DE10015441A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Behandlung von biologischem Schwimmschlamm - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Behandlung von Schwimmschlamm aus biologischen Abwasserreinigungsanlagen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Um Schwimmschlamm in einen entsorgungsfähigen Zustand zu bringen, beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Verfahrensschritte: DOLLAR A - Konzentration des Schwimmschlamms durch Flotation, DOLLAR A - Stabilisierung des durch die Konzentration erhaltenen Schwimmschlamm-Konzentrats. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist eine Flotationsanlage, eine Räumeinrichtung sowie eine Schlammstabilisierungsanlage auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Behandlung von Schwimmschlamm aus biologischen Abwasserreinigungsanlagen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Unter bestimmten Bedingungen kommt es in Abwasserreinigungsanlagen mit biologischen Reinigungsstufen zur zeitweilig vermehrten Bildung von Schwimmschlämmen, und zwar insbesondere in den Belebungsbecken und Nachklärbecken. Diese Schwimmschlammbildung wird häufig durch ein massenhaftes Wachstum von fadenförmigen Mikroorganismen ausgelöst, vorwiegend dem Fadenbildner Microthrix parvizella. Dabei handelt es sich meist um schaumige bis kompakte organische Massen, die an der Wasseroberfläche schwimmen.

Schwimmschlämme verursachen häufig Betriebsstörungen bei Kläranlagen: Im Belebungsbecken sammeln sie sich insbesondere im ruhigen Anlaufbereich an und treten über die Beckenkante in die Umgebung aus. Wegen der damit verbundenen Umweltbelastung können sie nicht im Gelände verbleiben, sondern müssen aufwendig manuell geräumt werden. Im Nachklärbecken kommt es durch Schwimmschlammdecken zu einem Abtrieb von Schlammflocken in die einzuleitenden Gewässer, was wegen der erhöhten Keimzahl ebenfalls eine unzulässige Umweltbelastung darstellt. Eine Einhaltung der vorgegebenen Einleitgrenzwerte ist dann nämlich nicht mehr möglich.

Der Abzug des Schwimmschlamms und die Einleitung in die Faulbehälter der Schlammbehandlung führt zu einer Bildung von geschlossenen Schwimm­ decken. Dort wird der Schwimmschlamm nicht abgebaut, sondern sammelt sich mit der Zeit immer weiter an und dringt dann in die sich anschließenden Gasleitungen und -anlagen ein. Diese werden dadurch blockiert, so daß eine ausgesprochen personal- und kostenaufwendige Reinigung des gesamten Gasrohrleitungssystems erforderlich wird.

Eine unmittelbare Zuleitung der abgezogenen Schwimmschlämme zur Schlammentwässerung in Zentrifugen, Kammerfilterpressen, Bandfilterpressen und dergleichen ist nicht möglich, da diese Schlämme nicht stabilisiert, d. h. hygienisiert sind. Derartige, hochgradig verkeimte, nicht stabilisierte Schlämme dürfen jedoch weder landwirtschaftlich verwertet, noch deponiert werden.

Im Stand der Technik ist bislang lediglich vorgeschlagen worden, den Schwimmschlamm aus dem Nachklärbecken abzuziehen und in das Bele­ bungsbecken zurückzuführen, wie in der DE 92 18 802 U1, oder den abgesaugten Schwimmschlamm in die Vorklärkammer oder in die biologische Klärkammer zurückzupumpen, wie in der DE 197 15 680 A1 beschrieben. Durch dieses Vorgehen werden die durch den Schwimmschlamm ausgelösten Probleme allerdings nicht gelöst, sondern im Gegenteil noch vergrößert. In diesem Schlammkreislauf finden die fadenförmigen Mikroorganismen nämlich ideale Lebens- und Wachstumsbedingungen.

Versuche, den Schwimmschlamm durch Zufügen von Flockungs-Hilfsmitteln in einen deponiefähigen Zustand zu überführen, haben ebenfalls nicht zu wirt­ schaftlich verwertbaren Ergebnissen geführt.

