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WO2008098725A1 - Process and device for treating sewage sludge, wastewater or a suspension of particulate substances - Google Patents

Process and device for treating sewage sludge, wastewater or a suspension of particulate substances Download PDF

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Publication number
WO2008098725A1
WO2008098725A1 PCT/EP2008/001019 EP2008001019W WO2008098725A1 WO 2008098725 A1 WO2008098725 A1 WO 2008098725A1 EP 2008001019 W EP2008001019 W EP 2008001019W WO 2008098725 A1 WO2008098725 A1 WO 2008098725A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
suspension
sewage sludge
particulate substances
sludge
sewage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/001019
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Richter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bionik Innovative Technik fuer die Umwelt GmbH
Original Assignee
Bionik Innovative Technik fuer die Umwelt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bionik Innovative Technik fuer die Umwelt GmbH filed Critical Bionik Innovative Technik fuer die Umwelt GmbH
Publication of WO2008098725A1 publication Critical patent/WO2008098725A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/34Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00Specific treatment goals
    • C02F2303/06Sludge reduction, e.g. by lysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention is in the field of wastewater treatment in industrial or municipal sewage treatment plants.
  • Biological wastewater treatment in industrial or municipal wastewater treatment plants usually involves the activated sludge process (also known as "activation process").
  • the wastewater is purified from organic contaminants by the metabolic activity of aerobic microorganisms contained in the biomass.
  • the biomass is a mixed biocoenosis of various types of microorganisms, the majority of which are flocculating bacteria and filamentous bacteria.
  • the activated sludge process the biomass is usually separated from the treated wastewater by sedimentation in a secondary settling tank or sedimentation tank, withdrawn from the bottom of the tank and partly fed as return sludge into the activated sludge tank and partly as excess sludge for digestion.
  • a sufficient ventilation of the waste water-activated sludge mixture with oxygen is required. This is usually done by aerators, with the help of compressed air or pure oxygen is introduced into the wastewater mixture.
  • the oxygen is needed for the oxidation of hydrocarbon compounds and ammonium.
  • the oxygen (O 2 ) is necessary in order to oxidize the ammonia (NH 4 ) which has a toxic effect on some bacteria via the intermediate nitrite (NO 2 ) to nitrate (NO 3 ).
  • This process is also called nitrification and requires the necessary bacteria (nitrifying agents) and a sufficient amount of dissolved oxygen.
  • COD chemical oxygen demand
  • the sludge age depends on the amount of sludge in the system and the daily sludge surplus due to the increase in biomass.
  • other processes such as denitifration (reduction of nitrate to molecular nitrogen) or the removal of phosphate in the activated sludge process, are discontinued.
  • the separation of the biomass in the secondary clarifier is an essential part. Due to the present in biomass Mischbiozönose of flocculating bacteria and filamentous microorganisms, the ratio of these types of bacteria in activated sludge for the sedimentation of biomass is of considerable importance.
  • One problem with wastewater treatment and treatment plants is the formation of undesirable bulking sludges and scum that results from increased growth of filamentous bacteria.
  • the filamentous bacteria have the property of aggregating into larger aggregates, thereby significantly hindering the above-described thickening and sedimentation process of the activated sludge. This has the consequence that a large biomass loss from the secondary sedimentation tank (so-called sludge output) occurs and the biomass content in the system decreases. As a result, the cleaning performance of the wastewater treatment plant or wastewater treatment plant can also be reduced.
  • scum formation In addition to the bulking sludge caused by filamentous microorganisms, scum formation also has a detrimental effect on the operation of sewage treatment plants or sewage treatment plants. Floating sludge is produced in particular by denitrification and development of bacteria with lipophilic surfaces.
  • Sewage sludge in sewage treatment plants is treated with ultrasound.
  • Ultrasonic treatment also destroys cellular structures of the microorganisms to a certain extent.
  • ultrasound sonotrodes are very expensive and consume a large amount electrical energy.
  • the digestion of the microorganisms and the homogeneity of the sludge decomposition is unsatisfactory.
  • WO 03/042109, US Pat. No. 6,200,486 and US Pat. No. 6,505,648 describe a method and a device for treating aqueous suspensions of organic substances or sewage sludge by utilizing cavitation forces.
  • Cavitation is the local formation and dissolution of bubbles or voids in liquids due to pressure fluctuations.
  • the cavitation bubbles are created by lowering the static pressure below the vapor pressure of the liquid, forming individual vapor or gas bubbles. According to the law of Bernoulli, the higher the velocity, the lower the pressure in a liquid. With increasing flow velocity of the liquid, there is a further pressure reduction. The gases dissolved in the liquid diffuse into the resulting bubbles or cavities. When the pressure in the liquid increases again, the vapor in the bubbles or cavities condenses and the gas bubbles collapse abruptly due to the external pressure. This results in very high local pressure and temperature peaks. Furthermore, the gas in the bladder is ionized and generates radicals that may be chemically reactive. Furthermore, the collapse of the bubble creates extreme local shock and pressure waves which result in a flow of fluid through the negative pressure of the collapsed bubble. These fluid streams are often referred to as "microjets" or "liquid jets”.
  • the suspension is conveyed under pressure through a nozzle having an initially narrowing and then widening cross-section.
  • the flow rate of the suspension is increased so much that the pressure of the liquid (typically water) falls below the vapor pressure, causing the formation of local gas-filled cavitation bubbles.
  • the subsequently widening cross-section of the nozzle it comes as a result of the sudden decrease in the
