DE4227238C1 - Verfahren zum Betreiben von Kläranlagen und verfahrensgemäß arbeitende Anlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Kläranlagen mit einem Absetzbecken zur mechanischen Reinigung des Abwassers sowie einem Faulbehälter und einem Belebungsbecken zur anaeroben und aeroben Schlammbehandlung sowie eine verfahrensgemäß arbeitende Anlage.

Der Zwang zum Energiesparen und der Umweltschutz erfordern die Reduzierung der beim Betrieb von Kläranlagen anfallenden Verlustenergie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren für Kläranlagen und eine verfahrensgemäß arbeitende Anlage zu entwickeln, die eine optimale Rückgewinnung der hauptsächlich als Wärme anfallenden Verlustenergie ermöglichen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch das Betriebsverfahren für Kläranlagen nach Anspruch 1 und die Kläranlage nach Anspruch 5.

Die Unteransprüche sind auf zweckmäßige Weiterbildungen des Betriebsverfahrens und der nach diesem Verfahren arbeitenden Kläranlage gerichtet.

Das Verfahren zum Betreiben von Kläranlagen ist dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Verdichtung in einem Drucklufterzeuger erwärmten Druckluft für das Belebungsbecken vor der Einleitung in das Becken durch einen in einem Heizkreislauf geführten Energieträger, vorzugsweise Wasser oder Öl, Wärme entzogen wird, das aufgeheizte Wasser zur Erwärmung des in den Faulbehälter bis zu vierundzwanzig Stunden täglich kontinuierlich eingeleiteten Frischschlamms verwendet wird und daß das durch die Aufheizung des Frischschlamms auf eine Minimumtemperatur abgekühlte Heizwasser erneut durch die Druckluft für das Belebungsbecken aufgeheizt wird.

Eine weitere Steigerung des Wärmerückgewinns im Rahmen dieses Betriebsverfahrens kann dadurch erzielt werden, daß dem ausgefaulten Faulschlamm und dem Faulwasser, die dem Faulbehälter entnommen werden, durch den Heizkreislauf zur Erwärmung des in den Faulbehälter eingeleiteten Frischschlamms zusätzliche Wärmeenergie entzogen wird.

Die in dem Heizkreislauf umgewälzte Heizwassermenge ist in Abhängigkeit von der Menge und der Temperatur der erzeugten Druckluft für das Belebungsbecken sowie der in den Faulbehälter eingeleiteten Frischschlammenge regelbar, so daß ein optimaler Wärmerückgewinn erreicht wird.

Zusätzlich zur Frischschlammaufheizung kann der Heizkreislauf z. B. zur Erwärmung von Brauchwasser und Heizungswasser für Gebäudeheizungen der Kläranlage eingesetzt werden.

Zum Stand der Technik gehört ein in der DE-PS 4 01 052 beschriebenes Verfahren zur Förderung der Methangärung in Schlammfaulräumen von Abwasser-Kläranlagen, bei dem das aus dem Faulraum entnommene Faulwasser vor seiner Entnahme im Faulraum und außerhalb des Faulraumes bis zur Sättigung belüftet, in einem Ofen erwärmt und dann dem in dem Faulraum eingeleiteten Frischschlamm wieder ausgesetzt wird. Durch diesen Kreislauf wird erreicht, daß die dem Faulwasser zugeführte Druckluft- und Ofenwärme nach Möglichkeit zur Begünstigung des Faulvorganges benutzt wird und die reiche Luftzuführung das Faulwasser fäulnisfrei macht.

Aufgrund dieses Verfahrens ist es bekannt, die in Druckluft vorhandene Wärmeenergie zum Erwärmen des Faulwassers in Faulräumen zu nutzen. Das erfindungsgemäße Verfahren geht über den Stand der Technik insofern hinaus, als es die Wärmeenergie, die in der Druckluft für das Belebungsbecken enthalten ist und die bisher als Verlustenergie anfiel, bis zu vierundzwanzig Stunden täglich zur Erwärmung des in einen Faulbehälter eingeleiteten Frischschlamms nutzt.

Nachstehend ist anhand eines Anlagenschemas eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Kläranlage näher erläutert.

