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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fremd-
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energieeinsparung und Energiegewinnung in biologischen Kläranlagen,
in denen das zu reinigende Abwasser als wichtigste Stationen eine mechanische Reinigungsanlage
mit Vorklärbecken, ein biologisches Reinigungsbecken, in dem es unter Zufuhr von
Sauerstoff mit belebtem Schlamm vermischt wird, und ein Nachklärbecken durchfließt,
und wobei der Primärschlamm aus der mechanischen Reinigungsanlage und der abgesetzte
Uberschußschlamm aus der biologischen Reinigungsanlage in einen Faulturm zur Weiterbehandlung
eingeleitet wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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In bekannten Kläranlagen dieser Art wird das zufließende Abwasser
zunächst mechanisch von mitgeführtem Treibgut befreit, wonach es in eine Sandfanganlage
geleitet wird, in der sich auf Grund herabgesetzter Fließgeschwindigkeit Sand- und
andereSchmutzpartikel absetzen. Nach dieser mechanischen Vorreinigung wird das Abwasser
für den aeroben biologischen Reinigungsprozeß zunächst einem biologischen Reinigungsbecken
(Belebungsbecken) zugeführt, in dem es unter Sauerstoffzufuhr mit belebtem Schlamm,
auch Aktivschlamm genannt, intensiv vermischt wird, wodurch die in dem Abwasser
enthaltenen
organischen Schmutzstoffe durch die im belebten Schlamm enthaltenen aeroben Bakterien
abgebaut werden, und es zur Ausflockung kommt. Dieser biologische Abbau vollzieht
sich am besten bei einer Temperatur von etwa 20°-22° C. In einem nachgeschalteten
Nachklärbecken erfolgt dann die Schlammabtrennung durch Sedimentation oder Flotation.
Der Nachklärbeckenablauf wird einem Vorfluter oder einer weiteren Behandlungsstufe
zugeführt, und der abgeschiedene Schlamm wird, soweit er nicht erneut dem Belebungsbecken
zugeführt wird, als Uberschußschlamm nach einer Voreindickung in einen Faulturm
geleitet. Damit ist der aerobe Prozeß beendet.
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Die als Primärschlamm aus dem Vorklärbecken und als Uberschußschlamm
aus dem Nachklärbecken anfallende Schlammmenge, die im allgemeinen zum größten Teil
aus organischer Substanz (organischen Kohlenstoffverbindungen) besteht, wird im
Faulturm durch Ausfaulung in einem anaeroben Prozeß#, d.h. unter Ausschluß von Sauerstoff,
geruchsfrei gemacht. Dabei werden die faulfähigen hochmolekularen organischen Verbindungen
zu niedermolekularen Verbindungen reduziert, und dabei entsteht unter anderem
energiereiches
Faul- oder Methangas. Diese Prozesse laufen im Faulturm schneller und optimal bei
Temperaturen von etwa 30°-33° C ab. Dazu wird das im Faulturm enthaltene Schlamm-Wasser-Gemisch
mit Hilfe von Umwälzpumprneinmal in 24 Stunden umgewälzt und dabei durch einen Wärmetauscher
auf etwa erwärmt. Diese indirekte Erwärmung geschieht meist mittels einer Warmwasserheizung,
deren Brenner mit den durch den Faulprozeß gewonnenen Methangas betrieben werden.
Allerdings fällt eine genügend große Menge von Methangas nur in sehr großen Kläranlagen
an, so daß die wenigsten Anlagen in dieser Hinsicht wirklich autark sind und deshalb
häufi#g, besonders im Winter, Fremdenergie in Form von leichtem Heizöl oder Fremdgas
benötigt wird. Unter Umständen kann auch ein bivalentes System durch eine zusätzliche
Wärmepumpe in Betracht kommen.
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In Fig. 1 ist eine solche bekannte Kläranlage schematisch dargestellt.
Bei 1 ist der Zufluß des Abwassers gezeigt, das eine durchschnittliche Temperatur
von 150 C hat. In einer Rechenanlage 2 wird das Abwasser mechanisch von mitgeführtem
Treibgut, wie Ästen, Papier, Lumpen befreit und danach in die Sandfanganiage 3 geleitet,
wo sich infolge einer herabgesetzten
Fließgeschwindigkeit mitgeführte
Sandkörner absetzen. Nach Durchlauf eines weiteren Vorklärbeckens 4, in dem sich
Primärschlamm absetzt, ist die mechanische Vorreinigung beendet, und das Abwasser
gelangt in das BeSbungsbecken 5, wo der biologische Reinigungsprozeß stattfindet.
