommen kann, tritt über eine Leitir.-g S ein und wird

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nacheinander in Wärmetauschern 22 und 15 beispielsweise auf eine Temperatur von 30 bis 35 C erhitzt, bevor er in die erste Abbauzone 10 eingeleitet wird, um dort die Temperatur auf einem Wert im thermophilen Bereich von 45° bis 75°C zu halten. Der Außentemperatur aufweisende Schlamm in der Leitung 8 wird zunächst im Wärmetauscher 22 erhitzt, indem er in indirekten Wärmeaustausch mit dem im Gegenstrom durchgeleiteten weiter stabilisierten Schlamm gebracht wird, der eine abgedeckte zweite Abbauzone 20 Über eine Leitung 24 verläßt. Auf diese Weise wird Wärme aus dem weiter stabilisierten Schlamm zurückgewonnen. Der erhaltene gekühlte, stabilisierte Schlamm verläßt den Wärmetauscher 22; er wird über eine Leitung 25 zur endgültigen Beseitigung oder zu anderer Verwendung ausgetragen. Der in den Wärmetauscher 22 über die Leitung 24 eintretende Schlamm kann zweckmäßig eine Temperatur von 35° bis 40⁰C haben, so daß der einströmende Schlamm, der den Wärmetauscher über eine Leitung 9 verläßt, auf eine Temperatur von 28 bis 30 C erhitzt wird. Dieser Schlamm wird im Wärmetauscher 15 auf eine Temperatur von 30 bis 35 C weiter erhitzt, indem er im Gegenstrom in indirekten Wärmeaustausch mit dem teilstabilisierten Schlamm gebracht wird, der aus der ersten Abbauzone 10 über eine Leitung ausgetragen und vom Wärmetauscher aus über eine Leitung in die zweite Abbauzone 20 gelangt.

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Als Alternative zu dem erläuterten Wärmeaustausch mit Schlammproduktströmen aus den betreffenden Abbauzonen kann der zufließende Schlamm vor dem Eintritt in die erste Abbauzone durch indirekten Wärmeaustausch mit einem extern zugeführten Heizmedium, beispielsweise Dampf oder Heißwasser, erhitzt werden, obwohl eine Wärmerückgewinnung aus denwarmen Abbauzonenproduktströmen bevorzugt wird, weil dadurch die Wärme innerhalb des Prozesses wirkungsvoll ausgenutzt und der Heizenergiebedarf des Prozesses minimiert wird. Obwohl das Erwärmen des einströmenden Schlammes vor dem Einleiten in die erste Abbauzone kein Zwangsmerkmal des aeroben/anaeroben Schlammabbauprozesses darstellt, kann es in der Praxis erwünscht sein, um den thermischen Wirkungsgrad des unter erhöhter Temperatur ablaufenden Prozesses zu maximieren. Die Frage der Zweckmäßigkeit einer solchen Schlammerwärmung hängt von dem Feststoffgehalt des zugeführten Schlamms, der Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone und anderen Verfahrensparametern ab.

Der weiter erhitzte Schlamm, der den Wärmetauscher 15 über eine Leitung 11 verläßt, wird in die erste Abbauzone 10 zusammen mit Belüftungsgas von einer Leitung 17 eingeleitet. Das Belüftungsgas in der Leitung 17 enthält zweckmäßig 50 und vorzugsweise mindestens 80 Vol.9» Sauerstoff, um für

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eine hohe StoffÜbergangstriebkraft und Sauerstofflösungsgeschwindigkeit in dem Schlamm bei den vorliegend vorgesehenen hohen Schlammtemperaturen in der ersten Abbauzone zu sorgen. Die Leitung 17 ist an eine (nicht gezeigte) Belüftungsgasquelle angeschlossen. Bei dieser Quelle kann es sich beispielsweise um eine Tieftemperatursauerstoffanlage, einen Vorratsbehälter oder eine mit einem adiabatischen Druckkreisprozeß arbeitende Adsorptionsluftzerlegungsanlagc handeln, wie sie als Quelle für mit Sauerstoff angereichertes Gas konventionell zur Verfügung stehen. Das sauerstoffhaltige Belüftungsgas kann in der Leitung 17 auch, wie dargestellt, mittels einer Heizeinrichtung 19 erhitzt werden, um die Temperatur in der Abbauzone 10 auf dem gewünschten Wert zu halten. Ein Belüftungseinsatzgas mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 50 Vol.% und vorzugsweise mindestens 80 Vol.% wird vorgesehen, um die autotherme thermophi-Ie Schlammerwärmung in der aeroben Abbauzone zu fördern und gleichzeitig die Menge des an Sauerstoff verarmten Abbaugases zu minimieren, das aus der Abbauzone abgeht und andernfalls Wärmeenergie aus der Anlage herausträgt.

