CH668590A5 - Verfahren zum verdicken von digeriertem schlamm. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdicken von digeriertem Schlamm und auf einen durch dieses Verfahren verdickten digerierten Schlamm.

Digerierter Schlamm setzt sich bekanntlich weniger rasch als die meisten primären Schlämme. Die letzteren setzen sich üblicherweise in konventionellen primären Sedimentationstanks, um einen Schlamm mit einem Gehalt zwischen 4 und 6% trockenen Feststoffen zu ergeben. Dieser Grad an Kon-silidierung wird um wesentlich weniger als einem eintägigen Absetzen erreicht. Der anaerobe Abbau eines solchen primären Schlammes führt dazu, dass bis zu 50% der organischen Stoffe löslich gemacht werden oder als Schlammgas freigesetzt werden. Ein typischer digerierter Schlamm enthält nur 2,5% trockener Feststoffe nach 20 Tagen in einem primären Digestor.

Der primäre Digestor wird oft in Serie mit einem sekundären «Aufschluss»- oder Verdickungstank gekuppelt, in welchem der Schlamm während weiteren 10 bis 60 Tagen gehalten werden kann. Üblicherweise ist dieser sekundäre Digestor ähnlich dem primären Digestor, obwohl darin weder erhitzt noch vermischt wird, wie im primären Digestor. Im sekundären Digestor erfolgt die Konzentration der Feststoffe des abgebauten Schlammes und das Dekantieren der überstehenden Flüssigkeit. Dies vermindert das Volumen des Schlammes für die weitere Verarbeitung und Beseitigung. Im sekundären Digestor tritt eine sehr kleine Reduktion der Feststoffe und eine sehr geringe Gaserzeugung ein.

Viele sekundäre Digestoren haben sich leider schlecht bewährt als Verdicker, indem ein verdünnter Schlamm und eine überstehende Flüssigkeit von unerwünschter Qualität erzeugt wird. Der Hauptgrund für diese Schwierigkeit liegt darin, dass sich in den meisten Fällen anaerobisch digerierter Schlämme nicht rasch setzen. Zwei Hauptfaktoren tragen zu diesem Phänomen bei:

(1) Fortgesetzte Gasentwicklung

Während des Abbauprozesses werden beträchtliche

Mengen an Schlammgas erzeugt, welche typischerweise 70% Methan und 30% Kohlenstoffdioxid enthalten. Wenn frisch digerierter Schlamm in grosse Verdickertanks gepumpt wird, ist der Schlamm noch warm und der Abbauprozess kann weitergehen, wodurch Schlammgas während vielen Wochen erzeugt wird. Dies führt zum Aufwühlen des Schlammes durch aufsteigende Gasblasen, wodurch jedes signifikante Absetzen verhindert wird, bis die Gaserzeugung aufhört.

(2) Störung durch Mikroblasen

Der Inhalt des primären Digestors wird mit Methan und Kohlenstoffdioxidgas übersättigt. Wenn dieser Schlamm in den sekundären Digestor übergeführt wird, tritt das Gas aus der Lösung unter Bildung kleiner Blasen. Diese Mikroblasen binden sich an die Schlammpartikel und ergeben eine Auftriebskraft, welche das Absetzen verhindert, bis sich die Blasen vereinen und an die Schlammoberfläche aufsteigen.

Die Wirkung der fortgesetzten Gasentwicklung, insbesondere in grossvolumigen tiefen sekundären Verdickern, besteht darin, jede Trennung der überstehenden Flüssigkeit und des Schlammes während einer Dauer von bis zu 30 Tagen zu verhindern. Selbst nachdem die Gasentwicklung aufgehört hat, erfolgt das Absetzen äusserst langsam, was in tiefen sekundären Verdickern (10 m) zu der ausgesprochenen Störwirkung der Mikroblasen führt.

Das Problem dieses Fehlens des Absetzens oder Verdik-kens im digerierten Schlamm wird ersichtlich, wenn dessen Handhabung und Volumen betrachtet werden.

Die Menge an Abwasserschlamm, welche jährlich im Vereinten Königreich anfällt, beträgt etwa 35 Millionen Tonnen, von denen etwa 50% digeriert sind. Das Problem des Absetzens von.18 Millionen Kubikmetern flüssigem Schlamm, welcher durch anaeroben Abbau erzeugt wird, vor dessen endgültiger Beseitigung zu Land oder zu Wasser ist daher von grosser Wichtigkeit.