Im darauf folgenden Nachklärbecken 6 erfolgt die Trennung des Schlammes von dem
gereinigten Wasser, bei 7 ist der Ausfluß dargestellt. Der Primärschlamm aus dem
Vorklärbecken 4 und der Uberschußschlamm aus dem Belebungsbecken 5 und dem Nachklärbecken
6 wird, nachdem er einen Voreindicker 8 passiert hat, dem Faulturm 9 zugeführt,
in dem der oben beschriebene anaerobe Ausfaulungsprozeß abläuft. Bei 10 ist die
Umwälzpumpe für die einmal in 24 Stunden vorzunehmende Umwälzung dargestellt, 11
ist die mit dem im Faulturm gewonnenen Gas oder mit Fremdenergie betriebene Heizung
mit Wärmetauscher, die die Temperatur des Schlammes auf etwa 30°-33° C bringt.
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Der ausgefaulte Schlamm verläßt über einen Nacheindicker 12 die Anlage,
und das dabei anfallende Triibwasser wird über die Leitung 13 wieder der Kläranlage
zugeführt.
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Der Faulprozeß im Faulturm läuft jedoch nur wirtschaftlich
ab,
wenn genügend eigenes Methangas im Faulturm erzeugt werden kann. Dies ist, wie bereits
angedeutet, im allgemeinen bei großen Kläranlagen der Fall, in denen genügend organische
Substanz im Schlammanfall vorhanden ist und bei denen keine sonstigen Störeinflüsse
(z.B. hohe Gehalte an Schwermetallen im Schlamm) vorhanden sind. Außerdem sinkt
der organische Anteil an den im biologischen Reinigungsprozeß anfallenden Uberschußschlämmen,bedingt
durch die behördlichen Auflagen zur weitergehenden Abwasserreinigung, immer weiter
ab. Je schwächer die Belastung einer biologischen Reinigungsanlage ist, um so weniger
hoch ist der organische Anteil im Uberschußschlamm (aerobe Stabilisation). Sowohl
dem Uberschußschlamm als auch dem anfallenden Primärschlamm wird eine große Menge
Ballastwasser entzogen. Doch auch nach Voreindickung oder Vorentwässerung wird mit
dem Schlamm noch eine erhebliche Menge an Ballastwasser dem Faulturm zugeführt.
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Dieses Ballastwasser das je nach Jahreszeit im allgemeinen mit etwa
100 180 C in den Faulturm gelangt, muß mit dem Schlamm auf etwa 30°-33° C erwärmt
werden, was den Energiebedarf erheblich steigert; außerdem geht auch durch Abstrahlung
Wärmeenergie verloren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die derzeit für den Betrieb von Kläranlagen
oft notwendige Fremdenergie so weit wie möglich zu ersetzen, aber dennoch die optimale
Ausfaulung des Schlammes im Faulturm zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch Wärmeentzug und Wärmerückgewinnung
mit an sich bekannten Mitteln wie Wärmetauscher, Wärmepumpe und Sonnenkollektoren
im Verlauf des Klärvorgangs.
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Dazu kann erfindungsgemäß dem aus dem Nachklärbecken abfließenden
Klärwasser und/oder dem nach Beendigung des anaeroben Prozesses im Faulturm dem
Faulschlamm durch einen Nacheindicker entzogenen Trübwasser und/oder im Falle der
Kläranlage mit deutlich erhöhter Temperatur zufließenden Abwässern diesen vor Eintritt
in das biologische Reinigungsbecken Wärme entzogen und einem Wärmeverbraucher zugeführt
werden.
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Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist an mindestens einer vom Klärwasser, Abwasser oder Trübwasser durchflossenen
Leitung der Kläranlage ein an sich bekannter Wärmetauscher
angeordnet,
der mit dem Primärkreislauf einer an sich bekannten Wärmepumpe verbunden ist, deren
Sekundärkreislauf mit einem an einem Wärmeverbraucher angeordneten Wärmetauscher
verbunden ist.