Aus der vorangehend erläuterten Problematik ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung von Schwimmschlamm anzugeben, mit dem auf einfache und wirtschaftliche Weise das Schwimmschlamm-Volumen reduziert wird und der Schwimmschlamm in einen entsorgungsfähigen Zustand gebracht werden kann, so daß eine Ausbringung oder Deponierung möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt die Erfindung zunächst ein Verfah­ ren für die Behandlung von biologischem Schwimmschlamm vor, welches die folgenden Verfahrensschritte vorsieht:

• - Konzentration des Schwimmschlamms durch Flotation,
• - Stabilisierung des durch die Konzentration erhaltenen Schwimmschlamm- Konzentrats.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erstmals eine technisch umsetz­ bare Möglichkeit aufgezeigt, aus einer biologischen Abwasserreinigungsanlage abgezogenen Schwimmschlamm in einen entsorgungsfähigen, d. h. deponierbaren Zustand zu bringen. Dies setzt voraus, daß sowohl der Wassergehalt als auch die Keimzahl unter die vorgegebenen Einleitgrenzwerte abgesenkt wird.

Zum Transport des Schwimmschlamms aus der Abwasserreinigungsanalge ist es zweckmäßig, ihn mit Flüssigkeit zu vermischen. Der aus einer Abwasserreinigungsanlage abgeräumte und abgepumpte Schwimmschlamm hat daher einen hohen Wassergehalt und ist entsprechend voluminös. Der Schlamm kann in diesem Zustand weder deponiert noch in der Landwirtschaft ausgebracht werden. Der hohe Wassergehalt beeinträchtigt aber die für eine Entsorgung nötige Stabilisierung. Die Erfindung löst dieses Problem durch eine zweistufige Behandlung: In der ersten Stufe wird der abgezogene Schwimmschlamm in eine Flotationsstufe eingeleitet, d. h. den Flotationstank einer Flotationsanlage. Prinzipiell kann dabei jede Art der Flotation eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Druckentspannungsflotation eingesetzt. Bei diesem an sich bekannten Verfahrensschritt wird mit Luft übersättigtes Druckwasser in den Flotationstank eingespeist, wo es unter Bildung feiner, aufsteigender Luftblasen expandiert. Diese Luftbläschen haften sich an den aufgeschwemmten Schwimmschlamm-Partikeln an und transportieren diese an die Wasseroberfläche. Auf diese Weise wird der Schlamm mit geringem Aufwand 10- bis 20fach aufkonzentriert, d. h. auf einen Trockenstoff-Gehalt von 4-6% gebracht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Flotationsschnitt ein Elektroflotationsverfahren eingesetzt. Hierbei erfolgt die Bildung der Gasbläschen durch die stattfindenden elektrolytischen Prozesse bei Einbringen von Elektroden in eine elektrisch leitende wässrige Lösung und Anlegen einer Spannung. Dabei wird an der Anode molekularer Sauerstoff und an der Kathode molekularer Wasserstoff frei; die entstehenden Gase steigen in Form von Bläschen auf, die die Schwimmschlamm Partikel zur Oberfläche befördern und so die oben genannte Konzentration des Schwimmschlamms bewirken. Die Elektroflotation ist besonders vorteilhaft, weil sie kostengünstig und technisch sehr einfach durchführbar ist. So ist im Gegensatz zur Entspannungsflotation der Aufbau hoher Drücke nicht notwendig ist, was den Einsatz von Druckwassererzeugungsvorrichtungen und besonders stabil ausgestalteten Flotationstanks erspart.

Ziel des Flotationsschrittes ist es, das Aufschwimmen (Flotieren) des Schwimmschlammes aus dem Schwimmschlamm-Waser Konzentrat zu erlangen, das der Stabilisierung zugeführt werden kann.

Das entstandene Schwimmschlamm-Konzentrat wird dann der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zugeführt, nämlich der biochemischen Stabilisierung, d. h. Hygienisierung. Diese Stabilisierung erfolgt in einem geeigneten Reaktor und kann grundsätzlich aerob oder chemisch stattfinden. Der auf diese Weise stabilisierte Schlamm ist direkt entsorgungsfähig, beispielsweise durch Ausbringung auf Ackerland oder nach weiterer, konven­ tioneller Schlammentwässerung mittels Zentrifugen, Kammerfilterpressen oder Bandfilterpressen, zur Deponierung.

