DE3709316C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Reinigung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser und für die Schlammbehandlung, - wobei das Rohabwasser in eine hochbelastete Adsorptionsstufe und danach in eine schwachbelastete Belebungsstufe eingeführt, sowie der Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe und aus der Belebungsstufe als Überschußschlammischung nach einer Voreindickung einer Schlammbehandlungsstufe zugeführt werden, die einen Versäuerungsreaktor und einen Methanreaktor aufweist. Es versteht sich, daß der Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe und der aus der Belebungstufe auch getrennt einer Voreindickung unterworfen werden können. - Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Reinigung des Abwassers nach der sogenannten Adsorptionstechnologie (vgl. "Korrespondenz Abwasser", 30. Jg., Heft 7, S. 452). Nach der Grundkonzeption der Adsorptionstechnologie und der vorliegenden Erfindung erfolgt keine mechanische Vorreinigung. Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch, eine solche vorzusehen.

Bei einem bekannten Verfahren (DE-Z. "Wasser, Energie, Luft" 1982, Heft 19, S. 270-274) wird mit einer konventionellen biologischen Kläranlage gearbeitet. Eine Adsorptionsstufe ist nicht vorgesehen. Der bei konventionellen biologischen Kläranlagen anfallende Schlamm enthält faserige, zur Zopfbildung und zur Bildung von Schwimmdecken neigende Stoffe. Es wird mit konventionellen Faulbehältern ohne Festbettreaktoren gearbeitet. Der Feststoffgehalt des Schlammes bei der Behandlung im Methanreaktor ist relativ niedrig. Zur Versäuerung ist zwar ein Festbettreaktor eingesetzt, in diesem ist jedoch ein konventioneller Faulturm nachgeschaltet.

Bei einem aus der Praxis bekannten Verfahren werden der Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe sowie der Überschußschlamm aus der hochbelasteten Belebungsstufe nach der Voreindickung zunächst entwässert, z. B. mit Hilfe eines Dekanters oder einer Entwässerungssiebanlage, und danach in den Versäuerungsreaktor sowie in den Methanreaktor eingeführt. Der Schlammischung wird häufig auch der Rohschlamm aus der mechanischen Vorreinigung des zufließenden Abwassers beigegeben. Der Feststoffgehalt der Schlammischung bei der Behandlung im Methanreaktor liegt bei 45 kg TS/m³ und kann maximal 70 bis 90 kg TS/m³ erreichen. Ein Betrieb des Methanreaktors oder auch des Versäuerungsreaktors als Feststoffreaktor ist bei Schlamm konventioneller Kläranlagen wegen Verstopfungsgefahr nicht möglich. Andererseits ist es notorisch, daß ein Betrieb mit einem Trockensubstanzgehalt von ≧50 bis 60 kg TS/m³ ohne Beigabe von körnigem Trägermaterial für die Mikroben im Rahmen der bekannten Maßnahmen nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß mit einem wesentlich erhöhten Trockensubstanzgehalt in dem Methanreaktor betriebssicher bearbeitet werden kann, und zwar bereits ohne Beigabe von körnigem Trägermaterial für die Mikroben.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs beschriebenen Verfahren gelöst, wobei

• a) die nicht entwässerte Überschußschlammischung einer mit einem "Grenzkorn" von ≦3 mm arbeitenden Feinreinigung mittels Rechen und/oder Sieben unterworfen wird,
• b) die feingereinigte Schlammischung durch pasteurisierende Erwärmung auf 70° bis 75°C und Versäuerung bei 45° bis 55°C verflüssigt und,
• c) die verflüssigte Schlammischung in einem Festbett-Methanreaktor mit einem Trockensubstanzgehalt von über 100 kg TS/m³ weiterbehandelt wird.

Vorzugsweise erfolgt die Versäuerung in einem Festbett- Versäuerungsreaktor. Es versteht sich, daß die feingereinigte Schlammischung, die in der ersten Stufe durch Erwärmung pasteurisiert wurde, danach in einer zweiten Stufe in dem Versäuerungsreaktor weiterverflüssigt werden kann. Die Verflüssigung durch Pasteurisierung und Versäuerung kann aber auch in einem Versäuerungsreaktor durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist das im Versäuerungs- bzw. Methanreaktor zirkulierende Abwasser dünnflüssig. Der wesentliche Teil der Bakterien bzw. des anaeroben Belebtschlammes (rund 80% bis 85%) sitzt fest auf dem Festbettsystem, ist jedoch bei der vorstehenden Aufgabe über den Trockensubstanzgehalt mitgerechnet. Das sehr dünnflüssige Abwasserschlammgemisch mit einem eigenen Feststoffanteil von 30 bis 50 g/m³ (=3% bis 5% TS) wird in dem Festbett-Methanreaktor weiterbehandelt. Die insgesamt zur Verfügung stehende Biomasse ist dadurch erhöht, daß zumindest in dem Methanreaktor, vorzugsweise auch in dem Versäuerungsreaktor, für sessile Bakterien über Festbetten weitere Siedlungsflächen geschaffen werden. Die Schlammischung kann in dem Festbett-Methanreaktor mit einem Trockensubstanzgehalt von 150 bis 300 kg TS/m³ behandelt werden.

Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß hinter einer Reinigungsanlage mit hochbelasteter Adsorptionsstufe und schwachbelasteter Belebungsstufe durch eine mechanische Feinreinigung, die mit Rechen und/oder Siebtrommeln durchgeführt wird, eine Schlammischung gewonnen werden kann, die in Festbettreaktoren wie ein hochkonzentriertes Abwasser ohne Verstopfungsgefahr weiterbehandelt werden kann, wobei ausgenutzt wird, daß sowohl die Pasteurisierung als auch die Versäuerung eine weitere Verflüssigung bewirken. Fällt Rohschlamm aus einer Grobvorreinigungsanlage an, so kann dieser ebenfalls der Feinreinigung unterworfen und danach der Schlammischung beigefügt werden. Man könnte aber auch zu Beginn des Abwasserpfades hinter und/oder vor dem üblichen Rechen bzw. Sandfang einen Siebrechen anordnen, der hier eine mechanische Feinreinigung bewirkt. Die Feinreinigung erfolgt mit einem "Grenzkorn" von ≦3 mm. Der Ausdruck "Grenzkorn" besagt hier, daß der maximale freie Raum zwischen den Rechenstäben oder Siebstäben bzw. Siebmaschen 3 mm oder weniger beträgt. Es versteht sich, daß man der feingereinigten Schlammischung zellauflösende Substan­ zen, z. B. Lysin, beigeben kann. Um die üblichen Verfahrenspara­ meter einzustellen, kann die Schlammischung in dem Versäuerungs­ reaktor bzw. in dem Festbett-Methanreaktor einer inneren und/oder äußeren Umwälzung unterworfen werden. lnnere Umwälzung meint gleichsam ein Umrühren, gleichgültig mit welchen Mitteln das Umrüh­ ren bewirkt wird. Z. B. kann man eine Einblasung von gewonnenem Methangas vornehmen. Äußere Umwälzung meint eine Kreislaufführung über entsprechende Leitungen.

Die erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß in dem Methanreaktor mit einem wesentlich erhöhten Trockensubstanzge­ halt der Schlammischung betriebssicher gearbeitet werden kann, und zwar mit einem Methanreaktor, der als Festbett-Methanreaktor aus­ gelegt ist. Die Beigabe von körnigem Trägermaterial ist nicht erfor­ derlich. Insbesondere kann durch Zugabe von Kohle ein merklich höherer Schadstoffabbau (= CSB) erreicht werden. Im Ergebnis er­ reicht man eine beachtliche Verringerung des Flächenbedarfs bzw. des Volumens für die Schlammbehandlung. Weitere Vorteile bestehen darin, daß die nach dem Stand der Technik erforderliche Entwässerung über Dekanter oder Entwässe­ rungssiebe bzw. Siebbandpressen entfallen kann. Auch eine Ein­ dickung hinter dem Versäuerungsreaktor ist nicht erforderlich. Bei der Pasteurisierung erfolgt eine Hydrolisierung der Schlammischung, sowie eine Teilzerstörung der Zellen und im Ergebnis eine Verflüssi­ gung. Eine Nacheindickung hinter dem Versäuerungsreaktor kann entfallen, eine geringfügige Entwässerung an dieser Stelle kann je­ doch zweckmäßig sein und läßt sich unschwer verwirklichen. Es ver­ steht sich, daß vor dem Festbett-Methanreaktor Aktivkohle beigegeben werden kann, um toxische Stoffe zurückzuhalten bzw. biologisch ab­ zubauen. Auch kann Kalk vor dem Methanreaktor zugegeben werden, falls der Versäuerungsgrad des Abwasserschlammgemisches zu hoch ist. Wegen des geringen Volumens besteht die Möglichkeit, in appa­ rativer Hinsicht mit Stahlbehältern zu arbeiten, die typisiert werden können. Im übrigen erreicht man eine erhöhte Ausbeute an Methan­ gas.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Verfahrensschemas mit Ausführungsbeispiel erläutert.

