DE4030668A1

DE4030668A1 - Verfahren und anlage zum minimieren von biologischem schlamm

Info

Publication number: DE4030668A1
Application number: DE4030668A
Authority: DE
Inventors: Peter Prof Dr Kunz; Klemens Gschwandtner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-04-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung der Schlamm anfallmenge biologisch gebildeter Schlämme durch Desintegration im Rahmen einer biologischen Schlammbehandlung. Unter Desintegra tion versteht man die mechanische Zerstörung der mikrobiellen Zellwände.

In allen biologischen Abwasserreinigungsanlagen verstoffwechseln Mikroorganismen die unterschiedlichsten Abwasserinhaltsstoffe und wachsen darauf. Dieses Wachstum ist verbunden mit einer Vermeh rung der Biomasse. In den meisten Fällen wird diese Biomasse als Überschuß- oder Sekundärschlamm über ein Phasentrennsystem (Sedi mentation oder Flotation, seltener Filteranlagen) dem System ent nommen. Biologisch gebildeter Schlamm besteht aus (a) inerten, (b) organischen Feststoffen, (c) Organismenzellen und (d) Wasser intrazellulär (d1), adsorbiert an die Feststoff-Oberflächen (d2) und freies, sogenanntes Zwickel-Wasser (d3).

In der Regel weist der Schlamm aus biologischen Abwasserreini gungsanlagen einen hohen Wassergehalt von um oder über 99% auf. Deshalb wird dieser Schlamm nach seiner Abtrennung aus dem Abwas serstrom in einen Eindicker gegeben, in dem er statisch auf etwa 96 bis 98% Wassergehalt eindickt. Häufig wird der Überschuß schlamm gemeinsam mit dem Primärschlamm aus einer Vorbehandlung behandelt, indem er entweder direkt zunächst in die physikalisch wirkende Vorklärung eingeleitet oder spätestens im Eindicker mit ihm vermengt wird.

Stand der Technik ist weiterhin die Stabilisierung/Konditionie rung dieses Schlammes zur Verbesserung der Wasser-Abtrennung aus dem Schlamm vor einer mechanischen Entwässerung entweder chemisch (bspw. durch Branntkalk), thermisch (bspw. durch Erhitzen) oder biologisch (bspw. durch aerobe oder anaerobe Bakterientätigkeit in ein- oder mehrstufigen Reaktoren oder -kombinationen).

Bei der chemischen Behandlung werden auf der einen Seite organi sche Verbindungen oxidiert, wodurch eine Stabilisierung und Mine ralisierung eintritt und das freie sowie ein Teil des gebundenen Wassers bei der exothermen Reaktion verdampft. Die exotherme Reaktion wirkt auf die organischen Feststoffe (b), die Zellen (c) in gewissem Umfang und auf das Wasser (d1 bis d3). Eine mecha nische Nachentwässerung wird i.d.R. nicht durchgeführt. Auf der anderen Seite werden Chemikalien vor jeder maschinellen Entwässe rung eingesetzt, um die vorhandenen Mikroflocken zu aggregieren und stabiler gegen hydromechanische Einflüsse zu machen.

Bei der thermischen Behandlung werden durch Erhitzen des Schlamm- Wasser-Gemisches die Eiweißverbindungen denaturiert; die Zellwän de der Mikroorganismen brechen dadurch auf und der Zellinhalt wird frei. Ein Teil des Wassers (d1 und d3) verdampft. Beim Er hitzen entstehen Reaktionsprodukte, die zu extremen Geruchsbelä stigungen führen. Neben dem erheblichen Energieaufwand ist das der Grund dafür, daß die thermische Konditionierung nur noch selten angewandt wird.

Bei der biologischen Behandlung wird der Schlamm entweder unter Sauerstoffzufuhr autoxidiert - das Verfahren wird als aerob thermophile Schlammbehandlung bezeichnet und wirkt auf die extra zelluläre, organische Substanz (b), zerstört einige Zellen (c) und verdampft vorwiegend das freie Wasser (d3) oder in einen ge schlossenen Behälter eingebracht, in dem sich methanisierende Mi kroorganismen aufkonzentriert haben, die die mit dem Schlamm ein getragenen organischen Substanzen (b) und einen Teil der Zellen (c) zu Methan, Kohlendioxid und Wasser (d3) mineralisieren.

