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Thermischer Zellaufschluß von Überschußschlamm

Bild 1:Modell einer Anlage zum Thermischen Zellaufschluß von Überschußschlamm

Die Aufgabe

Durch "Desintegration" oder "Zellaufschluß" werden organische Schlämme so aufbereitet, daß der Umsatz einer nachfolgenden Faulung steigt, wodurch nicht nur die Gasausbeute zunimmt, sondern auch die zu entsorgende Feststoffmenge sinkt. Zu diesem Zweck können mechanische Geräte wie Hochdruck-Homogenisatoren und Rührwerks-Kugelmühlen, Ultraschall, Elektroschock sowie chemische und thermische Mittel eingesetzt werden. Es ist naheliegend, zunächst nur den Überschußschlamm in dieser Weise zu behandeln, da gerade er dem anaeroben Abbau - besonders bei niedriger Schlammbelastung - Widerstand leistet.

Unsere Lösung

Die Erfahrung hat gezeigt, daß die aus der pharmazeutischen Industrie stammenden mechanischen und elektromechanischen Verfahren im Klärschlammbereich nicht praktikabel und auch wegen ihres hohen Stromverbrauches unwirtschaftlich sind. Durch unser Verfahren der mittelthermischen Behandlung läßt sich der Zellaufschluß effektiv und kostengünstig durchführen. Dazu wird der zu behandelnde Schlamm auf etwa 130 °C erwärmt und rund 2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Die dazu erforderliche Wärme wird anschließend zur Beheizung der Faulung genutzt.

Grundlagen des Verfahrens

Bild 2: Einfluß von Temperatur und Verweilzeit auf den filtrat-CSB

Der Aufschlußgrad nimmt mit steigender Temperatur und Verweilzeit zu, wie eigene und fremde Untersuchungen gezeigt haben, Bild 2. Die optimalen Aufschlußbedingungen liegen bei 135 °C und 2 h Verweildauer. Bei Temperaturen über 150 °C wird das Verhältnis CSB/BSB5 im Filtrat von behandeltem Überschußschlamm langsam größer, was auf die Bildung schwer abbaubarer Verbindungen deutet.

Bild 3: Gasproduktion von Überschußschlamm bei 20 Tagen Faulzeit nach Pinnekamp

Der durch den Zellaufschluß mögliche zusätzliche Abbau der organischen Substanz in der nachfolgenden Faulung ist besonders hoch bei Überschußschlämmen aus Belebungsanlagen mit der heute üblichen, niedrigen Schlammbelastung, Bild 3. In diesem Bereich kann sich die Gasmenge verdoppeln, ja, verdreifachen. Parallel dazu findet eine entsprechende Reduktion der TS-Fracht statt.

Bild 4: Absetzverhalten von ausgefaultem überschußschlamm

Die Rückbelastung der Kläranlage durch im Faulwasser gelöste Stoffe wie CSB, Nges und PO4-P erhöht sich durch die Wärmebehandlung nur geringfügig. Die Entwässerbarkeit der Schlämme wird durch den Zellaufschluß und die anaerobe biologische Nachbehandlung ebenfalls beeinflußt. Während die Entwässerungsgeschwindigkeit sinkt, nimmt jedoch der Entwässerungsgrad zu. Durch die Zerstörung der Zellen reduziert sich nämlich einerseits die mittlere Partikelgröße, andererseits wird das Zellinnenwasser einer Entwässerung überhaupt erst zugänglich, Bild 4.

Verfahrensbeschreibung

Für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist ein regenerativer Wärmetausch zwischen behandeltem und unbehandeltem Schlamm zwingend notwendig. Wenn die Ablauftemperatur des aufgeschlossenen Schlammes richtig eingestellt wird, ergibt sich nach Mischung mit dem Rohschlamm eine Temperatur von etwa 37°C, so daß für die nachfolgende mesophile Faulung keine weitere Wärme zugeführt werden muß. Das heißt, daß das Verfahren nur unwesentlich mehr Wärme als eine konventionelle Faulung allein benötigt. Hinsichtlich der Wärmerückgewinnung gibt es zwei Verfahrensvarianten:

Beim indirekten Wärmetausch werden Doppelrohrapparate mit Zwischenkreislauf, Spiralwärmetauscher oder ähnliche, verstopfungsunempfindliche Komponenten verwendet. Eine entsprechende Schaltung zeigt schematisch Bild 5. Der zu behandelnde Überschußschlamm wird im ersten Wärmetauscher vorgewärmt, im zweiten auf die Behandlungstemperatur gebracht, auf dieser im Reaktor die vorgegebene Zeit gehalten, ehe er im dritten Wärmetauscher soweit abgekühlt wird, daß er nach Mischung mit Primärschlamm eine Temperatur etwas oberhalb der üblichen Faulraumtemperatur aufweist. Die Mischung wird in den Umwälzkreislauf der Faulung gegeben. Wegen der Verstopfungsgefahr im Außenmantel strömt Schlamm nur im Innenrohr der Doppelrohrapparate. Der erste und dritte Wärmetauscher sind daher mantelseitig durch einen Wasserkreislauf verbunden. Die Endaufheizung im zweiten Wärmetauscher erfolgt mit drucklosem Thermoöl.

Beim direkten Wärmetausch, Bild 6, wird der zu behandelnde Schlamm im Oberteil eines besonderen Apparates, einem sogenannten Direktwärmetauscher, mit Entspannungsdampf vorgewärmt, am Kopf des Reaktors mit Heizdampf auf die Behandlungstemperatur gebracht und nach der vorgegebenen Aufenthaltsdauer über ein Drosselorgan wieder in den unteren Teil des Direktwärmetauschers entspannt. Der dabei frei werdende Dampf erwärmt im Oberteil den neuen Schlamm. Wie beim indirekten Wärmetausch erfolgt anschließend die Mischung mit Primärschlamm und die Einleitung in die Faulung.

Zusammenfassung

Durch thermischen Zellaufschluß von Überschußschlamm wird in der nachfolgenden Faulung

• die zu entsorgende Feststoffmasse reduziert,

• die Gasproduktion und

• der Entwässerungsgrad gesteigert sowie

• der Faulbetrieb stabilisiert und

• die Neigung zur Schaumbildung verringert.

Dafür ist kein zusätzlicher Wärmebedarf erforderlich!

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