DE19920269A1 - Direkte Ozonung von biologischen Belebungsstufen in Abwasserkläranlagen zum Zwecke der Reduzierung von Überschußschlamm - Google Patents
Direkte Ozonung von biologischen Belebungsstufen in Abwasserkläranlagen zum Zwecke der Reduzierung von ÜberschußschlammInfo
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Abstract
Der in einer biologischen Abwasserkläranlage normaler Weise anfallende Überschußschlamm wird erheblich reduziert, indem direkt der Sauerstoffversorgung für die aerobe Belebung geringe Mengen an Ozon (5 bis 50 g Ozon pro 1 kg organische Trockensubstanz in der Belebung und Tag) über ozonfeste Gaseintragsapparate, wie z. B. Teflonmembrane, Keramikkerzen oder Gas ansaugende Tauchpumpen oder Gas und Schlamm ansaugende Drehkolbenpumpen, die gleichzeitig die Belebung im Becken oder über einen Nebenstrom, der mindestens einen Flüssigkeits- und Schlammstrom im Verhältnis zum zu klärenden Abwasserzulauf von 1 zu 1 zu 3 entspricht, umwälzt, zugegeben werden, womit ein Gleichgewicht zwischen Wachsen und Schädigen der Mikroorganismen im Belebungsschlamm erhalten wird. DOLLAR A Das Ozon wird sofort von der Flüssigkeit absorbiert und reagiert mit den darin enthaltenen Schlammflocken, indem es die Zellwände der Mikroorganismen angreift, den Zellsaft freisetzt und wieder für den biologischen Abbau bereitstellt. Der Sauerstoff als Trägergas für Ozon wird nicht abgetrennt, sondern für die erhöhte biologische Aktivität genutzt. DOLLAR A Der Vorteil der direkten Ozonung in der aeroben Schlammbelebung nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, daß entsprechend diesem einfachen Verfahren weniger Schlamm entsteht, entwässert, gepreßt und entsorgt werden muß, was Kosten einspart.
Description
In Deutschland fallen pro Jahr ca. 50 Millionen Tonnen Klärschlamm hauptsächlich
als Faulschlamm an, wovon bisher 65% deponiert, 10% verbrannt und 25% auf
landwirtschaftlich genutzte Felder verteilt werden.
Die Beseitigung dieses Faulschlammes wird in Zukunft ein größeres Problem, weil
die TA Siedlungsabfall von 1993 es ab 2005 verbietet, solche Abfälle, die mehr als
5% organischen Anteil enthalten, auf Deponien zu bringen. Im Bundesland
Nordrhein-Westfalen ist diese Frist sogar auf den 1. Juli 1999 festgesetzt worden,
siehe Literatur 1 (Hermann Schwarz et al.: "Chemisch-oxidative Behandlung von
Faulschlamm mit Wasserstoffperoxid", Wasser, Boden und Luft WLB 5, 1996, 44-47).
Deshalb beschäftigen sich mehrere Gruppen damit, diese Schlammenge entweder
als Faulschlamm oder bereits vorher als Überschußschlamm der Biologie zu
reduzieren.
Diese Erfindung bezweckt die Reduzierung des in der Belebung entstehenden und
zu entsorgenden Klärschlammes.
Siehe Literatur 1: Hermann Schwarz et al.: "Chemisch oxidative Behandlung von
Faulschlamm mit Wasserstoffperoxid", Wasser, Boden und Luft WLB 5, 1996, 44-47.
Es wird beschrieben, daß in ein Druckgefäß gefüllter Faulschlamm unter erhöhtem
Druck von p < 10 bar und erhöhter Temperatur von T < 100°C unter Luft- oder
Sauerstoffeinschluß mit Wasserstoffperoxid so aufgeschlossen werden kann, daß er
entweder weitgehend mineralisiert oder so angekrackt ist, daß er sich bei einer
folgenden biologischen Behandlung erheblich reduzieren läßt.