  • WO 2005/028375 has proposed a method and a device for comminuting particulate organic substances in suspensions of microorganisms, in which the formation of cavitation bubbles is avoided by the flow rate of the carrier medium (ie the (sewage sludge) suspension) is so high through a reaction space having a constriction that the carrier medium almost completely changes from its liquid phase to a homogeneous vapor phase.
  • the suspension to be treated is carried out through a nozzle which has a larger diameter in its inlet area and in its outlet area than the cross section in the central narrowing area.
  • the microorganisms or particle agglomerates contained in the suspension are subjected to a brief extreme acceleration and, if the vapor phase in the outlet region condenses back into the liquid phase, then exposed to an extreme delay.
  • Acceleration and deceleration forces will eventually produce the desired effects, e.g. Cell disruption and cavitation-free disintegration achieved while avoiding the locally occurring unwanted cavitation phenomena with the disadvantages described above.
  • the chemical oxygen demand is used to measure the biological activity of the digested sewage sludge in the activation process.
  • the COD value is a measure of the sum of all substances present in the water that can be oxidized under certain conditions. It therefore indicates the amount of oxygen that would be required for the oxidation of these substances, if oxygen would be used as a pure oxidant. Since a biological wastewater treatment plant with a proper function mainly dissolved, non-biodegradable organic substances in sewage sludge or wastewater are included and to a lesser extent biotically degradable organic matter and particulate organic matter, the COD value can be used to the streams of organic Describe carbon compounds in wastewater treatment plants. It is desirable to obtain the best possible reaction kinetics of the activated sludge process, for example, to assess the proportion of non-biodegradable organic substances, the oxygen demand in the activated sludge tank or the biological activity of the return sludge.
  • the process according to the invention for treating sewage sludge, wastewater or a suspension of particulate substances comprises:
  • step a) mechanical comminution of the coarse constituents contained in the sewage sludge, waste water or the suspension of particulate substances, b) homogenizing the sewage sludge, wastewater or the suspension of particulate substances treated in step a),
  • the device according to the invention for the treatment of sewage sludge, waste water or suspensions of particulate substances comprises:
  • Wastewater or the suspension of particulate substances contained coarse ingredients a disintegration device with a reaction space comprising a convergent channel portion and a constriction, wherein upon entry into the active space, a vapor stream is generated, which exerts a short-term extreme acceleration on the substances contained in the carrier medium and which condenses back into the liquid phase upon leaving the reaction space and thereby causes extreme deceleration forces, a contaminator with means for mixing or circulating the disintegrated sewage sludge originating from the disintegration device,
  • Waste water or the suspension of particulate substances are waste water or the suspension of particulate substances.
  • the device is suitable for preventing or reducing the formation of bulking sludge, floating sludge and / or foam in sewage sludge, waste water or a suspension of particulate substances.
  • the device can also be used to influence the Mischbiozönose in sewage sludge, wastewater or suspension of particulate substances, in which there is a decrease of filamentous microorganisms in favor of flocculating microorganisms in the sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances.
  • the process according to the invention for the treatment of sewage sludge, waste water or a suspension of particulate substances comprises a four-stage process in which, in a first step, a mechanical comminution of the coarse constituents contained in the sewage sludge, the wastewater or the suspension of particulate substances takes place. This is done in a crushing device in which a suitable cutting unit is arranged. After comminution in a second step, a homogenization of the comminuted mixture in a homogenizer.
  • the homogenizer is a circulation plant, with which a circulation of the sludge mass takes place.
  • the circulating system is a mixing axis extending transversely to the direction of flow and having mixing paddles mounted thereon.
  • the comminution and homogenization step ensures that no fluid-mechanical blockages occur in the subsequent disintegration step and all components of the sludge can be exposed to the disintegration step on an equal basis. Furthermore, an increase in the degree of disintegration can already be seen in the comminution and homogenization of the sewage sludge, which is reflected in an increase in the COD value (see FIG. 1).
  • the comminution and homogenization are part of a one-step process.
  • a thickening of the sewage sludge, wastewater or the suspension of particulate substances usually takes place.
  • a thickening TS of about 6% is particularly preferred.
  • the homogenized sewage sludge is fed to a disintegration device having a reaction space in which the liquid carrier medium of the sewage sludge, usually water, is subjected to a short-term extreme acceleration, whereby the vapor pressure of the carrier medium relative to the pressure in the Effective space is greatly lowered and the carrier medium is completely transferred from its liquid phase in the vapor phase.
  • a homogeneous vapor stream is generated, which briefly exerts an extreme acceleration when entering the reaction space on the sludge particles and releases extreme deceleration forces when leaving the reaction space when the vapor phase condenses back into the liquid phase.
  • a flow velocity must be achieved which is greater than the critical velocity for a phase change (liquid vapor) and which is characterized solely by the density of the water and the atmospheric pressure.
  • the flow velocity of Corresponds to critical speed, formed in the narrowest channel cross-section, a discontinuity surface over which the phase change of water into water vapor takes place.
  • the effective space essentially consists of a channel having a central constriction, which has a larger diameter in its inlet and outlet area than the central channel part with its constriction.
  • the reaction space comprises a convergent channel part with a narrowest channel cross-section.
  • the active space is a nozzle.
  • the diameter (d) and the length (I) of the nozzle are in a ratio of 1: 4 to 1: 6, preferably in a ratio of 1: 5 to each other.