Die Schlammstabilisierung erfolgt vorzugsweise thermisch aerob. Hierzu wird dem Schwimmschlamm-Konzentrat in der Stabilisierungsanlage Luftsauerstoff zugeführt, so daß die darin enthaltenen organischen Stoffe oxidiert werden. Aufgrund seines hohen Trockenstoff-Gehalts erzeugt die dabei freigesetzte Reaktionswärme die erforderlichen hohen Reaktionstemperaturen der thermischen Schlammbehandlung von bis zu 55°C, und zwar ohne Zufuhr von Fremdenergie, was besonders wirtschaftlich und umweltfreundlich ist. Neben einer relativ kurzen Aufenthaltszeit in der Stabilisierungsanlage ist wegen der erfindungsgemäß vorangehenden Mengenverringerung durch die Schwimmschlamm-Konzentration in der Flotationsanlage ein relativ kleines Reaktorvolumen erforderlich.

Alternativ kann die Schlammstabilisierung durch chemisch-thermische Behandlung erfolgen, beispielsweise durch Brandkalkzugabe. Diese Alterna­ tive zur aeroben Stabilisierung ist insbesondere in den Fällen interessant, wenn bereits eine Kalkzugabeanlage für die Schlammaufkalkung auf der Klär­ anlage verfügbar ist.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Schwimmschlamm-Behand­ lungs-Verfahrens liegt darin, daß erstmals ein konsequenter, praktisch umsetzbarer Weg aufgezeigt wird, die insbesondere seit der flächendeckenden Einführung von Denitrifizierungsanlagen zunehmenden Probleme mit organischen Schwimmschlämmen zu beherrschen. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo man durch Schlammrückführung in die Vorstufen geschlossene Kreisläufe erzeugt und darauf vertraut, daß die für den Schwimmschlamm verantwortlichen Mikroorganismen früher oder später ohnehin absterben, wird bei der Erfindung der Schwimmschlamm konsequent aus dem Aufbereitungskreislauf einer Abwasserreinigungsanlage herausge­ nommen, konzentriert und stabilisiert, so daß seine Entsorgung problemlos möglich ist.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß der technische und wirtschaftliche Aufwand zu seiner Durchführung relativ gering ist. Da die Erfindung bei der Behandlung des wasserhaltigen Schwimmschlamms ansetzt, der aus einer Abwasserreinigungsanlage abgezogen wird, sind nämlich keine aufwendigen Umbauten in der Kläranlage selbst erforderlich, die immer einen hohen Investitionsaufwand bedeuten und nicht zuletzt deswegen auf geringe Akzeptanz stoßen.

Eine Vorrichtung zur Behandlung von biologischem Schwimmschlamm, der aus Abwasserreinigungsanlagen mit biologischen Reinigungsstufen entnommen wird, mit der das vorangehend erläuterte Verfahren durchführbar ist, umfaßt

• - eine Flotationsanlage mit einem Flotationsbecken, in das der aus einer Abwasserreinigungsanlage entnommene Schwimmschlamm eingeleitet wird,
• - eine Räumeinrichtung zum Abräumen des auf dem Flotationsbecken flotierenden Schwimmschlamm-Konzentrats, und
• - eine Schlammstabilisierungsanlage mit einem Stabilisierungsbecken, welches von der Räumeinrichtung mit Schwimmschlamm-Konzentrat befüllt wird.

Bei der Flotationsanlage, die zur Durchführung der ersten Verfahrensstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens dient, handelt es sich vorzugsweise um eine bekannte Entspannungsflotationsanlage mit integrierter Druckwasserer­ zeugungseinrichtung oder eine bekannte Elektroflotationsanlage. Die Verwendung einer Elektroflotationsanlage ist dabei besonders vorteilhaft, weil weder eine Druckwassererzeugungsvorrichtung noch besonders stabil ausgestaltete Flotationstanks nötig sind. Stattdessen kommen herkömmliche Elektroflotationsanlagen mit der Einbringung von Elektroden in den Flotationstank aus, die durch eine Stromquelle gespeist werden.

