AT392463B - PLANT FOR CONDITIONING AND HYGIENIZING CLEANING SLUDGE - Google Patents
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Description
AT 392 463 BAT 392 463 B
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Konditionieren und Hygienisieren von Klärschlamm, mit einem Reaktor zur Wärmebehandlung, insbesondere zur biologischen Wärmebehandlung, einem Faulraum zur Aufnahme des wärmebehandelten Klärschlamms, sowie einer Vorrichtung mit mindestens drei praktisch konzentrischen Kammern, um frischen Klärschlamm vor der Einführung in den Reaktor mit heißem Klärschlamm aus dem Reaktor und/oder warmem Klärschlamm aus dem Faulraum vorzuwärmen und den aus dem Reaktor abgeführten Klärschlamm vor der Weiterleitung in den Faulraum abzukühlen und zu entgasen, und Pumpen, um den in den Kammern enthaltenen Klärschlamm umzuwälzen.The invention relates to a system for conditioning and sanitizing sewage sludge, with a reactor for heat treatment, in particular for biological heat treatment, a digester for receiving the heat-treated sewage sludge, and a device with at least three practically concentric chambers for fresh sewage sludge before it is introduced into the reactor preheat with hot sewage sludge from the reactor and / or warm sewage sludge from the digester and cool and degas the sewage sludge discharged from the reactor before being sent to the digester, and pumps to circulate the sewage sludge contained in the chambers.
In der Praxis hat sich ein Behandlungsverfahren für Klärschlamm bewährt, bei welchem zuerst der Klärschlamm durch Erwärmen auf eine Temperatur von > 60 °C während zirka 24 Stunden hygienisiert und hydrolysiert wird, worauf dann der so vorbehandelte Klärschlamm äbgekühlt und in einer oder mehreren Stufen in Faulschlamm umgewandelt wird. Energetisch besonders vorteilhaft ist die biologische Erwärmung des Klärschlamms. So sieht beispielsweise das europäische Patent 0 053 777 vor, daß zur biologischen Erwärmung auf etwa 70 °C Sauerstoff in Luft oder von mit Luftsauerstoff versehenem Gas in die in einem Belüftungsbehälter befindlichen Abfallstoffe eingebracht wird, wobei dann eine erhöhte Temperatur solange aufrecht erhalten wird, daß Enterobakteriazeen und Wurmeier abgetötet werden. Es wird aber nicht nur eine Hygienisierung sondern auch eine Hydrolyse des Klärschlamms erreicht. Dies hat den Vorteil, daß die nachfolgende Faulung beschleunigt wird. Die zitierte europäische Patentschrift sieht vor, daß nach dem Austritt aus dem Belüftungsbehält«: mittels eines Wärmetauschers Wärme dem konditionierten Klärschlamm entzogen und auf den frischen Klärschlamm übertragen wird.A treatment method for sewage sludge has proven itself in practice, in which the sewage sludge is first heated by heating to a temperature of > 60 ° C is hygienized and hydrolyzed for about 24 hours, whereupon the sewage sludge pretreated in this way is cooled and converted into digested sludge in one or more stages. The biological heating of the sewage sludge is particularly advantageous in terms of energy. For example, European Patent 0 053 777 provides that oxygen in air or gas supplied with atmospheric oxygen is introduced into the waste materials in an aeration tank for biological heating to about 70 ° C., in which case an elevated temperature is maintained for as long as that Enterobacteria and worm eggs are killed. However, not only hygienization but also hydrolysis of the sewage sludge is achieved. This has the advantage that the subsequent digestion is accelerated. The European patent cited provides that after exiting the aeration tank, heat is removed from the conditioned sewage sludge by means of a heat exchanger and transferred to the fresh sewage sludge.