  • the flow velocity in the inlet region of the reaction space is increased so much that the carrier medium of the treated suspension in the reaction space completely passes from the liquid phase to the vapor phase (i.e., to water vapor) and no cavitation bubbles are formed.
  • the steam flow is due to the increasing diameter in the
  • a flow velocity (u) of at least 28 m / s, preferably at least 42 m / s, preferably at least 50 m / s, is achieved in the reaction space (m / s meter per second).
  • Flow rate in a range of 42 m / s to 50 m / s is particularly preferred for the treatment of sewage sludge and has proven to be advantageous.
  • the transition to the vapor phase takes place at a critical speed u kr ⁇ t .
  • the critical velocity the formation of cavitation bubbles, which lead to the unwanted local effects, is largely avoided.
  • an influencing of the membrane surfaces of the microorganisms with release of surface-active substances (eg integral membrane proteins) and a dissolution of aggregates of filamentous bacteria takes place. Cellular breakdowns are also observed with the associated release of the cytoplasm and the biologically active substances dissolved therein
  • the disintegrated sewage sludge, wastewater or suspension of particulate matter (in short: the disintegrated mixture) are exposed in a fourth step to a reaction phase in a contaminant which allows the disintegrated mixture to act chemically and biologically.
  • a reaction phase in a contaminant which allows the disintegrated mixture to act chemically and biologically.
  • This will be the Mixture, optionally with agitation or stirring for a certain period of time collected in a reaction vessel and derived for further use. Both continuous operation and batch operation are possible.
  • the increase in the COD value already determined after the disintegration is again drastically increased (see FIG. 1).
  • the COD value is increased by at least 200%, in contrast to the three-stage process known from the prior art (without the fourth reaction step). Increases in the COD values of up to 400% or more can be achieved compared to the conventional three-stage process.
  • the COD increase in the four-stage process is in the range of 200% to 500%.
  • the disintegrated mixture from the disintegration step is preferably recirculated. This is achieved for example with a stirrer with vertical and / or horizontal stirring plates. By stirring the disintegrated sewage sludge additionally experiences an extreme increase in efficiency.
  • the process according to the invention mainly treat wastewater or sewage sludge (such as return sludge, excess sludge).
  • the method (as well as the apparatus described below) can also be used for other (aqueous) suspensions which contain particulate substances or particle agglomerates.
  • the suspensions may be a mixture in which microorganisms are contained and cell disruption is desired.
  • the device contains a pump whose power consumption is sufficiently high so that the high flow velocities of at least 28 m / s required for cavitation-free disintegration are achieved in the reaction space.
  • the invention further relates to a device or a plant for carrying out the method described above.
  • the device comprises
  • a crusher with means for crushing the coarse contained in the sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances
  • a homogenizer with means for homogenizing the sewage sludge, the waste water or the suspension of particulate substances
  • a disintegration device with a closed reaction space, in which the liquid carrier medium of sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances is exposed to a short-term extreme acceleration on entering the reaction space whereby the carrier medium is converted from its liquid phase into a homogeneous vapor phase, so that the substances contained in the carrier medium are subjected to a brief extreme acceleration, which subsequently passes through the effluent space upon exiting from the reaction space
  • Desintegrationsvortechnische derived disintegrated sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances Desintegrationsvortechnisch derived disintegrated sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances.
  • the crusher takes over the first, the homogenizer the second, the disintegration device the third and the contaminator the fourth process step of the method according to the invention.
  • the device or plant is a wastewater treatment plant.
  • the shredder is a conventional shredder, such as a rotary blade cutter, a knife mill, a shredder or a mill cutter, which breaks down the larger components into small components by attrition, grinding, shredding or cutting.
  • the homogenizer uses a mixer. Usually, it is a continuous mixer in which one or more mixing paddles are arranged on a mixing shaft in the flow channel. Such mixers typically operate at 1400 to 2800 revolutions per minute. However, other methods of homogenization are conceivable, such as the use of ultrasound, centrifugal forces or shear forces.
  • the device according to the invention contains means with which it is possible to bring non-disintegrated sewage sludge (or a suspension of particulate substances) into contact with disintegrated sewage sludge (or a suspension of particulate substances).
  • Such means include, for example, wiring systems, pumping systems or collection vessels.
  • For possibly repeated return of the sludge to the disintegration device means are provided, with which a return of the sewage sludge can be carried out in the disintegration device.
  • Such means include, for example, piping systems having the proper diameters and pumping circuits.
  • the effective space of the disintegration device consists of a constriction in which the diameter at the entry point of the active space and at the exit point of the active space is greater than the inner diameter at the constriction.
  • the reaction space is a nozzle.
  • the geometric conditions required for the effective space are preferably achieved when the diameter (d) and the length (I) of the nozzle are in a ratio of 1: 4 to 1: 6, preferably in a ratio of 1: 5 to each other.
  • the flow velocity u in the reaction space required for the vapor phase transition is at least about 28 m / s, preferably at least about 42 m / s and more preferably at least about 50 m / s, with speeds in the range from about 42 m / s to 50 m / s have turned out to be optimal.
  • the contaminator contains an agitator with vertical and / or horizontal agitator plates for circulating the disintegrated sludge mixture.
