DE60303945T2

DE60303945T2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von schlämmen aus anlagen für biologische abwasserreinigung

Info

Publication number: DE60303945T2
Application number: DE2003603945
Authority: DE
Inventors: Julien Chauzy; Lucie Patria; Didier Cretenot
Original assignee: OTV SA
Current assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: EP1527022B1; CN1668539A; FR2843106B1; FR2843106A1; HK1080825A1; CN100355678C; CA2487088A1; CA2487088C; EP1527022A2; AU2003282190A1; JP4489589B2; US7101482B2; DK1527022T3; DE60303945D1; US20060163155A1; WO2004014809A2; WO2004014809A3; PT1527022E; JP2006500198A; ES2260649T3

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich der biologischen Behandlung von Abwässern zum Zweck ihrer Reinigung, wie insbesondere, aber nicht ausschließlich, von Haushalts- oder Industrieabwässern. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung die Behandlung von Schlämmen, die aus der biologischen Behandlung solcher Abwässer stammen.
Solche Verfahren zur biologischen Behandlung bestehen darin, dass die zu reinigenden Abwässer mit Biomasse in Kontakt gebracht werden, die es ermöglicht, die darin enthaltenen Verunreinigungen abzubauen. Die Durchführung solcher Behandlungen führt zu einer schrittweisen Vergrößerung der Menge der Biomasse und zur Notwendigkeit, die überschüssige Biomasse abzuleiten. Diese überschüssige Biomasse wird nachstehend als „Überschussschlämme" bezeichnet.
Eines der wichtigen Probleme, das sich aus der biologischen Behandlung von Abwässern ergibt, besteht in den ständig anwachsenden Mengen dieser Überschussschlämme.
Es wurden diverse technische Lösungen erwogen, um diese Mengen zu reduzieren.
Von diesen Techniken kann insbesondere die Verbrennung, die Trocknung, nasse Oxidationsverfahren, die chemische und biologische Behandlung zur Erzeugung von in der Landwirtschaft verwertbaren Produkten, die Ausfaulung, das heißt, im Wesentlichen die Methanisierung (oder anaerobe Ausfaulung), die aerobe thermophile Stabilisierung oder auch die Verwendung von Pilzen aufgeführt werden.
Die Methanisierung und die aerobe thermophile Ausfaulung ermöglichen die Reduzierung des Volumens der Überschussschlämme, indem ein Teil der darin enthaltenen flüchtigen Bestandteile abgebaut wird. Dieser Abbau kann 50% der Anfangsmenge der Schlämme erreichen. Neben der Reduzierung dieser flüchtigen Bestandteile führen diese Verfahren zur Ausfaulung und Hygienisierung der Überschussschlämme.
Es wurde bereits vom Stand der Technik vorgeschlagen, die Effektivität der Ausfaulung der Schlämme dadurch zu erhöhen, dass diese einem Vorbehandlungsschritt unterzogen werden.
Als Vorbehandlung wurde vorgeschlagen, die besagten Schlämme zum Beispiel einer mechanischen Zerkleinerung oder auch einer Ultraschallbehandlung zu unterziehen, die einem anaeroben Faulbehälter vorgeschaltet wird.
Diese Vorbehandlung ermöglicht es, die Verweildauer der Schlämme in den Faulbehältern zu verkürzen und dabei eine Reduzierung der flüchtigen Stoffe im Schlamm beizubehalten. Jedoch führen solche Vorbehandlungen im besten Falle zu einer Entfernung von 60% der flüchtigen Bestandteile der Schlämme, woraus sich die Notwendigkeit ergibt, die restlichen Überschussschlämme nach der Ausfaulung zu entfernen. Außerdem erfordern sie den Einsatz von relativ kostenaufwendigen Vorrichtungen.
Eine andere Lösung auf der Grundlage der Wirkung von Ozon wurde ebenfalls vorgeschlagen. So zum Beispiel wird in dem in der Anmeldung des europäischen Patents EP-A-0 645 347 beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, Ozon auf die in das biologische Becken wiedereingeleitet Mischflüssigkeit wirken zu lassen, um die Überschlussschlammproduktion zu senken. Der Hauptnachteil dieser Technik ergibt sich aus den Schwierigkeiten, die der Verwendung eines stark oxidierenden Reagens wie Ozon innewohnen, sowie aus deren Einsatzkosten.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Behandlung von Überschussschlämmen aus der biologischen Behandlung von Abwässern vorzuschlagen, das es gegebenenfalls ermöglicht, die Überschussschlammproduktion erheblich zu senken.
Dieses Ziel wird durch die Erfindung erreicht, die ein Verfahren zur Behandlung von Überschussschlämmen zum Gegenstand hat, die aus mindestens einer Anlage zur biologischen Reinigungsbehandlung von Abwässern stammen, die zur Produktion von Überschussschlämmen führt, und das so geartet ist, dass es mindestens einen Schritt der Solubilisation und mindestens einen Schritt der Ausfaulung der besagten Schlämme umfasst, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens einen Schritt der flüssigen/festen Trennung der besagten solubilisierten Schlämme umfasst, am Ende dessen die flüssige Fraktion zumindest teilweise einen Schritt der Ausfaulung durchläuft, bevor sie in Richtung der besagten biologischen Behandlung der besagten Abwässer geleitet wird, während die feste Fraktion der solubilisierten Schlämme zum besagten Schritt der Solubilisation der besagten Schlämme zurückbefördert wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Ausfaulzeiten erheblich reduziert. Die Ausfaulung nur der flüssigen Phase erfordert einen Zeitraum von etwa einem Tag, während dieser Zeitraum etwa 15 bis 20 Tage betragen würde, wenn sie in Mischung mit der festen Phase ausgefault werden müsste. Eine solche Ausfaulzeit wäre effektiv notwendig, um die Hydrolyse der in den Schlämmen enthaltenen Trockenmasse zu ermöglichen.
Überdies impliziert die Ausfaulung nur der flüssigen Phase vorteilhafterweise, dass die zur Ausfaulung notwendige Anlage geringere Abmessungen haben kann, denn die notwendige Verweildauer zur Durchführung der Reaktionen am löslichen CSB ist geringer als die, die zum Abbau des Teilchen-CSB notwendig ist.
Ferner wird im Faulbehälter eine Phase behandelt, die relativ wenig Trockenmasse enthält, was zur Reduzierung der Anlagen- und Betriebskosten beiträgt, da man die Möglichkeit hat, auf einen Faulbehälter zurückzugreifen, der im Vergleich zu einem Faulbehälter, der größere Mengen mit hohem Trockenmasseanteil behandeln muss, eine geringere Leistung hat.
Es wird festgehalten, dass mit dem Begriff „Ausfaulung" im Fall der vorliegenden Beschreibung alle Verfahren gemeint sind, die dem Fachmann zum Abbau von Schlämmen durch Biomasse bekannt sind. Dieser Begriff umfasst insbesondere:

– die anaerobe Ausfaulung, auch Methanisierung genannt, die die organischen Moleküle der Schlämme zu CO₂, CH₄ und NH₄ abbaut; die anaerobe Ausfaulung kann mesophil sein, das heißt, bei einer Temperatur zwischen 30°C und 37°C durchgeführt werden, oder thermophil sein, das heißt, bei einer höheren Temperatur durchgeführt werden;
– die aerobe Stabilisierung, die bei einer Temperatur zwischen 45°C und 70°C, vorzugsweise zwischen 50°C und 65°C, durchgeführt wird, die in einer biologischen Oxidation besteht, die durch Einspritzen von Luft in einen Rührbehälter erfolgt.

Gemäß einer Lösungsvariante umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Zwischenschritt der Solubilisation der besagten festen Fraktion vor der Leitung der besagten Schlämme zum besagten Schritt der Solubilisation. Bei diesem zusätzlichen Schritt der Solubilisation wird vorzugsweise ein Mittel zur Solubilisation verwendet, das sich von dem unterscheidet, das im Hauptschritt der Solubilisation der besagten Schlämme verwendet wird, um die Solubilisation durch den Einsatz zusätzlicher Mittel zu verbessern. Wenn beim Schritt der Solubilisation der besagten Schlämme die thermische Hydrolyse als Solubilisationsmittel verwendet wird, so kann im Zwischenschritt der Solubilisation der besagten festen Fraktion ein mechanisches (wie Ultraschall oder Zerkleinerung) oder chemisches (wie zum Beispiel Ozon oder Säure) Mittel zur Solubilisation verwendet werden.
Auf diese Weise ermöglicht es das Verfahren, die Schlammproduktion noch weiter zu senken oder sogar ganz einzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Lösung umfasst das Verfahren einen Schritt der Eindickung oder sogar der Entwässerung der besagten Schlämme vor dem besagten Schritt der Solubilisation der besagten Schlämme.
In diesem Fall wird der Überlauf des besagten Schrittes der Eindickung vorzugsweise in Richtung der besagten biologischen Behandlung der besagten Abwässer geleitet.
Eine solche Eindickung der Schlämme trägt zur Optimierung des Schrittes der Solubilisation bei.
Vorteilhafterweise wird der besagte Schritt der Eindickung unter Zugabe eines Polymers durchgeführt.
Die Verwendung eines Polymers ermöglicht eine bessere Eindickung der Schlämme.
Die Eindickung kann eventuell durch eine Entwässerung der Schlämme ersetzt werden, die insbesondere dann möglich ist, wenn der vorgesehene Schritt der Solubilisation die thermische Hydrolyse ist.
Gemäß einer bevorzugten Lösung umfasst der besagte Schritt der Solubilisation mindestens einen Schritt aus der folgenden Gruppe:

– thermische Hydrolyse, oxydierend oder nichtoxydierend (man versteht unter thermischer Hydrolyse die Solubilisation der organischen Teilchensubstanz unter Einwirkung von Wärme. Diese Hydrolyse kann in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Oxydationsmittels erfolgen);
– chemische Hydrolyse (durch Säure, Lauge, Ozon oder durch Wasserstoffperoxid;
– biologische Hydrolyse;
– enzymatische Hydrolyse;
– Behandlung mit Ultraschall;
– Zerkleinerung;
– Elektroporation

Es wird festgehalten, dass mehrere dieser Techniken kombiniert werden können, um eine noch stärkere Reduzierung der Schlämme zu erreichen.
Gemäß einer bevorzugten Lösung erfolgt der besagte Schritt der thermischen Hydrolyse bei einer Temperatur zwischen 50°C und 180°C und einem Druck zwischen 2 und 40 bar.
Vorzugsweise erfolgt der besagte Schritt der thermischen Hydrolyse bei einer Temperatur von circa 175°C und einem Druck von circa 15 bar.
Es wird ebenfalls festgehalten, dass die durch die vorliegende Erfindung für den Schritt der thermischen Hydrolyse vorgegebenen Temperatur- und Druckbedingungen deutlich moderater sind, als die, die man im Allgemeinen bei nassen Oxydationsreaktionen antrifft, für die man mit dem Ziel der Zerstörung der organischen Stoffe gewöhnlich Temperaturen zwischen 180°C und 300°C und Drücke bis 120 bar verwendet. Diese Bedingungen ermöglichen es, die Biomasse inaktiv zu machen, indem die Zellmembran zerstört und die so frei gewordene Zellflüssigkeit solubilisiert wird, aber erstaunlicherweise ohne die nachfolgende Bildung großer Mengen von unlöslichen Mineralrückständen (Oxide, Karbonate, Sulfate usw.), die während des Schritts der Ausfaulung nicht beseitigt werden könnten und den Ablauf dieses Schritts stören und so die Möglichkeiten der Reduzierung der abzuleitenden Schlammmenge begrenzen würden.
Vorteilhafterweise wird der besagte Schritt der thermischen Hydrolyse innerhalb eines Zeitraums zwischen 10 und 180 Minuten durchgeführt. Vorzugsweise wird der besagte Schritt der thermischen Hydrolyse innerhalb eines Zeitraums von circa 30 Minuten durchgeführt.
In jedem Fall kann der besagte, vorstehend empfohlene Schritt der thermischen Hydrolyse innerhalb einer Behandlungszeit durchgeführt werden, die in insbesondere in Abhängigkeit vom zu behandelnden Abwasser variieren kann.
Vorteilhafterweise wird der besagte Schritt der thermischen oxidierenden Hydrolyse mit Hilfe mindestens eines Oxidationsmittels durchgeführt, das zur folgenden Gruppe gehört:

– Luft;
– Sauerstoff;
– mit Sauerstoff angereicherte Luft;
– Wasserstoffperoxid;
– Ozon.

