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Verfahren zur Behandlung von Abwasserschlamm
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Verfahren zur Behandlung von Abwasserschlamm Die Erfindung betrifft
ein neues Verfahren zur Behandlung bzw Beseitigung von schwer entwässerbarem, bei
der Abwasserreinigung entstandenem Schlamm Bei der bekanten Reinigung von Abwasser,
das erhebliche Anteile an organischen Komponenten enthält, durch biologische Methoden,
z. B. nach den Belebtschlammverfahren, entstehen in der Vorklärungs- und in der
Belebtschlammstufe grosse Mengen an Schlamm, der mindestens zum Teil und meist überwiegend
aus Mikroorganismen, insbesondere Bakterpen, besteht.
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Da der anfallende Schlartmi instabil bzw. bzw. hygienisch bedenklich
ist, sind besondere Massnahmen zur schadlosen und dauerhaften Vernichtung, Verwertung
oder Ablagerung nötig und sowohl wegen der grossen, laufend anfallenden Mengen als
auch der charakteristischen Schlammeigenschaften aufwendig bzw. kostspielig.
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Zu den charakteristischen Eigenschaften von Schlamm mit erheblichen
Anteil an Mikroorganismen bzw. Bakterien gehört die Tatsache, dass ein solcher Schlamm
schlecht entwässerbar in den Sinne ist, dass bereits die Verminderung des allgemein
über 95 % liegenden Wasseramteiles auf Werte unter 90 2i und z. B. auf 80-85 % mit
einfachen Methoden, wie Absetzen oder Filtrieren, praktisch nicht möglich ist, wahrscheinlich
in erster Linie deswegen, weil ein grosser Teil des Wassers von den Zellwänden der
Mikroorganismen
gehalten und erst nach Zerstörung der Zellwände
freigesetzt wird. Durch Methoden, die ein Aufbrechen der Zellwände verursachen,
wird die Entwässerbarkeit des Schlamm mes im allgemeinen soweit verbessert, dass
eine praktisch bedeutsame Entwässerung bereits durch Sedimentation bzw.
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Abtropfen erhalten werden kann. Die Verminderung des Wassergehaltes
des Schlammes von 95 e oder mehr auf SO % oder weniger führt meist zu einer Gewichtsverminderung
auf etwa die Hälfte bzw. weniger und wird daher bereits als "Entwässerung" im Sinne
der Erfindung bezeichnet.
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Bekannte Verfahren zur Behandlung von schwer entwässerbarem Schlamm
sind das Faulverfahren, die Schlammbelüftung, die thermische Behandlung az. B Sieden
unter vermindertem Druck) und und das Zentrifugieren und alle diese Methoden haben
bestimmte Nachteile.
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Die Nachteile dieser bekannten Verfahren sind ein allgemein grosser
baulicher, apparativer bzw. energetischer Aufwand und andere spezifische Pr6bleme,
wie Faulgasbeseitigung, Verwendung von Flockungsmitteln Flockungsmitteln usw. usw.
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Auf gabe der Erfindung ist ein mit diesen Nachteilen nicht oder in
erheblich geringerem Masse behaftetes Verfahren zur Behandlung von im folgenden
kurz als Abwasserschlamm bezeichnetem, mindestens teilweise aus Mikroorganismen
bestehendem und daher schwer entwässerbaren Schlamm. Die Bezeichnung "Abwasserschlamm"
soll dabei auch Schlammwasser umfassen, nicht aber Schlämme bzw. Schlammwässer,
die praktisch nur bedeutungslose Anteile an Mikroorganismen enthalten, wie Neutralisationsschlamm,
und daher nicht "schwer entwasserbar" im Sinne der obigen Definition sind.
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Ueberraschenderweise wurde gefunden, dass in natürlichen Gewässern
lebende Würiner, wie bestimmte Borstenwürmer, z. B. Tubifex sp., mit Vorteil für
die Behandlung schwer entwässerbarer Abwasserschlämme verwendet werden können, weil
solche Würmer in der Lage sind, erhebliche Anteile der mikroorganischen bzw. bakteriellen
Schlammkomponenten unter Bildung eines Materialkuchens zu verdauen, der leicht entwässerbar
ist, was durch eine vergröberte Partikelstruktur und gegebenenfalls durch eine zusätzliche
Strukturierung des Materialkuchens bedingt ist.
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Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man den
schwer entwässerbaren Schlamm bzw. das diesen bildende Schlammwasser (Schlammsubstanz)
durch Behandlung mit einer vorzugsweise schichtförmigen Schlammwürmerkultur, in
welcher mindestens ein Teil der im Schlamm bzw. Schlammwasser als Schlammsubstanz
enthaltenen Mikroorganismen von den Schlammwürmern verdaut wird, in einem Behälter
in einen leicht entwässerbaren Materialkuchen umwandelt. Als "Schlamm" wird hierbei
allgemein eine derartige Schlammsubstanz unabhängig von deren Verdünnungsgrad verstanden.