Auch die EP-A-0179234 sieht eine solche Erwärmung des Klärschlamms vor, wobei aber noch vor diesem Verfahrensschritt der frische Klärschlamm mit Faulschlamm vorgewärmt wird. Zur Erwärmung des frischen Klärschlamms ist eine Vorrichtung mit drei konzentrischen Kammern vorgesehen, wobei die innere Kammer zur Aufnahme des frischen Klärschlamms aus der Kläranlage, die mittlere Kammer-zur-abwechslungsweisen Aufnahme des warmen Faulschlamms aus dem Faulraum und des heißen Klärschlamms aus dem Reaktor dient, während dem die äußerste Kamm«* mit Kühlwasser beschickt wird, um Faulschlamm aus dem Faulraum weit«' abzukühlen. Umwälzpumpen sind vorgesehen, um den Inhalt der inneren und mittleren Kammer in einem Kreislauf umzuwälzen.EP-A-0179234 also provides for such heating of the sewage sludge, but the fresh sewage sludge is preheated with digested sludge even before this process step. A device with three concentric chambers is provided for heating the fresh sewage sludge, the inner chamber being used for receiving the fresh sewage sludge from the sewage treatment plant, the middle chamber for alternately receiving the warm sewage sludge from the digestion chamber and the hot sewage sludge from the reactor. during which the outermost ridge "* is fed with cooling water in order to cool down digested sludge from the digestive space" ". Circulation pumps are provided to circulate the contents of the inner and middle chambers.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei den beschriebenen Anlagen relativ viel Zeit für den Wärmeaustausch benötigt wird. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß der Wärmeaustausch beschleunigt wird.In practice it has been shown that the systems described require a relatively long time for heat exchange. It is therefore an object of the present invention to improve a system of the type mentioned in the introduction in such a way that the heat exchange is accelerated.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch «reicht, daß die Einlässe in die äußere und die mittlere Kamm« der Vorrichtung tangential angeordnet sind, um eine Drehbewegung des Kammerinhalts durch den einströmenden Klärschlamm zu bewirken, und daß die äußere Kammer an einem Ende über eine der Pumpen und am anderen Ende über eine Leitung mit der zentralen Kamm« zu einem Kreislauf verbunden ist. Bei dies« Anordnung haben die äußere und mittlere konzentrische Kammer eine hohlzylindrische Form. Dadurch wird eine Drehbewegung des Kammerinhalts begünstigt. Klärschlamm hat Fließeigenschaften, die erheblich von den Fließeigenschaften von Wasser abweichen. Bei einer zylindrischen Kammer besteht daher die Gefahr, daß der Inhalt in der Nähe des Zentrums an der Drehbewegung nicht teilnimmt, sich verfestigt und einen praktisch stillstehenden Pfropfen bildet. Dadurch wird aber der Wärmeaustausch behindert und es besteht auch die Gefahr von Betriebsstörungen durch die Pfropfenbildung. Im Gegensatz dazu wird durch die Anordnung eines zylindrischen Gegenstandes in einer Kammer die Pfropfenbildung vermieden. Da zudem dieser zylindrische Gegenstand in der Kammer eine zentrale Kammer bildet, durch welche Klärschlamm aus der äußeren Kammer im Kreislauf zirkuliert wird, erfolgt ein besonders rascher Wärmeaustausch.According to the invention, this is achieved by the fact that the inlets into the outer and middle ridges of the device are arranged tangentially to cause the chamber contents to be rotated by the inflowing sewage sludge and that the outer chamber at one end via one of the pumps and at the other end is connected to the central comb via a line to form a circuit. In this arrangement, the outer and middle concentric chambers have a hollow cylindrical shape. This favors a rotary movement of the chamber contents. Sewage sludge has flow properties that differ significantly from the flow properties of water. In the case of a cylindrical chamber, there is therefore a risk that the content in the vicinity of the center will not participate in the rotary movement, solidify and form a practically stationary plug. However, this prevents heat exchange and there is also a risk of malfunctions due to the formation of clots. In contrast, the formation of a plug is avoided by arranging a cylindrical object in a chamber. Since this cylindrical object also forms a central chamber in the chamber, through which sewage sludge from the outer chamber is circulated, a particularly rapid heat exchange takes place.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Summe d« Volumina d« zentralen und d« äußer«) Kammer gleich dem Volumen der mittteren Kamm«. Dies ermöglicht es, pro Zeiteinheit gleiche Volumen von Klärschlamm durch die Vorrichtung durchzulassen. Die Vorrichtung kann also auch die gleichen Abmessungen aufweisen wie die bisher v«wendeten Vorrichtungen.According to one embodiment, the sum of the "volumes d" central and d "outer") chamber is equal to the volume of the central comb ". This enables the same volume of sewage sludge to pass through the device per unit of time. The device can therefore also have the same dimensions as the previously used devices.
Zweckmäßigerweise ist der Durchmess« der äußeren Kammer etwa 8 bis 12 mal größer als der Durchmesser der zentralen Kammer. Bei dieser Bemessung ergeben sich zweckmäßige Fließgeschwindigkeiten durch die zentrale Kammer. Versuche haben gezeigt, daß der Durchmesser der äußeren Kammer zweckmäßigerweise etwa 10 mal größer ist als d« Durchmesser d« zentralen Kammer.The diameter of the outer chamber is expediently approximately 8 to 12 times larger than the diameter of the central chamber. With this design, there are expedient flow velocities through the central chamber. Experiments have shown that the diameter of the outer chamber is expediently about 10 times larger than the diameter of the central chamber.