In dem Verfahrensschema ist oben eine Abwasserreinigungsanlage mit Adsorptionsstufe A und Belebungsstufe B schematisch angedeutet. Das Rohabwasser läuft von links zu, das gereinigte Abwasser läuft oben nach rechts ab. Die Leitungen SR dienen der Schlammrückführung. Die Schlammabführungen SA münden als Zuleitung 1 in die nachge­ schaltete erfindungsgemäße Anlage zur Überschußschlammbehandlung.

In dem unteren Verfahrensschema erkennt man die Zuleitung 1 für den Überschußschlamm aus der hochbelasteten Adsorptionsstufe und aus der schwachbelasteten Belebungsstufe, den Voreindicker 2a mit nachgeschalteter mechanischer Feinreinigung 2b, die nachgeschaltete Tauchbrenner-Pasteurisiereinrichtung 3 und in der abgehenden Lei­ tung 4 eine Pumpe 5. Man könnte auch zwei separate Voreindicker, einen für den Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe, einen für den Überschußschlamm aus der Belebungsstufe, vorsehen. Der Ver­ säuerungsreaktor 6 schließt sich an. Er ist ein Festbett-Versäue­ rungsreaktor mit angedeutetem Festbett 7. In der abgehenden Leitung 8 liegt eine weitere Pumpe 5, falls der Versäuerungsreaktor nicht hochgesetzt wird, um das Abwasserschlammgemisch im freien Gefälle zum Methanreaktor zu transportieren. Der Methanreaktor 9 ist ange­ schlossen. Es handelt sich ebenfalls um einen Festbettreaktor mit Festbett 10. Eine Nacheindickung 11 mit Schlammrückführung und eine Entwässerung 12 schließen sich an. Das Trübwasser wird über die Leitungen 13 der Trübwasserbehandlung zugeführt, wobei die üblichen chemischen Substanzen zur P-Reduzierung beigegeben werden. Im übrigen ist an den Nacheindicker die Rückführleitung 14 angeschlos­ sen, die zu der schon genannten Pumpe 5 vor dem Festbett-Methan­ reaktor geführt ist. Das entstehende Gas wird über die Leitung 15 abgezogen und einem Gasometer 16 zugeführt. Dem Gasometer 16 kann über die Leitung 19 auch aus dem Versäuerungsreaktor 6 abziehbares Gas zugeführt werden. Die Leitung 17 dient der Rückführung von Gas aus dem Gasometer 16 zum Methanreaktor 10 zum Zwecke der inneren Umwälzung. Ein Entgasungsschacht 18 ist nachgeschaltet. Bei 20 kann eine Kalkzugabe bzw. eine Kohlezugabe erfolgen. Der Zuleitung 1 werden der nichtentwässerte Überschußschlamm aus der Adsorptions­ stufe sowie der nicht entwässerte Überschußschlamm aus der schwach­ belasteten Belebungsstufe der vorgeschalteten Reinigungsanlage als Schlammischung nach mechanischer Feinreinigung zugeführt. Die fein­ gereinigte Schlammischung wird mit Hilfe der Tauchbrenner bei 3 pasteurisiert und dabei bereits verflüssigt. Die pasteurisierte Schlammischung wird danach in dem Versäuerungsreaktor 6 durch Teilzerstörung der Zellen weiter verflüssigt, sie kann danach mit ei­ nem Feststoffgehalt im Mittel aus sessiler und schwebender Biomasse von über 100 kg TS/m³ in dem Festbett-Methanreaktor 9 weiterbehan­ delt werden.

Für ein Ausführungsbeispiel werde angenommen, daß in einer für 100 000 E/EW ausgelegten Abwasserreinigungsanlage mit Adsorptions­ stufe und Belebungsbecken täglich 200 m³ Überschußschlamm anfal­ len.

Der aus dem Abwasserpfad bereits im Rechen vorgereinigte Schlamm gelangt über die Zuleitung 1 in einen etwa 200 m³ großen Vorein­ dicker 2a. Nach einer Eindickung auf etwa 4-5% Feststoffgehalt gelangt dieser völlig einheitlich ausgebildete und gleichartige Schlamm über einen Reinrechen bzw. über eine feinmaschige Sieb­ anlage 2b, um das Schlammwassergemisch faserfrei zu halten. Bei verhältnismäßig geringen Fließgeschwindigkeiten um 30 cm/s weist das Abwasserschlammgemisch eine weitgehende abwasserähnliche und organisch hochkonzentrierte Beschaffenheit auf. Durch die Behandlung im Abwasserpfad ist die BSB₅-Konzentration des Abwassers von 300 mg/l einerseits auf etwa 5 mg/l gesenkt worden, aber andererseits die flüssige Schlammwasserphase auf rund 15 000 bis 20 000 mg/l - also um den Faktor 50 bis 70 aufkonzentriert worden.

