DE4141832C1 - Waste water process and appts. treats mixt. of activated and primary sludges - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer einer Kläranlage nachgeschalteten Anlage für die Weiterverarbei tung von Klärschlamm, der aus einer Mischung von vorent wässertem Belebtschlamm aus der Kläranlage und Primärschlamm besteht, wobei die Anlage für die Weiterverarbeitung des Klärschlammes einen anaerob betriebenen Versäuerungsreaktor sowie einen nachgeschalteten anaerob betriebenen Biogas reaktor aufweist. Es versteht sich, daß regelmäßig im Ver säuerungsreaktor und/oder im Biogasreaktor eine Schlammum wälzung erfolgt. Das Biogas wird der Verwertung zugeführt.The invention relates to a method for operating a Sewage treatment plant downstream plant for further processing treatment of sewage sludge, which is made from a mixture of watered activated sludge from the sewage treatment plant and primary sludge exists, whereby the plant for the further processing of the Sewage sludge an anaerobically operated acidification reactor as well as a downstream anaerobic biogas has reactor. It is understood that regularly in Ver acidification reactor and / or a sludge in the biogas reactor Rolling takes place. The biogas is recycled.
Die Erfindung betrifft fernerhin eine Anlage für die Weiter verarbeitung von Klärschlamm, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist. Die Erfindung betrifft fernerhin besondere Anwendungen des Verfahrens in bezug auf die zugeordnete Abwasserreinigungsanlage.The invention further relates to a plant for the further Processing sewage sludge according to the invention Procedure is operable. The invention further relates to particular applications of the method in relation to the assigned wastewater treatment plant.
Bei dem bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht (DE 35 34 605), wird dem Versäuerungsreaktor als Hilfsstoff ein pulverisiertes Trägermaterial, z. B. in Form von Aktiv kohle oder Braunkohleaktivkohle beigegeben, und zwar dem dem Versäuerungsreaktor zufließenden Klärschlamm beige geben. Auf diese Weise können der Versäuerungsreaktor und auch der Biogasreaktor mit wesentlich erhöhtem Trocken substanzgehalt betrieben werden, was die Ausbeute der Anlage in bezug auf die Biogasmenge gegenüber einer Verfahrensweise ohne die beschriebene Zugabe um 20% und mehr erhöhen kann. In the known method from which the invention is based (DE 35 34 605), the acidification reactor as an auxiliary a powdered carrier material, e.g. B. in the form of active coal or lignite activated carbon added, namely the sewage sludge flowing into the acidification reactor give. In this way, the acidification reactor and also the biogas reactor with significantly increased dryness Substance content operated, which is the yield of the plant in relation to the amount of biogas versus a procedure can increase by 20% and more without the addition described.
Im übrigen ist es bekannt, organische Schlämme oder Rest stoffe durch Hydrolyse und anschließende Behandlung im alka lischen Bereich zu behandeln (EP 02 20 647 A1) bzw. durch Hydrolyse und Methanogenese (DE 40 00 834 A1) zu behandeln.Otherwise, it is known to be organic sludge or residue substances by hydrolysis and subsequent treatment in the alk tical area to treat (EP 02 20 647 A1) or by Treat hydrolysis and methanogenesis (DE 40 00 834 A1).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer einer Kläranlage nachgeschalteten Anlage für die Weiterverarbeitung von Klärschlamm anzugeben, welches zu einem weitgehend mineralisierten Schlamm mit verbesserten Entwässerungseigenschaften führt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Anlage für die Weiterverarbeitung von Klärschlamm anzugeben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist. Der Erfindung liegt endlich die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wo und wie das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirksam eingesetzt werden kann.The invention has for its object a method for Operation of a plant downstream of a sewage treatment plant the processing of sewage sludge, which to a largely mineralized sludge with improved Drainage properties. The invention also lies based on the task of a plant for further processing of sewage sludge, which according to the invention Procedure is operable. The invention is finally the Task to specify where and how the invention Process can be used particularly effectively.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Kombina tion der folgenden Merkmale verwirklicht:To achieve this object, the Kombina according to the invention realized the following features:
- a) als Hilfsstoffe werden Proteasen, Amylasen, Lipa sen, Cellulasen oder Mischungen davon in den Ver säuerungsreaktor eingeführt,a) Proteases, amylases, Lipa are used as auxiliary substances sen, cellulases or mixtures thereof in the ver acidification reactor introduced,
- b) der Versäuerungsreaktor wird im Temperaturbereich von 20° bis 70°C sowie in einem pH-Bereich von 3,5 bis 6,5 gefahren,b) the acidification reactor is in the temperature range from 20 ° to 70 ° C and in a pH range of 3.5 to 6.5 driven,
- c) einerseits die Temperatur und andererseits der pH-Wert werden in den zu b) angegebenen Bereichen so eingestellt, daß die versäuerten organischen Schlamminhaltsstoffe, die in den Biogasreaktor eingeführt werden, zumindest zu 50% mineralisiert werden und aus dem Versäuerungsreaktor über eine Trenneinrichtung außerdem ein hauptsächlich aus Essigsäure bestehendes kohlenstoffhaltiges Substrat abgezogen wird, während der Rest des Substrates in den Biogasreaktor eingeführt wird.c) on the one hand the temperature and on the other hand the pH values are in the ranges specified for b) adjusted so that the acidified organic Sludge ingredients in the biogas reactor be introduced, at least 50% mineralized be and from the acidification reactor via a Separator also one mainly Existing carbon-containing acetic acid Substrate is peeled off while the rest of the Substrate is introduced into the biogas reactor.
Der Schlamm, der aus dem Biogasreaktor abgezogen wird, kann leicht und sehr vollständig entwässert werden. Der Versäue rungsreaktor wird vorzugsweise im Temperaturbereich von 25° bis 60°C betrieben.The sludge that is withdrawn from the biogas reactor can easily and very completely drained. The acidification Rungsreaktor is preferably in the temperature range of 25 ° operated up to 60 ° C.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch die be schriebene Kombination eine sehr weitgehende Mineralisierung des Klärschlammes erreicht wird. Dadurch wird bei der Schlammentwässerung hinter dem Biogasreaktor ein höherer Entwässerungsgrad erreicht, so daß die zu entsorgende Schlammenge aufgrund des weitergehenden Abbaus der orga nischen Substanz und aufgrund des besseren Entwässerungs verhaltens des Faulschlammes erheblich abnimmt. Darüber hinaus kann das hauptsächlich aus Essigsäure bestehende koh lenstoffhaltige Substrat der Kläranlage, aus der der Belebt schlamm abgezogen wird, in Bereichen von Kohlenstoffdefi ziten augeführt werden, und zwar zur Intensivierung der Ab bauprozesse. Die Biogasproduktion ist abhängig von der be schriebenen Einführung des Substrates in Bereiche mit Koh lenstoffdefiziten der vorgeschalteten Kläranlage. Im einzel nen bestehen mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens. So kann aus dem Ablauf des Biogasreaktors Biomasse mechanisch separiert und in den Re aktionsraum des Biogasreaktors zurückgeführt werden. Es können aber in dem Biogasreaktor auch Festbetteinbauten an geordnet werden, auf denen sich Biomasse festsetzt, was eine gleichsam interne Biomassenanreicherung bewirkt.The invention is based on the knowledge that by the be written combination a very extensive mineralization of the sewage sludge is reached. As a result, the Sludge dewatering behind the biogas reactor is a higher one Degree of drainage reached, so that to be disposed of Amount of sludge due to the continued dismantling of the orga African substance and due to the better drainage behavior of the digested sludge decreases significantly. About that in addition, koh, which consists mainly of acetic acid substrate of the sewage