Siehe Literatur 2: EP 645347 AT 21.09.94, Kurita Water industries Ltd. Die Japaner
ozonen einen Teilstrom des Überschußschlammes außerhalb des
Belebungsbeckens, z. B. in Begasungstürmen mit Ozonresivernichter. Sie ziehen
einen Teilstrom des Überschußschlammes entweder aus der Nachklärung oder aus
der Belebung ab, fügen Ozon hinzu und führen den ozonten Teilstrom der Belebung
wieder zu. Durch Ozon werden die Zellwände der Flocken und der Bakterien im
Überschußschlamm angegriffen oder sogar zerstört. Der auslaufende biologisch
abbaubare Zellsaft wird mit dem Teilstrom wieder der Belebung zugeführt. Auf diese
Weise wird ein Gleichgewicht der Überschußschlammproduktion in der biologischen
Stufe erreicht, so daß eine abzuführende Überschußschlammenge minimiert oder
gar vermieden wird.
Siehe Literatur 3: Heft 61 des Institutes für Siedlungswasserwirtschaft an der
Technischen Universität Braunschweig. Johannes Müller, Norbert Dichtet und Jörg
Schwedes:
"Klärschlammdesintegration, Forschung und Anwendung", Fachtagung am 10. Und 11. März 1998 in Braunschweig.
"Klärschlammdesintegration, Forschung und Anwendung", Fachtagung am 10. Und 11. März 1998 in Braunschweig.
Hier speziell: A. Scheminski, R. Krull und D. C. Hempel: "Mehrstufige Prozeßführung
der Klärschlammstabilisierung mit mechanischem Aufschluß und Behandlung durch
Ozon"
Seiten 193-208.
Diese Gruppe beschäftigt sich mit der Desintegration von Klärschlämmen, gemeint
ist damit eine Zerstörung der Flocke im abgetrennten Überschuß- oder Faulschlamm
durch mechanische, chemische, biologische oder physikalische Methoden, um damit
die Mikroorganismen in den Schlammflocken aufzuschließen und ihren Zellsaft für
einen biologischen Abbau zugänglich zu machen und auf diese Weise die
Schlammenge zu reduzieren.
Die spezielle Gruppe Scheminski, Krull und Hempel arbeitet mit einem zweistufigen
anoxischen biologischen Verfahren, in dem sie den verwendeten Faulschlamm
sowohl mechanisch als auch mit Ozon aufschließt und besser für die Biologie zum
Abbau und dadurch für die Faulschlammreduzierung verfügbar macht.
Diese Methode beschäftigt sich nicht mit dem Überschußschlamm, sondern mit der
späteren Stufe des Faulschlammes.
Es erscheint uns aufwendig, große Mengen von Faulschlamm bei erhöhtem Druck
und erhöhter Temperatur mit Wasserstoffperoxid aufzuschließen.
Die japanische Kurita-Gruppe braucht eine Abgasbehandlung und verschwendet
Sauerstoff. Außerdem verursachen die Apparate der Teilstromozonung unnötige
Investitions- und Betriebskosten.
Diese Forschungs- und Anwendungsgruppe befaßt sich zwar mit der Reduzierung
von Faulschlamm und schließt ihn mechanisch, chemisch und physikalisch auf, sie
benutzt auch Ozon zur oxidativen Zerstörung der Zellwände, aber sie behandelt ihn
wieder anoxisch nach. Diese Prozedur erscheint uns ebenfalls technisch und
wirtschaftlich als zu aufwendig.
Es soll ein Verfahren erfunden und entwickelt werden, das Überschußschlamm in
biologischen Abwasserkläranlagen technisch möglichst einfach mit einer sicheren
hohen Verfügbarkeit auf ökologisch und ökonomisch sinnvolle Weise stark im
Zuwachs vermindert und die zu entsorgende Menge sehr erheblich gegenüber dem
jetzigen Zustand reduziert.
Die Lösung der Aufgabe, Klärschlamm technisch, ökologisch und ökonomisch
sinnvoll zu reduzieren, besteht darin, daß der Sauerstoffversorgung für eine
aerobe biologische Behandlung geringe Mengen Ozon, womit ein Gleichgewicht
zwischen Wachsen und Schädigen der Mikroorganismen im Belebungsschlamm
gehalten wird, zugegeben werden, indem das ozonhaltige Gas in Dosen
zwischen 5 und 50 g Ozon pro 1 kg organische Trockensubstanz in der Belebung
und Tag über ozonfeste Gaseintragsapparate, wie z. B. Teflonmembrane,
Keramikkerzen oder Gas ansaugende Tauchpumpen oder Gas und Schlamm
ansaugende Drehkolbenpumpen, die gleichzeitig die Belebung im Becken oder
über einen Nebenstrom, der mindestens einem Flüssigkeits- und Schlammstrom
im Verhältnis zum Abwasserzulauf von 1 zu 1 bis zu 1 zu 3 entspricht,
umwälzen, direkt in das voll durchmischte Belebungsbecken eingetragen und zur
Reaktion gebracht wird.