Die wesentlichen Bestandteile der Kläranlage sind ein nicht dargestelltes Absetzbecken zur mechanischen Reinigung des Abwassers, ein an dieses angeschlossenes Belebungsbecken 1 sowie ein diesem nachgeordnetes Nachklärbecken (nicht dargestellt) zur biologischen Abwasserreinigung, ein Voreindicker 2, in den Schlamm aus dem Nachklärbecken gepumpt wird, und ein an den Voreindicker 2 angeschlossener Faulbehälter 3 zur Schlammbehandlung, aus dem der ausgefaulte Faulschlamm auf Schlammtrockenbeete (nicht dargestellt) gepumpt wird. Die Druckluft für das Belebungsbecken 1 wird in einer Station mit drei Druckluftgebläsen 4 erzeugt.

Die Kläranlage ist mit einem Heizwasserkreislauf 5 für den Faulbehälter 3 ausgerüstet. Der Heizwasserkreislauf 5 besteht aus einem als Lamellenkühler ausgebildeten Luftkühler 6 in der Luftleitung 7 zwischen der Druckseite der in einer Station zusammengefaßten drei Gebläse 4 und dem Belebungsbecken 1, einem über eine Verbindungsleitung 8 an den Wasserablauf 9 des Luftkühlers 6 angeschlossenen Warmwasserspeicher 10, der über eine Verbindungsleitung 11 an die Rücklaufleitung 12 eines Heizkessels 13 angeschlossen ist, sowie einem Gegenstromwärmetauscher 14. Der wasserseitige Eintritt 15 des Wärmetauschers 14 ist über eine Leitung 16 mit der Vorlaufleitung 17 des Heizkessels 13 verbunden, und der wasserseitige Austritt 18 des Wärmetauschers 14 ist durch eine Leitung 19 an den wasserseitigen Zulauf 20 des Luftkühlers 6 in der Luftleitung 7 zwischen den Druckluftgebläsen und dem Belebungsbecken 1 angeschlossen.

Durch den Wärmetauscher 14 wird im Gegenstrom zum Heizwasser Frischschlamm geleitet, der über eine Verbindungsleitung 21 aus dem Voreindicker 2 in den Eintritt 22 des Wärmetauschers 14 gepumpt wird und diesen über den Austritt 23 verläßt, der über eine Verbindungsleitung 24 an eine Mischdüse 25 angeschlossen ist, die in einen aus dem Faulbehälter 3 herausgeführten Umwälzkreislauf 26 für den Faulschlamm eingebaut ist.

Zur Rückgewinnung von Wärme aus dem ausgefaulten Schlamm und dem Faulwasser, die über Entnahmeleitungen 27, 28 aus dem Faulbehälter 3 abgepumpt werden, sind in die Entnahmeleitungen 27, 28 zwei Wärmetauscher 29, 30 eingebaut, die über eine von der Verbindungsleitung 19 zwischen dem Gegenstromwärmetauscher 14 und dem Luftkühler 6 abzweigende Anschlußleitung 31 dem Heizwasserkreislauf 5 einzeln oder zusammen zuschaltbar sind. Die heizwasserseitigen Austritte 32, 33 der Wärmetauscher 29, 30 sind über eine Verbindungsleitung 34 an den Warmwasserspeicher 10 angeschlossen.

In die Verbindungsleitung 16 zwischen der Vorlaufleitung 17 des Heizkessels 13 und dem Wärmetauscher 14 sind zwei weitere miteinander gekoppelte Wärmetauscher 35, 36 zur Erwärmung von Brauchwasser oder Heizungswasser zum Betrieb von Gebäudeheizungen der Kläranlage einschaltbar.