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Der von der Würmerkultur abgetrennte Materialkuchen kann z. B. durch
einfac hes Abtropfen soweit entwässert werden, dass er direkt für die üblichen Weiterverarbeitungen
geeignet ist.
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Je nach Verfahrensführung ist der anfallende Materialkuchen bereits
so stark entwässert (z. B.- auf einen Wassergehalt von unter 90 %), dass er nach
dem Abtropfen direkt kompostiert oder wegen des Stabilisierungseffektes der Würmerkultur
ohne weiteres als Dünger oder Deponiematerial verwendet werden kann.
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Der dem erfindungsgemässen Verfahren zugrundeliegende biologisch-chemische
Mechanismus ist noch nicht vollständig geklärt. Man kann aber annehmen, dass die
Schlammwürmer unter geeigneten Kulturbedingungen die Mikroorganismen des Abwasserschlammes
als Nahrung aufnehmen; dabei wird die Zellwand der Mikroorganismen offenbar aufgebrochen
und mindestens ein Teil der organischen Zellmasse von den Würmern abgebaut bzw.
metabolisch umgewandelt. Die Würmer bilden einen leicht entwässerbaren Materialkuchen,
der überdies meist mit den "Wohnkanälen" der Würmer durchsetzt, d. h. strukturiert
ist.
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Das aus dem aufgegebenen Abwasserschlamm stammende Wasser kann mindestens
teilweise durch den Materialkuchen ablaufen und/oder über diesem abgezogen werden;
die Art der Abtrennung der Würmerkultur vom entstandenen Materialkuchen richtet
sich meist danach, ob man chargenweise, halbkontinuierlich oder vollkontinuierlich
arbeitet.
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Beim chargenweisen oder halbkontinuierlichen Betrieb wird die vorzugsweise
sehichtfögmige Würmerkultur gegebenenfalls mit einem Teil des Materialkuchens aus
einem ersten in einen zweiten Behälter gebracht bzw. in diesen hinein gezüchtee.
Beim kontinuierlichen Verfahren wird der Materialkuchen an seiner, der Würmerkulturschicht
entgegengesetaten Seite abgetragen.
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Im allgemeinen lässt man den Materialkuchen mindestens soweil; anwachsen,
bis dieser mindestens etwa die Dicke der Würmerkulturschicht hat. Allgemein lässt
sich der Materialkuchen durch einfaches Abtropfen auf einen Wassergehalt von weniger
als 90 t; insbesondere weniger als 85 %, entwässern.
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Da die von den Würmern als Nahrung aufgenommenen Mikroorganismen des
Schlammes bzw. Schlammwassers auch bei unvollständiger Verdauung nicht mehr lebensfähig
sind, führt die Behandlung von Schlamm bzw. Schlammwasser nach dem erfindungsgemässen
Verfahren überdies zu einer gewissen Stabilisierung bzw. Hygienisierung der Schlammkomponenten.
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Das erfindungsgemässe Verfahren kann chargenweise, halbkontinuierlich
oder vollkontinuierlich durchgeführt werden. Die apparativen und betriebsmässigen,
insbesondere energetischen Aufwendungen können im Vergleich zu den be; kannten Verfahren
wesentlich vermindert werden.
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Schlammwürmer der Art Tubifex haben sich als besonders geeignet erwiesen,
doch ist die Verwendbarkeit anderer, natürlich vorkommender (Limnodrilus, Propappus
usw.) oder gezüchteter, gegebenenfalls veränderter Würmer anstelle von oder zusammen
mit Tubifex nicht auszuschliessen. Geeignete Schlammwürmer können aus dem Boden
natürlicher Gewässer genommen und gezüchtet werden und sind zum Teil im zoologischen
Handel (Fischfutter) erhältlich.
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Die Bildung bzw. Erhaltung einer Schlammwürmerkultur bedingt, dass
die für das Leben bzw; die Fortpflanzung und gegebenenfalls die Vermehrung der Würmer
geeigneten Bedingungen eingehalten werden. Hierzu gehört neben einer ausreichenden
Nahrung 5- und Sauerstoffzufuhr allgemein ein wässriges und für die Würmer nicht-toxisches
Milieu.
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Nahrungs- und Sauerstoffzufuhr können durch Steuerung der pro Zeiteinheit
aufgegebenen Menge an Abwasserschlamm bzw. Schlammzusammensetzung und Belüftung
kontrolliert werden. Temperatur und Toxizität des Milieus können gegebenenfalls
gesteuert
werden, z. B. durch Erwärmung und Verdünnung, doch ist dies im Normalbereich von
Belebtschlammanlagen meist nicht erforderlich, zumal die bevorzugten Würmer, insbesondere
Tubifex sp., gegen Detergentien und andere übliche Abwassserkomponenten relativ
unempfindlich sind.
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Zur Ueberwachung können periodisch Proben der Würmerkultur gewonnen,
mikroskopisch ausgezählt und die erhaltenen Werte auf Konstanz bzw. Zunahme oder
Abnahme der Zahl der lebenden tqurmindividuen bzw. Wurmeier ausgewertet werden.