Von Vorteil ist es, wenn die Einlässe in die äußere und die mittlere Kammer so angeordnet sind, daß sie einander entgegengesetzte Drehbewegungen in den Kammern bewirken. Dies begünstigt den Wärmeaustausch.It is advantageous if the inlets into the outer and middle chambers are arranged in such a way that they cause mutually opposite rotary movements in the chambers. This favors heat exchange.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt:The invention will now be described with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anlage undFig. 1 is a schematic representation of the system and
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung mit den drei Kammern.Fig. 2 shows a cross section through the device with the three chambers.
Die in d«i Figuren 1 und 2 dargestellte Anlage zum Konditionieren und Hygienisieren von Klärschlamm besteht im wesentlichen aus dem Reaktor (11) und der Vorrichtung (13). Im Reaktor (11) wird der frische Klärschlamm aus der Kläranlage (15) während etwa 24 Stunden einer a«ob-thermophilen od« thermischen Behandlung bei > 60 °C unterzogen, nach einer Abkühlung in d« Vorrichtung (13) erfolgt eine Faulung im Faulraum (17), bei der Methan anfällt. Das so erzeugte Methan kann in bekannter Weise zum Antrieb von Gasmotoren für die Stromerzeugung und/oder Wärmegewinnung verwendet werden. -2-The plant for conditioning and sanitizing sewage sludge shown in FIGS. 1 and 2 essentially consists of the reactor (11) and the device (13). In the reactor (11), the fresh sewage sludge from the sewage treatment plant (15) is subjected to an "ob-thermophilic or" thermal treatment at > Subjected to 60 ° C, after cooling in the device (13), there is a digestion in the digester (17), in which methane is produced. The methane produced in this way can be used in a known manner to drive gas engines for the generation of electricity and / or heat. -2-
AT 392 463 BAT 392 463 B
Wie bereits erwähnt wurde, dient der Reaktor (11) der Erwärmung des frischen Klärschlamms auf eine Temperatur von > 60 °C. Bei dieser Temperatur findet eine Hydrolysierung der im Klärschlamm enthaltenen organischen Stoffe statt Diese Hydrolysierung begünstigt die nachfolgende Faulung und Methangewinnung. Durch eine Temperaturerhöhung auf > 60 °C während etwa 12 bis 72 Stunden wird ferner eine Hygienisierung des Klärschlamms «reicht Bei diesen Temperaturen werden nämlich Wurmeier, Salmonellen und Enterobakteriazeen abgetötetAs already mentioned, the reactor (11) serves to heat the fresh sewage sludge to a temperature of > 60 ° C. At this temperature, the organic substances contained in the sewage sludge are hydrolyzed. This hydrolysis promotes subsequent digestion and methane recovery. By raising the temperature to > 60 ° C for about 12 to 72 hours, it is also sufficient to sanitize the sewage sludge «At these temperatures worm eggs, salmonella and enterobacteria are killed
Die Erwärmung des Klärschlamms im Reaktor (11) kann durch Fremdwärme erfolgen. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Selbsterhitzung, die durch Belüftung des Reaktors (11) erfolgen kann. Durch die Belüftung werden ideale Bedingungen für die aerob-thermophilen Bakterien geschaffen, wobei deren Tätigkeit zu einer Erwärmung des Klärschlamms auf Temperaturen von > 60 °C führtThe sewage sludge in the reactor (11) can be heated by external heat. However, self-heating, which can take place by venting the reactor (11), is particularly advantageous. The ventilation creates ideal conditions for the aerobic-thermophilic bacteria, their activity causing the sewage sludge to heat to temperatures of > 60 ° C leads
Die Vorrichtung (13) weist drei konzentrische Kammern (19), (21) und (23) auf. Von Bedeutung ist nun, daß die Einlässe (25), (27) und (29) tangential angeordnet sind. Dadurch wird eine Drehbewegung des Kammerinhalts durch den einströmenden Klärschlamm bewirkt. Wie Figur 2 zeigt, sind die Einlässe (25) und (29) in die äußere und die mittlere Kammer (21) einander entgegengesetzt angeordnet, so daß sie einander entgegengesetzte Drehbewegungen in den Kammern bewirken. Es ist zu beachten, daß beide Kammern (21) und (23) einen ringförmigen Querschnitt besitzen. Im Gegensatz zu ein« zylindrischen Kammer kann sich daher in keiner dies« Kammern eine Art Pfropfen in d« Mitte bilden, welcher an der Drehbewegung des Kammerinhalts nicht oder praktisch nicht teilnimmt. Die Pfropfenbildung in Kammer (19) wird durch eine genügende Fließgeschwindigkeit des Klärschlamms unterbunden.The device (13) has three concentric chambers (19), (21) and (23). It is important that the inlets (25), (27) and (29) are arranged tangentially. This causes the chamber contents to be rotated by the inflowing sewage sludge. As FIG. 2 shows, the inlets (25) and (29) into the outer and the middle chamber (21) are arranged opposite one another, so that they cause mutually opposite rotary movements in the chambers. It should be noted that both chambers (21) and (23) have an annular cross section. In contrast to a "cylindrical chamber, a kind of plug in the middle cannot form in any of these" chambers, which does not or practically does not participate in the rotation of the chamber contents. The plug formation in chamber (19) is prevented by a sufficient flow rate of the sewage sludge.