Dieses Schlammwassergemisch (200 m³) wird im etwa 10 m³ großen Tauchbrenner 3 auf 70°C erhitzt und verbleibt hier etwa ½ Stunde. Anschließend gelangen über den Tag verteilt die 200 m³ Schlamm­ wascher mit einer Temperatur von 50/55°C (mesophil) in die etwa 300 m³ große Versäuerungsstufe 6/7 und verbleiben hier etwa 1 bis 1,5 Tage. Hier erfolgt die Aufschließung der organischen Verbindun­ gen und eine weitere Verflüssigung und eine Pasteurisierung des Schlammes. Das Schlammwassergemisch wird über eine Methangasein­ blasung 17 in 6, 7 im internen Kreislauf gehalten und somit durch den Festbettreaktor getrieben.

Mit einer Temperatur von etwa 33°C (mesophil) durchläuft dann das Schlammwassergemisch den Festbett-Methanreaktor, d. h. den mit Festbettreaktoren ausgerüsteten Methanfaulbehälter 9 und verbleibt in dem etwa 2400 m³ großen Behälter etwa 10 bis 12 Tage. Die Lei­ tung 17 dient der Rückführung von Gas aus dem Gasometer 16 zum Zwecke der inneren Umwälzung des Schlammes durch die Festbetten 7 und 10. Nach der Entgasung des ausgefaulten Schlammes im Ent­ gasungsschacht 18 wird der Schlamm in den Nacheindicker 11 geführt und verbleibt hier etwa 1 bis 1,5 Tage.

Zur Aufrechterhaltung des äußeren Biomassenkreislaufes und zur Ak­ tivierung der Bioprozesse wird ein Teil des eingedickten Schlammes über Leitung 14 wieder zum Methanreaktor geführt, der Rest zur Schlammentwässerungsanlage 12. Das anfallende Trübwasser wird über Leitung 13 zum Kläranlagenzulauf transportiert.

In der Hydrolyse-Phase, die im Ausführungsbeispiel in dem Versäue­ rungsreaktor 6 erfolgt, werden polymere Stoffe durch Exoenzyme in Bruchstücke zerlegt, die dann in der Versäuerungs-Phase z. B. zu Alkoholen, CO₂, H₂ und organischen Säuren abgebaut werden. Die hydrolysierenden und die versäuernden Bakterien weisen kurze Generationszeiten auf. Für die versäuernden Bakterien ist eher ein saures Milieu günstig.

In der methanogenen Phase, die im Ausführungsbeispiel in dem Methanreaktor 9 erfolgt, werden nur Acetat, H₂ und CO₂ direkt von den Methanbakterien zu CH₄ umgesetzt. Andere organische Säuren, Alkohole, etc. müssen zunächst durch acetogene Bakterien zu Acetat umgesetzt werden, wobei acetogene und methanogene Bakterien aus energetischen Gründen nur in engem räumlichen Kontakt existieren können. Beide Organismenarten haben lange Generationszeiten. Für die Methanbakterien ist ein neutrales bis leicht alkalisches Milieu günstig.

Claims (3)

1. Verfahren für die Reinigung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, und für die Schlammbehandlung - wobei das Rohabwasser in eine hochbelastete Adsorptionsstufe und danach in eine schwachbelastete Belebungsstufe eingeführt, sowie der Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe und aus der Belebungsstufe als Überschußschlammischung nach einer Voreindickung einer Schlammbehandlungsstufe zugeführt werden, die einen Versäuerungsreaktor und einen Methanreaktor aufweist, wobei

• a) die nichtentwässerte Überschußschlammischung einer mit einem "Grenzkorn" von ≦3 mm arbeitenden Feinreinigung mittels Rechen und/oder Sieben unterworfen wird,
• b) die feingereinigte Schlammischung durch pasteurisierende Erwärmung auf 70° bis 75°C und Versäuerung bei 45° bis 55°C verflüssigt und
• c) die verflüssigte Schlammischung in einem Festbett-Methanreaktor mit einem Trockensubstanzgehalt von über 100 kg TS/m³ weiterbehandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versäuerung in einem Festbett-Versäuerungsreaktor durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserschlammischung in dem Festbett-Methanreaktor mit einem Trockensubstanzgehalt von 150 bis 300 kg TS/m³ behandelt wird.