Ergänzend oder alternativ kann die Geschwindigkeit der Bildung des Materialkuchens
überwacht werden.
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Aufbaugeschwindigkeiten von 0,5 bis 150 mm/Tag oder mehr sind eignet.
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Die jeweils zweckmässige Kulturdichte hängt vom gewünschten Durchsatz
ab und beträgt beispielsweise im Fall einer schichtförmigen Tubifex-Kultur zweckmässig
etwa 150'000 2 bis 1,5 Millionen Individuen pro m Schichtförmige Würmerkulturen,
d. h. solche im Bereich der Grenzflächen des aufgegebenen Abwasserschlammes bzw.
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-wassers und des Materialkuchens werden bevorzugt, insbesondere wenn
bzw. weil sie den natürlichen Lebensbedingungen der meisten Schlammwürmer entsprechen
(siehe hierzu Hydrobiologie von D. Uhlmann, Jena 1975, und Dissertation von B. Wachs,
München, 1965). Hierfür wird vorzugsweise ein Behälter (chargenweiser oder kontinuierlicher
Betrieb) oder eine Folge von Behältern (halbkontlnuierlicher Betrieb) verwendet,
der bzw. die eine mindestens bereichsweise wasserdurchlässige Tragschicht(en) für
die Schlammwürmerkulturschicht besitzt.
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Insbesondere für den halbkontinuierlichen Betrieb ist die Tragschicht
so stark durchbrochen, dass die Kulturschicht durch die Tragschicht hindurch wachsen
kann.
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In derartigen Behältern kann eine ausreichende Entwässerung des Materialkuchens
(d. h. auf einen Wassergehalt von unter 95 z und insbesondere unter 90 %) allein
durch Abtropfen erzielt und der Rückstand ohne weitere Entwässerung und gegebenenfalls
im selben Behälter durch Einwirhung von Kompostierungsbakterien kompostiert werden.
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Während man bei der üblichen Abwasserschlammbehandlung meist einen
möglichst konzentrierten und hochviskosen Schlamm verarbeitet und hierfür in der
Regel besondere Eindicker verwendet, wird für das erfindungsgemässe Verfahren vorzugsweise
ein niederviskoser Schlamm, insbesondere ein solcher mit der Viskosität von Wasser
(Wassergehalt praktisch 100 %), verwendet. Besondere Eindicker werden daher nicht
benötigt. Vorgängig eingedickte Abwasserschlämme können aber als Beimischung oder
nach Verdünnung mit t Wasser ebenfalls verwendet werden. Auch Faulschlamm oder belüfteter
Schlamm kann als Beimischung verarbeitet werden, solange dabei eine insgesamt ausreichende
Nahrung 5- und Sauerstoffversorgung der Würmerkultur gewährleistet ist. Da nicht
stabilisierter Abwasserschlamm einen mehr oder weniger ausgeprägten biologischen
Sauerstoffbedarf (BSB) hat und diesbezüglich mit der Würmerkulturschicht konkurriert,
wird über der Würmerkultur zweckmässig ein gewisser Sauerstoffüberschuss (sauerstoffhaltiges
Wasser) erhalten, z. B. durch Belüftung des als Schlammwas ser oder Klärwasser eingeführten
Mediums oder/und durch direkte Belüftung der Würmerkultur. Die Bezeichnung "sauerstoffhaltiges
Wasser" bedeutet dabei allgemein ein wässriges Medium mit Gehalt an gelöstem Sauerstoff,
z. B. mit
mindestens etwa 1 mg 02/Liter; ein Sauerstoffgehalt von
mindestens etwa 20 % des Sättigungswertes des Wassers ist zweckmässig.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen
Verfahrens, Fig. 2 eine vergrösserte Teildarstellung einer Tubifex-Kultur schicht
zwischen dem behandelten Schlamm und dem Materialkuchen, Fig. 3 die haibschematische
Darstellung einer Anlage zum chargenweisen Betrieb des Verfahrens; Fig. d die schematische
Darstellung einer Einrichtung zum halbkontinuierlichen Betrieb des Verfahrens und
Fig. 5 die halbschematische Darstellung einer Einrichtung zum kontinuierlichen Betrieb
des Verfahrens.
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Der Behälter 17 von Fig. 1 besteht aus der Seitenwand 19 und hat einen
vorzugsweise rechteckigen Grundriss. Nahe dem unteren Behälterende ist eine wasserdurchlässige
Tragt schicht 175, z. B. ein Sieb, Gitter oder perforiertes Blech angeordnet und
gewünschtenfalls (in nicht dargestellter Weise se) z. B. durch Querträger abgestützt.
Auf der Tragschicht 175 liegt der rSateriaXkuchen 12, der durch Behandlung der Schlammschicht
10 mit der Würmerkulturschicht 11 in Reich tung des Pfeiles A aufsteigend gebildet
wird.