Das Flotationsbecken ist an die Schwimmschlammabzugseinrichtung einer Abwasserreingungsanlage anschließbar und mit Schwimmschlamm befüllbar. In unmittelbarer Nachbarschaft des Flotationsbeckens befindet sich das Stabilisierungsbecken zur Durchführung der zweiten Stufe des erfindungs­ gemäßen Verfahrens. Zwischen diesem Stabilisierungsbecken und dem vorgenannten Flotationsbecken ist erfindungsgemäß eine Räumeinrichtung angebracht, beispielsweise ein Brett- oder Kettenräumer, ein Paddelwerk oder eine sonstige Räum- bzw. Transporteinrichtung, die dafür sorgt, daß das in dem Flotationsbecken anfallende, oben auf der Wasseroberfläche auf­ schwimmende Schwimmschlamm-Konzentrat unmittelbar abgeräumt und in das Stabilisierungsbecken übertragen wird.

An der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders vorteilhaft, daß sie zur Umsetzung einen relativ geringen technischen Aufwand erfordert und überdies ausgesprochen kompakt aufgebaut werden kann. Dies eröffnet die Möglichkeit, sie als mobile Einheit zu konzipieren, die beim Auftreten von Schwimm­ schlammproblemen zur Abwasserreinigungsanlage gebracht wird und dort an die vorhandene Schwimmschlammabzugsanlage angeschlossen wird. Hierzu ist der Einsatz einer Elektroflotationsanlage in besonderem Maße geeignet. Selbstverständlich kann eine erfindungsgemäße Anlage auch stationär konzipiert werden. Auf jeden Fall ergibt sich der besondere Vorteil, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach an eine bestehende Kläranlage anschließbar ist, ohne daß aufwendige Umbauten oder sonstige Eingriffe in bestehende Anlagen erforderlich wären.

Zweckmäßigerweise sind das Flotationsbecken und das Stabilisierungsbecken unmittelbar hintereinander angeordnet und die Räumeinrichtung oberhalb des Flotationsbeckens angebracht, so daß das abgeräumte Schwimmschlamm- Konzentrat direkt vom Flotationsbecken in das Stabilisierungsbecken geräumt wird. Die gesamte Anlage kann so in einem Behälter untergebracht werden.

Zur Umsetzung der thermisch-aeroben Stabilisierung sind vorzugsweise in den Stabilisierungsbecken Belüftungselemente angebracht, die an ein Gebläse angeschlossen und mit Luft beaufschlagbar sind. Als zuverlässige und wenig störanfällige Belüftungselemente sind beispielsweise Membranbelüfter bekannt.

Durch ein in dem Stabilisierungsbecken angebrachtes Rührwerk wird eine Homogenisierung des Schwimmschlamm-Konzentrats und eine Beschleunigung des Stabilisierungsprozesses erreicht.

Zur Erfüllung sämtlicher Imissionsschutzvorschriften sowie zur Vermeidung von Geruchsbelästigungen kann die gesamte Vorrichtung geruchsdicht gekapselt ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als transportable, mobile Kompaktanlage ausgestaltet, die mit einem Transportfahrzeug bei Bedarf zu einer Abwasserreinigungsanlage transportiert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt im einzelnen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung mit Druckentsspannungsflotationsanlage.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zur Behandlung von Schwimmschlamm, die darin als Ganzes mit sämtlichen dazugehörigen Aggregaten mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist.

Die wesentlichen Bestandteile der Vorrichtung 1 sind eine Entspannungsflotationsanlage mit einem Flotationsbecken 2 samt einer daran angeschlossenen Druckwasser-Versorgungseinrichtung 3, ein unmittelbar hinter dem Flotationsbecken liegendes Stabilisierungsbecken 4 einschließlich Lufteinspeisung 5 und Rührwerk 6, sowie eine oberhalb des Flotationsbeckens 2 installierte motorische Räumeinrichtung 7, beispielsweise ein Paddelwerk oder ein Bretträumer.

Das Flotationsbecken 2 und das Stabilisierungsbecken 4 können mit einer geruchsdichten Abdeckung 8 gekapselt werden, welche in den Becken anfal­ lende Gase über einen nicht dargestellten Filter ins Freie leitet.

Über eine Schwimmschlamm-Abzugsleitung 9 ist das Flotationsbecken 2 mittels einer nicht näher dargestellten Schwimmschlamm-Räumeinrichtung eines Belebungs- bzw. Nachklärbecken einer ebenfalls nicht weiter dargestellten Wasserreinigungsanlage mit wasserhaltigem Schwimmschlamm befüllbar.