Die aerobe Abbauzone ist mit einer Abdeckung versehen, um einen über dem darin befindlichen Schlamm liegenden Gasraum zu bilden, aus dem an Sauerstoff verarmtes Abbauabgas abgelassen werden kann. Eine solche Anordnung gestattet ein kon-

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trolliertes Ablassen von Abgas, beispielsweise über eine kleine EntlUftungsleitung, die durch die Abdeckung hindurchreicht und den Gasraum mit dem Außenraum verbindet. Dies unterstützt das Zurückhalten von Wärme in der aeroben Abbauzone im Vergleich zu einer nichtabgedeckter? Zone, bei welcher an Sauerstoff verarmtes Belüftungsgas aus dem behandelten Schlammvolumen frei nach außen, d.h. zur Atmosphäre hin, abströmen kann. Außerdem bildet die Abdeckung der aeroben Abbauzone einen Gasraum, von dem aus das sauerstoffhaltige Belüftungsgas gegenüber dem Schlamm umgewälzt werden kann, beispielsweise durch Umwälzen von Gas vom Kopfraum zu einer eingetauchten Gaseinblasvorrichtung. Umgekehrt ist es auch möglich, den Schlamm gegenüber dem Belüftungsgas umzuwälzen, beispielsweise mit Hilfe einer Oberflächenbelüftungsvorrichtung. Derartige Belüftungsgas- oder Schlammumwälzanordnungen gestatten es, den aeroben Abbau mit einer hohen Ausnutzung des Sauerstoffgehalts des Belüftungseinsatzgases auszuführen, das in die aerobe Abbauzone gelangt.

In der aeroben Abbauzone 10 werden der Schlamm und das Belüftungseinsatzgas gemischt. Wenn die Abbauzone 10 mit einer Abdeckung versehen ist, wird zweckmäßig gleichzeitig mit dem Mischen eines dieser Fluide gegenüber dem anderen Fluid in der Abbauzone in ausreichender Menge und mit genügender Geschwindigkeit für den aeroben Abbau des Schlamms

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umgewälzt, während der Gesamtgehalt des Schlamms an flüchtigen Feststoffen auf mindestens 20.000 mg/1 gehalten wird. Für das Mischen und Umwälzen ist zweckmäßig eine Kontakteinrichtung 12 vorgesehen, die in der Praxis eine eingetauchte Turbineneinblasvorrichtung und einen Gaskompressor aufweisen kann, der an den Gaskopfraum in der Abbauzone und an die Gaseinbldsvorrichtung angeschlossen ist, um das scuerstoffhaltige Belüftungsgas gegenüber dem Schlamm umzuwälzen. Statt dessen kann als Kontakteinrichtung auch eine OberflächenbelUftungsvorrichtung vorhanden sein, die den Schlamm gegenüber dem Belüftungsgas im Gaskopfraum der Abbauzone 10 umwälzt. Das gegenseitige Umwälzen der Fluide in der aeroben Abbauzone wird vorzugsweise benutzt, um im Schlamm einen hohen Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu erhalten und den Sauerstoff des Belüftungsgases weitgehend auszunutzen. Gleichwohl stellt ein solches Umwälzen kein Zwangsmerkmal dar. In einigen Fällen kann es möglich sein, für ausreichenden gelösten Sauerstoff im Schlamm und für hohe Ausnutzung des Sauerstoffs im Belüftungseinsatzgas zu sorgen, indem Belüftungseinsatzgas nur einmal durch die aerobe Abbauzone hindurchgeleitet wird.

Der Gesamtgehalt des der aeroben Abbauzone zugeführten Einsatzschlamms wird auf mindestens 20.000 mg/1 gehalten, um eine hohe Temperatur der belüfteten Misckflüssigkeit in der ersten Abbauzone aufrechterhalten zu können, die notwendig

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ist, um ein befriedigendes Maß an Teilschlammstabilisierung in der aeroben Abbauzone bei kurzen Verweildauern zu erzielen.

Unter den vorstehenden Prozeßbedingungen wird der Schlamm in der ersten Abbauzone für einen Abbau bei einer Temperatur im thermophilen Bereich von 45° bis 75°C gehalten, um für einen raschen biologischen Abbau der im Schlamm enthaltenen flüchtigen Feststoffe zu sorgen.

Der aerobe Abbau wird in der ersten Abbauzone für eine Schlammverweildauer von 4 bis 48 h fortgesetzt, um den Gehalt des in die erste Abbauzone eingeleiteten Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen teilweise zu vermindern. Was die quantitative Herabsetzung des Feststoffgehalts des Schlamms in der ersten Abbauzone anbelangt, wird der aerobe Abbau vorzugsweise derart durchgeführt, daß der Gehalt des in die erste Abbauzone eingebrachten Schlamms an flüchtigen Feststoffen um 5 bis 20 % gesenkt wird. Die Schlammverweildauer in der aeroben Abbaustufe sollte mindestens 4 h betragen, um dort eine ausreichende Teilstabilisierung herbeizuführen. Bei kürzeren Verweildauern wird das Maß der in der anschließenden anaeroben Behandlungsstufe erfprder- -ichen Schlammstabilisierung unverhältnismäßig groß gegenüber dem Stabilisierungsgrad in der aeroben ersten