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Die Würmerschicht 11 ist bezüglich ihrer Ober- und Untergrenze nicht
so scharf bestimmt, wie dies durch den kreuzschraffierten Bereich von Fig. 1 zum
Ausdruck kommt, sondern umfasst wie in Fig. 2 für Tubificide als Schlammwürmer dargestellt
denjenigen (oberen) Teil 21 des Materialkuchens 22, in welchem lebende Würmer 23,Wurmeier
bzw. Kokons 23.2 und ausschlüpfende Würmer 231 enthalten sind. Die Dicke einer Tubificidenkulturschicht
21 beträgt z. B. etwa 10 cm.
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Zur Kulturschicht gehört ferner die an die Oberfläche 21 (Grenzfläche)
des Materialkuchens 22 angrenzende, kreuzschraffiert dargestellte Flüssigkeitsschicht
212, in der sich die nach oben abragenden hinteren Enden der Würmer 23 bewegen.
Beim Betrieb des erfindungsgemässen Verfahrens ist die Flüssigkeitsschicht 212 Teil
der Schlamm- bzw. Schlammwasserschicht 20. Allgemein ist die Dicke der#Schlammwürmerkultur
schicht der durch die Linien C/D definierte Grenzflächenbereich, in dem die Würmer
aktiv sind, und dementsprechend von den verwendeten Würmern bzw. dem Entwicklungszustand
der Kultur (Wurndichte, d. h. Zahl der Wurmindividuen pro Flächeneinheit) bedingt.
Typische Werte der Kulturschichtdicke liegen zwischen 5 und 20 cm.
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Die Dicke der Kultur schicht kann sich im Verlauf des Verfahrens verändern
und z. B. mit -steigendem Durchsatz vergrössern, weil die Kokons zunehmend tiefer
eingebettet werden.
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Gegebenenfalls kann es zweckmässig sein, im Behälter Kulturzonen zu
bilden, wo sich der Nachwuchs unbehindert entwikkeln kann. In der Regel verteilen
sich die Würmer in einer Kulturschicht praktisch gleichmässig.
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In einer Würmerkulturschicht 21 von Tubifex sp., z. B. Tubifex tubifex,
fressen die'Würmer Schlammteilchen bzw. Mikroorganismen, die einen Durchmesser bis
zu 0,2 mm haben können und werfen den Verdauungsrückstand oder Kot mit dem aus
dem
rlaterialkuchen 22 herausragenden Hinterende in die Flüssigkeitsschicht 212, aus
der sie auf der Grenzfläche 211 abgelagert werden. In dem sich so aufbauenden Materialkuchen
22 entstehen dabei, wahrscheinlich durch Schleimabsonderungen, die Wurmkanäle 28,
die den blaterialkuchen in vertikalen und horizontalen Richtungen wie ein stark
verzweigtes dreidimensionales Netzwerk aus Röhren durchsetzen.
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Llindestens zum Teil wegen der Krümel struktur des aus Wurmkot aufgebauten
llaterialkuchens 22 und den darin gebildeten Kanälen 28 ist die von den Würmern
aus dem Schlamm der Schicht 20 gebildete Masse des Kuchens 22 nicht nur leicht entwässerbar,
sondern auch relativ einfach zu belüften, was besonders für eine nachfolgende Kompostierung
vorteilhaft ist.
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Die für das Verfahren bevorzugten Tubificiden, insbesondere Tubifex,
können nur relativ kurzzeitig ohne Wasser auskommen, vertragen aber gut Sauerstoffmangel,
Faulgas, Kohlenwasserstoffe und abwasserübliche Detergentien. Die Wurmdich-2 te
kann bis 1,7 Dlillionen Individuen pro m betragen. Die Eier werden zu je 1-16 Stück
in Kokons mit etwa 3 mm Länge in ca. 6-10 cm Tiefe abgelegt. Verwertet werden etwa
50 % der im gefressenen Schlamm enthaltenen organischen Materie.
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Die restlichen ca. 50 % werden mit dem Kot ausgeschieden.
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Die Würmer können einige Tage ohne Nahrung leben. Schlammteilchen
grösser als etwa 0,2 mm Durchmesser werden nicht mit der Nahrung aufgenommen, sondern
bleiben liegen. Der Stoffwechsel ist temperaturabhängig. Gemessen an der Menge des
Kotabwurfes hat er ein Maximum bei ca. 260C. Bei Temperaturen über etwa 32°C sterben
die Würmer. Bevorzugte Arbeitstemperaturen liegen zwischen etwa 10 und 280C, insbesondere
zwischen 18 und 260C. Temperaturen von ca. 220C sind meist besonders vorteilhaft.
Bei Fütterungsversuchen erreicht man dabei von hundert Individuen täglich eine
Menge
von etwa 7,5 cm Kot (nach 6 Std. Absetzzeit im umgebenden Wasser), der etwa 20 %
Trockensubstanz enthält, Krümel struktur aufweist und sich über einem Sieb leicht
von einem grossen Teil des zwischen den Krümeln befindlichen Wassers trennt.