Das Absetzen oder Verdicken von allem digeriertem Schlamm auf mindestens 5% Feststoffe könnte das jährliche Volumen des zu beseitigenden Schlammes im Vereinigten Königreich um 5 bis 9 Millionen Kubikmeter herabsetzen. Die Kosten für den Beseitigungstransport des flüssigen Schlammes betrugen 1982 mindestens £ 1 bis £ 2 pro Kubikmeter für typische See- und Landbeseitigungsoperationen. Die jährlichen Transportersparnisse von mehreren Millionen Pfund (£) könnten daher erfolgen, wenn das 5% Feststoff-Ziel bei allen Schlammstellen des Vereinigten Königreiches zuverlässig erreicht werden könnte.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist zu versuchen, ein verhältnismässig einfaches Verdicken von digeriertem Schlamm zu erreichen.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Verdicken von digeriertem Schlamm, bei welchem man einen zu verdickenden digerierten Schlamm mit einem pH unter 8 bereitstellt, ist in Patentanspruch 1 definiert. Besondere Ausführungs2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

668 590

formen sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 definiert. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Patentanspruch 6 definiert.

Unter Verwendung der Erfindung ist es möglich, einen digerierten Schlamm unter der Schwerkraft auf einen Gehalt von 5 bis 6% Feststoffen abzudicken, bevor weitere Entwässerungsverfahren oder Endbeseitigung erfolgen. Die Luft entfernt jene Gase in Schlamm, welche dessen Tendenz, unter der Schwerkraft zu verdicken, verhindert oder beeinträchtigt.

Die Belüftungsintensität kann im Bereich von 0,5 bis 5 Nm3 Luft/m3 Schlamm pro Stunde liegen. Ein verhältnismässig kostenwirksames und kontrollierbares Verfahren.

Die Belüftungsintensität kann 1 Volumen Luft auf 1 Volumen Schlamm pro Stunde betragen, vorzugsweise während einer Dauer von etwa 10 Stunden. Eine solche Belüftungsintensität während des Einführens der Luft in den digerierten Schlamm ergibt ein wirksames Verfahren.

Die Stufe des Durchführens von Luft durch den abgebauten Schlamm kann unter Verwendung einer Venturi-Vorrichtung erfolgen. Eine solche Vorrichtung ist verhältnismässig einfach in der Konstruktion, kann leicht in einem Verdickungstank installiert oder darin versenkt werden und ergibt eine kräftige Bewegung des digerierten Schlammes. Die Luft kann aber auch unter Verwendung bestehender Leitungen des Tanks oder grober Blasen oder einfacher Röhrenbelüfter durch den Schlamm geführt werden.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein digerierter Schlamm, welcher unter Verwendung des oben definierten Verfahrens verdickt wurde.

Das Verfahren wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, in welchen Fig. 1 und 2 schematische Seitenansichten von zwei Verdickungstanks, welche verschiedene Mittel für die Vorbelüftung von digeriertem Schlamm vor dem Eindicken unter Schwerkraft zeigen,

Fig. 3A, 3B, 3C und 3D die Wirkung der Vorbelüftung auf die Konsolidierung oder das Verdicken des digerierten Schlammes in einem Verdickungstank, wie den in den Fig. 1 und 2 dargestellten, bzw. nach einer Zeit von 1, 4, 7 und 15 Tagen, in bezug auf pH, Feststoffgehalt und Temperatur,

Fig. 4 die graphische Darstellung der Verdickung des digerierten Schlammes aufgetragen als Prozent Schlammvolu-men gegen Tage für nichtbelüftete bzw. vorbelüftete digerierte Schlämme, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der pH-Veränderung gegen die Belüftungszeit für verschiedene Belüftungsintensitäten unter Verwendung eines Rostes oder einer Venturi-Vorrichtung zum Durchführen von Luft durch den zu verdickenden digerierten Schlamm darstellen.

In den Zeichnungen, in welchen gleiche Teile mit denselben Zahlen bezeichnet sind, ist ein sekundärer Digestor oder Verdickungstank 1 ersichtlich, welcher im Grundriss rund ist und einen geneigten Boden, eine Seitenwand und ein offenes Oberteil aufweist (Fig. 1 und 2). Die Zufuhrleitung 2 für digerierten Schlamm liegt permanent entlang dem Boden, welcher konisch ist. Eine Serie von Einlassrohren 3 für Luft erstreckt sich durch die Seitenwand. Der Schlamm tritt durch die Leitung 2 in den Tank 1 ein. Er wird sodann durch den Durchgang von Luft in das ganze Volumen des Schlammes 4 aus den Rohren 3 belüftet (Fig. 1).