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Stufe. Die Gesamtsystemverweildauer und der Tankfassungsbedarf beginnen, sich den Werten von konventionellen anaeroben Abbausystemen zu nähern. Die unerwartete Verbesserung dieser Prozeßparameter (d.h. Gesamtsystemverweildauer und Tankfassungsbedarf), die für einen Betrieb bei Verweildauern in der aeroben Abbauzone von 4 bis 48 h charakteristisch sind, geht zunehmend verloren. Aus ähnlichen Gründen sollte die Schlammverweildauer in der aeroben Abbauzone 48 h nicht überschreiten. Oberhalb dieses Wertes wird das Ausmaß der Schlammstabilisierung in der aeroben Abbauzone übermäßig groß gegenüber der restlichen Stabilisierung in der stromabliegenden anaeroben Stufe. Die Methanproduktion in der anaeroben Stufe neigt dazu, beträchtlich zu sinken. Wiederum geht die Verbesserung hinsichtlich der Gesamtsystemverweildauer und des Tankfassungsbedarfs zunehmend verloren, die bei einem Verweildauerbereich von 4 bis 48 h erzielbar ist. Vorzugsweise liegt die Verweildauer im Bereich von .12 bis 30 h. Als besonders zweckmäßig erwies sich eine Verweildauer von 12 bis 24 h. \

Im Anschluß an die erläuterte aerobe Abbaubehandlung wird teilstabilisierter Schlamm aus der aeroben Zone über die Leitung 14 ausgetragen, während an Sauerstoff verarmtes Abbaugas aus der aeroben Zone über eine Leitung 18 gesondert abgeführt wird. Das ausgetragene, an Sauerstoff ver-

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armte Abbaugas enthält vorzugsweise mindestens 21 Vol.% Sauerstoff, um für eine geeignet hohe Ausnutzung des in den Belüftungseinsatzgas enthaltenen Sauerstoffs zu sorgen und den Energieaufwand für das Inkontaktbringen von Belüftungsgas und Schlamm auf einem für einen wirtschaftlichen Betrieb geeigneten niedrigen Pegel zu halten.

Es zeigte sich, daß eine im wesentlichen vollständige Pasteurisierung des Schlamms erzielt wird, wenn der Schlamm in der aeroben Abbauzone auf der thermophilen Temperatur von mindestens etwa 50 bis 52 C gehalten wird.

Teilstabilisierter Schlamm verläßt die aerobe Zone 10 über die Leitung 14 mit einer Temperatur im Bereich von 50° bis 75°C. Weil bei dieser AusfUhrungsform ein mesophiler anaerober Abbau in der abgedeckten zweiten Abbauzone 20 vorgesehen ist, wird dem teilstabilisierten Schlamm in der Leitung 14 vorzugsweise Wärme entzogen, um einen wirkungsvollen Betrieb der anaeroben Schlammbehandlungsstufe bei einer Temperatur sicherzustellen, die niedriger als die in der ersten Abbauzone 10 verwendete Temperatur ist. Der in der Leitung 14 befindliche Schlamm wird für diesen Zweck durch den Wärmetauscher z.r, indirektem Wärmeaustausch mit dem taiiaufgswärmten,

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einströmenden Schlamm geschickt, der in den Wärmetauscher 15 über die Leitung 9 eintritt. Der gekühlte, teilstabilisierte, aerob behandelte Schlamm gelangt dann über die Leitung la zu der abgedeckten zweiten Abbauzone 20. Alternativ läßt sich der teilstabilisierte Schlamm in der Leitung 14 auch mittels eines extern zugeführten Kühlmediums kühlen, beispielsweise mit dem geklärten Abfluß einer Abwasserbehandlungsanlage. Beim Betrieb im Winter ist es gegebenenfalls nicht erforderlich, für einen Wärmeaustausch, wie er beispielsweise mittels des Wärmetauschers 15 durchgeführt wird, zu sorgen, um den teilstabilisierten Schlammstrom zu kühlen, weil Wärmeverluste an die Umgebung von der zweiten Abbauzone und dem von der ersten zur zweiten Abbauzone fließenden Schlammstrom das Nichtvorhandensein eines solchen Wärmetauschers zufriedenstellend kompensieren können .

Der über die Leitung 16 in die zweite Abbauzone eingeleitete, teilstabilisierte Schlamm wird dort unter anaeroben Bedingungen bei einer Temperatur von 25 bis 45 C für eine ausreichend lange Schlammverweildauer gehalten, um den Gehalt des Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen auf weniger als ungefähr 40 % und vorzugsweise weniger als 20 % des Gehalts des in die erste Abbauzone eirgeleiteten Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen herabzudrücken; es wird Methangas gebildet.

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Im Rahmen des aeroben/anaeroben Abbauprozesses kann die Temperatur des Schlamms in der abgedeckten zweiten Abbauzore im Bereich von 25° bis 60 C gehalten werden. Dies um-

faßt sowohl einen Betrieb im mesophilen Bereich von 25 bis 45°C als auch ein Arbeiten im thermophilen Bereich von 45° bis 60°C. Für einen Betrieb mit besonders hohem Wirkungsgrad wird die anaerobe Zone beim mesophilen Arbeiten auf einer Schlammbehandlungstemperatur zwischen 35 C und 40⁰C sowie vorzugsweise zwischen 37°C und 38 C gehalten. Ein bevorzugter Arbeitstemperaturbereich für den anaeroben thermophilen Abbau liegt zwischen 45 und 50 C. Ein Betrieb in den vorstehend genannten bevorzugten Temperaturbereichen sorgt für einen besonders schnellen Abbau der biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffe durch die betreffenden Mikrobenstämme.