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Vorzugsweise wird am Abfluß des Nachklärbeckens ein Wärmetauscher
vorgesehen, der in den Primärkreislauf einer Wärmepumpe eingeschaltet ist, deren
Sekundärkreislauf einen weiteren Wärmetauscher enthalten kann, über den in an sich
bekannter Weise Wärmeenergie entnommen werden kann.
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Im besonderen Fall eines Abwasserzuflusses mit deutlich erhöhter Temperatur,
was bei bestimmten Industrieabwässern vorkommen kann, wird bereits zwischen der
mechanischen Reinigungsanlage, genauer gesagt dem Vorklärbecken, und der biologischen
Reinigungsanlage ein Wärmetauscher vorgesehen, der in den Primärkreislauf einer
Wärmepumpe eingeschaltet ist, deren Sekundärkreislauf einen weiteren Wärmetauscher
enthalten kann, über den in an sich bekannter Weise Wärme entnommen werden kann.
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Diese Maßnahme ist in dem genannten Ausnahmefall deshalb besonders
vorteilhaft, weil nicht nur Energie durch Wärmerückgewinnung gewonnen wird, sondern
die erhöhte Temperatur des Abwassers gleichzeitig der für den biologischen Reinigungsvorgang
optimalen Temperatur von ca. 20°C angenähert wird.
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Aus dem Faulturm der Kläranlage wird in an sich bekannter Weise Trübwasser
über eine Leitung dem biologischen Reinigungsprozeß der Anlage wieder zugeführt.
Auf Grund der verhältnismäßig hohen Temperatur dieses Trübwassers kann in besonders
vorteilhafter Weise auch an dieser Leitung ein Wärmetauscher mit Wärmepumpe vorgesehen
werden.
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Nach einer besonders vorteilhaften Fortbildung der Erfindung können
an geeigneter Stelle der Kläranlage, z.B. am Faulturm und nach Süden ausgerichtet,
Sonnenkollektoren oder Absorber vorgesehen werden, deren Kreislauf mit einer Heizungsanlage
oder Wärmetauscher verbunden bzw. versehen ist.
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Die Heizungsanlage selbst kann ihrerseits mit einem Wärmetauscher
verbunden sein.
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In Weiterführung des Erfindungsgedankens können aus dem Kreislauf
der Sonnenkollektoren oder Absorber über ein oder mehrere Ventile ein oder mehrere
Kreisläufe mit Wärmetauscher abgezweigt werden.
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Ein aus dem Kreislauf der Sonnenkollektoren oder Absorber über ein
Ventil abgezweigter Kreislauf kann mit dem Primärkreislauf einer Wärmepumpe verbunden
sein, deren Sekundärkreislauf oder -kreisläufe mit Wärmetauschern verbunden sind.
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Vorzugsweise dient wenigstens einer der mit dem Sekundärkreislauf
einer Wärmepumpe verbundenen Wärmetauscher der indirekten Aufheizung des in an sich
bekannter Weise durch eine Umwälzpumpe in einem Umwälzkreislauf umgewälzten Schlammes
des Faulturms.
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V.i t den erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich mittels heute
bereits technisch erprobter und an sich bekannter Mittel den Energiebedarf weitgehendst
ohne Nutzung von teurer Frern#energie zu decken und sogar noch einen ueberschuß
zu erzeugen, der an andere Verbraucher etwa zur Raumheizung oder fiir dcn Warmwasserbedarf
abgegeben werden kann.
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Sonnenkollektoren können entsprechend den den physikalischen Voraussetzungen
vorzugsweise am f<\iul turn montiert werden, so daß über Wärmestrahlung die Sonnenenergie
zur Aufheizung eines inneren Kollektorkreislaufs genutzt wird Über Wärmetauscher
in bekannten Spezialheizkesseln wird dieser Wärmeinhalt aus dem Kolleklorkreislauf
zur Vorwärmung des Heizkesselkreislaufs : gegeben.
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Falls die Temperaturdifferenz zu gering ist, wird jib#r an sich bekannte
Wärmepumpen diese anfallende Wärmemenge auf die Heizkessel temperatur hoch transformiert
und in den Heizkessel- oder besser Schlammwärmetauscherkreislauf eingespeist.