Die Anordnung in Fig. 2 ist ähnlich derjenigen in Fig. 1, mit Ausnahme, dass die Belüftungsluft in den Schlamm 4 durch die Rohre 2 eingeleitet wird, durch welche der Schlamm ursprünglich in den Tank 1 befördert worden war. In einer anderen Ausführungsform (nicht dargestellt) wird die Belüftungsluft aus einem eingetauchten Venturi-Belüfter (nicht dargestellt) in den abgebauten Schlamm eingeführt,

welcher Aerator mit einer integralen Zentrifugalschlammpumpe versehen ist, und welcher am oder nahe am Boden des Tanks angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform, welche ebenfalls nicht dargestellt ist, wird die Belüftungsluft in den digerierten Schlamm aus einem grobe Blasen entwickelnden Belüfter, wie einem Rost, welcher am oder nahe am Boden des Tanks 1 angeordnet ist, eingeführt. Der Rost besteht aus einem perforierten flexiblen Rohr von 25 mm Durchmesser. Oder eine einfache Rohranordnung kann verwendet werden, um Luft in den Tank einzuführen, um den digerierten Schlamm darin vor dem Absetzen vorzu-belüften und dadurch das Absetzen zu beschleunigen. Alle diese Ausführungsformen der Vorbelüftung des digerierten Schlammes haben ein beschleunigtes Absetzen auf einen Gehalt von mindestens 5% Feststoffen bewirkt, wie durch das folgende Beispiel gezeigt wird:

Zwei primäre Digestoren, jeder mit einer Kapazität von 2300 m3, lieferten täglich Schlamm an sechs oben offene sekundäre Verdicker oder Tanks, wie die Tanks 1, von denen jeder 12 m Tiefe im Zentrum und 1750 m3 Fassungsvermögen aufwies. Der Durchmesser der Verdicker betrug 15 m und ihre Böden waren konisch, mit 8 m Seitenwänden, welche mit 100 mm Abzugsrohren für die überstehende Flüssigkeit ausgestattet waren. Die durchschnittliche Schlammtiefe in diesen Verdickern 1 betrug 10 m. Üblicherweise wurden diese Verdicker ansatzweise jeder mit 2,5% frischem abgebautem Schlamm über eine Dauer von 10 Tagen gefüllt, 50 Tage zum Absetzen stehengelassen, wobei jede überstehende Flüssigkeit abdekantiert wurde, und anschliessend der verdickte Schlamm mit Hilfe eines Tankwagens an Land beseitigt. Auf diese Weise wurde eine Reduktion von weniger als 25% des Schlammvolumens erzielt, wie durch die Linie A in Fig. 4 dargestellt. Die Belüftung des digerierten Schlammes in den Tanks nach dem ansatzweisen Einfüllen, ermöglichte eine 50%ige Konsolidierung in 10 Tagen, wie aus Linie B in Fig. 4 ersichtlich ist.

Als Anfangsversuch wurde die Belüftung des Inhaltes des Verdickers 1 mit sehr grossen Blasen durchgeführt, indem auch 1500 Nm3/n Luft bei 0,8 Bar zu einem 100 mm Dekantierrohr der überstehenden Flüssigkeit 6 m unter dem oberen Wasserspiegel zugeführt wurde. Dies ergab eine Belüftungsintensität von 0,9 m3 Luft/Kubikmeter Schlamm/Stunde. Das ansatzweise Füllen des Verdickers mit frischem abgebautem Schlamm von 2,5% Trockenfeststoffgehalt und pH 7,5 benötigte 9 Tage. Die durchschnittliche Schlammtemperatur betrug 25 °C zu Beginn der Belüftung. Nach 14 Stunden Belüftung war der pH des Schlammes auf 8,1 angestiegen, bei weniger als 0,5 °C Veränderung der durchschnittlichen Temperatur. Das anschliessende Absetzen erzeugte 51 % überstehende Flüssigkeit nach 14 Tagen. Dieser Versuch wurde 2 Monate später in einem identischen Tank mit einer Belüftungsgeschwindigkeit von 1,2 Nm3 Luft/Kubikmeter Schlamm/Stunde wiederholt. Der pH des Schlammes stieg innerhalb 16 Stunden von 6,9 auf 8,1, wiederum mit vernachlässigbarer Veränderung der Schlammtemperatur. Das Absetzen erfolgte praktisch gleich, wobei 51% überstehende Flüssigkeit 11 Tage nach Beendigung der Belüftung erhalten wurden. Die Linie B in Fig. 4 ist eine Kombination der Resultate aus diesen beiden experimentellen Läufen.

Die Fig. 3A bis 3D veranschaulichen die Parameter des Absetzverfahrens.