Beim Betrieb der anaeroben Abbauzone 20 wird der Inhalt der Abbauzone vorzugsweise mittels eines Rührwerks 21 ständig gemischt, wodurch eine große Zone für einen aktiven Abbau ausgebildet 'und die Geschwindigkeit der Stabilisierungsreaktionen bedeutend erhöht wird. Die Verweildauer des Schlamms in der zweiten Abbauzone kann zweckmäßig im Bereich von 4 bis 12 Tagen und vorzugsweise im Bereich von 5 bis 9 Tagen liegen. Schlammverweildauern in der zweiten von weniger als 4 Tagen können unzweckmäßig sein.

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weil in einem solchen Fall die Verweildauer in der Regel immer weniger ausreicht, um in der anaeroben Stufe eine große lebensfähige Population von Methanbildnern aufrechtzuerhalten. Das Gesamtschlammstabilisierungsverhalten des Abbausystems wird dadurch nachteilig beeinflußt. Andererseits wird bei Verweildauern in der anaeroben Abbaustufe von mehr als 12 Tagen die Verweildauer in der zweiten Abbauzone überflüssig lang; es wird zunehmend schwieriger, die synergistischen Vorteile des integrierten Prozesses hinsichtlich Verweildauer und Tankraumbedart zu verwirklichen, die innerhalb des Verweildauerbereichs von 4 bis 12 Tagen erzielt werden.

Nachdem die anaerobe Schlammbehandlung in der zweiten Abbauzone 20 abgeschlossen ist, wird der auf diese Weise erhaltene, weiter stabilisierte Schlamm über die Leitung aus der zweiten Abbauzone ausgetragen und mit einströmendem Einsatzschlamm im Wärmetauscher 22 zwecks Rückgewinnung des Wärmeinhalts zum Wärmeaustausch gebracht, bevor der Schlamm die Anlage über die Leitung 25 endgültig verläßt. Das in der zweiten Abbauzone 20 aufgrund der dort durchgeführten biochemischen Reaktionen gebildete Methangas verläßt die anaerobe Behandlungsstufe über eine Leitung 23, in der ein Stromregelventil 26 liegt.

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Fig. 2 zeigt ein Fließschema einer aeroben Abbauzone, die allgemein ähnlich der aeroben Abbauzone der oben diskutierten Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1 ist. In Fig. 2 sind die Steuer- oder Regelglieder veranschaulicht, die im Rahmen des vorliegenden Verfahrens verwendet werden und die sich auch bei der aeroben Abbauzone der Anordnung nach Fig. 1 vorsehen lassen.

Schlamm mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Feststoffen wird über eine Leitung 111 in eine abgedeckte und vorzugsweise gut isolierte Abbauzone 110 eingebracht. In Gegenwart von aeroben Mikroorganismen wird der Schlamm mit einem über eine Leitung 112 in die Abbauzone 110 eingeführten sauerstoff haltigen Gas unter Bildung einer belüfteten Mischflüssigkeit gemischt. Der Schlamm hat einen Gesamtgehalt an flüchtigen Feststoffen von mindestens 20.000 mg/1. Der Gesamtgehalt der belüfteten Mischflüssigkeit an flüchtigen Feststoffen wird auf mindestens (100-X) % des Gesamtgehalts des Schlamms an flüchtigen Feststoffen gehalten, wobei X = 60 mal das Verhältnis des Gehalts des Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen zu dem Gesamtgehalt des Schlamms an flüchtigen Feststoffen. Das sauerstoffhaltige Gas hat eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 20 Vol.% und vorzugsweise 50 Vol.3$. Es wird in die zu belüfte ,ce MischflUssigkeit in ausreichender Menge und Rate ein-

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geleitet, um mindestens 0,03 kg Sauerstoff je kg Gesamtgehalt des in die abgedeckte aerobe Abbauzone eingebrachten Schlamms an flüchtigen Feststoffen zu lösen.

In die Abbauzone 110 wird das über die Leitung 112 zugeführte, sauerstoffhaltige Gas mittels einer Kontakteinrichtung 117 eingebracht. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Einleiten des Gases in die Abbauzone 110 besteht darin, daß das sauerstoffhaltige Gas über den Boden einer Abbauzone hinweg in Form von kleinen Blasen eingeleitet wird, die man dann durch die belüftete Mischflüssigkeit hindurch mehr oder weniger frei nach oben steigen läßt. Wenn die Blasen jedoch durch die MischflUssigkeit hindurch hochsteigen, neigen sie dazu, miteinander zu verschmelzen. Um dies zu vermeiden, werden die durch die MischflUssigkeit hochsteigenden Gasblasen mehrmals erneut in kleinere Blasen unterteilt. Es versteht sich jedoch, daß das vorliegende Verfahren nicht auf eine bestimmte Vorrichtung oder Verfahrensweise zur Herbeiführung des StoffÜbergangs beschränkt ist. Es kommt,lediglich darauf an, daß das sauerstoffhaltige Gas in die zu belüftende Mischflüssigkeit in ausreichender Menge und Rate eingebracht wird, um mindestens 0,03 kg Sauerstoff je kg Gesamtgehalt des in die abgedeckte aerobe Abbauzone eingeführten Schlamms an flüchtig-sn Feststoffen zu lösen. Das an Sauerstoff verarmte Gas,

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das nicht in der in der Abbauzone 110 befindlichen MischflUssigkeit gelöst wird, wird aus der Abbauzone Über eine Leitung 113 abgeführt.