  • the additional reaction step in the method according to the invention can be a significant modification of some parameters that can be used to assess the performance and stability of a wastewater treatment plant, for example: increase in denitrification, increase in chemical oxygen demand (COD), increase in biochemical oxygen demand (BOD), decrease in power consumption (P tot ) / decrease in sludge volume index (ISV), decrease in oxygen concentration in the aeration tank.
  • COD chemical oxygen demand
  • BOD biochemical oxygen demand
  • P tot decrease in power consumption
  • ISV sludge volume index
  • 1 is a schematic representation of the four-stage process with crushing, homogenization, disintegration, contamination to achieve an intense biological activation with low power consumption
  • FIG. 1 shows the power expenditure (P x ) and the increase in biological activation (COD 1 ) in the individual phases (stages 1-4) of the method according to the invention.
  • the sludge to be disintegrated is first mechanically comminuted and homogenized in the homogenizer to form a homogeneous mass for the subsequent disintegration device. These two steps upstream of the disintegration ensure that no fluid-mechanical blockages occur during disintegration and that the constituents of the sewage sludge can be exposed to the disintegration process on an equal footing.
  • stage 1 mechanical disruption and the subsequent homogenization (stage 2) and the associated mechanical shear forces are already used to break up part of the microorganisms, resulting in a slight increase in the COD value (CSBi and COD 2 ). compared to the initial value (CSB 0 ) makes noticeable.
  • the following disintegration device is essentially a hydrodynamic one
  • the disintegrated sewage sludge originating from the disintegration device is subjected to a reaction time. This is preferably done by circulating the sewage sludge, so that the active ingredients such as enzymes and the living microorganisms contact each other and metabolic processes can proceed. In this, the disintegration downstream phase shows a drastic increase in the COD value of up to 500%.
  • the observed increase in the COD value depends on the biological activation achieved with the disintegration device, the size of the disintegrated mass flow and the residence time in the contaminant.
  • a significant COD increase can be detected in the contaminant, which clearly exceeds the COD increase by the disintegration device itself.
  • the COD value can be increased even further by passing the mixture through the disintegration device several times.
  • the bringing into contact of the sewage sludge is preferably carried out with a stirrer with low power consumption.
  • Process in particular by the disintegration downstream fourth reaction step, can be dramatically increased. Furthermore, the occurrence of swelling and floating sludge is avoided or reduced, and there is no need for external carbon sources (C donors) to stabilize the denitrification of the plant (data not shown).
  • C donors external carbon sources
  • the sewage sludge flowing through the convergent duct part (dA / dx ⁇ 0, duct cross-section A (x)) is put into a state which causes the water surrounding the microorganisms to evaporate.
  • a velocity u- ⁇ U k ⁇ t must be reached, which is characterized solely by the density of the water and the atmospheric pressure.
  • a usable effective space is only clamped at speeds u> u knt .
  • the length of the effective space l w > 0 can also be determined by the choice of the cross-sectional distribution A (x) of the divergent following the narrowest point
  • Channel part (dA / dx> 0) are affected and ends when the critical velocity u k ⁇ t is reached again in the divergent channel part.
  • the microorganisms leap abruptly into a flow field with speeds increased by a factor of 1000 as they enter the active reaction space, which then jump sharply as they leave the effective space by precisely this increase.
  • effects can be achieved ranging from the detachment of bioactive substances on the surface of the microorganisms to the disruption of the microorganisms and the release of the cell constituents by cell disruption.
  • the effects are essentially caused by the mass forces acting on the organic components of the sewage sludge when passing through the active active space.
  • Fig. 3 can be seen an existing vapor steam jet in the effective space of a disintegration device, which was made visible by means of a photographic image. Reaches the flow velocity u, the critical velocity u KNT and the evaporation pressure of the liquid is reached, a phase transition, whereby the particulate matter (especially microorganisms) present in the carrier media are subjected to a short-term extreme acceleration. At the end of the effective space increases its diameter, whereby the vapor stream is greatly delayed and condensed immediately. Due to these strong forces, the microorganisms and particle agglomerates are finally digested. Digestion by local cavitation effects (cavitation bubbles) would not lead to the observed result.
  • FIG. 4 shows a comparison of the COD increase with and without a subsequent reaction step (contamination). It can be clearly seen that with the additional reaction step, the increase in the chemical oxygen demand (COD value) can be significantly increased. Shown is the ratio CSB 4 to CSB 3 (ordinate) against time (abscissa). From one For a certain period of time, there is no further increase in the CS B value. As a result, the process according to the invention has an advantage over a process operated without this additional reaction step. Furthermore, the plants operated by utilizing the local cavitation and the disadvantages occurring there are avoided.
  • the anaerobic digestion (digestion) is reflected in a higher degree of digestion with shorter digestion times, a higher gas yield, a better stabilization result and an optimization of the sludge dewatering behavior.
  • aerobic degradation activation
  • stabilization of the biocenosis is observed.
  • the costs and the efficiency of the wastewater treatment process and the sludge treatment can be drastically reduced using the method according to the invention or the device according to the invention. This not only applies to the ongoing clarification processes, but also to all costs and material expenses incurred for the operation of the plant.
  • the device according to the invention is preferably designed as part of a sewage treatment plant for the cavitation-free disintegration of sewage sludge, also other applications of the combined disintegration below Use of the four-step process conceivable, such as the degradation of particle agglomerates or the digestion of microorganisms in aqueous suspensions.