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Um eine für den fortlaufenden Betrieb geeignete Würmerkulturschicht
11, 21 zu bilden, kann auf der Tragschicht 175 des Behälters 17, gegebenenfalls
nach Auflage einer wasserdurchlässigen Filterschicht, eine Feinsandschicht aufgetragen,
mit Wasser überschichtet, mit Wurmmaterial beimpft und unter zunehmender Versorgung
mit Nahrung und Sauerstoff bis zur gewünschten Wurndichte angezüchtet werden. Vorzugsweise
wird auch im chargenweisen Betrieb eine einmal gebildete Würmerkulturschicht weiter
verwendet.
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In Fig. 3 ist eine aus zwei beispielsweise quaderförmigen Becken 37,
38 bestehende Anlage dargestellt. Im Becken 37 hat die Würmerkulturschicht 31 den
Materialkuchen 32 aus dem Schlamm 30 praktisch bis zur Kapazitätsgrenze aufgebaut,
wobei die Dicke der durch den Zulauf 373 aufgegebenen Schlamm/Wasserschicht 30 durch
Regelung am Ueberlauf 372 und am Wasserablauf 378 auf einem Wert von 2-200 cm gehalten
wird. Gewünschtenfalls wird die Kulturschicht 31 durch Zuführung von belüftetem
Wasser oder/und durch direktes Belüften, z. B. über eine Belüftungsleitung 376,
durch die Tragschicht 375 hindurch, oder/und durch Belüftungsleitungen 374 in dem
sich aufbauenden Materialkuchen 32 belüftet. Die Stellung der Mündungen von Zulauf
373 und Ablauf 372 ist veränderlich.
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Der zwischen dem Boden 379 und der Tragschicht 375 eingeschlossene
Raum kann unter Ueberdruck (Belüftung) oder Unterdruck (Absaugen) oder auf Normaldruck
gehalten werden oder eine wasserdurchlässige Schüttung enthalten, deren Oberseite
die Tragschicht darstellt.
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Der zweite beckenförmige Behälter 38 ist analog wie der Behälter 37
aufgebaut. Unter der Tragschicht 385 münden entsprechende Entwässerungs- bzw. Belüftungsleitungen
388, 386.
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Am oberen Ende der Zwischenwand 382 ist zweckmässigerweise eine abhebbare
Leiste 383 vorgesehen. Wenn der Behälter 37 gefüllt ist, kann die Leiste 383 entfernt
und die Würmerkulturschicht 31 auf die Tragschicht 385, die wie die Tragschicht
375 als Sieb, Gitter oder Bettung ausgebildet sein kann, übertragen werden z. B.
durch Abschälen.
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Nun wird der Schlammbehandlungsbetrieb wie oben für das Bekken 37
beschrieben im Becken 38 durchgeführt, bis dieses mit.
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Materialkuchen gefüllt ist In der Zwischenzeit kann der Materialkuchen
32 durch Abtropfen entwässert und ausgetragen oder im Behälter 37 kompostiert werden
Die in Fig 4 dargestellte Einrichtung zur halbkontinuierlichen Durchführung des
Verfahrens beruht auf der Verwendung von aufeinander aufsetzbaren Behältern a7 48
derart, dass die Würmerkulturschicht 41 den Materialkuchen 42 zunächst im Behälter
a7 bis zu dessen Füllung aufgebaut hat und dann durch die entsprechend grossen Oeffnungen
der Tragschicht 485 hin durch den Materialkuchen 42 in den Behälter 48 hinein aufbaut,
worauf der gefüllte untere Behälter 47 entnommen wird und der mehr oder weniger
gefüllte Behälter 48 die Rolle des unteren Behälters übernimmt und mit einem weiteren
Behälter besetzt wird.
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Zum ersten Anfahren kann auf die Tragschicht 475 eine wasser durchlässige
Zwischenschicht 476 (Fasermatte2 Feinsleb Sand schicht) aufgebracht werden um die
Würmerkulturschicht 41 darauf auf zubauen. Es versteht.slche dass die einmal geblldete
Würmerkulturschicht fortlaufend durch die Tragschichten einer praktisch beliebig
grossen Folge von Behältern 47 e 48
hindurch aus der fortlaufend
nachgespeisten Schlammschicht 40 den Materialkuchen 42 bilden kann. Zur Belüftung
und Versorgung kann wie oben beschrieben gearbeitet werden.
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Zweckmässige Behälter 47, 48 mit vorzugsweise rechteckigem Grundriss
bestehen z. B. aus Doppel-T-Profilblech mit entsprechenden Flanschen 481, 482 zum
Aufsetzen auf die entsprechenden Flansche 471 des jeweils unteren Behälters. Es
versteht sich, dass für entsprechende Durchsatzleistungen eine Vielzahl von Stapeln
nebeneinander gebildet werden kann Die Flächen- bzw. Temperaturabhängigkeit des
Durchsatzes wird weiter unten erläutert.