treatment plant from which the revitalized sludge is withdrawn in areas of carbon defi ziten be carried out, namely to intensify the Ab construction processes. The biogas production depends on the be Written introduction of the substrate in areas with Koh Oil deficits in the upstream sewage treatment plant. In detail There are several options for further training of the method according to the invention. So from the expiry of Biogas reactor biomass mechanically separated and in the Re action space of the biogas reactor can be returned. It can also in the biogas reactor fixed bed internals ordered on which biomass settles, which is a as it were internal biomass enrichment.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Anlagen für die Wei terverarbeitung des Klärschlammes hinter den verschiedensten biologischen Kläranlagen eingesetzt werden. Zu besonders ausgeprägten Effekten in bezug auf die mit der Erfindung verbundenen Vorteile kommt man, wenn das Verfahren einem nach der Adsorptionstechnologie arbeitenden Abwasserreini gungsprozeß mit Adsorptionsstufe und Belebungsstufe nachge schaltet ist. Das gilt auch dann, wenn der nach der Adsorp tionstechnologie arbeitende Prozeß eine Schlammrückführung aus der Belebungsstufe in die Adsorptionsstufe aufweist, wobei die Schlammrückführung jedoch so erfolgt, daß die Funktion der Adsorptionsstufe nicht beeinträchtigt wird, sondern die Schlammrückführung gleichsam als biologischer Stoß in der Adsorptionsstufe verarbeitet wird (vgl. P 40 36 548.4). Dies führt zu zwei Effekten, nämlich zu einer Mini mierung des Belebtschlammanfalls der B-Stufe und zu einer Unterstützung der Denitrifikation.The method according to the invention can be used in plants for Wei Processing the sewage sludge behind the most diverse biological sewage treatment plants are used. Too special pronounced effects in relation to those with the invention associated benefits one comes when the process is one wastewater treatment based on adsorption technology supply process with adsorption stage and aeration stage is switched. This also applies if the after Adsorp technology working process a sludge recycle from the activation stage to the adsorption stage, but the sludge recirculation takes place so that the Function of the adsorption stage is not impaired, but the sludge return as it were biological Impact is processed in the adsorption stage (see P 40 36 548.4). This leads to two effects, namely a mini the activation of the activated sludge from the B stage and to one Support denitrification.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage für die Wei terverarbeitung von Klärschlamm, die nach dem beschriebenen Verfahren besonders einfach und leicht optimierbar betreib bar ist. Zur Anlage gehören ein Versäuerungsreaktor und ein Biogasreaktor, wobei der Versäuerungsreaktor eine Klär schlammzuführungsleitung aufweist und wobei an die Klär schlammrückführungsleitung eine Einrichtung für die dosierte Zuführung der Biokatalysatoren angeschlossen ist. Der Bio gasreaktor kann Festbetteinbauten und/oder eine Einrichtung für die Rückführung von Biomasse in den Biogasreaktor auf weisen.The invention also relates to a plant for the Wei processing of sewage sludge according to the described Operate processes particularly simply and easily optimizable is cash. The plant includes an acidification reactor and a Biogas reactor, the acidification reactor clarifying Has sludge supply line and being to the clarifier sludge return line a device for the dosed Feeding the biocatalysts is connected. The bio gas reactor can have fixed bed installations and / or a facility for the return of biomass to the biogas reactor point.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt das Schema einer Anlage für die Weiterverarbeitung von Klärschlamm, die für das er findungsgemäße Verfahren besonders geeignet ist.In the following, the invention is based on only one Embodiment representing drawing in more detail explained. The only figure shows the diagram of a plant for the further processing of sewage sludge, for which he inventive method is particularly suitable.