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Wird die Kollektorwirkung jedoch nicht zum Zeitpunkt
der
Sonneneinstrahlung im Faulturm gebraucht, kann die aufgenommene Sonnenenergie als
Speicherwärme über Wärmetauscher an den Inhalt der Voreindicker abgegeben werden,
um so bereits dieses Schlamm-Wassergemisch vor dem Einpumpen in den Faulturm vorzuheizen.
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Reicht in der kühlen Jahreszeit die über die Sonnenkollektoren aufnehmbare
Wärmeenergie nicht aus, kann der Wärmeinhalt des ##s Warmwasserspeicher anzusehenden
tsachkirbeckens durch Wäretauscher entzogen und durch Wärmepunpen hochtransformiert
und in den Heizkesselkreislauf eingespeist werden.
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Das gleiche kann mit dem Wärmeinhalt des aus dem Faulturm abgelassenen
Trübwassers geschehen, bevor es zur biologischen Nachreinigung wieder der Kläranlage
zugeführt wird.
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Die so gewonnene Energie kann zum Betrieb der Fall an lage (Faulturm)
und zur Beheizung der Betriebsgebäude (z. B. der Pumpenräume, Schlarnmentwässerungsräume,
Laborräume, Sozialräume) oder sonstiger Anlagen verwendet werden, so daß Fremdenergie
ersetzt werden kann.
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Weitere Aufgabenstellungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der anhängenden Zeichnung.
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Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau für den Betrieb einer herkömmlichen
Kläranlage.
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Fig. 2 zeigt das Schema einer Kläranlage, in der das erfindungsgemäße
Verfahren zur Anwendung kommt.
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Fig. 3 zeigt das Schema einer erweiterten Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach Fig. 2.
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Fig. 4 zeigt das Schema einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Fig. 1 wurde bereits oben erläutert.
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Entsprechend zu der bereits beschriebenen Fig. 1 sind in Fig. 2 der
Abwasserzufluß 1, die Rechenanlage 2, die Sandfanganlage 3 und das Absetz- oder
Vorklärbecken 4 der mechanischen Vorreinigungsanlage und daran anschließend das
Belebungsbecken 5 der biologischen aeroben Reinigung und das Nachklärbecken 6 mit
dem Wasserabfluß Y
dargestellt. Der Primärschlamm aus dem mechanischen
Vorklärbecken 4 und der Uberschlußschlamm aus dem biologischen Reinigungsprozeß
5, 6 wird auch hier iiber einen in Fig. 2 nicht dargestellten Voreindicker durch
Schlammleitungen 18 dem Faulturm 9 zur anaeroben Weiterbehandlung zugeführt. Durch
die Umwälzpumpe 10 wird auch hier der Schlamm einmal in 24 Stunden umgewälzt, um
dabei auf die für den anaeroben Prozeß optimale Temperatur von etwa 30°-33° C erwärmt
zu werden. Selbstverständlich kann auch hier die für diese Erwärmung notwendige
Energie bekanntermaßen aus dem im Faulturm 9 anfallenden Methangas teilweise gewonnen
werden. Dies ist in Fig. 2 jedoch nicht dargestellt. Daher in den wenigsten Fallen
das so erzeugte Methangas ausreichen wird, um den Energiebedarf zu decken, wird
e.rfindungsgemäß das entstehende Energiedefizit durch Wärmerückgewinnung mit an
sich bekannten und technisch erprobten Mitteln gedeckt.
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Schon das der Kläranlage zufließende Abwasser enthält Wärmeenergie,
weil es nach Jahreszeiten schwankend mit einer Temperatur von etwa 15°-18° # C in
die Anlage eintritt. Der aerobe Prozeß der biologischen Reinigung
im
Belebungsbecken 5 läuft am besten bei einer Temperatur von etwa 200 C ab. Das biologisch
gereinigte und von Schlamm befreite Wasser verläßt die Kläranlage mit durchschnittlich
etwa 17°-18° C. Das entspricht bei einem angenommenen Durchfluß von 500 1/sec einem
W.irmeinhalt von etwa 9000 kcal/sec gerechnet gegen 00 C.
