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Vorrichtung zur Beschickung eines Faulbehälters in Kläranlagen Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschickung eines Faulbehälters mit Klärschlamm,
der vor dem Einbringen in den Faulbehälter durch gabelförmige Zusammenführung der
Druckleitungen von der Frischschlammpumpe und von der Umwälzschlammpumpe mit Faulbehälterschlamm
vermischt wird. Durch diese Vorrichtung wird der Klärschlamm oder Frischschlamm
während der Beschickung geimpft, so daß er bald nach seinem Einbringen in den Faulbehälter
dem gewünschten Faulprozeß (also der alkalischen und nicht der sauren Faulung) unterworfen
wird. Wenn der Faulbehälter beheizt ist wird die Impfwirkung dadurch beeinträchtigt,
daß der kalte Frischschlamm bei der Vermischung mit dem warmen Faulbehälterschlamm
die außerordentlich abkühlungsempfindlichen Methanbakterien in ihrer Lebenstätigkeit
stört. Wenn die Impfung auch dann ihre volle, den Faulprozeß intensivierende Wirkung
behalten soll, muß der Frischschlamm möglichst auf die volle Faulraumtemperatur
vorgewärmt werden.
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Im Jahre 1912 wurde ein »Verfahren zur Zersetzung von Abwasserschlamm«
patentiert, das eine Vermischung des Frischschlamms während des Einbringers in einen
offenen urbeheizten Faulbehälter mit faulendem Schlamm in ähnlicher Weise vorsah.
Über die Gestaltung der Mischstelle wurde nichts ausgesagt.
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In der Zeichnung wurden die beiden Pumpendruckleitungen mit demselben
Querschnitt wie die gemeinsame Beschickungsleitung dargestellt. Eine Erwärmung des
Frischschlamms war nicht vorgesehen, denn zur damaligen Zeit gab es noch keine geheizten
Faulräume, und das Verhalten der Methanbakterien bei plötzlichen Temperaturschwankungen
war damals noch nicht erforscht. Mit dem Aufkommen der geheizten Faulbehälter verlor
dieses patentrechtlich geschützte Impfverfahren an Interesse; denn der Frischschlamm
mußte von nun an vor der Beschickung erwärmt werden, wenn ein Impfen noch wirkungsvoll
sein sollte.
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Seither wurden verschiedene Versuche unternommen, durch unterdruckerzeugende
Vorrichtungen, Injektoren und ähnliche Geräte ein Vermischen von Klärschlamm und
Faulschlamm im einfachen glatten Durchgang zu erreichen. Dies ist nämlich aus folgenden
Gründen ganz besonders schwierig: Der Klärschlamm ist ein sperriges, urhomogenes,
schleimiges und zähes Medium, das aus dem tief im Boden liegenden Pumpensumpf in
den hoch über den Erdboden sich erhebenden Faulbehälterkopf gefördert ; werden muß;
der Faulschlamm dagegen ist ein homogenes, gut flüssiges Medium, das nur im Kreislauf
aus dem Faulbehälter und wieder in den Faulbehälter gefördert werden muß. Die beiden
Schlammpumpen müssen also ganz verschiedene Medien ganz verschieden hoch fördern.
Dazu kommt noch, daß als Schlammpumpen normalerweise Zentrifugalpumpen verwendet
werden, deren Förderräder sich bei Stockungen zwar weiterdrehen, aber nicht mehr
fördern. An der Mischstelle muß also ein völlig unbehinderter Durchfluß beider Schlammströme
und ein absolutes Gleichgewicht der Drücke und Geschwindigkeiten gewährleistet sein,
denn sobald eine der beiden Pumpen durch eine kleine Stockung der Gegenseite die
Überhand bekommt, ist das Gleichgewicht gestört, und die andere Pumpe wird »abgewürgt«,
d. h., ihr Förderband dreht sich zwar weiter, aber ohne zu fördern.