Die durch den Luftkühler 6 des Heizwasserkreislaufes 5 der Druckluft für das Belebungsbecken 1 entzogene Wärme dient zur Erwärmung des in dem Gegenstromwärmetauscher 14 auf eine Minimumtemperatur abgekühlten Heizwassers, das in den Warmwasserspeicher 10 gepumpt wird und von dort in die Rücklaufleitung 12 des Heizkessels 13 gelangt. Mit dieser Maßnahme wird angestrebt, daß die Rücklauftemperatur des Heizkessels 13 möglichst wenig unter die Einschalttemperatur desselben abfällt und dadurch Energiekosten für den Betrieb des Brenners 37 des Heizkessels 13 gespart werden. Das durch den Heizkessel 13 und den Luftkühler 6 erwärmte Heizwasser wird durch die Vorlaufleitung 17 des Heizkessels 13 und die Verbindungsleitung 16 in den Gegenstromwärmetauscher 14 gepumpt, in dem der aus dem Voreindicker 2 bis zu vierundzwanzig Stunden täglich kontinuierlich abgepumpte Frischschlamm im Gegenstrom zum Heizwasser auf eine Temperatur von ca. 37°C aufgeheizt wird. Der erwärmte Frischschlamm wird durch die Mischdüse 25 dem Faulschlamm aus dem Faulbehälter 3 in dem Umwälzkreislauf 26 kontinuierlich beigemischt. In dem Faulbehälter 3 wird das Gemisch aus Faul- und Frischschlamm einer mesophilen Schlammfaulung bei ca. 35°C unterzogen. Das in dem Wärmetauscher 14 auf eine Minimumtemperatur abgekühlte Heizwasser wird in den Luftkühler 6 zurückgepumpt und dort erneut aufgeheizt.

Durch die kontinuierliche Einleitung von Frischschlamm bis zu vierundzwanzig Stunden täglich in den Umwälzkreislauf 26 des Faulbehälters 3 wird der biochemische Abbau hochmolekularer Stoffwechselendprodukte des Schlamms im Faulbehälter 3 beschleunigt, und bei der beschleunigten Schlammfaulung werden entsprechend große Mengen an Methangas erzeugt, das zum Antrieb von Gasmotoren und Generatoren zur Stromerzeugung eingesetzt werden kann.

In Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad der Druckluft für das Belebungsbecken kann die Lufttemperatur zwischen 75 und 150°C liegen. Bei einem Druck von 0,4 bar beträgt die Lufttemperatur 75°C und bei 0,6 bar 118°C. Bei Drucklufttemperaturen über 100°C kann dem Heizwasserkreislauf 5 ein weiterer Heizkreislauf 38 zugeschaltet werden, in dem ein Wärmeträgeröl umläuft. Der Heizkreislauf 38 weist einen Luftkühler 39 in der Luftleitung 7 zwischen den Druckluftgebläsen 4 und dem Belebungsbecken 1 auf, durch den der Druckluft Wärme entzogen wird, sowie einen Plattenwärmetauscher 40, durch den aus dem Warmwasserspeicher 10 des Heizwasserkreislaufes 5 entnommenes Heizwasser aufgeheizt wird, das nach dem Aufheizen in den Warmwasserspeicher 10 zurückgepumpt wird.

Bei einem Ausfall des Gegenstromwärmetauschers 14 im Umwälzkreislauf 26 des Faulbehälters 3 für das Gemisch aus Faulschlamm und Frischschlamm infolge von Wartungs- und Reparaturarbeiten wird das Schlammgemisch durch einen im Umwälzkreislauf 26 eingebauten Gegenstromwärmetauscher 41 aufgeheizt, der heizwasserseitig über eine Zuleitung 42 und die Verbindungsleitung 16 an die Vorlaufleitung 17 des Heizkessels 13 und eine Leitung 43 direkt an die Rücklaufleitung 12 des Heizkessels 13 angeschlossen ist oder zur Aufheizung des Heizwassers durch die Druckluft für das Belebungsbecken 1 über die Leitung 43, die an diese angeschlossene Leitung 19, den Luftkühler 6, die Leitung 8 und den Warmwasserspeicher 10 mit der Rücklaufleitung 12 des Heizkessels 13 verbunden ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben von Kläranlagen für Abwasser mit einem Absetzbecken zur mechanischen Reinigung des Abwassers sowie einem Faulbehälter und einem Belebungsbecken zur anaeroben und aeroben Schlammbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Verdichtung in einem Drucklufterzeuger erwärmten Druckluft für das Belebungsbecken vor der Einleitung in das Becken durch einen in einem Heizkreislauf geführten Energieträger Wärme entzogen wird, das aufgeheizte Wasser zur Erwärmung des in den Faulbehälter bis zu vierundzwanzig Stunden täglich kontinuierlich eingeleiteten Frischschlamms verwendet wird und das durch die Aufheizung des Frischschlamms auf eine Minimumtemperatur abgekühlte Heizwasser erneut durch die Druckluft für das Belebungsbecken aufgeheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizwasser für den Faulbehälter zusätzlich durch den ausgefaulten Faulschlamm und das Faulwasser, die dem Faulbehälter entnommen werden, aufgeheizt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Regelung der in dem Heizkreislauf umgewälzten Heizwassermenge in Abhängigkeit von der Menge und der Temperatur der erzeugten Druckluft für das Belebungsbecken sowie der in den Faulbehälter eingeleiteten Frischschlammenge.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch den Betrieb weiterer Einrichtungen der Kläranlage mit dem Heizwasser.