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Erfindungsgemäß werden dem Wasser vorzugsweise beim Austritt also
nach der biologischen Reinigung, ein Teil dieses Wärmeinhalts durch einen Wärmetauscher
oder Kondensator 14 entzogen und die Temperatur durch eine an sich bekannte elektrisch
betriebene W#irmepumpe 1') bis auf etwa 500 C hochtransformiert. In dom Sckundlirkreislauf
der Wärmepumpe ist wiederum ein Wärmotauscijor 16 eingeschaltet, der den Schlamm
des Faulturms '3 irl dessen Umwälzkreislauf 17 indirekt erwärmt und so neben der
Methangasheizung dazu beiträgt, die erwünschte Temperatur von 30°-33° C im Faulturm
9 aufrecht zu erhalten. Das aus dem Faulturm 9 abgelassene Trübwasser wird über
eine Leitung 13 vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Nacheindickers 12 wieder
der biologisc}en Nachreinigung der Kläranlage zugeführt. Da dieses Triibwasser aus
dem Faulturm eine verhältnismäßig hohe Temperatur hat, ist es besonders vorteilhaft,
auch an dieser
Leitung 13 einen Wärmetauscher 35 mit Wärmepumpe
36 vorzusehen.
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Der Wirkungsgrad der an sich bekannten Wärmepumpen ist sehr gut; bei
einer Leistungsaufnahme von 10 kW oder 8600 kcal kann ihnen eine Wärmeleistung von
35 kW oder 30100 kcal entnommen werden. Ausschlaggebend ist dafür unter anderem
die Wahl des richtigen Kältemittels.
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In Ausnahmefällen, z.B. bei speziellen Industrieabwässern, kann das
zu reinigende Abwasser der Kläranlage mit erhöhten Temperaturen zufließen; bei z
B.
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270 C und 500 1/sec Zufluß entspricht dies einem Wärmeinhalt von 48,6
Gcal/Stunde. Da dabei die für die biologische Reinigung optimale Temperatur von
ca. 200 C deutlich überschritten ist, kann dem Abwasser Wärme bereits vor der biologischen
Reinigung, d.h. nach der mechanischen Reinigung entzogen werden.
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Fig. 3 zeigt das Schema eines derartig abgewandelten bzw. weiterentwickelten
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gleiche Teile oder Abschnitte der Anlage sind mit
gleichen
Bezugszahlen wie in Fig, 1 und 2 bezeichnet.
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Erfindungsgemäß ist hier in dem Ausnahmefall einer deutlich erhöhten
Temperatur des zuflichenden Abwassers ein Wärmetauscher 19 bereits zwischen der
mechanischen Vorreinigungsanlage, bestehend aus Rechenanlage 2, Sandfanganlage 3
und Vorklärbecken 4, und dem Belebungsbecken 5 der biologischen Reinigung vorgesehen.
Der Wärmetauscher 19 ist wiederum mit dem Primärkreis]auf einer Wärmepumpe
20 verbunden, welche die dem Abwasser schon vor der bioiogischer. Reinigung entzogene
Wärme ebenfalls auf etwa 50" C hoclitr..nformiert. Der in den Sekundärkreislauf
dieser Warmepumpe 20 eingeschaltete Wärwetauscher 21 konn entsprechend dem anhand
von Fig. 2 beschliebenen Beispiel zur indirekten Erwärmung des Schlamms in lauf
17 des Faulturms 9 herangezogen werden.
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Wie im Beispiel nach Fig. 2 ist auch am Abfluß 7 npch dem Nachklärbecken
6 der biologischen Reinigung ein Wärmetauscher 14 mit Wärmepumpe 15 vorgesehen,
um Iii: abfließenden Wasser hier nochmals Wärme zu entziehen. De im Sekundärkreislauf
der Wärmepumpe 15 angeordnete Wärmetauscher 16', kann, falls seine Energieobgabe
fr
den Faulturm 9 nicht gebraucht wird, anderweitig z.B.
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für die Beheizung der Betriebsgebäude, der Pumpenräume, Schlammentwässerungsräume,
Laborräume oder Maschinenräume usw. herangezogen werden. Außerdem ware es möglich
oder denkbar, auch benachbarte ifohnräume damit zu beheizen.
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Die Anordnung eines zweiten Wärmetauschers 19 im Abwasserzufluß bei
erhöhter Temperatur des Abwassers zwischen mechanischer und biologischer Reinigung
hat nicht allein den Vorteil, daß dem Abwasser zweimal, also mehr Wärme entzogen
werden kann, sondern ist auch dem biologischen Reinigungsprozeß selbst zuträglich,
weil somit die erhöhte Temperatur der für die biologische Reinigung optimalen Temperatur
angenähert wird.