Alle drei Arten, den Schlamm zu behandeln, weisen gravierende Probleme auf: Bei chemischen Verfahren werden Zusatz- und Zu schlagstoffe eingesetzt, die die Schlammenge aufgrund inerter Stoffe (a) erhöhen, was angesichts fehlender Deponiekapazitäten unvorteilhaft ist. Bei der thermischen Behandlung findet zwar ei ne Auflösung der Schlammstrukturen durch Zerstörung der Zellen statt, gleichzeitig werden aber Produkte gebildet, die weitrei chende Abluftreinigungsmaßnahmen erforderlich machen. Bei der biologischen Behandlung werden nur die extrazellulären Bestand teile des Schlammes und gegebenenfalls lysierte Zellen minerali siert; es verbleibt in der Regel ein Anteil organischer Trocken substanz von 40 bis 50% an den Feststoffen. Meist wird deshalb ein Eindicker nachgeschaltet, bevor der Schlamm mechanisch ent wässert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zum Minimieren von biologischem Schlamm vorzuschlagen, die neben den bekannten Techniken der Schlamm-Wasser-Trennung die Verminderung des organischen Feststoffgehaltes durch Mineralisie rung in den Vordergrund stellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der in ei ner biologischen Abwasserbehandlung durch Zellwachstum gebildete Schlamm durch mechanische Zellwand-Zerstörung aufgebrochen wird und die freigelegten Zellinhalte bzw. -wandfragmente einer ande ren anaeroben oder aeroben Mikroorganismen-Kultur zugeführt wer den.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nicht nur die extra zellulären organischen Feststoffe (b), sondern auch die Zellen (c) vollständig zu Methan und/bzw. Kohlendioxid sowie Wasser ver stoffwechselt und mineralisiert. Durch die vollständige Heraus nahme organischer Stoffe aus dem Schlamm sinkt das Wasserbin dungsvermögen (d2) rapide. Zellgebundenes Wasser (d1) ist bis auf Organismen aus der biologischen Nachbehandlung nicht mehr vorhan den. Das freie Wasser (d3) kann ungehindert abfließen.

Die erfindungsgemäße Anlage bietet somit die Vorteile einer wei tergehenderen Wasserabtrennung aus dem Schlamm, einer Verminde rung der Feststoffmasse im Schlamm und bei der anaeroben biolo gischen Nachbehandlung einer Erhöhung der Biogasmenge durch Erhö hung der verfügbaren organischen Substanz.

Das Verfahren kann in bestehende Schlammbehandlungsanlagen inte griert werden. Dazu ist ein Desintegrator und in bevorzugter Aus führung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Flotator einzubauen. Der Flotator führt eine weitergehende Schlamm-Wasserabtrennung vor der biologischen Nachbehandlung herbei, wodurch der Reakti onsraum für die biologische Behandlung um den abgetrennten Was seranteil multipliziert mit der Verweildauer des Schlammes im Re aktor vermindert werden kann und die Wärmemenge gesenkt werden kann, die notwendig ist, um den Schlamm auf optimale Temperaturen in der biologischen Nachbehandlung zu bringen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Desintegrator der biologischen Schlamm-Nachbehandlung nachgeschaltet sein. Dann bekommt der Desintegrator erfindungsgemäß die Aufgabe, die gesam te aus dem Reaktor ausgetragene Biomasse, die sich aus dem zu fließenden Schlamm-Wasser-Gemisch und infolge der Verstoffwechs lung der darin enthaltenen extrazellulären organischen Substanz gebildeten Biomasse zusammensetzt, aufzubrechen. Der desinte grierte Schlamm-Massenstrom wird daran anschließend in die biolo gische Schlamm-Nachbehandlung zurückgeführt. Das Wasser und die inerten Feststoffe werden dort oder in einem zwischengeschalteten Phasentrenner (Eindicker oder Flotator) aus dem Schlamm-Wasser gemisch abgetrennt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung schematisch wiedergegebener Ausführungsbeispiele beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Fließbild einer Abwasserreinigungsanlage mit einer anaeroben Schlammbehandlung des Primär schlammes und einer chemischen Behandlung des Se kundärschlammes;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfah rens mit den Anlagenelementen Desintegrator und Flotator mit den entsprechenden Verrohrungen;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die in Fig. 1 schematisch im Fließbild gezeigte Kläranlage hat nur beispielhaften Charakter. Sie weist eine anaerobe Schlammbe handlung des feststoffreichen Primärschlammes und eine separate chemische Behandlung des weitgehend mineralisierten Sekundär schlammes durch Kalkung auf. Die Schlammentwässerung schließt sich der Stabilisierung/Konditionierung an.