Landscapes

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Abstract

The present invention relates to a process and a device for treating sewage sludge, wastewater and suspensions of particulate substances and also use thereof for avoiding or reducing the formation of bulking sludge, floating sludge and/or foam in clarified sludge, wastewater or a suspension of particulate substances. The device according to the invention consists of a homogenizer, a disintegration device and a comminutor for treating sewage sludge, wastewater or suspensions of particulate substances.

Description

Beschreibung: Description:

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer SubstanzenMethod and device for treating sewage sludge, waste water or a suspension of particulate substances

Technisches Gebiet:Technical area:

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Abwasserreinigung in industriellen oder kommunalen Kläranlagen.The present invention is in the field of wastewater treatment in industrial or municipal sewage treatment plants.

Stand der Technik:State of the art:

Bei der biologischen Abwasserreinigung in industriellen oder kommunalen Kläranlagen kommt üblicherweise das Belebtschlammverfahren (auch als "Belebungsverfahren" bezeichnet) zum Einsatz. Bei dem Belebtschlammverfahren wird das Abwasser durch die Stoffwechselaktivität von in der Biomasse enthaltenen aeroben Mikroorganismen von organischen Verunreinigungen gereinigt. Die Biomasse stellt eine Mischbiozönose von verschiedenen Arten von Mikroorganismen dar, von denen der Hauptanteil flockenbildende Bakterien und fädige Bakterien sind. Bei dem Belebtschlammverfahren wird die Biomasse üblicherweise in einem Nachklärbecken oder Absetzbecken von dem gereinigten Abwasser durch Sedimentation getrennt, am Beckenboden abgezogen und teilweise als Rücklaufschlamm in das Belebungsbecken sowie teilweise als Überschussschlamm der Faulung zugeführt.Biological wastewater treatment in industrial or municipal wastewater treatment plants usually involves the activated sludge process (also known as "activation process"). In the activated sludge process, the wastewater is purified from organic contaminants by the metabolic activity of aerobic microorganisms contained in the biomass. The biomass is a mixed biocoenosis of various types of microorganisms, the majority of which are flocculating bacteria and filamentous bacteria. In the activated sludge process, the biomass is usually separated from the treated wastewater by sedimentation in a secondary settling tank or sedimentation tank, withdrawn from the bottom of the tank and partly fed as return sludge into the activated sludge tank and partly as excess sludge for digestion.