Nachdem das erforderliche Ausmaß an aerobem Abbau erreicht ist, wird der teilstabilisierte Schlamm über eine Leitung 114 ausgetragen, um anschließend in gewünschter oder zweckentsprechender Weise weiterbehandelt zu werden. Vorzugsweise wird der aus der aeroben Abbauzone kommende, teilstabilisierte Schlamm in der in Verbindung mit der AusfUhrungsform nach Fig. 1 erläuterten Weise einer stromab angeordneten anaeroben Abbauzone zugeführt. Unter dem Begriff "teilstabilisiert" wird vorliegend verstanden, daß der Gesamtgehalt des über die Leitung 111 in die aerobe Abbauzone eingebrachten Schlamms an flüchtigen Feststoffen innerhalb der Abbauzone 110 um nicht mehr als etwa 50 % und vorzugsweise etwa 20 % vermindert wurde.

Weil der Gesamtgehalt des Schlamms und der Mischflüssigkeit an flüchtigen Feststoffen auf einem hohen Wert gehalten wird und weil ferner das in die (isolierte) abgedeckte Abbauzone 110 eingeführte sauerstoffhaltige Gas die oben erwähnte Menge und Rate hat, steigt die Temperatur der belüfteten Mischflüssigkeit in der Abbauzone 110 autotherm auf eine Temperatur an, die erheblich über der Temperatur des in die Abbauzone eintretenden Schlamms liegt. Wenn ferner die Sauer-

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stoffkonzentration des sauerstoffhaltigen Gases über 50 % gehalten wird, steigt die Temperatur der MischflUssigkeit autotherm auf thermophile Temperaturen, d.h. eine Temperatur zwischen 45 und 75 C an.

Die Isttemperatur, die in der in der Abbauzone 110 befindlichen Mischflüssigkeit herrscht, wird mittels eines Temperaturfühlers 130 gemessen. Der Fühler 130 erzeugt aufgrund dieser Temperaturerfassung ein Signal. Dieses Signal wird dann über eine Signalübertragungseinrichtung 131 an ein Aufzeichnungsgerät 132, beispielsweise einen Schreiber, übermittelt. Das Aufzeichnungsgerät 132 kann vorteilhaft eine Aufzeichnung der Temperatur der Mischflüssigkeit in der Abbauzone 110 als Funktion der verstrichenen Zeit herstellen. Dieser Temperaturverlauf wird dann von einem Regler 140 überwacht. Dabei kann es sich um eine automatische Regeleinrichtung oder um einen eine Handbedienung vornehmenden BetriebsfUhrer handeln. Im Falle eines automatischen Reglers erzeugt dieser dann ein Regelsignal, oder es wird im Falle einer Regelung durch einen Betriebsführer für einen Korrektureingriff gesorgt, um ein Stromregelventil llo für das Belüftungseinsatzgas in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur zu verstellen. Das Regelsignal des automatischen Reglers läuft dabei in Fig. 2 über eine SignalUbertragungseinrichtung 142. Auf diese Weise wird die Temperatur der Mischflüssigkeit in der Abbauzone innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten. Das heißt, die Fluktuationen der Temperatur der Mischflüssigkeit in der Abbauzone werden unterdrückt, indem die Durch-

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flußmenge des in die Abbauzone eingeleiteten, sauerstoffhaltigen Belüftungseinsatzgases variiert wird.

Wenn keine Handbedienung vorgesehen ist, sondern mit einer automatischen Regelung gearbeitet wird, läßt sich die Durchflußmenge des sauerstoffhaltigen Belüftungseinsatzgases ständig anhand der für den Abbauprozeß geltenden, zuvor durch Berechnung, Experiment oder auf andere Weise bestimmten Beziehung zwischen Temperatur und Sauerstoffzufuhrmenge regeln. Die Handregelung der Temperatur/Sauerstoffzufuhrmengen-Variablen kann schrittweise erfolgen, wobei die Durchflußmenge des sauerstoffhaltigen Belüftungseinsatzgases in Intervallen verstellt wird, um erforderlichenfalls die Temperatur der Mischflüssigkeit auf einen geeigneten Wert oder Sollwert zurückzubringen.

Die vorliegend benutzte Regellogik ist recht einfach. Wenn beispielsweise die Temperatur der belüfteten MischflUssigkeit in der Abbauzone 110 zu sinken beginnt, was durch einen Anstieg der Durchflußmenge des in die Abbauzone eingebrachten Schlamms verursacht sein kann, wj.rd das Absinken der Mischflüssigkeitstemperatur mittels des Temperaturfühlers 130 ständig überwacht und an den Regler 140 übertragen, der dann die Zufuhrmenge des sauerstoffhaltigen Gases steigert, indem das Stromregelventil 116 weiter geöffnet wird. Ein derartiger Anstieg der Zufuhrmengs des sauerstoffhaltigen Gases führt zu einer entsprechenden Steigerung der biologischen Abbauaktivität innerhalb der Ab-

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bauzone 110. Dies bewirkt, daß die Temperatur der Mischflüssigkeit in der Abbauzone 110 auf ihren geeigneten Wert zurückkehrt, d.h. ansteigt. Wenn umgekehrt die Temperatur der Mischflüssigkeit in der Abbauzone zuzunehmen beginnt, was auf eine Verminderung der Durchflußmenge des der Abbauzone zugehenden Schlamms zurückgehen kann, wird die Zuflußmenge des sauerstoffhaltigen Gases gesenkt. Dies vermindert seinerseits die biologische Aktivität und bewirkt ein Absinken der Temperatur der belüfteten MischflUssigkeit in der Abbauzone auf den geeigneten Wert.