Die in dem Schema dargestellte Anlage für die Weiterverar beitung von Klärschlamm weist einen Versäuerungsreaktor 1 und einen Biogasreaktor 2 auf. Der Versäuerungsreaktor 1 ist an eine Klärschlammzuführungsleitung 3 angeschlossen. In dieser Klärschlammzuführungsleitung 3 befindet sich ein Wärmetauscher 4. Die Klärschlammzuführungsleitung 3 ist an eine Belebtschlammzuführung 5 und an eine Primärschlamm zuführung 6 angeschlossen. Der Belebtschlamm und der Primär schlamm werden im Ausführungsbeispiel vor der Mischung zum zu behandelnden Klärschlamm in besonderen Einrichtungen 7 ent wässert. Aus dem Versäuerungsreaktor 1 wird ein Substrat über eine Leitung 8 abgezogen, es kann auch im Kreislauf ge führt werden. Im übrigen geht aus dem Versäuerungsreaktor 1 wie üblich Abluft bei 9 ab. Das Substrat aus dem Versäue rungsreaktor 1 ist in den Biogasreaktor 2 einführbar, und zwar über eine Einrichtung 10, aus der außerdem ein haupt sächlich aus Essigsäure bestehendes, kohlenstoffhaltiges Substrat über die Leitung 11 abgezogen werden kann, um in Kohlenstoffdefizitbereichen der vorgeschalteten Kläranlage in diese eingeführt zu werden. Die vorgeschaltete Kläranlage wurde nicht gezeichnet. Man erkennt, daß das Biogas über ein Leitungssystem 12 umwälzbar ist, um in dem Biogasreaktor 2 eine Schlammumwälzung zu verwirklichen. Auch der Versäue rungsreaktor 1 kann mit einer Schlammumwälzung ausgerüstet sein. Das Biogas wird über die Leitung 13 der Verwertung zugeführt. Im übrigen ist eine Biomassenrückführungs einrichtung 14 vorgesehen. Der behandelte Schlamm wird in einer besonderen Einrichtung 15 in Trübwasser und Schlamm getrennt, wobei eine sehr weitgehende Entwässerung statt findet. Der Schlamm kann über die Leitung 16 abgezogen wer den, das Trübwasser über die Leitung 17. Wesentlich für die Erfindung ist die Zuführung eines Biokatalysators über die Leitung 18. Er wird intensiv mit dem Klärschlamm vermischt.The plant shown in the diagram for the further processing of sewage sludge has an acidification reactor 1 and a biogas reactor 2 . The acidification reactor 1 is connected to a sewage sludge feed line 3 . A heat exchanger 4 is located in this sewage sludge feed line 3 . The sewage sludge feed line 3 is connected to an activated sludge feed 5 and to a primary sludge feed 6 . The activated sludge and the primary sludge are dewatered in the exemplary embodiment before being mixed with the sewage sludge to be treated in special facilities 7 . From the acidification reactor 1 , a substrate is withdrawn via a line 8 , it can also be conducted in a circuit. For the rest, from the acidification reactor 1, as usual, exhaust air leaves at 9 . The substrate from the acidification reactor 1 can be introduced into the biogas reactor 2 , specifically via a device 10 , from which a main substance consisting of acetic acid, a carbon-containing substrate can be drawn off via the line 11 to be introduced into the deficient areas of the upstream sewage treatment plant in this to become. The upstream sewage treatment plant was not drawn. It can be seen that the biogas can be circulated via a line system 12 in order to realize a sludge circulation in the biogas reactor 2 . The acidification reactor 1 can be equipped with a sludge circulation. The biogas is fed via line 13 for recycling. In addition, a biomass return device 14 is provided. The treated sludge is separated into cloudy water and sludge in a special device 15 , with very extensive dewatering taking place. The sludge can be withdrawn via line 16 , the cloudy water via line 17th The supply of a biocatalyst via line 18 is essential for the invention. It is mixed intensively with the sewage sludge.