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Um bei beheizten Faulbehältern die erwähnte Abkühlung des warmen Faulschlammes
durch kalten Frischschlamm und die damit verbundene Abschreckung der Methanbakterien
im Faulschlamm zu verhindern, versuchte man den Frischschlamm vor der Vermischung
mit dem Faulschlamm zu erwärmen. Da die Schlammpumpen und damit auch die Mischstelle
sich normalerweise im Keller der Schlammfaulungsanlagen befinden, stand für die
Erwärmung des Frischschlammes in der Schlammleitung nicht genügend Leitungslänge
zur Verfügung. Es wurden deshalb schlangenförmige Wärmeaustauscher entwickelt. Die
Schlangenform mit den zahlreichen 180°-Bögen ist aber beim sperrigen Frischschlamm
mit folgenden Nachteilen verbunden: höhere Pumpkosten, Verstopfungsgefahr, höherer
Verschleiß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der eingangs erwähnten
Patentschrift im Prinzip vorgeschlagene, aber wegen der großen Schwierigkeiten in
der Betriebspraxis nicht bewährte und deshalb wieder völlig in Vergessenheit geratene
Lösung der gabelförmigen Zusammenführung von Frisch- und Faulschlamm in betriebssicherer
Weise zu verwirklichen.
Außerdem soll die Schlammerwärmung ohne
künstliche Verlängerung der Schlammleitungen erfolgen und möglichst zur noch besseren
Vermischung der beiden Schlammströme beitragen.
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Diese Aufgabe wurde, ausgehend von einer Vorrichtung zur Beschickung
eines Faulbehälters mit Klärschlamm, der vor dem Einbringen in den Faulbehälter
durch gabelförmige Zusammenführung der Druckleitungen von der Frischschlammpumpe
und von der Umwälzschlammpumpe mit Faulbehälterschlamm vermischt wird, dadurch gelöst,
daß die Summe der Querschnittsflächen der beiden gabelförmig zusammengeführten Druckleitungen
der jeweiligen Querschnittsfläche aller im Bereich vom ersten Berührungspunkt der
Druckleitungen an bis zum übergangsquerschnitt zur gemeinsamen Beschikkungsleitung
rechtwinklig zu den Achsen bzw. zu der gemeinsamen Achse geführten Schnitte entspricht.
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Dadurch, daß der durchflossene Querschnitt von den beiden Eintrittsenden
bis zum gemeinsamen Austrittsende dieser äußerst problematischen Mischstelle überall
gleich groß gemacht wird, erfahren die beiden sich vereinigenden Schlammströme weder
eine Beschleunigung noch eine Verzögerung. Sie fließen vielmehr in der ihnen von
der jeweiligen Pumpe und ihrem jeweiligen Druckleitungsquerschnitt bestimmten Geschwindigkeit
durch diese schwierige Stelle hindurch und in die gemeinsame Beschickungsleitung
hinein.
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In weiterer Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die an
die Mischstelle anschließende, im wesentlichen gestreckt verlaufende Beschickungsleitung
in an sich bekannter Weise mit mindestens einer Ummantelung zum Beheizen versehen
ist. Das Neuartige hierbei ist, daß diese, die Impfung erst voll wirksam machende
Aufheizung des Frischschlammes nicht vor, sondern erst nach der Vermischung des
kalten Frischschlammes mit dem warmen Faulschlamm vorgenommen wird. Der Faulschlamm
wird also zunächst durch den Frischschlamm abgekühlt, und dann erst wird das Gemisch,
dessen Temperatur zwischen der des Frischschlammes und der des Faulschlammes liegt,
wieder erwärmt. Durch Versuchs-und Betriebsergebnisse hat sich nämlich überraschenderweise
gezeigt, daß diese Umkehrung der Reihenfolge von Erwärmung und Impfung und die damit
verbundene vorübergehende Abkühlung des Impfschlammes sich dann nicht nachteilig
auswirkt, wenn, wie vorgesehen, die Wiedererwärmung möglichst unmittelbar nach der
Impfung vorgenommen wird. Außerdem wirkt sich die Erwärmung hinter der Impfstelle
vorteilhaft auf die weitere Vermischung der beiden verschieden warmen Medien aus.
Ein zusätzlicher Vorteil wird dadurch erreicht, daß der Querschnitt der gemeinsamen
Beschickungsleitung und damit die Wärmeübertragungsfläche größer ist als diejenige
der Frischschlammleitung vor der Mischstelle. Hinzu kommt noch, daß die Beschikkungsleitung
bis in den Kopf des Faulbehälters so viel Länge besitzt, daß nur die geraden Stellen
dieser gestreckt verlaufenden Leitung ummantelt zu werden brauchen. Diese gestreckte
Leitungsführung wiederum ermöglicht eine verhältnismäßig große Schlammgeschwindigkeit
und damit eine bessere Wärmeübertragung, da der Wärmeübergangswert k wesentlich
mit der Erhöhung der Geschwindigkeit des zu heizenden Mediums wächst. Die höhere
Geschwindigkeit erlaubt außerdem eine höhere Temperatur des Heizmediums, weil dabei
die Gefahr von Verkrustungen verringert wird. Alle diese Vorteile zusammen bewirken
insgesamt eine sehr gute Heizleitung der geraden Rohrummantelungen auch dann, wenn
ihre Wärmeaustauschfläche kleiner ist als bei einem schlangenförmigen Wärmeaustauscher.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung erläutert.