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Auch bei der in Fig. 4 erläuterten Verfahrensweise kann die Entwässerung
des Materialkuchens 42 auf weniger als 90 %, vorzugsweise auf weniger als 85 %,
Wassergehalt durch Abtropfen erzielt und das material direkt im Behälter 47 kompostiert
werden, vorzugsweise unter Erhaltung der Wurmkanalstruktur des Kuchens zur Belüftung.
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Fig. 5 zeigt einen Behälter 57 zur kontinuierlichen Durchführung des
Verfahrens. An der offenen Unterseite von Behälter 57 läuft die mindestens bereichsweise
wasserdurchlässige Tragschicht 575, z. B. in Form eines um die Rollen 551, 552 geführten
endlosen Kratzsiebbandest und trägt fortlaufend eine durch den Schlitz 579 bestimmte
Menge des fortlaufend von der höhenmässig praktisch stationär gebildeten Würmerkulturschicht
51 aus der durch die Leitung 573 eingespeisten und mit dem Ueberlauf 572 praktisch
konstant gehaltenen Schlammwasserschicht 50 gebildeten Materialkuchens 52 aus der
Anlage in eine Aufnahmemulde 521.
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ttindestens ein Teil des in die Schlammschicht 50 eingeführten Wassers
kann durch die Tragschicht 575 in eine (nicht dargestellte) Auffangwanne ablaufen.
Zur zusätzlichen Belüftung der Kultur schicht 51 durch den Kuchen 52 können perforierte
Belüftungsrohre 574 im Behälter 57 verwendet werden.
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Auch beim kontinuierlichen Betrieb lässt sich ein leicht entwässerbares
bzw. bereits auf unter 90 % Wassergehalt gebrachtes Material erhalten.
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Die Tragscichten 175, 375, 378, 475, 575 haben bei Verwendung von
Tubifex sp. zweckmässig liascfienweiten bzw. Perforationsweiten von etwa 6mm, die
gegebenenfalls verwendeten Zwischenschichten, z. B. die Schicht 476, solche von
etwa 0,2 mm.
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Die Dicke der Schlammschicht 10, 20, 30, 40, 50 liegt zwTeckmässig
zwischen etwa 2 und 200 cm. Geringe Dicken der Schlammschicht werden insbesondere
bei Schlamm mit hohem BSB bevorzugt.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens eignen sich
besonders für die Behandlung von Schlammsubstanz, die bei der Reinigung von Abwasser
nach dem Belebtschlammverfahren anfällt, einschliesslich von kommunalem Vorklärschlamm
und Faulschlamm, nötigenfalls nach Vorbehandlung.
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Abwassersclilamm mit unzureichendem Gehalt an Nahrung für die Würmer
kann mit einem an Nahrung reichen Schlamm vermischt für das Verfahren verwendet
werden, z. B. eine Mischung aus Ueberschuss- und Faulschlamm. Die Behandlung von
Vorklärschlamm kann durch vorgängige Belüftung der Faulen verbessert werden. Ferner
kann es zur Ueberbrückung von Perioden mit ungenügendem Schlammanfall zweckmässig
sein, die Würmerkulturschicht durch Zugabe von besonders hergestellten Präparaten,
z. B. getrocknetem Ueberschussschlamm, auf der gewünschten Wurmdichte zu halten.
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Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird anhand der
folgenden Beispiele weiter erläutert. Angaben in Prozent sind in den Beispielen
und der Beschreibung auf das Gewicht bezogen.
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Beispiel 1 Ein Behälter 47 gemäss Fig. 4 mit rechteckigem Grundriss
und Abmessungen von 3 x 8 m mit einer Höhe von 60 cm wurde durch Verschweissen von
vier Doppel-T-Trägerstücken entsprechender Abmessungen, Einschweissen von Querverbindungen
aus Rechteckrohr zwischen den längsliegenden Doppel-T-Trägern und Befestigung eines
Blechsiebes mit praktisch runden Durchbrechungen von 6 mm Durchmesser hergestellt.
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Auf das Blechsieb wurde eine Faservliesmatte aufgelegt und mit einer
4 cm dicken Sandschicht (Korngrösse unter 1 mm) belegt.
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Zum Anfahren der Anlage und zur Sauerstoffversorgung der Würmerkultur
wurde normales geklärtes Wasser aus dem Nach klärbecken einer Belebtschlammanlage
verwendet. Ein solches Wasser hat je nach Jahreszeit eine Temperatur von 7-23°Ct
enthält einige mg Mikroben pro Liter und wird vor der Einführung in an sich üblicher
Weise belüftet {Sauerstoffgehalt mindestens etwa 1 mg/Liter).
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Dieses Wasser wird auf die kontinuierlich auf die Sandbettung geführt,
um im Behälter einen Flüssigkeitskörper von etwa 5 cm Stauhöhe über dem Sand zu
ergeben. Ein Teil des Wassers läuft durch die Bodenschicht, während der Ueberschuss
durch einen verstellbaren Ueberlauf abgeleitet wird.