Direkte Ozonung von biologischen Belebungsstufen in Abwasserkläranlagen zum
Zwecke der Reduzierung von Überschußschlamm
Das zulaufende (1) zu klärende Abwasser läuft über einen Sandfang (2) in die
Denitrifikationstufe (4) der Belebung, wo z. B. ein Rührwerk (5) für eine
Durchmischung sorgt. Von dort kommt es in die Nitrifikationsstufe (6) der Belebung,
die über eine Belüftervorrichtung (7) mit sauerstoffhaltigem Gas versorgt wird.
Zur Denitrifikation des Nitrates (NO3) wird ein Wasser-Schlamm-Strom mit einer
Pumpe (8) von der Nitrifikationstufe in die Denitrifikationsstufe geführt.
Das Nitrifikationsbecken (6) wird entweder über die Belüftung (7) oder über eine
Pumpe (9), die einen mehrfachen Volumenstrom im Verhältnis des in das Becken
zulaufenden zu klärenden Abwassers umpumpt, umgewälzt.
Diese Pumpe (9) saugt auch ozonhaltiges Gas (10), was separat durch stille
elektrische Entladung aus sauerstoffhaltigem Gas in einem Ozonerzeugungsapparat
produziert wurde, an und drückt das Gemisch aus Wasser, belebtem Schlamm und
Gas in das Nitrifikationsbecken, wobei das Ozon sofort in der Flüssigkeit absorbiert
wird und darin die Schlammflocken und die Zellwände der Mikroorganismen angreift
und für den biologischen Prozeß verfügbar macht, so daß ein sauerstoffhaltiges Gas
übrig bleibt, was mit dem frei gewordenen Zellsaft und der noch Feststoff enthaltenen
Flüssigkeit in die aerobe Belebung gelangt.
Der die Anlage durchlaufende Abwasserstrom, der dabei zwar eine Reinigung
erfährt, aber noch Trübstoffe enthalten kann, wird in der Nachklärung (11) z. B. durch
Sedimentation der Feststoffe, die durch die Ozonung stark in der Menge reduziert
sind, nachgereinigt, bevor er in den Vorfluter oder in eine nachgeschaltete
chemische Phosphatfällung abläuft.
Überschußschlamm aus der Nachklärung (11) wird entweder über die
Rücklaufleitung (12) in die Denitrifikation (4) zurückgeleitet oder über einen Abzug
(13) aus der Nachklärung entsorgt.
Das zulaufende (1) zu klärende Abwasser läuft über einen Sandfang (2) in die
Denitrifikationstufe (4) der Belebung, wo z. B. ein Rührwerk (5) für eine
Durchmischung sorgt. Von dort kommt es in die Nitrifikationsstufe (6) der Belebung,
die über eine Belüftervorrichtung (7) und einem Luftkompressor (9) mit
sauerstoffhaltigem Gas versorgt wird.
Zur Denitrifikation des Nitrates (NO3) wird ein Wasser-Schlamm-Strom mit einer
Pumpe (8) von der Nitrifikationstufe in die Denitrifikationsstufe geführt.
Das Nitrifikationsbecken (6) wird über die Belüftung (7) mit dem Luftkompressor (9)
umgewälzt.
Das ozonhaltiges Gas (10), was separat durch stille elektrische Entladung aus
sauerstoffhaltigem Gas in einem Ozonerzeugungsapparat produziert wurde, wird aus
dem Ozonerzeuger in die Gas führende Leitung zwischen Luftkompressor und
Luftverteilung (7) in den unteren Teil des Beckens (6) gedrückt. Wo das Ozon sofort
in der Flüssigkeit absorbiert wird und darin die Schlammflocken und die Zellwände
der Mikroorganismen angreift und für den biologischen Prozeß verfügbar macht, so
daß ein sauerstoffhaltiges Gas übrig bleibt, was mit dem frei gewordenen Zellsaft
und der noch Feststoff enthaltenen Flüssigkeit die aerobe Belebung versorgt.
Der die Anlage durchlaufende Abwasserstrom, der dabei zwar eine Reinigung
erfährt, aber noch Trübstoffe enthalten kann, wird in der Nachklärung (11) z. B. durch
Sedimentation der Feststoffe, die durch die Ozonung stark in der Menge reduziert
sind, nachgereinigt, bevor er in den Vorfluter oder in eine nachgeschaltete
chemische Phosphatfällung abläuft.