Gemäß einer ersten Ausführungsart ist der besagte Schritt der Ausfaulung anaerob.
Gemäß einer zweiten Ausführungsart ist der besagte Schritt der Ausfaulung aerob.
Gemäß der einen oder anderen Ausführungsart ist der besagte Schritt der Ausfaulung mesophil.
Gemäß einer alternativen Ausführungsart ist der besagte Schritt der Ausfaulung thermophil.
In dem einen oder anderen Fall wird der besagte Schritt der Ausfaulung vorteilhafterweise mit freien und/oder fixierten Kulturen durchgeführt.
Vorteilhafterweise wird der besagte Schritt der Ausfaulung innerhalb eines Zeitraums von 1 Tag bis 20 Tage durchgeführt. Vorzugsweise wird der besagte Schritt der Ausfaulung innerhalb eines Zeitraums von 1 Tag bis 5 Tage durchgeführt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die für den Schritt der Ausfaulung notwendige Zeit erheblich verkürzt werden, und beträgt einige Tage oder sogar nur einen Tag, im Gegensatz zum Zeitraum, der notwendig wäre, um die solubilisierten Schlämme direkt auszufaulen, der dann bei etwa 20 Tagen liegen würde.
Gemäß einer bevorzugten Lösung wird der besagte Schritt der flüssigen/festen Trennung durch Zentrifugieren und/oder Filtration und/oder Entwässerung und/oder Klärung realisiert.
Man erhält so deutlich bessere Ergebnisse als durch andere Techniken, insbesondere im Vergleich zur Klärung.
Vorzugsweise wird der besagte Schritt der flüssigen/festen Trennung unter Zugabe eines Flockungsmittels durchgeführt.
Es wird auch festgehalten, dass die biologische Behandlung gemäß einer Variante der Erfindung an eine Trennungstechnik mit Membranen gekoppelt ist.
Ein solcher Zusatz trägt dazu bei, die Effektivität des Zentrifugierens zu erhöhen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens, wie es vorstehend beschrieben wurde, das eine Einheit zur biologischen Reinigung von Abwässern umfasst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist:

– mindestens eine Einheit zur Solubilisation der besagten Schlämme;
– mindestens eine Einheit zur flüssigen/festen Trennung nach der besagten Einheit zur Solubilisation;
– mindestens einen Faulbehälter, und dass sie weiterhin aufweist:
– Mittel zur Beförderung der flüssigen Fraktion aus der besagten Einheit zur flüssigen/festen Trennung zum besagten Faulbehälter;
– Mittel zur Beförderung der festen Fraktion aus der besagten Einheit zur flüssigen/festen Trennung zur besagten Einheit zur Solubilisation der besagten Schlämme;
– Mittel zur Beförderung der besagten flüssigen, ausgefaulten Fraktion zur besagten Einheit zur biologischen Behandlung der besagten Abwässer;

Gemäß einer vorteilhaften Lösung weist die besagte Einheit zur flüssigen/festen Trennung mindestens eines der folgenden Mittel auf:

– Filterpresse;
– Zentrifuge;
– Entwässerungstisch oder -schnecke;
– Membran;
– Klärbecken.