Die Grenzfläche zwischen der überstehenden Flüssigkeit 5 und dem Schlamm 4, erhalten von Tag 1 an nach Belüftung, war immer gut definiert bezüglich des Feststoffgehaltes, mit keinem Beweis von Stratifikation oder aufschwimmendem Schlamm (Fig. 3A). Die Stabilität dieser Grenzfläche wurde während 80 Tagen überwacht. Die Qualität der

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

668590

4

überstehenden Flüssigkeit war gut, 0,3% Feststoffe, BOD 500 mg/Liter, NH3 — N 700 mg/Liter und pH 8,1.

Der pH des Schlammes sank mit der Zeit, wobei er von

8.1 im Lauf von 15 Tagen auf 7,5 abfiel (Fig. 3D). Dies wurde der anhaltenden Aktivität von säurebildenden Bakterien zugeschrieben. Nachdem die überstehende Flüssigkeit und der Schlamm sich einmal getrennt hatten, wurde kein Auftreten von Methan beobachtet, selbst nachdem der pH des Schlammes auf die normalen Grenzen für den Abbau zurückgekehrt war. Die Fig. 5 zeigt den Einfluss der Belüftung auf dem pH von digeriertem Schlamm, unter Verwendung von Grobblasenrosten und Venturi-Belüftern, wobei die in den Kurven verwendeten Zahlen aus einem Versuch mit halbvollem Ansatz genommen wurden. Die Kurve zeigt, dass eine Belüftungsintensität von 2 m3 Luft/Kubikmeter Schlamm/Stunde wenig Unterschied macht, indem beide eine Erhöhung des pH um eine Einheit, typischerweise von

7.2 auf 8,2, in 4 Stunden bewirken. Es ist zu beachten, dass eine pH-Erhöhung auf 8,1 dem Abstrippen von gelöstem Kohlenstoffdioxid aus dem abgebauten Schlamm während der Belüftung zuzuschreiben ist. Durch die Überwachung des pH der überstehenden Flüssigkeit des einzudickenden abgebauten Schlammes ist es daher möglich, das Verfahren zu regulieren. Der abgesetzte oder verdickte Schlamm mit einem Feststoffgehalt von mehr als 5% kann sodann abgezogen werden, und frischer zu behandelnder Schlamm kann in den Verdickungstank eingeführt werden.

Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, digerierten Schlamm rasch auf einen Feststoffge-halt von mehr als 5% zu konsolidieren oder zu verdicken, so dass er nachher verhältnismässig leicht behandelt und gehandhabt werden kann.

Es ist zu beachten, dass der Ausdruck «Nm» in der vorliegenden Beschreibung bedeutet, dass die Intensität aus normalen Umgebungsdruck und ebensolcher Temperatur viz 1 Atmosphäre Druck und 20 °C korrigiert wurden.

Es ist ferner zu beachten, dass der Ausdruck «BOD» in der vorliegenden Beschreibung biochemischer Sauerstoffbedarf (biochemical oxygen demand) bedeutet.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. 668 590

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Verdicken von digeriertem Schlamm, bei welchem man einen zu verdickenden digerierten Schlamm mit einem pH unter 8 bereitstellt und eine Luftquelle beschafft, dadurch gekennzeichnet, dass man Luft durch das ganze Volumen des digerierten Schlammes (4) mit einer Intensität im Bereich von 0,1 bis 5 Volumteilen Luft pro Volumteil Schlamm pro Stunde durchführt, diese Belüftung periodisch unterbricht und wieder aufnimmt, wobei das pH des Schlammes während den Unterbrechungszeiten überwacht wird, worauf man den Luftdurchgang ganz beendet und den Schlamm sich setzen lässt, um dessen Verdik-kung durch Bildung einer überstehenden Fraktion (5) und einer Schlammfraktion (4), nachdem eine pH-Anzeige von mindestens 8,0 erhalten wurde, zu erzielen.
2. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsintensität im Bereich von 0,5 bis 5 Nm3 Luft/m3 Schlamm (4) pro Stunde liegt.
3. 3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsintensität 1 Volumen Luft auf 1 Volumen Schlamm (4) pro Stunde beträgt.
4. 4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Belüftungsintensität von 1 Nm3 Luft/m3 Schlamm (4) pro Stunde während einer Dauer von etwa 10 Stunden die Stufe des Einführens von Luft in den digerierten Schlamm (4) umfasst.
5. 5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe des Durchführens von Luft durch den digerierten Schlamm (4) unter Verwendung einer Venturi-Vorrichtung erfolgt.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Tank (1) zur Aufnahme und Aufbewahrung von digeriertem Schlamm (4) und durch Leitungen (2, 3) zur Einführung von Luft in den abgebauten Schlamm (4).
7. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (2, 3) eine Leitung (2) zur Einführung des Schlammes (4) in den Tank (1) umfasst.
8. 8. Digerierter Schlamm, erhalten nach dem Verfahren gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 5.