Über eine Wasserabzugsleitung 10 wird Wasser aus dem Flotationsbecken 2 abgezogen und teilweise abgeleitet bzw. über die Druckwasserleitung 11 wieder eingespeist. Mit dem Bezugszeichen 12 ist eine Schlammabzugsleitung bezeichnet.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Flotations­ becken 2 mit dem abgezogenen Schwimmschlamm mit hohem Wassergehalt gefüllt, der beispielsweise aus einem Belebungs- bzw. Nachklärbecken abgepumpt wird. Die Entspannungsflotation sorgt dafür, daß die Schwimmschlammpartikel in dem Flotationsbecken 2 auf 4-6% Trockensubstanz aufkonzentriert werden, in dem sie als Schwimmschlamm- Konzentrat an der Wasseroberfläche aufschwimmen. Diese Konzentration geht mit einer Volumenverminderung auf wenige Prozent einher. Die Räumeinrichtung 7 räumt das Schwimmschlamm-Konzentrat in das benachbarte Stabilisierungsbecken 4. Durch Einblasen von Luftsauerstoff über die Belüftereinrichtung 5 erfolgt eine aerobe Stabilisierung des Schwimmschlamm-Konzentrats. Aufgrund der dabei stattfindenden Oxidation steigt die Reaktionstemperatur auf über 55°C, so daß das Schwimmschlamm- Konzentrat beispielsweise weniger als sieben Tage in dem Stabilisie­ rungsbecken 4 verbleiben muß. Das Rührwerk 6 sorgt dabei für Homogeni­ sierung des Beckeninhaltes.

Nach Beendigung der Aktivierung ist der dabei erhaltene Schlamm entsor­ gungsfähig, d. h. kann entweder unmittelbar auf Äcker ausgebracht werden oder - ggf. nach weiterer Entwässerung in Filterpressen oder dergleichen - deponiert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann mit sämtlichen Aggregaten als kompakte, transportfähige Einheit ausgebildet sein, die beispielsweise mit einem Lastkraftfahrzeug bei Bedarf zu einer Kläranlage gebracht werden kann. Die Installation erfordert keine Eingriffe in bestehende Kläranlagen. Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erstmals ein konsequenter Weg zur Lösung des Schwimmschlamm-Problems aufgezeigt.

Claims (14)

1. Verfahren für die Behandlung von Schwimmschlamm aus biologischen Abwasserreinigungsanlagen, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

• - Konzentration des Schwimmschlamms durch Flotation,
• - Stabilisierung des durch die Konzentration erhaltenen Schwimmschlamm- Konzentrats.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotation eine Entspannungsflotation ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotation eine Elektroflotation ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung thermisch-aerob erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung in der Stabilisierungsanlage (4, 5) Luft in das Schwimm­ schlamm-Konzentrat eingeblasen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung chemisch-thermisch erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung in einem Mischer dem Schwimmschlamm Brandkalk zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das stabilisierte Schwimmschlamm-Konzentrat entsorgt wird.

9. Vorrichtung zur Behandlung von biologischem Schwimm­ schlamm, der aus biologischen Abwasserreinigungsanlagen entnommen wird - insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch

• - eine Flotationanlage (2, 3) mit einem Flotationsbecken (2), in das der aus einer Abwasserreinigungsanlage (10) entnommene Schwimmschlamm eingeleitet wird,
• - eine Räumeinrichtung (7) zum Abräumen des auf dem Flotationsbecken (2) flotierenden Schwimmschlamm-Konzentrats, und
• - eine Schlammstabilisierungsanlage (4, 5) mit einem Stabilisierungs­ becken (4), welches von der Räumeinrichtung (7) mit Schwimmschlamm- Konzentrat befüllt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotationsanlage eine Entspannungsflotationsanlage ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotationsanlage eine Elektroflotationsanlage ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Flotationsbecken (2) und das Stabilisierungsbecken (4) hintereinander angeordnet sind und die Räumeinrichtung (7) oberhalb des Flotationsbeckens (2) angebracht ist, so daß das abgeräumte Schwimm­ schlamm-Konzentrat direkt vom Flotationsbecken (2) in das Stabilisie­ rungsbecken (4) geräumt wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Vorrichtung (1) als transportable Kompaktanlage oder als festes Bauwerk ausgestaltet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Vorrichtung (1) geruchsdicht gekapselt ausgebildet ist.