Für die biologische Verstoffwechselung organischer Substanzen durch die im Klärschlamm enthaltenen Mikroorganismen ist eine ausreichende Belüftung des Abwasser-Belebtschlamm- Gemisches mit Sauerstoff erforderlich. Diese erfolgt üblicherweise durch Belüfter, mit deren Hilfe Druckluft oder Reinsauerstoff in das Abwassergemisch eingebracht wird. Der Sauerstoff wird zur Oxidation von Kohlenwasserstoffverbindungen und Ammonium benötigt. Beispielsweise ist der Sauerstoff (O2) notwendig, um das auf manche Bakterien toxisch wirkende Ammonium (NH4) über die Zwischenstufe Nitrit (NO2) zu Nitrat (NO3) zu oxidieren. Dieser Prozess wird auch als Nitrifikation bezeichnet und setzt die dafür notwendigen Bakterien (Nitrifikanten) und eine ausreichende Menge an gelöstem Sauerstoff voraus. Daraus ergibt sich, dass für den stabilen Betrieb einer Abwasserreinigungsanlage eine optimale Versorgung mit Sauerstoff gewährleistet sein muss. Zur Bemessung des zur Verstoffwechselung organischer Substanzen notwendigen Sauerstoffes dient der sogenannte chemische Sauerstoffbedarf (CSB). Dieser gibt Aufschluss über die Leistungsfähigkeit und Stabilität einer Abwasserreinigungsanlage im Belebschlammverfahren. Neben einer ausreichenden Belüftung ist ferner die mittlere Aufenthaltsdauer des Bakterienschlammes bei Abwasserreinigungsanlagen zu berücksichtigen, die auch als Schlammalter bezeichnet wird. Über das Schlammalter kann sichergestellt werden, dass die Verweildauer der Mikroorganismen im Klärbecken lange genug ist, dass auch langsam wachsende Bakterien mit einer längeren Generationszeit Zeit für das Wachstum haben. Dazu zählen insbesondere Bakterien, die für den Stoffwechsel der Nitrifikation zuständig sind. Das Schlammalter ist von der Schlammmenge im System und dem täglich anfallenden Schlammüberschuss aufgrund des Ansteigens der Biomasse abhängig. Neben der Nitrifikation laufen noch weitere Prozesse ab, wie z.B. die Denitifrikation (Reduktion von Nitrat zu molekularem Stickstoff) oder die Entfernung von Phosphat in dem Belebtschlammverfahren.For the biological metabolization of organic substances by the microorganisms contained in the sewage sludge, a sufficient ventilation of the waste water-activated sludge mixture with oxygen is required. This is usually done by aerators, with the help of compressed air or pure oxygen is introduced into the wastewater mixture. The oxygen is needed for the oxidation of hydrocarbon compounds and ammonium. For example, the oxygen (O 2 ) is necessary in order to oxidize the ammonia (NH 4 ) which has a toxic effect on some bacteria via the intermediate nitrite (NO 2 ) to nitrate (NO 3 ). This process is also called nitrification and requires the necessary bacteria (nitrifying agents) and a sufficient amount of dissolved oxygen. As a result, optimal supply of oxygen must be ensured for the stable operation of a wastewater treatment plant. The so-called chemical oxygen demand (COD) is used to measure the oxygen required for the metabolisation of organic substances. This gives information about the efficiency and stability of a sewage treatment plant in the activated sludge process. In addition to adequate ventilation, the average residence time of the bacterial sludge in wastewater treatment plants, which is also referred to as sludge age, must also be taken into account. Over the age of sludge it can be ensured that the residence time of the microorganisms in the settling tank is long enough that also slowly growing bacteria with a longer generation time have time for the growth. These include in particular bacteria that are responsible for the metabolism of nitrification. The sludge age depends on the amount of sludge in the system and the daily sludge surplus due to the increase in biomass. In addition to nitrification, other processes, such as denitifration (reduction of nitrate to molecular nitrogen) or the removal of phosphate in the activated sludge process, are discontinued.

Bei dem Belebtschlammverfahren ist - wie anfangs bereits erwähnt - die Abtrennung der Biomasse im Nachklärbecken ein wesentlicher Bestandteil. Aufgrund der in der Biomasse vorliegenden Mischbiozönose aus flockenbildenden Bakterien und fädigen Mikroorganismen ist das Verhältnis dieser Bakterienarten im Belebtschlamm für die Sedimentation der Biomasse von erheblicher Bedeutung. Ein Problem bei Abwasserreinigungs- und Kläranlagen besteht in der Bildung von unerwünschtem Blähschlamm und Schwimmschlamm, die durch ein vermehrtes Wachstum von fädigen Bakterien zustande kommen. Die fädigen Bakterien haben die Eigenschaft, sich zu größeren Aggregaten zu aggregieren, wodurch der oben beschriebene Eindick- und Absetzvorgang des belebten Schlammes erheblich behindert wird. Dies hat zur Folge, dass ein großer Biomasseverlust aus dem Nachklärbecken (sogenannter Schlammabtrieb) auftritt und der Gehalt an Biomasse im System absinkt. Dadurch kann sich auch die Reinigungsleistung der Abwasserreinigungsanlage bzw. Kläranlage vermindern.In the activated sludge process - as already mentioned above - the separation of the biomass in the secondary clarifier is an essential part. Due to the present in biomass Mischbiozönose of flocculating bacteria and filamentous microorganisms, the ratio of these types of bacteria in activated sludge for the sedimentation of biomass is of considerable importance. One problem with wastewater treatment and treatment plants is the formation of undesirable bulking sludges and scum that results from increased growth of filamentous bacteria. The filamentous bacteria have the property of aggregating into larger aggregates, thereby significantly hindering the above-described thickening and sedimentation process of the activated sludge. This has the consequence that a large biomass loss from the secondary sedimentation tank (so-called sludge output) occurs and the biomass content in the system decreases. As a result, the cleaning performance of the wastewater treatment plant or wastewater treatment plant can also be reduced.

Neben dem durch fädige Mikroorganismen verursachten Blähschlamm wirkt sich auch die Schwimmschlammbildung nachteilig auf den Betrieb von Abwasserreinigungsanlagen bzw. Kläranlagen aus. Schwimmschlamm entsteht insbesondere durch Denitrifikation und Entwicklung von Bakterien mit lipophilen Oberflächen.In addition to the bulking sludge caused by filamentous microorganisms, scum formation also has a detrimental effect on the operation of sewage treatment plants or sewage treatment plants. Floating sludge is produced in particular by denitrification and development of bacteria with lipophilic surfaces.