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Selbstverständlich kann nach dem Schema der Fig. 3 auch der Wärmetauscher
14 im Abfluß 7 zur Erwärmung des Schlammkreislaufs17 herangezogen und der Wärmetauscher
19 zwischen mechanischer und biologischer Reinigung anderweitig genutzt werden.
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Fig. 4 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensvorschlag.
Die eigentliche Abwasserkläranlage ist hier
durch das Belebungsbecken
5, das Nachklärbecken 6 und den Abfluß 7 nur noch angedeutet. Auch hier ist im Abflußbereich
7 ein Wärmetauscher 14 angeordnet, der dem Wasser Wärme entzieht und an eine Wärmepumpe
22 angeschlossen ist. Der eine Sekundärkreislauf 23 dieser Wärmepumpe 22 enthält
einen Wärmetauscher 24, welcher der indirekten Beheizung des Nacheindickers 12 für
den aus dem Faulturm 9 durch die Leitung 13' abgeführten, ausgefaulten Schlamm dient.
Ein weiterer Sekundärkreislauf 23' der Wärmepumpe 22 ist mit einer Heizungsanlage
25 verbunden, die über einen Wärmetauscher 26 Wärme an den Umwälzschlamm-kreislauf
17 des Faulturms 9 abgibt.
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Die Heizungsanlage 25 wird mit Hilfe des durch eine Gasleitung 27
aus dem Faulturm 9 abgeführten J4ethangilscs (CH4) betrieben.
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In der Gesamtanlage können beispielsweise auf dem Faulturm 9 oder
an einer sonst geeigneten Stelle Sonnenkollektoren 28 installiert sein, um zusätzlich
auch die Sonnenenergie zu nutzen. Der Wasserkreislauf 29 der Sonnenkollektoren 28
kann einerseits ebenfalls an die Heizungsanlage 25 angeschlossen sein. Außerdem
kann aus dem Ablaufzweig des Sonnenkollektoren-Wasserkreislaufs 29 über ein Ventil
30 ein Wasserkreislauf 31
abgezweigt werden, der über einen Wärmetauscher
32 dem Voreindicker 8 für den aus der Kläranlage entnommenen Primär- und Überschußschlamm
Wärmeenergie zuführt. Von einem weiteren Ventil 33 im Sonnenkollektoren-Wasserkreislauf
29 kann eine weitere Abzweigung 34 zur Wärmepumpe 22 führen, die die Temperatur
in bekannter Weise hochtransformiert und die an ihre Sekundärkreisläufe 23, 24 angeschlossenen
Anlagen, wie Heizungsanlage 25 und Wärmetauscher 24 versorgt.
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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann durch Wärmerückgewinnung
aus einer Kläranlage einerseits und durch eine möglicherweise zusätzliche Nutzung
der Sonnenenergie nicht nur Wärmeenergie für den Betrieb der Kläranlage selbst in
so hohem Maße eingespart werden, daß diese autark arbeitet, sondern sogar Wärmeenergie
im Niedertemperaturbereich von etwa 500 C, wie sie speziell für Heizzwecke und Warmwasserversorgung
geeignet ist, zusätzlich gewonnen werden, um andere Verbraucher damit beliefern
zu können.
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Im folgenden werden Berechnungsbeispiele für die Nutzung des erfindungsgemäßen
Verfahrens gegeben, die sich speziell auf den Vorschlag nach Fig. 4 beziehen.
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Berechnun#sbeispiel: Eine Kläranlage, die auf 20000 Einwohner ausgelegt
ist und derzeit zu 50 % (= 10000 Einwohner) ausgelastet ist, soll folgende Belastung
bringen; darin bedeuten: BSB - biochemischer Sauerstoffbedarf TS - Trockensubstanz
EGW - Einwohnergleichwerte d - Tag US - Uberschußschlamm PS - Primärschlamm 1) 10.000
EGW x 220 l/E-d = 2200 m3/d Abwassermenge 2) Primärschlamm (lt. Imhoff): 2,16 l/E.d
x 10.000 EGW = 21,6 m3/d mit 2,5 % Feststoffgehalt 3) Uberschußschlamm (= US) aus
der biologischen Reinigung: 450 kg BSB/d x 0,65 kg TS/kg BSB = 293 kg TS/d luit
99,4 % Wassergehalt 49,0 m3/d Laut Imhoff beträgt die im Faulturm erzeugte Gasmenge:
400 1/1 kg organische TS;
dabei kann mit einem Primärschlamm mit
70 % organischer Substanz/kg TS gerechnet werden.