Während das vorliegende Regelverfahren anhand von Schwankungen der Zuflußmenge des in die Abbauzone eingebrachten Schlamms erläutert wurde, werden Temperaturänderungen der Mischflüssigkeit in der Abbauzone auch durch eine Änderung der Zusammensetzung des Schlamms, d.h. Änderungen der Abbaufähigkeit durch vorhandene aerobe Mikroorganismen, und durch Änderungen des Gesamtgehalts des in die Abbauzone eingebrachten Schlamms an flüchtigen Feststoffen verursacht. Diese Änderungen und ihre Einflüsse auf die Temperatur der MischflUssigkeit können entsprechend dem vorliegenden Verfahren in vollem Umfang und auf wirkungsvolle Weise berücksichtigt werden.

Das vorliegende Temperaturregelverfahren beruht auf einer zwangsweisen Regulierung der biologisch erzeugten Wärme durch Begrenzen oder Beeinflussen der Sauerstoffmenge, die für einen Abbau

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von flüchtigen Feststoffen in der Abbauzone zur Verfügung steht. Das Verfahren beruht u.a. auf der Feststellung, daß es nicht notwendig ist, einen wesentlichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der in der Abbauzone befindlichen Mischflüssigkeit aufrechtzuerhalten. Mit anderen Worten, der aerobe Abbau selbst braucht weder kinetisch noch vom Stoffübergang her beschränkt zu werden. Um zu gewährleisten, daß das Abbausystem nicht kinetisch beschränkt ist, müssen die Bedingungen in der aeroben Abbauzone derart beschaffen sein, daß die Rate der Beseitigung von flüchtigen Feststoffen und damit die Rate der biologischen Wärmeerzeugung ausreichen, um Wärmeverluste der Abbauzone zu kompensieren. Um außerdem sicherzustellen, daß keine Beschränkung des Abbausystems vom StoffÜbergang her vorliegt, müssen die Bedingungen in der Abbauzone derart sein, daß die StoffÜbergangskapazität der Belüftungseinrichtung, die vorgesehen ist, um in der Abbauzone das Belüstungsgas und den Schlamm miteinander in Kontakt zu bringen, den Sauerstoffbedarf der belüfteten Mischflüssigkeit übertrifft.

Um die vorstehend genannten Erfordernisse zu erfüllen und das vorliegende Verfahren wirkungsvoll einsetzen zu können, müssen drei Grunderfordernisse berücksichtigt werden. Erstens muß der Gesamtgehalt des Schlamms an flüchtigen Feststoffen über etwa 20.000 mg/1 gehalten werden. Zweitens muß der Ge-

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samtgehalt der belüfteten MischflUssigkeit an flüchtigen Feststoffen mindestens (100-X) % des Gesamtgehalts des in die Abbauzone eingebrachten Schlamms an flüchtigen Feststoffen betragen, wobei X = 60 mal das Verhältnis des Gehalts des Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen zu dem Gesamtgehalt des Schlamms an flüchtigen Feststoffen. Drittens muß das mindestens 20 Vol.S» Sauerstoff enthaltende Gas in die zu belüftende MischflUssigkeit in ausreichender Menge und Rate eingeleitet werden, um mindestens 0,03 kg Sauerstoff je kg Gesamtgehalt des in die abgedeckte aerobe Abbauzone eingebrachten Schlamms an flüchtigen Feststoffen zu lösen. Vorzugsweise hat das sauerstoffhaltige Gas einen Gehalt von mindestens 50 Vol.% Sauerstoff. Wenn die Gesamtkonzentration des Schlamms und der belüfteten Mischflüssigkeit an flüchtigen Feststoffen zu niedrig ist, wird die Wärme, die in Form der fühlbaren Wärme des die Abbauzone verlassenden Stromes verlorengeht, zu einem dominierenden Wärmeverlust. Der Betrag der verfügbaren, biologisch erzeugten Wärme reicht nicht aus, um die Temperatur in der Abbauzone auf dem gewünschten erhöhten Wert zu halten. Indem ferner der Gesamtgehalt der belüfteten Mischflüssigkeit an flüchtigen Feststoffen über mindestens (100-X) % des Gesamtgehalts des Schlamms an flüchtigen Feststoffen gehalten wird, wobei X = 60 mal das Verhältnis des Gehalts des Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen zu dem Gesamtgehalt des Schlamms an flüchtigen Feststoffen,