Um die Bildung von Blähschlamm und Schwimmschlamm bei Kläranlagen zu verhindern oder zumindest zu vermindern, sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt, um die Mischbiozönose in der Biomasse des Belebtschlammes zugunsten flockenbildender Bakterien zu beeinflussen und die Bildung von Aggregaten fadenförmiger Bakterien zu vermeiden.In order to prevent or at least reduce the formation of bulking sludge and floating sludge in sewage treatment plants, various processes are known in the prior art to influence the mixed biocoenosis in the biomass of the activated sludge in favor of flocculating bacteria and to avoid the formation of aggregates of filamentous bacteria.

Aus der DE 195 17 381 und der DE 198 43 862 sind Verfahren bekannt, bei denenFrom DE 195 17 381 and DE 198 43 862 methods are known in which

Klärschlamm in Kläranlagen mit Ultraschall behandelt wird. Bei der Ultraschallbehandlung werden auch zelluläre Strukturen der Mikroorganismen zu einem gewissen Grad zerstört. Allerdings sind Ultraschallsonotroden sehr kostspielig und verbrauchen eine große Menge elektrischer Energie. Des Weiteren ist der Aufschluss der Mikroorganismen und die Homogenität der Schlammzersetzung nicht zufriedenstellend.Sewage sludge in sewage treatment plants is treated with ultrasound. Ultrasonic treatment also destroys cellular structures of the microorganisms to a certain extent. However, ultrasound sonotrodes are very expensive and consume a large amount electrical energy. Furthermore, the digestion of the microorganisms and the homogeneity of the sludge decomposition is unsatisfactory.

In der Zeitschrift "Wasser/Abwasserpraxis" (WRP) Nr. 3, 1999, Seiten 25 bis 31, wird eine mechanische Zerkleinerung von Bläh- und Schwimmschlämmen unter Verwendung einer Rührwerkskugelmühle, einem Scherspalt-, einem Ultraschall- oder einem Hochdruckhomogenisator vorgeschlagen. Allerdings führen diese Verfahren nicht zu dem erwünschten Desintegrationsgrad, d.h. Zellaufschluss von Mikroorganismen.In the magazine "Water / Wastewater Practice" (WRP) No. 3, 1999, pages 25 to 31, a mechanical comminution of swelling and floating slurries using a stirred ball mill, a shear gap, an ultrasonic or a high-pressure homogenizer is proposed. However, these methods do not result in the desired level of disintegration, i. Cell disruption of microorganisms.

In der WO 03/042109, US 6,200,486 und US 6,505,648 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von wässrigen Suspensionen organischer Substanzen bzw. Klärschlamm unter Ausnutzung von Kavitationskräften beschrieben.WO 03/042109, US Pat. No. 6,200,486 and US Pat. No. 6,505,648 describe a method and a device for treating aqueous suspensions of organic substances or sewage sludge by utilizing cavitation forces.

Als Kavitation wird die lokale Entstehung und Auflösung von Blasen oder Hohlräumen in Flüssigkeiten infolge von Druckschwankungen bezeichnet. Die Kavitationsblasen entstehen, indem der statische Druck unterhalb des Dampfdruckes der Flüssigkeit abgesenkt wird, wodurch sich einzelne Dampf- oder Gasblasen bilden. Nach dem Gesetz von Bernoulli ist der Druck in einer Flüssigkeit umso geringer, je höher die Geschwindigkeit ist. Mit steigender Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit kommt es zu einer weiteren Druckabsenkung. In die so entstandenen Blasen bzw. Hohlräume diffundieren die in der Flüssigkeit gelösten Gase hinein. Steigt der Druck in der Flüssigkeit wieder an, kondensiert der Dampf in den Blasen bzw. Hohlräumen und die Gasblasen kollabieren durch den äußeren Druck schlagartig. Dadurch entstehen sehr hohe lokale Druck- und Temperaturspitzen. Des Weiteren wird das Gas in der Blase ionisiert und es entstehen Radikale, die chemisch reaktiv sein können. Ferner werden durch das Kollabieren der Blase extreme lokale Schock- und Druckwellen erzeugt, bei denen es zu einem Flüssigkeitsstrom durch den Unterdruck der kollabierten Blase kommt. Diese Flüssigkeitsströme werden häufig als „Mikrojets" oder „Flüssigkeitsjets" bezeichnet.Cavitation is the local formation and dissolution of bubbles or voids in liquids due to pressure fluctuations. The cavitation bubbles are created by lowering the static pressure below the vapor pressure of the liquid, forming individual vapor or gas bubbles. According to the law of Bernoulli, the higher the velocity, the lower the pressure in a liquid. With increasing flow velocity of the liquid, there is a further pressure reduction. The gases dissolved in the liquid diffuse into the resulting bubbles or cavities. When the pressure in the liquid increases again, the vapor in the bubbles or cavities condenses and the gas bubbles collapse abruptly due to the external pressure. This results in very high local pressure and temperature peaks. Furthermore, the gas in the bladder is ionized and generates radicals that may be chemically reactive. Furthermore, the collapse of the bubble creates extreme local shock and pressure waves which result in a flow of fluid through the negative pressure of the collapsed bubble. These fluid streams are often referred to as "microjets" or "liquid jets".