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Die Feststoffe betragen 54 g/E.d also 0,7 x 54 g/E.d = 37,8 g/E.d
Die Gasmenge beträgt 400 1 x 37,8 g/E.d = 15 l/E-d x 10.000 E 1000 1000 = 150 m3/d
Aus dem Uberschußschlamm ergibt sich eine Gasmenge von 50 % von 293 kg TS = 147
kg organ. TS 400 1 x 147 kg TS = 59 m3/d 1000 Die Gesaintgasmenge beträgt 150 m3/d
+ 59 m3/d = 209 m3/d.
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Bei einem Heizwert von 5500 kcal/m3 entspricht dies 209 x 550 = 1
149 500 kcal.
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Die Wärmeverluste des Faulturms betragen lt. Imhoff 350 kcal/m3.Tag.
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Die Größe des Faulturms soll 1000 m3 betragen, wobei eine Ausfaulzeit
von 21 Tagen zu Grunde gelegt ist.
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Damit beträgt der Wärmeverlust 350 000 kcal/d.
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Der Wirkungsgrad der Heizung wird mit 50 % angesetzt, das ergibt 1
149 500 kcal x 50 % = 574750 kcal.
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Es werden nach Voreindickung auf 4 % Trockenniasse aus dem Primärschlamm
540 k#TS/d x 100 # 13,5 m3/d 4 x 1000 und aus dem Überschußschlamm nach Voreindickung
auf 3 % Trockenmasse 293 k#TS/d x 100 # 10 m3/d 3 x 1000 a) im Sommerbetrieb ungefähr
24 m3/d Schlamm in den Faulturm gepumpt mit einer für den Sommer angenommenen Wassertemperatur
von 150 C.
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Dabei ist der Wärmebedarf für die Erhitzung auf 33°C 24000 1 x 18
kcal = 432000 kcal.
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Der vorhandene Wärmeinhalt beträgt 574750 kcal -350000 kcal (Verlust)
= 224750 kcal.
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Somit besteht ein Wärmedefizit von 432000 kcal -224750 keal = 207350
kcal.
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Dieses Wärmedefizit wird nach dem Stand der Technik durch Fremdenergie
gedeckt. Das entspricht einem täglichen Heizölbedarf von ca.30 1 und in 8 Monaten
einem Bedarf von 240 d x 30 1 = 7200 1 an leichtem Heizöl (1H).
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b) Winterbetrieb Das ankommende Wasser hat im Winter nur eine Temperatur
von ca. wegen der niedrigen Außentemperaturen um ca. 50 P höher also bei ungefähr
500 000 kcal.
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Der Wärmebedarf beträgt 24000 1 x 23 kcal = 552000 keal.
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Der vorhandene Wärmeinhalt beträgt 574750 kcal, nach Abzug der ärmeverluste
des Faulturms von 500 000 kcal verbleiben 74750 kcal.
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Somit beläuft sich das Wärmedefizit auf 552000 kcal -74750 kcal =
477250 kcal.
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Hinzu kommt noch der Wärmebedarf im Winter für die Betriebsgebäude,
der mit 23000 kcal angenommen wird.
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Es ergibt sich also ein Gesamtdefizit von 500,")0 kc.
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oder ungefähr 500000 kcal.
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Dies entspricht einem täglichen Heizöl(lH)bedarf von ca. 70 - 80 1
leichtem Heizöl; über eine Zeitdauer von ca. 4 Monaten sind dies 4 x 30 d x 75 1
= 9000 1 (1H).
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Die Summe aus dem Sommerbedarf (a) und dem Winterbedarf (b) ergibt
also einen Jahresbedarf von 7200 1 (aus a) + 9000 1 (aus b) = 16200 1 leichtes Heizöl.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dieser Bedarf an Fremdenergie
in Kläranlagen nicht nur vollständig
eingespart, sondern darüber
hinaus Wärmeenergie im Niedertemperaturbereich von ca. 500 C an andere Verbraucher
zur Raumheizung, für den Warmwasserbedarf usw. abgegeben werden.