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4 kg einer Kultur von Tubifex tubifex (etwa 300'000 M;ürmer) werden
in das Wasser über der Sandbettung geschüttet. Nach einem Tag haben sich die Würmer
im wesentlichen gleichmässig in der obersten Schicht der Sandbettung verteilt.
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Die Beschickung mit dem belüfteten, Mikroben enthaltenden Klärwasser
wird fortgesetzt, bis eine signifikante, durch Probennahme und Auszählung feststellbare
Populationszunahme eingetreten ist, was bei normalen Umgebungstemperaturen (10-25°C)
etwa zwei bis drei Wochen dauert. Die Populationszunahme zeigt, dass sich eine allerdings
noch nicht maximal dichte Würmerkulturschicht gebildet hat. Nun wird der für eine
weitere, graduell bis zur gewünschten Kulturdichte zunehmende Populationszunahme
erforderliche Nahrungsüberschuss durch langsam zunehmendes Einführen von Schlammwasser
aus dem Belüftungsbecken der Belebtschlammanlage eingeführt, bis nach etwa 15 Wochen
eine Population von etwa 300'000 Wür-2 mern pro m Kulturschicht erreicht und ein
im wesentlichen stationärer Zustand von Nahrungszufuhr und Würmerkultur erzielt
ist. Höhere Kulturdichten können durch Verlängerung der Züchtungsdauer bzw. durch
Erhöhung des Nahrungsüberschusses erzielt werden, wenn in der wärmeren Jahreszeit
angefahren wird, aber bereits mit der genannten Kulturdichte kann mit der Schlammverarbeitung
begonnen werden.
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Hierzu wird weiterhin belüftetes Klärwasser (zur Sauerstoffversorgung
der ürmer) gleichzeitig mit Schlammwasser, z.B. auß dem Belüftungsbecken,zugeführt,
normalerweise in einem Verhältnis von etwa 1 Volumteil Schlammwasser auf 3 Volumteile
Klärwasser und gegebenenfalls unter Anpassung der Sauerstoffzufuhr an den Sauerstoffbedarf
des Schlammes.
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Sobald die Wasseroberfläche im Behälter 47 durch Zunahme der Dicke
des Materialkuchens 42 bis nahe an die Oberkante des Behälters gestiegen ist, z.
B. nach 12 Tagen, kann die Würmerkulturschicht abgeschält und in einen weiteren
Behälter 47 übertragen werden.
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Der im ersten Behälter 47 zurückbleibende Materialkuchen hat eine
erdig-krümelige Struktur und kann allein durch Abtropfen auf stichfeste Konsistenz
(entsprechend einem Wasser gehalt von unter 90 % und meist unter 80 %) gebracht
bzw.
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im Behälter 47 nach Abtropfen und Beimpfen mit Kompostierungsbakterien
in an sich üblicher Weise aber vorzugsweise unter Belüftung des Materialkuchens
durch die Wurmkanäle des Materialkuchens kompostiert werden. Eine besondere Stabilisierungsbehandlung
ist in der Regel nicht erforderlich.
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Alternativ kann der Materialkuchen auch aus dem Behälter entnommen
und in der für vorentwässerten bzw. stabilisierten Schlamm üblichen Art verwertet,
weiter getrocknet, verbrannt, deponiert oder auf andere Weise beseitigt werden.
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Beispiel 2 Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet, die Würmerkulturschicht
aber nach Ansteigen der Wasseroberfläche bis nahe an die Oberkante des Behälters
47 nicht abgeschält. Stattdessen wird ein zweiter Behälter 48, der gleich wie der
Behälter 47 ausgebildet ist aber weder Faservlies noch Sandbettung enthält, unter
Einlage einer Dichtung auf die Oberflansche des Behälters 47 wie in Fig. 4 gezeigt
aufgesetzt. Bei fortgesetzter Zufuhr von belüftetem Klärwasser und Schlammwasser
aus den Belüftungsbecken der Belebtschlammanlage kann die Würmerkulturschicht 41
den Materialkuchen 42 durch die Siebplatte 485 des Behälters 48 hindurch in diesem
weiter aufbauen. Wenn die Würmerkulturschicht 41 bis etwa zur Mitte der Höhe des
Behälters
48 aufgewachsen ist, kann der untere Behälter 47, zweckmässig
unter Abstellung der Schlammzufuhr, entfernt und der Behälter 48 an die Stelle des
Behälters 47 gesetzt werden. Der entnommene Behälter 47 enthält nur Materialkuchen
und kann wie in Beispiel 1 (ohne Abschälen der Nfürmerkulturschicht) weiter behandelt
oder direkt auf eine Deponie gebracht werden. Die Eigenschaften des Materialkuchens
sind wie in Beispiel 1. In beiden Fällen ist der Materialkuchen nach 2 Tagen stichfähig
und so weit stabilisiert, dass er direkt land- oder forstwirtschaftlich verwendet
bzw. alternativ wie oben erwähnt im Behälter 47 oder in einer gesonderten Anlage
kompostiert werden kann, gesmnschtenfalls nach Beimengung von normalem Hausmüll.
