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Faulschlamm-Entgasung im Vakuum

Bild 1: Modell einer Faulschlamm-Entgasungs-Anlage

Die Aufgabe

Das bei der Schlammfaulung gebildete Gas ist entsprechend seiner Zusammensetzung und den örtlichen Druck- und Temperaturverhältnissen im Schlammwasser gelöst. In der Trichterspitze eines 20 m hohen Faulbehälters sind es theoretisch 0,65 m³ Kohlendioxid (CO2) und 0,05 m³ Methan (CH4) pro m³ Schlammwasser (Als reines Wasser gerechnet). Üblicherweise wird der Schlamm auch von unten abgezogen, um die Ansammlung von Sand und anderen sedimentierenden Stoffen zu vermeiden. In der Schlammtasche am Kopf des Faulturmes, in der Falleitung zum Nacheindicker, in den Vorlagebehältern und bei der maschinellen Schlammentwässerung wird das gelöste Gas nach und nach frei, denn die Gleichgewichtseinstellung erfolgt nur langsam. Das Gas besteht - neben typischen Geruchsstoffen wie Ammoniak und Schwefelwasserstoff sowie Spuren anderer, teilweise toxischer Komponenten - hauptsächlich aus CO2 und CH4, die als Hauptverursacher für den Treibhauseffekt angesehen werden und also möglichst nicht in die Atmosphäre gelangen sollten.

Darüber hinaus erschwert das gelöste Gas die Schlammentwässerung; Nacheindicker arbeiten unbefriedigend, weil große Feststoffmengen flotieren, es gibt keinen klaren Überstand und das Trübwasser - wenn es überhaupt abgezogen wird - enthält viel Feststoff. Ähnliches spielt sich in den Vorlagebehältern der Entwässerungsmaschinen ab. Auch die Entwässerung selbst wird - besonders bei Zentrifugen - durch die Bildung kleinster Gasblasen behindert.

Unsere Lösung

Mit Hilfe der Vakuum-Entgasung (Europ. Patent Nr. 0289057) wird gelöstes Gas soweit entfernt, daß die beschriebenen Störungen nicht mehr auftreten. Die richtige Wahl der Betriebsbedingungen sowie die konstruktive Gestaltung des Entgasungsbehälters sind dabei für den Erfolg ausschlaggebend. Das Gas wird aufgefangen und z.B. zusammen mit dem Faulgas verwertet.

Das Kernstück der Entgasungsanlage ist der Entgasungsbehälter, Bild 2 Mitte. Er enthält im oberen Teil Kaskaden-Einbauten, über die der Schlamm in einem dünnen Film mit großer, sich ständig erneuernder Oberfläche herabfließt. Der untere Teil ist so dimensioniert, daß der Schlamm eine ausreichende Verweilzeit zur Nachentgasung hat und auch sehr feine Gasblasen abgeschieden werden.

Über dem Schlammspiegel steht eine Schaumschicht, die mit der Zeit zerfällt. Besonders stabile Schäume können mit verschiedenen Methoden bekämpft werden. Eine Wasserringpumpe erzeugt den nötigen Unterdruck.

Die Aufstellung der Anlage sollte frostsicher und möglichst in einem Gebäude in der Nähe der Faulung erfolgen.

Bild 2: Faulschlamm-Entgasung mit nachgeschaltetem Eindicker

Verfahrensbeschreibungen

Nacheindicker werden durch eine vorgeschaltete Vakuum-Entgasungsanlage funktionsfähig, Bild 2. Dabei sollte der ausgefaulte Schlamm zur Verminderung von Emissionen nicht mehr über die Schlammtasche geführt werden, d.h. die Schieber V1 und V2 sollten geschlossen sein. Das Schlammniveau im Entgasungsbehälter muß geregelt werden. Die besten Ergebnisse lassen sich in kontinuierlich betriebenen Nacheindickern erzielen, die mit einer Schlammspiegel-Sonde ausgerüstet sind. Gibt es keinen Nacheindicker, sondern nur einen Vorlagebehälter vor den Entwässerungsmaschinen, so ist ebenfalls Flotation zu befürchten, da der starke Auftrieb durch Gasblasen auch durch intensives Umwälzen nicht immer vermieden werden kann. Dann schwankt die Konzentration im Zulauf, eine optimale Flockung wird erschwert und es resultieren schlechte Entwässerungsergebnisse. Eine mögliche Schaltung für diesen Fall ist in Bild 3 skizziert. Auf die Vorlage könnte man sogar verzichten, wenn die Faulung ausreichend gleichmäßig beschickt wird.

Bild 3: Faulschlamm-Entgasung mit nachgeschalteter Zentrifuge

Ergebnisse

Bild 4: Behandelter und unbehandelter Faulschlamm

Die Wirkung der Entgasung - Bild 4 zeigt das typische Absetzverhalten in Standzylindern - hängt vom Faulschlamm und seiner Vorgeschichte ab; daher sind Versuche angebracht. Die Entgasung verbessert aber nicht Flockenaufbau und -struktur; sie ist daher kein Ersatz für eine Konditionierung!

Bild 5: Absetzverhalten entgaster Faulschlämme aus verschiedenen Klärwerken

Eine Verminderung des Faulschlammvolumens bei der Eindickung um 30 % bis 50 % ist möglich. Bild 5 zeigt einige typische Absetzkurven von Proben verschiedener Kläranlagen. Der Feststoffgehalt des überstehenden Trübwassers lag dabei unter 0,5 %, im allgemeinen zwischen 0,2 % und 0,3 %. Eine längere Eindickzeit als 48 Stunden bringt im allgemeinen keine nennenswerte Verbesserung, da die Faulgasbildung erneut beginnt. Die besten Ergebnisse werden bei kontinuierlicher Betriebsweise des Eindickers erreicht.

Die Volumenverminderung im Nacheindicker wirkt sich auf jede nachfolgende Schlammbehandlung günstig aus. Die hierdurch zu erzielende Kosteneinsparung führt in der Regel zu einer Amortisation der Faulschlammentgasungsanlage innerhalb weniger Jahre.

Aber auch ohne Nacheindickung hat die Entgasung einen positiven Effekt, in dem Emissionen vermindert, die Flockung erleichtert und die Entwässerung in Zentrifugen und Filtern verbessert wird.

Technische Daten

Bild 10: Entgasungsanlage für 8 m³/h im Werk

Versuchsanlage

Ein Laborversuch gibt schnelle Auskunft über die Wirksamkeit der Entgasung. Dazu wird eine Schlammprobe im Wasserstrahlpumpen-Vakuum leicht geschüttelt und anschließend in einem Standzylinder ein bis zwei Tage lang stehengelassen. Siehe Laborversuch

Bild 6: Versuchsanlage zur Faulschlamm-Entgasung

Für halbtechnische Versuche auf der Kläranlage kann eine betriebsbereite Versuchsanlage mit einer Durchsatzleistung bis 8 m³/h Faulschlamm zur Verfügung gestellt werden. Der Anschluß an die vorhandenen Einrichtungen ist im allgemeinen einfach und kann vom eigenen Klärwerkspersonal ohne größeren Aufwand durchgeführt werden.

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