Die äußere Kammer (23) ist an einem Ende üb« eine Pumpe (31) und am and«en Ende über eine Leitung (32) mit der zentralen Kamm« (19) zu einem Kreislauf verbunden. Der Inhalt d« beiden Kammern (23) und (19) kann also durch die Pumpe (31) umgewälzt werden. Eine entsprechende Pumpe (33) dient der Umwälzung des Inhalts der mittl«en Kammer (21).The outer chamber (23) is connected at one end via a pump (31) and at the other end via a line (32) to the central comb (19) to form a circuit. The contents of the two chambers (23) and (19) can therefore be circulated by the pump (31). A corresponding pump (33) is used to circulate the contents of the middle chamber (21).
Die Summe der Volumina der zentralen und d« äußeren Kamm« (19), (23) entspricht dem Volumen der mittleren Kammer (21). Der Durchmesser der äußeren Kammer (23) ist etwa 8 bis 10 mal größer als der Durchmesser der zentralen Kammer (19). Bei einem Ausführungsbeispiel d« Erfindung wurden gute Ergebnisse mit einem Durchmesser der äußeren Kammer von 2500 mm und einem Durchmesser der inneren Kammer von 250 mm und einer Höhe der Kammern von 3550 mm erzielt. Die durch die Pumpe (31) erzeugte Fließgeschwindigkeit in der zentralen Kamm« (19) betrug dabei etwa 1,5 m/s.The sum of the volumes of the central and outer comb (19), (23) corresponds to the volume of the central chamber (21). The diameter of the outer chamber (23) is about 8 to 10 times larger than the diameter of the central chamber (19). In one embodiment of the invention, good results were obtained with a diameter of the outer chamber of 2500 mm and a diameter of the inner chamber of 250 mm and a height of the chambers of 3550 mm. The flow velocity generated by the pump (31) in the central comb (19) was about 1.5 m / s.
Die Leitung (35) verbindet die Kläranlage (15) über die Pumpe (37) mit der Vorrichtung (13). Die Leitung (39) verbindet die Vorrichtung (13) mit dem Reaktor (11). Beim Reaktor (11) ist in bekannter Weise eine Umwälzpumpe (41) und ein Injektor (43) zum Einfuhren von Luft in den Klärschlamm beim Umpumpen im Kreislauf vorgesehen. Die Leitung (45) verbindet den Reaktor (11) mit der Vorrichtung (13). Von der Vorrichtung (13) führt über das Ventil (51), die Pumpe (33) und das Ventil (52) die Leitung (50) zum Faulraum (17). Die Ventile (51) bis (58) sind vorgesehen, um die einzelnen Schritte des Verfahrens zu steuern. Zweckmäßigerweise werden diese Ventile durch eine Steuereinheit (62) gesteuertThe line (35) connects the sewage treatment plant (15) via the pump (37) to the device (13). The line (39) connects the device (13) to the reactor (11). In the reactor (11), a circulation pump (41) and an injector (43) for introducing air into the sewage sludge when pumping around in the circuit are provided in a known manner. The line (45) connects the reactor (11) to the device (13). The line (50) leads from the device (13) via the valve (51), the pump (33) and the valve (52) to the digester (17). The valves (51) to (58) are provided to control the individual steps of the method. These valves are expediently controlled by a control unit (62)
Die Leitungen (59), (60) und (61) dienen der Entlüftung. Ein Filter (63) ist vorgesehen, um störende Gerüche zu neutralisieren.The lines (59), (60) and (61) are used for ventilation. A filter (63) is provided to neutralize unpleasant smells.