Überschußschlamm aus der Nachklärung (11) wird entweder über die
Rücklaufleitung (12) in die Denitrifikation (4) zurückgeleitet oder über einen Abzug
(13) aus der Nachklärung entsorgt.
Der Vorteil der Ozonung in der aeroben Schlammbelebung nach diesem
erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, daß entsprechend diesem einfachen
Verfahren weniger Schlamm entsteht, entwässert, gepreßt und entsorgt werden muß,
was Kosten einspart.
Die neue Erfindung von PHILAQUA hält den Schlamm in den biologischen
Belebungsbecken im Gleichgewicht und verhindert dort bereits die Bildung von
großen Mengen Schlamm, die im Faulturm unter anoxischen Bedingungen stabilisiert
und dann entsorgt werden müßten.
Gegenüber Kurita ozont PHILAQUUA direkt die biologische Belebung voll
durchmischt und nicht im Teilstrom. Sie benötigt keine Abgasbehandlung wegen
Überschußozon, weil Ozon nur in sehr geringen unterstöchiometrischen Mengen
bezogen auf den "chemischen Sauerstoffbedarf (CSB)" direkt in die Biologie
gegeben wird, um einen Teil der Zellwände der Mikroorganismen im Schlamm der
Belebung anzugreifen, z. B. 5-50 g Ozon pro Kg CSB in der Belebung, so daß keine
Gefahr besteht, das biologische Leben total zu schädigen, sondern es bleibt durch
Zuwachs und Schädigen im Gleichgewicht. Durch den Zellaufschluß mit Ozon wird
der Zellsaft freigesetzt, er wird für die Biologie zugänglich und der biologische und
chemische Sauerstoffbedarf steigen. Da ist es von Vorteil, daß Sauerstoff als
Trägergas für Ozon nicht wie im Teilstrom ins Abgas geht, sondern mit Ozon direkt in
die Belebung geführt und dort gebraucht wird.
Claims (2)
1. Ein Verfahren zur biologischen aeroben Behandlung und Reduzierung von
Überschußschlämmen in Abwasserkläranlagen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Belebung mit sauerstoffhaltigen Gasen, wie Luft, technisch gewonnener
Sauerstoff und mit Sauerstoff angereicherte Luft, die alle mit kleinen Mengen an
Ozon angereichert sind, so direkt begast wird, daß sich in der aeroben Biologie
ein Gleichgewicht im belebten Schlamm zwischen Wachsen und Absterben von
Mikroorganismen einstellt, indem das ozonhaltige Gas in Dosen zwischen 5 und
50 g Ozon pro 1 kg organische Trockensubstanz in der Belebung und Tag über
ozonfeste Gaseintragsapparate, wie z. B. Teflonmembrane, Keramikkerzen oder
Gas ansaugende Tauchpumpen oder Gas und Schlamm ansaugende
Drehkolbenpumpen, die gleichzeitig die Belebung im Becken oder über einen
Nebenstrom, der mindestens einem Flüssigkeits- und Schlammstrom im
Verhältnis zum Abwasserzulauf von 1 zu 1 bis zu 1 zu 3 entspricht, umwälzen,
direkt in das voll durchmischte Belebungsbecken eingetragen und zur Reaktion
gebracht wird.
2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der mit Ozon und suerstoffhaltigen Gasen beschickten Belebung eine
chemische Phosphatfällung folgt.
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|---|---|---|---|
| DE1999120269 DE19920269A1 (de) | 1999-05-03 | 1999-05-03 | Direkte Ozonung von biologischen Belebungsstufen in Abwasserkläranlagen zum Zwecke der Reduzierung von Überschußschlamm |
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| DE1999120269 DE19920269A1 (de) | 1999-05-03 | 1999-05-03 | Direkte Ozonung von biologischen Belebungsstufen in Abwasserkläranlagen zum Zwecke der Reduzierung von Überschußschlamm |
Publications (1)
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| DE1999120269 Withdrawn DE19920269A1 (de) | 1999-05-03 | 1999-05-03 | Direkte Ozonung von biologischen Belebungsstufen in Abwasserkläranlagen zum Zwecke der Reduzierung von Überschußschlamm |
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| DE (1) | DE19920269A1 (de) |
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