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bleibt die Rate der aeroben Abbauaktivität in der Abbauzone auf einem hinreichend hohen Wert, um das zur Aufrechterhaltung eines autothermen Betriebs erforderliche Maß an Wärmeerzeugung zu gewährleisten. Schließlich muß der Sauerstoff in die zu belüftende Flüssigkeit in ausreichender Menge und Rate eingebracht werden, um mindestens 0,03 kg Sauerstoff je kg Gesamtgehalt des in die abgedeckte aerobe Abbauzone eingeführten Schlamms an flüchtigen Feststoffen zu lösen und damit die hohe Abbauaktivitätsrate zu unterhalten. Wenn ein Einsatzgas mit niedriger Sauerstoffkonzentration, z.B. Luft, verwendet wird, stellt die Wärme, die durch Abdampfen von Wasser aus der belüfteten Mischflüssigkeit verlorengeht, einen beträchtlichen Wärmeverlust dar. Die funktionsmäßige Abhängigkeit zwischen der Zufuhrmenge des sauerstoffhaltigen Gases und der Temperatur der belüfteten Mischflüssigkeit kann vermindert werden. Infolgedessen ist es in solchen Fällen nur möglich, die abgedeckte aerobe Abbauzone im mesophilen und nahezu thermophilen Temperaturbereich von 30 bis 45 C zu betreiben. Zweckmäßig wird die Sauerstoffkonzentration des sauerstoffhaltigen Gases über etwa 50 Vol.% Sauerstoff und vorzugsweise über ungefähr 80 Vol.% Sauerstoff gehalten, so daß die belüftete Mischflüssigkeit autotherm auf thermophilen Temperaturen gehalten werden kann.

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Mit Hilfe einer automatischen Regelanordnung kann die Einsatzrate des sauerstoffhaltigen Gases in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung der in der Abbauzone belüfteten Mischflüssigkeit nahezu augenblicklich geändert werden. Bei einer Abbauanordnung für Abwasserschlamm ist jedoch häufig eine derart präzise Temperaturregelung nicht notwendig. In vielen Fällen kann vielmehr eine stufenweise Regelung, beispielsweise in Form einer Handsteuerung, erfolgen. Bei einer derartigen handgesteuerten Regelung überprüft der Betriebsführer periodisch die Temperatur der Mischflüssigkeit und ändert in Abhängigkeit davon die Zufuhrmenge des sauerstoffhaltigen Gases. Die Auswirkung einer derartigen Regelung ist anhand der empirischen Daten veranschaulicht, die in der graphischen Darstellung der Fig. 3 eingezeichnet sind. Diese Daten wurden bei einer Pilotanlage erhalten, in welcher Schlamm nacheinander in aeroben und anaeroben Abbauzonen abgebaut wurde, die in der in der älteren Anmeldung P 28 44 498.6-25 erläuterten Weise aufgebaut waren und betrieben wurden. Die aerobe Abbauzone wurde von einem abgedeckten Tank mit einem Flüssigkeitsfassungsvermögen von etwa 230 1 gebildet, der mit einer Belüftungseinrichtung versehen war. Die Belüftungseinrichtung bestand aus einer Welle von 25 mm mit einer nahe dem Tankboden angeordneten, rotierenden, vierarmigen Begasungsvorrichtung (305 mm χ 410 mm Durchmesser) und einer

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vierarmigen Blasenschereinrichtung (410 mm Durchmesser)· die in einem Abstand von 395 mm über dem Tankboden saß.

Beim Betrieb der vorstehend erläuterten Pilotanlage wurde zur Zeit Null die Zuflußmenge des in den Abbautank (aerobe Zone) eingeleiteten Schlamms von 190 l/Tag auf 380 l/Tag geändert. Diese Änderung der Zufuhrmenge entspricht näherungsweise einer Herabsetzung der Schlammverwoildauer in der aeroben Abbauzone von 24 h auf 12 h· Die Zufuhrmenge des der Abbauzone zugeleiteten sauerstoff haltigen Gases wurde dagegen nicht geändert. Die Sauerstoffzufuhrmenge wurde konstant auf 2,8 m /Tag gehalten. Der resultierende Einfluß auf den Temperaturpegel ergibt sich aus der Kurve A. Wie gezeigt, nahm die Temperatur der MischflUssigkeit in der Abbauzone sofort ab und fiel schließlich von etwa 57^QC innerhalb der nächsten 20 h auf etwa 41°C. Mit anderen Worten, die Mischflüssigkeitstemperatur fiel in der aeroben Abbauzone bei diesem ungeregelten Versuch (d.h. ohne Regelung der Zufuhrmenge von sauerstoffhaltigem Gas in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur) unter den thermophilen Temperaturbereich. Anschließend wurde die gleiche Pilotanlage in der erfindungsgemäßen Weise betrieben. Dabei wurde die Zufuhrmenge des sauerstoffhaltigen Belüftungseinsatzgases für die aerobe Abbauzone in Abhängigkeit von der erfaßten Mischflüssigkeitstemperatur geändert. Der an-

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schließende Versuch führte zu den in Fig. 3 als Kurve B aufgetragenen Daten. Zu Beginn dieses Versuches betrug die Verweildauer noch immer 12 h, während die Einsatzmenge des der aeroben Abbauzone zugehenden sauerstoff-

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haltigen Gases von 4,2 m /Tag auf 5,7 m /Tag erhöht wurde. Wie die Kurve B erkennen läßt, begann die Mischflüssigkeitstemperatur in der aeroben Abbauzone dann stetig zu steigen. Nach 20 h hatte die Temperatur der Mischflüssigkeit wieder mehr als 50 C erreicht.