Im Betrieb arbeitet die Anlage wie folgt Frischer Klärschlamm aus der Kläranlage (15) wird mit der Pumpe (37) über die Leitung (35) und das offene Ventil (55) in die äußere Kamm« (23) gepumpt Gleichzeitig wird warmer Klärschlamm aus dem Reaktor (11) über die Leitung (45), das Ventil (53), die Pumpe (33) und das Ventil (54) durch den Einlaß (29) in die mittlere Kammer (21) eingelassen. Dank der tangentialen Anordnung der Einlässe (27) und (29) werden die Inhalte der Kammern (23) und (21), wie mit den Pfeilen in Figur 2 eingezeichnet, bewegt. Da auch die Pumpe (31) arbeitet, fließt auch Klärschlamm im Kreislauf aus der Kammer (23) über die Pumpe (31) und das Ventil (56) in die zentrale Kammer (19) und von dort über die Leitung (32) wieder zurück in die äußere Kammer (23).In operation, the plant works as follows. Fresh sewage sludge from the sewage treatment plant (15) is pumped with the pump (37) via the line (35) and the open valve (55) into the outer comb «(23) Reactor (11) via line (45), valve (53), pump (33) and valve (54) through the inlet (29) into the middle chamber (21). Thanks to the tangential arrangement of the inlets (27) and (29), the contents of the chambers (23) and (21) are moved as shown by the arrows in FIG. 2. Since the pump (31) also works, sewage sludge also flows in the circuit from the chamber (23) via the pump (31) and the valve (56) into the central chamber (19) and from there back via the line (32) into the outer chamber (23).
Nachdem die Kammern der Vorrichtung (13) die gewünschten Chargen enthalten haben, erfolgt eine Zirkulierung d« Kammerinhalte. Die Zirkulation in den Kammern (23) und (19) wurde b«eits beschrieben. Die Zirkulation des Inhalts der Kamm« (21) erfolgt über das Ventil (51), die Pumpe (33), das Ventil (54) und den Einlaß (29). Dank dieser Zirkulation erfolgt eine rasche Wärmeübertragung von warmem Schlamm in der Kammer (21) auf den frischen Klärschlamm in der Kammer (23). Im Gegensatz zum bisherigen Zweikammersystem kann mit der beschriebenen Anlage die Wärmeübertragungszeit auf rund die Hälfte reduziert werden. Von Bedeutung ist auch, daß während der Zirkulation in der Kammer (21) der Klärschlamm aus dem Reaktor (11) weitgehend entgast und abgekühlt wird, bevor «in den Faulraum (17) gelangt. Dadurch wird der Faulprozeß in dem Faulraum (17) begünstigt. Zum Ablassen des Klärschlamms in den Faulraum wird das Ventil (54) geschlossen und die Ventile (51) und (52) geöffnet, so daß die Pumpe (33) den Klärschlamm über die Leitung (50) in den Faulraum (17) pumpen kann. In entsprechend« Weise kann der Inhalt der Kammern (23) und (19) mittels der Pumpe (31) nach Schließen des Ventils (56) und Öffnen der Ventile (57) und (58) in den Reaktor (11) gepumpt werden.After the chambers of the device (13) have contained the desired batches, the contents of the chamber are circulated. The circulation in chambers (23) and (19) has already been described. The contents of the comb (21) are circulated via the valve (51), the pump (33), the valve (54) and the inlet (29). Thanks to this circulation, rapid heat transfer takes place from warm sludge in the chamber (21) to the fresh sewage sludge in the chamber (23). In contrast to the previous two-chamber system, the heat transfer time can be reduced to around half with the system described. It is also important that during the circulation in the chamber (21) the sewage sludge from the reactor (11) is largely degassed and cooled before it reaches the digester (17). This favors the digestion process in the digestion chamber (17). To drain the sewage sludge into the digestion chamber, the valve (54) is closed and the valves (51) and (52) are opened so that the pump (33) can pump the sewage sludge into the digestion chamber (17) via the line (50). In a corresponding manner, the contents of the chambers (23) and (19) can be pumped into the reactor (11) by means of the pump (31) after closing the valve (56) and opening the valves (57) and (58).
Es sind verschiedene Änderungen der Anlage möglich, ohne vom grundlegenden Prinzip der Erfindung abzuweichen. Wenn beispielsweise die V«hind«ung ein« Pfropfenbildung in d« Kamm« (21) im Vordergrund steht, so genügt der Einbau eines zylindrischen Gegenstandes an Stelle der Kammer (19). Es ist aber -3-Various changes to the system are possible without departing from the basic principle of the invention. For example, if the focus is on the formation of a plug in the comb (21), it is sufficient to install a cylindrical object instead of the chamber (19). But it is -3-
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