5. Kläranlage zum Betrieb gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, mit einem Absetzbecken, einem Faulbehälter und einem Belebungsbecken, gekennzeichnet durch einen Heizwasserkreislauf (5) für den Faulbehälter (3) mit einem Luftkühler (6) in der Luftleitung (7) zwischen der Druckseite eines oder mehrerer Gebläse (4) und dem Belebungsbecken (1), einem über eine Verbindungsleitung (8) an den Wasserablauf (9) des Luftkühlers (6) angeschlossenen Warmwasserspeicher (10), der über eine Verbindungsleitung (11) an die Rücklaufleitung (12) eines Heizkessels (13) angeschlossen ist, sowie einem Gegenstromwärmetauscher (14), dessen wasserseitiger Eintritt (15) über eine Leitung (16) mit der Vorlaufleitung (17) des Heizkessels (13) verbunden ist, dessen (14) wasserseitiger Austritt (18) durch eine Leitung (19) an den wasserseitigen Zulauf (20) des Luftkühlers (6) in der Luftleitung (7) zwischen den Luftgebläsen (4) und dem Belebungsbecken (1) angeschlossen ist und durch den im Gegenstrom zum Heizwasser Frischschlamm geleitet wird, der über einen Eintritt (22) in den Wärmetauscher (14) gelangt und diesen über einen Austritt (23) verläßt, der über eine Verbindungsleitung (24) an eine Mischdüse (25) angeschlossen ist, die in einen aus dem Faulbehälter (3) herausgeführten Umwälzkreislauf (26) für den Faulschlamm eingebaut ist.

6. Kläranlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch in die Entnahmeleitungen (27, 28) am Faulbehälter (3) für den ausgefaulten Faulschlamm und das Faulwasser eingebaute Wärmetauscher (29, 30), die zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Faulschlamm und dem Faulwasser dem Heizwasserkreislauf (5) zuschaltbar sind.

7. Kläranlage nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkühler (6) des Heizwasserkreislaufes (5) als Lamellenkühler ausgebildet ist.

8. Kläranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch einen oder mehrere an die Vorlaufleitung (17) des Heizkessels (13) des Heizwasserkreislaufes (5) anschließbare Wärmetauscher (35, 36) zur Erwärmung von Heizungswasser zum Betrieb von Gebäudeheizungen der Kläranlage und/oder von Brauchwasser.

9. Kläranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch einen dem Heizwasserkreislauf (5) bei hohen Temperaturen der Druckluft für das Belebungsbecken (1) zuschaltbaren weiteren Heizkreislauf (38) mit einem Luftkühler (39) in der Luftleitung (7) zwischen den Druckluftgebläsen (4) und dem Belebungsbecken (1), durch den (39) über ein in dem Heizkreislauf (38) umlaufendes Wärmeträgeröl der Druckluft Wärme entzogen wird, sowie einem Plattenwärmetauscher (40) zum Aufheizen von aus dem Warmwasserspeicher (10) des Heizwasserkreislaufes (5) entnommenem Heizwasser, das in den Wasserspeicher (10) zurückgepumpt wird.

10. Kläranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch einen im Schlamm-Umwälzkreislauf (26) des Faulbehälters (3) eingebauten Gegenstromwärmetauscher (41) zum Aufheizen des Gemisches aus Faul- und Frischschlamm, der (41) über eine Zuleitung (42) und die Verbindungsleitung (16) an die Vorlaufleitung (17) des Heizkessels (13) und eine Leitung (43) direkt an die Rücklaufleitung (12) des Heizkessels (13) angeschlossen ist oder zur Aufheizung des Heizwassers durch die Druckluft für das Belebungsbecken (1) über die Leitung (43), die an diese angeschlossene Leitung (19), den Luftkühler (6), die Leitung (8) und den Warmwasserspeicher (10) mit der Rücklaufleitung (12) des Heizkessels (13) verbunden ist.