Vorzugsweise weist die besagte Einheit zur Solubilisation mindestens eine Einheit zur thermischen Hydrolyse auf.
Es wird festgehalten, dass diese Einheit zur thermischen, oxidierenden Hydrolyse durch andere Techniken der Solubilisation ersetzt oder mit diesen kombiniert werden kann, wie die thermische, nicht oxidierende Hydrolyse, chemische Hydrolyse, biologische Hydrolyse, enzymatische Hydrolyse, Behandlung mit Ultraschall oder auch die Zerkleinerung.
Gemäß einer ersten Ausführungsart weist die besagte Einheit zur Solubilisation einen Reaktor mit Rührwerk auf.
Gemäß einer zweiten Ausführungsart weist die besagte Einheit zur Solubilisation einen Reaktor ohne Rührwerk auf.
In der einen oder anderen Ausführungsart ist der besagte Faulbehälter vom Typ mit fixierten und/oder freien Kulturen.
Es versteht sich also, dass die Ausfaulung vom einen oder anderen Typ sein kann und ebenfalls ein Mischtyp sein kann.
Gemäß einer ersten Variante ist der besagte Faulbehälter vom Typ mit regelloser Füllung.
Gemäß einer anderen Variante ist der besagte Faulbehälter vom Typ mit geordneter Füllung.
Vorzugsweise ist der besagte Faulbehälter vom Typ UASB mit Granulat.
Gemäß einer vorteilhaften Lösung weist die Anlage mindestens einen Eindickbehälter der besagten Schlämme vor der besagten Einheit zur Solubilisation auf.
In diesem Fall weist die Anlage Mittel zur Beförderung des Überlaufs vom besagten Eindickbehälter zur besagten Einheit zur biologischen Reinigung der besagten Abwässer auf.
Vorteilhafterweise weist die Anlage eine Zwischeneinheit zur Solubilisation der besagten festen Fraktion vor der besagten Einheit zur Solubilisation der besagten Schlämme auf, die ein Solubilisationsmittel enthält, das sich von dem unterscheidet, das in der Einheit zur Solubilisation der besagten Schlämme verwendet wird.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich beim Lesen der folgenden Beschreibung der zwei Ausführungsarten einer Anlage, die die Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung und von Tests ermöglicht, die mit Hilfe dieser Anlage durchgeführt wurden, sowie aus den beigefügten Zeichnungen, von denen:
1 eine Anlage darstellt, in der die Überschussschlämme direkt solubilisiert werden, bevor sie zur Einheit zur flüssigen/festen Trennung geleitet werden:
2 eine zweite Ausführungsart einer Anlage gemäß der Erfindung darstellt, nach der die Überschussschlämme zunächst eingedickt oder entwässert werden, bevor sie solubilisiert werden.
3 und 4 die ersten beiden Ausführungsarten einer Anlage gemäß der Erfindung wiederaufnehmen, nach der die feste Fraktion der solubilisierten Überschussschlämme eine weitere Solubilisation durch ein Mittel erfährt, das sich vorzugsweise von dem zuvor verwendeten unterscheidet.
Die in 1 dargestellte Anlage wurde zur Behandlung von Überschussschlämmen verwendet, die aus einer Anlage zur biologischen Behandlung 1 stammen, zum Beispiel nach dem sogenannten Verfahren der aktivierten Schlämme. Die Anlage zur biologischen Behandlung ist nicht auf aktivierte Schlämme beschränkt, sondern ist auch für Verfahren, die biologische Verfahren und Trenntechniken mit Membranen kombinieren, gleich ob vom Typ mit versenkten oder nichtversenkten Membranen (Verfahren, das unter dem Namen Bioreaktoren mit Membranen bekannt ist), für Verfahren mit fixierten Kulturen, für Verfahren mit Mischkulturen ... anwendbar.
Gemäß einer Variante weist die besagte Anlage ebenfalls Mittel zur Trennung durch Membranen (Mikrofiltration, Ultrafiltration, Nanofiltration) auf.
Herkömmlich wird die Anlage zur biologischen Behandlung an einen Klärer 2 gekoppelt, an dessen Ausgang das behandelte Wasser über eine Rohrleitung 3 aufgefangen wird.
Es wird festgehalten, dass dieser Klärer in einer anderen, in 3 dargestellten Ausführungsart Membranen aufweisen kann.
Diese Anlage weist ebenfalls eine Einheit zur thermischen Hydrolyse 4 der Überschussschlämme, die über eine Rohrleitung aus dem Klärer 2 kommen, und einen Faulbehälter 5 auf.
Gemäß der Erfindung werden die durch die Einheit zur thermischen Hydrolyse 4 solubilisierten Überschussschlämme zu einer Einheit zur flüssigen/festen Trennung 6 befördert, in der die solubilisierten Schlämme in eine flüssige Fraktion, die über eine Rohrleitung 61 befördert wird, und in eine feste Fraktion 62 getrennt werden. Diese Einheit zur flüssigen/festen Trennung 6 umfasst einen Schritt der Entwässerung, zum Beispiel Zentrifugieren.
Die flüssige Fraktion wird über eine Rohrleitung 61 zum Faulbehälter 5 befördert, bevor sie über eine Rohrleitung 51 zur Anlage zur biologischen Behandlung 1 zurückgeleitet wird, während die feste Phase über eine Rohrleitung 621 zur Einheit zur thermischen Hydrolyse 4 zurückbefördert wird.
Ferner wird eine Leitung 212 vorgesehen, um einen Teil der aus dem Klärer 2 stammenden Überschussschlämme zur Anlage zur biologischen Behandlung 1 zurückzuleiten.
Es wird festgehalten, dass mit Hilfe von Extraktionsmitteln 622 Extraktionen der festen Phase, die aus der Rohrleitung 62 von der Einheit zur flüssigen/festen Trennung 6 kommt, durchgeführt werden können.
Nach einer zweiten, in 2 dargestellten Ausführungsart weist die Anlage neben den Mitteln, die denen ähnlich oder mit denen identisch sind, die in 1 beschrieben werden, auch einen Eindicker 7 der Überschussschlämme auf, die über Rohrleitung 211 befördert werden.
Der Eindicker 7 besteht aus einer Eindickungsschnecke, die an Mittel zur Zugabe eines Polymers gekoppelt ist, die der Schnecke vorgeschaltet sind.
Gemäß dieser Ausführungsart wird der Überlauf des Eindickers über eine Rohrleitung zur Anlage zur biologischen Behandlung oder zur Ausfaulung 5 befördert, während der Überlauf über eine Rohrleitung 71 zur Einheit zur thermischen Hydrolyse 4 geleitet wird.
Es wird festgehalten, dass gemäß den Varianten der ersten und/oder zweiten Ausführungsart, die gerade beschrieben wurden, eine Einheit zur Solubilisation 4' der festen Phase vorgesehen werden kann, die aus der Einheit zur Trennung 6 stammt und über die Rohrleitung 621 zur Einheit zur thermischen Hydrolyse 4 befördert wird.
In dieser Einheit 4' werden vorzugsweise Mittel verwendet, die sich von denen, die in Einheit 4 verwendet werden, unterscheiden. Diese Varianten werden in 3 und 4 dargestellt.
Es wurden Versuche entsprechend dem Betriebsvorgang der in 2 dargestellten Anlage durchgeführt. Die Ergebnisse werden nachstehend aufgeführt.
Die Versuche wurden mit Schlämmen durchgeführt, die aus einer Anlage zur Behandlung von Haushaltsabwässer stammen, die mit einem biologischen Becken ausgestattet ist, das mit verlängerter Belüftung arbeitet. Diese Schlämme haben vor der Eindickung eine Konzentration von 4–5 g Schwebstoffe/l.
Die Eindickung erfolgt mit Hilfe einer Eindickungsschnecke mit vorgeschalteter Zugabe eines Polymers (5–6 kg Polymer pro Tonne Trockenmasse). Die eingedickten Schlämme weisen folgende Beschaffenheit auf:

Trockenmasse (g/l) 35–50

Schwebstoffe (g/l) 34–49

CSB gesamt (mg 02/l) 35000–50000

CSB löslich (mg 02/l) 800–1000

Löslicher Stickstoff gesamt (mg/l) 7–15

Ammonium (mg/l) 1–5

Löslicher Phosphor gesamt 10–12

Phosphate (löslich) (mg/l) 8–10

Flüchtige Stoffe 70–75% der Trockenmasse
Die Behandlung der eingedickten Schlämmen durch thermische Hydrolyse wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

Temperatur: 175°C

Druck: 15 bar

Verhältnis 02/CSB gesamt: 0,1

Verweildauer: 40 Minuten

Volumen des Reaktors: 400 Liter
Die eingedickten Schlämme weisen nach der thermischen Hydrolyse folgende Merkmale auf:

Trockenmasse (g/l) 35–50

Schwebstoffe (g/l) 25–35

CSB gesamt (mg 02/l) 35000–50000

CSB löslich (mg 02/l) 12000–18000

Löslicher Stickstoff gesamt (mg/l) 900–12000

Ammonium (mg/l) 200–250

Löslicher Phosphor gesamt 180–200

Phosphate (löslich) (mg/l) 160–180

Flüchtige Stoffe 60–65% der Trockenmasse
Es wurden Versuche zur flüssigen/festen Trennung im Labor durchgeführt. Es wurde beobachtet, dass sich die thermisch behandelten Schlämme schlecht absetzten. Deshalb wurde entschieden, dass der Schritt der flüssigen/festen Trennung durch Zentrifugieren erfolgt.
Die im Labor durchgeführten Zentrifugierversuche ohne Zugabe von Polymeren führten zum Erhalt von Überstandswasser (oder einer Schwimmschicht) das die folgenden Merkmale aufweist:

CSB gesamt (g 02/l) 15,7

CSB löslich (g 02/l) 16,1

Trockenmasse (mg/l) 14300

Schwebstoffe (mg/l) 540
Nach der Trennung wird die feste Phase, die die überwiegende Mehrheit der Schwebstoffe enthält, zur thermischen Hydrolyse zurückgeleitet.
Es wurden Versuche zur Simulation der Rückleitung mit einem kleinen Autoklav im Labor durchgeführt, um die Schwebstoffe weitestgehend zu solubilisieren. Es wurde folgendes Versuchsprotokoll erstellt:

– thermische Behandlung von eingedicktem Schlamm (thermische Hydrolyse 1).
– flüssige/feste Trennung durch Zentrifugieren;
– thermische Behandlung der festen Phase (thermische Hydrolyse 2);
– flüssige/feste Trennung durch Zentrifugieren;
– thermische Behandlung der festen Phase (thermische Hydrolyse 3);
– ...