In der Praxis wird zweckmäßig die Temperatur der Mischflüssigkeit in der aeroben Abbauzone in Intervallen von etwa 4 bis 8 h überwacht. Bei Auftreten von Änderungen der Temperatur der belüfteten Mischflüssigkeit wird eine geeignete Korrektur der Einsatzmenge des der aeroben Abbauzone zugehenden, sauerstoffhaltigen Gases vorgenommen. Bei den meisten kommerziellen Ausführungen der aeroben/anaeroben Schlammabbauanlage ist die Änderungsrate der Zufuhrmenge, der Zusammensetzung oder der Konzentration des zuströmenden iSchlamms nicht so drastisch, wie dies während des oben erläuterten Experiments absichtlich der Fall war. Dessen ungeachtet zeigt der Test deutlich, daß ohne die beschriebene Temperaturregelung übermäßige Temperaturschwankungen auftreten und daß mit Hilfe des Regelverfahrens nach der Erfindung eine wirkungsvolle Temperaturkorrektur erzielt werden kann.

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Leerseite

Claims

PATENTANWALT DIPL.-ING·" G£RHA"RE» SCWWAN

tLFENSTRASSE 32 - D-8000 MÜNCHEN 83 3 Q Ί 3 5 O

L-12767-G

Ansprüche

/■-■ 1. Verfahren ::um Steuern oder Regeln des auivthermen aeroben Abbaus von Schlamm, bei dem der Scr.lamm in Gegenwart von aeroben Mikroorganismen in einer abgedeckten Abbauzone mit einem sauerstoffhaltigen Gas unter Bildung einer belüfteten Mischflüssigkeit gemischt wird, die in der Abbauzone für eine zur Teilstabilisierung des Schlamms ausreichende Zeitdauer gehalten wird, dadurch gekennzeich net, daß

(α) der Gesamtgehalt des Schlamms an flüchtigen Feststoffen auf mindestens etwa 20.000 mg/1 gehalten wird;

(o) der Gesamtgehal.t der belüfteten Mischflüssigkeit

an flüchtigen Feststoffen über mindestens (100-X) % des Gesamtgehalts des Schlamms er. flüchtigen Feststoffen gehalten wird, wobei X = <S0 mal das Verhältnis des Gehalts des Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffer, zu dem Gesamtgehalt des Schlamms an flücheigen Feststoffen;

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FERNSPRECHER: 089/60iI03S> · TELEX= 5Ϊ25»» dp» i · KABEt: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

(c) das sauerstoffhaltige Gas in die abgedeckte Abbauzone mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 20 Vol.% Sauerstoff eingeleitet wird sowie der Mischvorgang derart durchgeführt wird und die Rate und Menge der Einspeisung an sauerstoffhaltigem Gas auf ausreichenden Werten gehalten werden, um mindestens 0,03 kg Sauerstoff je kg Gesamtgehalt des in die abgedeckte aerobe Abbauzone eingeleiteten Schlamms an flüchtigen Feststoffen zu lösen.

(d) die Temperatur der belüfteten MischflUssigkeit erfaßt wird; und

(e) die Einleitungsrate des sauerstoffhaltigen Gases in die belüftete Mischflüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperaturerfassung geregelt wird, indem die Einleitungsrate des sauerstoffhaltigen Gases in die belüftete Mischflüssigkeit gesteigert wird, wenn deren Temperatur sinkt, und indem die Einleitungsrate des sauerstof f haltigen Gases in die belüftete Mischflüssigkeit vermindert wird, wenn deren Temperatur ansteigt, um die Temperatur der belüfteten Mischflüssigkeit innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas mindestens 50 Vol.% Sauerstoff enthält.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas mindestens 80 Vol.Si Sauerstoff enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgedeckte Abbauzone zwecks Verminderung der Wärmeverluste von der belüfteten Mischflüssigkeit an die Umgebung der Abbauzone isoliert ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aerobe Schlammabbau in der abgedeckten Abbauzone zwecks teilweiser Schlammstabilisierung für eine Schlammverweildauer zwischen 4 und 48 h durchgeführt und der teilstabilisierte Schlamm dann für einen anaeroben Abbau in eine abgedeckte zweite Abbauzone unter Aufrechterhaltung einer Schlammtemperatur in der zweiten Abbauzone im Bereich von 25° bis 60⁰C für eine ausreichende FeststoffVerweildauer gehalten wird, um den Gehalt des Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen auf weniger als etwa 40 % des Gehalts des in die aerobe Abbauzone eingeleiteten Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Feststoffen herabzusetzen und Methangas zu bilden, worauf weiter stabilisierter Schlamm und das Methangas aus der zweiten Abbauzone abgezogen werden.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Schlamms in der zweiten Abbauzone für einen mesophilen Schlammabbau in dieser Zone im Bereich von 35 C bis 40 C gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Schlamms in der zweiten Abbauzone für einen thermophilen Schlammabbau in dieser Zone im Bereich von 45°C bis 50⁰C gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlammverweildauer in der zweiten Abbauzone zwischen 4 und 12 Tagen liegt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des in die aerobe Abbauzone eingeleiteten Schlamms an flüchtigen Feststoffen in dieser Abbauzone um 5 bis 20 % vermindert wird.

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