Die Betriebsweise wird im folgenden beschrieben: Sedimenta tiv oder maschinell entwässerter Klärschlamm wird über den Wärmetauscher 4, mit dem die für die biochemischen Reak tionen erforderliche Temperatur des Versäuerungsreaktors 1 eingestellt wird, in den Versäuerungsreaktor 1 eingeführt. Der Biokatalysator, der über 18 zugeführt wird, wird inten siv mit dem Klärschlamm vermischt. Die Durchmischung kann durch einen Umwälzbetrieb oder auf andere Weise erfolgen. Der Biokatalysator wirkt im biologischen Sinne katalysierend auf die biochemischen Reaktionen bei der Hydrolyse und bei der Versäuerung. Man erreicht einen weitgehenden Abbau der Klärschlamminhaltsstoffe zu niederen organischen Säuren, hauptsächlich zu Essigsäure. Als Biokatalysator werden die beschriebenen Substanzen beigegeben. Die Temperatur im Versäuerungsreaktor 1 liegt in Abhängigkeit von dem einge setzten Biokatalysator vorzugsweise zwischen 25° und 60°C, der pH-Wert liegt im Bereich zwischen 3,5 und 6,5. In einer dem Versäuerungsreaktor 1 nachgeschalteten Einrichtung 10 wird ein Teil der Flüssigkeit abgetrennt, wobei in der flüssigen Phase eine hohe Konzentration niederer organischer Säuren vorliegt, die eine ideale Kohlenstoffquelle für bio logische Prozesse darstellen. Dieses leicht abbaubare Substrat ist im Rahmen der Erfindung dem Abwasserreini gungsprozeß zuführbar und wird in die vorgeschaltete Abwasserreinigungsanlage im Bereich von Kohlenstoffdefiziten eingeführt. Bei einem hohen Bedarf an einem solchen Substrat kann die Entwässerung des zugehenden Belebtschlammes bzw. Klärschlammes reduziert werden oder entfallen. Es kann insbesondere eine gemeinsame sedimentative Vorentwässerung des Belebtschlammes und des Primärschlammes über die Ein richtungen 7 erfolgen. Auf diese Weise kann der dem Versäue rungsreaktor 1 zugeführte Volumenstrom verkleinert werden. Eventuell überschüssiges Substrat kann dem Biogasreaktor 2 zur weiteren anaeroben Behandlung zugeführt werden. Der Biogasreaktor 2 wird im Ausführungsbeispiel durch die be schriebene Gaseinpressung oder auch hydraulisch bzw. mecha nisch durchmischt. Zur Intensivierung der Methanisierung wird über 14 Biomasse in den Biogasreaktor zurückgeführt. Auf diese Weise wird die beschriebene Biomasseanreicherung bewirkt. Die Temperatur im Biogasreaktor 2 liegt zwischen 33° und 38°C. Der pH-Wert im Bereich von 6,5-7,5.The operation will be described in the following: sedimentation TIV or mechanically dewatered sewage sludge is introduced via the heat exchanger 4, with the required temperature of the Versäuerungsreaktors 1 functions for the biochemical reac is set in the acidification. 1 The biocatalyst, which is fed via 18 , is intensively mixed with the sewage sludge. The mixing can be carried out by a circulation operation or in another way. In the biological sense, the biocatalyst catalyzes the biochemical reactions during hydrolysis and acidification. The sewage sludge constituents are largely broken down into lower organic acids, mainly acetic acid. The substances described are added as a biocatalyst. The temperature in the acidification reactor 1 is, depending on the biocatalyst used, preferably between 25 ° and 60 ° C, the pH is in the range between 3.5 and 6.5. In a device 10 downstream of the acidification reactor 1 , part of the liquid is separated off, a high concentration of lower organic acids being present in the liquid phase, which represent an ideal carbon source for biological processes. This easily degradable substrate can be fed to the wastewater treatment process within the scope of the invention and is introduced into the upstream wastewater treatment plant in the area of carbon deficits. If there is a high demand for such a substrate, the dewatering of the activated sludge or sewage sludge can be reduced or eliminated. In particular, a common sedimentative pre-dewatering of the activated sludge and the primary sludge can take place via the devices 7 . In this way, the volume flow supplied to the acidification reactor 1 can be reduced. Any excess substrate can be fed to the biogas reactor 2 for further anaerobic treatment. The biogas reactor 2 is mixed in the exemplary embodiment by the described gas injection or hydraulically or mechanically. To intensify methanation, more than 14 biomass is returned to the biogas reactor. The described biomass enrichment is effected in this way. The temperature in the biogas reactor 2 is between 33 ° and 38 ° C. The pH in the range of 6.5-7.5.