Die Solubilisation der Trockenmasse wurde nach einer Reihe von sieben thermischen Hydrolysen beobachtet, zwischen denen die Schlämme jeweils zentrifugiert wurden.
Es wurden folgende Ergebnisse bei der Solubilisation der Schwebstoffe erreicht:
Mit:
Solubilisation durch thermische Behandlung n (%) = (CSB löslich des behandelten Schlamms)/(CSB gesamt des behandelten Schlamms),
und
kumulierte Solubilisation (%) = (CSB solubilisiert nach n thermischen Behandlungen)/(CSB gesamt des eingedickten Ausgangsschlamms).
Außerdem wurden im Labor Versuche zur biologischen Behandlung der flüssigen Phase durchgeführt, die aus dem Schritt der flüssigen/festen Trennung 6 stammt.
Diese Versuche wurden am folgenden Abwasser durchgeführt:

Trockenmasse (g/l) 11,7

Schwebstoffe (g/l) 0,61

Flüchtige Stoffe (g/l) 9,7

Flüchtige Schwebstoffe (g/l) 0,54

CSB (g 02/l) 15,5
Art der biologischen Behandlung:

– Temperatur: 30°C

– Art: Methanisierung der flüssigen Phase

– pH: 6,7 bis 7

Senkung des CSB: 70%
Zusammenfassend ermöglicht ein solches erfindungsgemäßes Verfahren eine weitgehende Solubilisation des CSB des eingedickten Schlamms (>60%), um dann diesen löslichen CSB auf dem Wege des Ausfaulschrittes zu senken.
Die vor dem Verfahren eingedickten Schlämme hatten eine Konzentration von 35–50 g/l CSB gesamt und von 35–50 g/l Trockenmasse. Nach dem Verfahren hat das an den Anfang der Anlage zurückgeleitete Abwasser eine Konzentration von 4 bis 5 g/l CSB gesamt und von 5–6 g/l Trockenmasse.
Die Schwebstoffe, die nicht solubilisiert wurden, werden auf Höhe des Ablasses aus dem Verfahren extrahiert. Dieser Ablass weist 20 bis 40% der Trockenmasse auf, die das Verfahren durchlaufen hat. Die Senkung der Schlammproduktion beträgt demzufolge über 60% der Trockenmasse.
Abschließend wird festgehalten, dass ein Schritt der Ozonisierung bei der Phase angewendet werden kann, die über Rohrleitung 51 an den Anfang der Anlage zur biologischen Behandlung ins Wasser zurückgeführt wird, zum Beispiel um das Wasser zu entfärben.
Da der Großteil der Schwebstoffe aus diesem Rücklauf 51 abgetrennt wurde, ist der Verbrauch an Ozon, der für die Behandlung notwendig ist, wesentlich geringer als der Verbrauch, der für die Behandlung des vollständigen Rücklaufs der Schlämme notwendig gewesen wäre.