In den Fig. 2 und 3 sind die Blockschaltbilder des erfindungs gemäßen Verfahrens gezeigt: Der aus der Abwasserreinigungsanlage (7) in Sedimentern abgetrennte Primär- und/oder Sekundärschlamm wird in ein Stapelbecken (1) eingeleitet; dort findet eine Pha sentrennung statt. Das abgetrennte Wasser aus dem Schlamm wird entweder in die Abwasserreinigungsanlage zurückgeleitet oder ei ner separaten Aufbereitung (6) zugeführt. Der eingedickte Schlamm (A) gelangt nun in den Desintegrator (2) und wird vor einer vor zugsweisen anaeroben biologischen Behandlung (4) anaerob mittels Faulgas flotiert (3) und dadurch aufkonzentriert. Der Schlamm er fährt dann die übliche Behandlung. Anstelle der anaeroben Behand lung kann in einer Ausführungsvariante auch eine aerob thermophi le Schlammbehandlung alleine oder mit nachgeschalteter anaerober Behandlung erfolgen.

Fig. 3 zeigt, daß ein Teilstrom des biologisch behandelten Schlammes als Ausführungsvariante zusätzlich auf den Desintegra tor zurückgeführt werden kann, um neugebildete oder verbliebene Biomasse zusätzlich zu desintegrieren.

Claims

1. Verfahren zur Minimierung biologisch gebildeten Schlammes, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm mechanisch desinte griert und einer biologischen Nachbehandlung unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm nach einer biologischen Behandlung desintegriert und der biologischen Behandlung erneut zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der desintegrierte Schlamm anaerob stabilisiert und das dabei produzierte Biogas verwertet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm aerob stabilisiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der desintegrierte Schlamm in ein Beruhigungs gefäß eingeleitet, die aufschwimmende Feststoffmasse dekan tiert und der biologischen Nachbehandlung zugeführt sowie die verbleibende Wasserphase einer separaten oder der ursprüngli chen biologischen Abwasserbehandlung zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm unter Hochdruck desintegriert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm durch Mahlvorgänge desintegriert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schlamm mehrfach in den Desintegrator ein geleitet und anschließend erst der biologischen Nachbehand lung zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß in dem Beruhigungsgefäß der desin tegrierte Schlamm mittels dem produzierten Biogas flotiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 und 4 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß in dem Beruhigungsgefäß der desin tegrierte Schlamm mittels Luft oder Sauerstoff flotiert wird.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bestehend aus we nigstens einem den biologisch gebildeten Schlamm aufnehmenden Stapelbecken (1), einer Einrichtung zur Desintegration (2) des biologisch gebildeten Schlammes, einem Beruhigungsgefäß zur Abtrennung der Feststoffphase aus dem Schlamm-Wasser-Ge misch (3) und einer oder mehreren nachgeschalteten Einrich tungen (4) zur biologischen Weiterbehandlung des desintegrier ten Schlammes, dadurch gekennzeichnet, daß der Desintegrator (2) den in die biologische Nachbehandlung zulaufenden (A) und ablaufenden (B) Schlamm aufnehmen kann.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sta pelbecken (1) den biologisch gebildeten Schlamm eindickt und das abgetrennte Schlamm-Wasser-Gemisch einer separaten (6) oder der ursprünglichen biologischen Abwasserbehandlung (7) zugeführt wird.

13. Anlage nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Beruhigungsbecken (3) als geschlossene Flotationszel le ausgebildet ist und das Flotat in die biologische Nachbe handlung eingeleitet wird, während das Schlamm-Wasser-Gemisch in das Stapelbecken (1) gelangt.

14. Anlage nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrag aus der biologischen Nachbehandlung in ein Stapelbecken II (5) gelangt und der dort aufkonzentrierte Schlamm ebenfalls dem Desintegrator (2) zugeführt werden kann.

15. Anlage nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Desintegrator zusätzlich zu chemischen, biochemischen und thermischen Schlammkonditionierungsanlagen in die Schlammbehandlung integriert wird.

16. Anlage nach den Ansprüchen 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Desintegration des Primärschlammes möglich ist.