Im Ergebnis erreicht man eine weitgehende Mineralisierung des zugeführten Belebtschlammes und zugeführten Primär schlammes. Dadurch wird bei der Schlammentwässerung bei 15 ein sehr hoher Entwässerungsgrad erreicht, so daß die zu entsorgende Schlammenge aufgrund des weitergehenden Abbaus der organischen Substanz und aufgrund des besseren Ent wässerungsverhaltens des Faulschlammes erheblich abnimmt. Die Biogasprodnktion ist abhängig von dem Bedarf der Kläran lage an dem/aus dem/hinter dem Versäuerungsreaktor 1 abgezo genen Substrat. Bei geringerem Bedarf an diesem Substrat steigt die Biogasproduktion im Vergleich zur konventionellen Faultechnik erheblich an.As a result, the activated sludge and primary sludge are largely mineralized. As a result, a very high degree of dewatering is achieved in the sludge dewatering at 15 , so that the amount of sludge to be disposed of decreases considerably due to the further degradation of the organic substance and due to the better dewatering behavior of the digested sludge. The biogas production is dependent on the needs of the sewage treatment plant on / from / behind the acidification reactor 1 removed substrate. With less need for this substrate, biogas production increases significantly compared to conventional digestion technology.
Das beschriebene Verfahren ist analog anwendbar, wenn in die Weiterverarbeitungsanlage für Klärschlamm nicht Klärschlamm, sondern hochkonzentrierte Industrieabwässer eingeführt wer den. Die Funktionsweise des Versäuerungsreaktors 1 und des Biogasreaktors 2 bleiben unverändert. Zur Nachreinigung wird das anfallende, anaerob vorbehandelte Abwasser zweckmäßiger weise einer aeroben Nachbehandlung zugeführt, bei der das zuvor gewonnene hauptsächlich aus Essigsäure bestehende, kohlenstoffhaltige Substrat in analoger Weise als Kohlen stoffquelle eingesetzt werden kann.The described method can be used analogously if not sewage sludge, but highly concentrated industrial wastewater is introduced into the processing plant for sewage sludge. The functioning of the acidification reactor 1 and the biogas reactor 2 remain unchanged. For post-purification, the anaerobically pretreated wastewater is expediently fed to an aerobic post-treatment in which the previously obtained, mainly acetic acid, carbon-containing substrate can be used in an analogous manner as a carbon source.
Claims (9)
- a) als Hilfsstoffe werden Proteasen, Amylasen, Lipa sen, Cellulasen oder Mischungen davon in den Ver säuerungsreaktor eingeführt,
- b) der Versäuerungsreaktor wird im Temperaturbereich von 20° bis 70°C sowie in einem pH-Bereich von 3,5 bis 6,5 gefahren,
- c) einerseits die Temperatur und andererseits der pH-Wert werden in den zu b) angegebenen Bereichen so eingestellt, daß die versäuerten organischen Schlamminhaltsstoffe, die in den Biogasreaktor eingeführt werden, zumindest zu 50% mineralisiert werden und aus dem Versäuerungsreaktor über eine Trenneinrichtung außerdem ein hauptsächlich aus Essigsäure bestehendes, kohlenstoffhaltiges Substrat abgezogen wird, während der Rest des Substrates in den Biogasreaktor eingeführt wird.
- a) proteases, amylases, lipases, cellulases or mixtures thereof are introduced into the acidification reactor as auxiliaries,
- b) the acidification reactor is operated in the temperature range from 20 ° to 70 ° C. and in a pH range from 3.5 to 6.5,
- c) on the one hand, the temperature and, on the other hand, the pH value are adjusted in the ranges specified in b) in such a way that the acidified organic sludge constituents which are introduced into the biogas reactor are mineralized at least 50% and are also removed from the acidification reactor via a separating device carbon-containing substrate consisting mainly of acetic acid is withdrawn, while the rest of the substrate is introduced into the biogas reactor.
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