Claims

Verfahren zum Behandeln überschüssiger Schlämme von mindestens einer zur Erzeugung überschüssiger Schlämme führenden biologischen Abwasserkläranlage, von der Art, die mindestens einen Schritt der Solubilisierung und mindestens einen Schritt zur Verdauung dieser Schlämme umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Schritt zum Trennen von Flüssigkeit und Festteilen aus diesen solubilisierten Schlämmen gibt, an dessen Ende der flüssige Anteil zumindest teilweise einem Verdauungsschritt unterliegt, bevor er an eine vor der biologischen Abwässerbehandlung liegenden Stelle geleitet wird, während der feste Anteil der solubilisierten Schlämme zum Solubilisierungsschritt der besagten Schlämme zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen zusätzlichen Zwischenschritt der Solubilisierung des erwähnten festen Anteils umfasst, oberhalb der Stelle, an der die Schlämme zum Solubilisierungsschritt abgeleitet werden, mit Hilfe eines anderen Solubilisierungsmittels als dem für den besagten Solubilisierungsschritt der Schlämme verwendete.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt der Eindickung oder der Trocknung der besagten Schlämme oberhalb des Solubilisierungsschrittes dieser Schlämme umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlauf des Eindickungsschrittes an eine Stelle oberhalb der biologischen Abwässerbehandlung geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eindickungsschritt unter Zugabe eines Polymers ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Solubilisierungsschritt mindestens einen Schritt aus der folgenden Gruppe umfasst: – thermische, oxidierende Hydrolyse; – thermische, nicht oxidierende Hydrolyse; – chemische Hydrolyse; – enzymatische Hydrolyse; – biologische Hydrolyse; – Ultraschallbehandlung; – Zerkleinerung; – Elektroporation.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der thermischen Hydrolyse bei einer Temperatur zwischen 50°C und 180°C und bei einem Druck zwischen 2 und 40 bar erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der thermischen Hydrolyse bei einer Temperatur von ca. 175°C und einem Druck von ca. 15 bar erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der thermischen Hydrolyse über eine Zeitdauer von 10 bis 180 Minuten abläuft.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Hydrolyse über eine Zeitdauer von etwa 30 Minuten abläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der oxidierenden thermischen Hydrolyse mit Hilfe von mindestens einem der Oxidationsagenten aus folgender Gruppe erfolgt: – Luft; – Sauerstoff; – mit Sauerstoff angereicherter Luft; – Wasserstoffperoxyd; – Ozon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Digestion anaerob ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Digestion aerob ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Digestion mesophil ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Digestion thermophil ist.
Verfahren nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Digestion mit Hilfe freier oder festgelegter Kulturen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Digestion über eine Zeitdauer zwischen 1 Tag und 20 Tagen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Digestion über eine Zeitdauer zwischen 1 Tag und 5 Tagen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Trennen der flüssigen und der festen Anteile durch Zentrifugation, Filterung, Abtropfen und Dekantieren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Trennen der flüssigen und der festen Anteile durch Zugabe eines Ausflockungsmittels erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die biologische Behandlung ein biologisches Verfahren einsetzt, das mit einer Trennungstechnik mittels Membranen arbeitet.
Anlage zum Einsetzen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21, das eine biologische Abwässerkläreinheit (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet dass sie folgendes umfasst: – mindestens eine Solubilisierungseinheit (4) für die besagten Schlämme; – mindestens eine Einheit zum Trennen der flüssigen und festen Anteile (6), die sich hinter der Solubilisierungseinheit (4) befindet; – mindestens einen Faulbehälter (5), und dadurch, dass sie folgendes umfasst: – Mittel zum Leiten des aus der Einheit zum Trennen der flüssigen und festen Anteile kommenden flüssigen Anteils (61) zum Faulbehälter (5); – Mittel zum Leiten des aus der Einheit zum Trennen der flüssigen und festen Anteile kommenden festen Anteils (621) zu der Solubilisierungseinheit (4) der besagten Schlämme; – Mittel zum Leiten des verdauten flüssigen Anteils (51) zur biologischen Behandlungseinheit für die besagten Abwässer.
Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zum Trennen der flüssigen und festen Anteile (6) mindestens eines der folgenden Mittel umfasst: – eine Filterpresse; – eine Zentrifuge; – einen Tisch bzw. eine Schnecke zum Abtropfen; – eine Membran; – einen Dekantierer.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Solubilisierungseinheit (4) mindestens eine Einheit zur oxidierenden oder nicht oxidierenden thermischen Hydrolyse umfasst.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Solubilisierungseinheit (4) einen gerührten Reaktor umfasst.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Solubilisierungseinheit (4) einen nicht gerührten Reaktor umfasst.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Faulbehälter (5) von der Art ist, die mit festen und/oder freien Kulturen arbeitet.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die der Faulbehälter (5) von der Art mit geordneter Füllung ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Faulbehälter (5) von der Art mit loser Füllung ist.
Anlage nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Faulbehälter (5) vom Typ UASB mit Körnchen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Vorrichtung zum Eindicken (7) der besagten Schlämme oberhalb der Solubilisierungseinheit umfasst.
Anlage nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Leiten des Überlaufs (72) der Vorrichtung zum Eindicken (7) zur biologischen Kläreinheit (1) der besagten Abwässer umfasst.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zwischenliegende Solubilisierungseinheit des besagten festen Anteils umfasst, die sich oberhalb der Solubilisierungseinheit der Schlämme befindet, welche ein anderes Solubilisierungsmittel als das zum Solubilisieren der besagten Schlämme verwendet.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass sie Trennmittel über Membranen (2') aufweist.
Anlage nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass sie über Mittel zum Ozonieren des zur biologischen Behandlungseinheit zurückgeleiteten flüssigen Anteils aufweist.