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Beispiel 3 Die Umwandlung von schwer entwässerbarem Schlamm aus kommunalen
Abwasseranlagen nach der in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Arbeitsweise in
einen leicht entwässerbaren Materialkuchen lässt sich aus den für Tubifex tubifex
bekannten Literaturdaten wie folgt abschätzen, wobei folgende Abkürzungen verwendet
werden: Tub = Tubifex-Individuum, EGW = Einvohneriquivalent, TS = Trockensubstanz.
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Bei Bei 260C produzieren 100 Tub täglich 7,5 cm Kot mit 20 % TS entsprechend
1,5 g TS. Im ungünstigsten Fall enthält der verfütterte Schlamm so wenig verdauliche
Substanz, dass ihr Anteilsüberschuss vernachlässigt werden kann. Dann entspricht
die Wurmkotmenge praktisch der Futtermenge, so dass bei 26 0C jeweils 100 Tub täglich
Schlamm mit etwa 1,5 g TS fressen.
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Wenn pro EGW und Tag etwa 54 g TS im Vorklärschlamm der Kläranlage
anfallen und man annimmt, dass davon etwa 27 g TS von den Würmern nicht gefressen
werden, weil dieser Teil des Schlammes zu grob ist, werden in diesem Fall etwa 27
g TS des Vorklärschlammes gefressen. Davon sind etwa 9 g TS mineralisch, also praktisch
unveränderlich, während etwa 18 g TS organisch (mikrobisch) sind, von denen mindestens
etwa 50 %, also etwa 9 g TS von den Würmern verbraucht werden. Es verbleiben vom
Vorklärschlamm etwa 45 g TS als Wurmkot bzw. als nicht aufgenommenes Material im
Materialkuchen.
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Wenn pro EGW und Tag in der Belebtschlammanlage etwa 31 g TS im Ueberschussschlamm
anfallen und man annimmt, dass davon etwa 16 g TS nicht gefressen werden, weil zu
grob, werden etwa 15 g TS gefressen; davon sind etwa 5 g TS mineralisch, also praktisch
unveränderlich, während etwa 10 g TS organisch (mikrobisch) sind, von denen mindestens
50 %, d.h.
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etwa 5 g TS verdaut werden. Es verbleiben also vom Ueberschussschlamm
etwa 26 g TS im Materialkuchen.
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Bezogen auf die als Vorklärschlamm und als Ueberschussschlamm in einer
komaundlen Kläranlage anfallende Schlammenge verbleiben in dem Materialkuchen, der
nach dem erfindungsgemässen Verfahren aus diesem Schlamm erhalten wird, pro EGW
und Tag 45 + 26 = 71 g TS. Da der anfallende Materialkuchen etwa 80 Gew.% Wasser
enthält, beträgt die tägliche Materialkuchenmenge pro EGW 71:0,2 = 355 g, was bei
einer 3 von etwa t/m³ 2 Dichte von etwa 1 Kulurschicht einen Zuwachs von etwa 0,4
mm ergibt.
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Bei einem zweckmässigen Wachsen des Materialkuchens von etwa 50 mm/Tag
kann man von einem Flächenbedarf von 50 mm/ Tag:0,4 mm/Tag.EGW/m² = etwa 125 EGW/m²
ausgehen.
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Daraus ergibt sich eine zweckmässige Besatzdichte der Würmerkulturschicht
aus dem Ansatz, dass pro EGW täglich 27 + 15 = 42 g TS von den Würmern gefressen
werden und 100 Tub typisch etwa 1,5 g TS fressen: 42 g TS/EGW:1,5 g TS/100 Tub =
2800 Tub/EGW und 125 EGW/m² x 2800 Tub/EGW = 350'000 Tub/m².
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Es versteht sich, dass diese Ergebnisse von der Temperatur beeinflusst
werden. Temperaturen über 32 0C sind für Tubifex schädlich; Temperaturen zwischen
dem Gefrierpunkt und +100C sind unschädlich, liefern aber meist einen geringeren
Nahrungsumsatz. Die obigen Zahlen sind auf den zwischen 22 und 28 0C optimalen Nahrungsumsatz
der Würmer bezogen. Da dieser bei tieferen Temperaturen zurückgeht, kann eine entsprechend
tiefere Verfahrenstemperatur mindestens teilweise durch eine höhere Besatzdichte
von bis etwa 1,7 Millionen genannte Besatzdichte von 350'000 Tub/m² ist demgegenüber
relativ gering und kann daher um ein Mehrfaches erhöht werden. Ein bevorzugter allgemeiner
Be-2 reich der Besatzdichte (Tub/m² der Kultur schicht) liegt daher zwischen 150'000
und 1,5 Millionen.