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Aus dem Frischschlamm-Sammelschacht 1 wird mit Hilfe einer in der
Vorrichtung 2 vorgesehenen Schlammpumpe 3 Frischschlamm und gleichzeitig aus dem
Inhalt 4 des Faulbehälters 5 Faulbehälterschlamm mit Hilfe einer weiteren Schlammpumpe
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entnommen und über eine Mischstelle 7 und über eine mit einer oder mehrere
Ummantelungen 8, 8'
versehenen Beschickungsleitung 11 in den oberen Teil 9,10
des Faulbehälters gefördert.
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Die Ummantelungen 8, 8' bestehen dabei aus in die Beschickungsleitung
11 ohne wesentliche Querschnittsänderungen gegenüber dieser eingebauten geraden
Rohrteilen, die mit je einem Heizmantel 12 versehen sind. An die Heizmäntel 12 sind
die Leitungen 13 einer Heizkesselanlage 14 für die Beschickung mit Niederdruckdampf,
Heißwasser oder mit Warmwasser in bekannter Weise vorgesehen.
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Um Stockungen bei der Förderung des Schlammes durch die als Wärmeaustauscher
ausgebildeten Ummantelungen 8 und damit Ankrustungen weitgehend zu vermeiden,
werden diese Ummantelungen 8 in die normal und gestreckt verlaufende Beschickungsleitung
11 als gerade Rohrteile eingebaut, und es wird sowohl für den Frischschlamm
als auch für die Faulschlammzuführung je eine Zentrifugalpumpe verwendet, die einen
stoßfreien Schlammstrom erzeugen. Die Mischstelle 7, an der die Zusammenführung
des Frischschlammes über die Schlammpumpe 3 und des über die Schlammpumpe 6 abgezogenen
Faulschlammes erfolgt, ist gabelförmig ausgebildet, und zwar derart, daß die Summe
der Querschnitte der Druckleitungen 15 bis zum übergangsquerschnitt 16 zur gemeinsamen
Beschickungsleitung 11 gleichbleibt, wobei die beiden Zulaufachsen in einem gleichen
spitzen Winkel zur Ablaufachse verlaufen und sich in einem Punkt auf dieser treffen.
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Die beiden Schlammpumpen 3 und 6 sind so aufeinander abgestimmt, daß
in beiden Schlammströmen an der Mischstelle 7 gleiche oder annähernd gleiche Druckverhältnisse
herrschen, wobei dies durch Einbau von bekannten Regelventilen noch unterstützt
werden kann. Dadurch ist außerdem die Anpassung an die mit der Schlammzusammensetzung
von Zeit zu Zeit schwankenden Druckverhältnisse möglich.
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Wird lediglich der Faulschlamm aus dem Faulbehälter über die Schlammpumpe
6 und über die mit den Ummantelungen 8 versehene Beschickungsleitung 11 umgewälzt,
dann ist dies, bei Nichtbeheizung der Ummantelung, ein einfacher Umwälzvorgang,
bei Beheizung der Ummantelungen jedoch eine Umwälzheizung. Erfolgt gleichzeitig
eine Frischschlammzumischung über die Schlammpumpe 3, dann handelt es sich um eine
geimpfte und vorerwärmte Beschickung des Faulbehälters.
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Zur Steigerung der Temperaturerhöhung des Schlammgemisches bzw. bei
einfacher Umwälzung des Umwälzschlammes allein, kann - was nicht Gegenstand der
Erfindung ist - an einer hochgelegenen Stelle 17 der Beschickungsleitung 11 in Form
eines
Zwischenbauteiles 18, 19 eine Niederdruckdampf-Zugabevorrichtung
20 vorgesehen sein, welcher Niederdruckdampf über eine Dampfleitung 21 zugeführt
wird. Die Niederdruckdampf-Zugabevorrichtung 20 führt den Dampf in den Schlammstrom
ein, um seine Temperatur in kürzester Zeit zu erhöhen.