Bei den in den oben genannten Patentschriften offenbarten Verfahren wird die Suspension unter Druck durch eine Düse mit sich zunächst verengendem und dann wieder erweiterndem Querschnitt hindurch befördert. Durch die Verringerung des Querschnittes wird die Fließgeschwindigkeit der Suspension so stark erhöht, dass der Druck der Flüssigkeit (typischerweise Wasser) unter den Dampfdruck absinkt, wodurch es zur Bildung von lokalen, mit Gas gefüllten Kavitationsblasen kommt. Bei dem sich anschließend wieder erweiternden Querschnitt der Düse kommt es infolge der plötzlichen Abnahme derIn the processes disclosed in the above patents, the suspension is conveyed under pressure through a nozzle having an initially narrowing and then widening cross-section. By reducing the cross-section, the flow rate of the suspension is increased so much that the pressure of the liquid (typically water) falls below the vapor pressure, causing the formation of local gas-filled cavitation bubbles. In the subsequently widening cross-section of the nozzle, it comes as a result of the sudden decrease in the

Strömungsgeschwindigkeit zu einem Druckanstieg und zu einem Kollabieren der Kavitationsblasen. Die im Stand der Technik beschriebenen Kavitationsverfahren weisen jedoch drastische Nachteile auf. Es kann zum einen zu Materialbeschädigungen kommen, da die schnelle Bildung und Auflösung von Kavitationsblasen und den damit verbundenen Druck- und Temperaturspitzen Abriebe an der Oberfläche der Düse hervorrufen können. Die von den Blasen ausgehenden Schockwellen und Flüssigkeitsjets besitzen zwar die Kraft, umFlow rate to a pressure increase and collapse of cavitation bubbles. However, the cavitation processes described in the prior art have drastic disadvantages. On the one hand, material damage can occur, since the rapid formation and dissolution of cavitation bubbles and the associated pressure and temperature peaks can cause abrasions on the surface of the nozzle. Although the shock waves and jets emanating from the bubbles have the power to

Partikelagglomerate aufzulösen. Andererseits führt das Kollabieren der Blasen dazu, dass im Bereich von Oberflächen erhebliche Materialabnutzungen zu beobachten sind. In anderen Bereichen, bei denen Kavitationsphänomene auftreten, wie z.B. bei einem Schiffspropeller, wird dieser Effekt als „Kavitationsfraß" bezeichnet. Dabei wird das Oberflächenmaterial durch die hohen mechanischen Beanspruchungen langsam herausgelöst. Nach einiger Zeit können aus der Oberfläche sogar größere Bestandteile herausbrechen, bis das Material unbrauchbar ist. In einigen Bereichen macht man sich diese durch Kavitation verursachten Materialabtragungen zur Reinigung von verschmutzten Objekten, beispielsweise unter Verwendung von Ultraschallbädern, positiv zunutze. Für die hydrodynamische Desintegration von Klärschlamm ist eine solche Materialabtragung jedoch unerwünscht.Dissolve particle agglomerates. On the other hand, the collapse of the bubbles leads to considerable material wear being observed in the area of surfaces. In other areas where cavitation phenomena occur, e.g. In the case of a ship's propeller, this effect is called "cavitation", where the surface material is slowly leached out by the high mechanical stresses, and after some time, even larger components can break out of the surface until the material becomes unusable The use of cavities to clean up soiled objects, for example using ultrasonic baths, has a positive advantage, but such material removal is undesirable for the hydrodynamic disintegration of sewage sludge.

Um den Nachteilen der Kavitation wie Materialabtragung oder unzureichendem Aufschluss durch lediglich lokal auftretende Kavitationsblasen entgegenzutreten, wurden in der WO 2005/028375 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerkleinern partikulärer organischer Substanzen in Suspensionen von Mikroorganismen vorgeschlagen, bei denen die Bildung von Kavitationsblasen vermieden wird, indem die Strömungsgeschwindigkeit des Trägermediums (d.h. der (Klärschlamm)-Suspension) durch einen eine Verengung aufweisenden Wirkraum so hoch ist, dass das Trägermedium von seiner Flüssigphase nahezu vollständig in eine homogene Dampfphase übergeht. Üblicherweise wird hierzu die zu behandelnde Suspension durch eine Düse durchgeführt, die in ihrem Eintrittsbereich und in ihrem Austrittsbereich einen größeren Durchmesser aufweist als der Querschnitt im zentralen Verengungsbereich. Dadurch werden die in der Suspension enthaltenen Mikroorganismen oder Partikelagglomerate einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung und anschließend, wenn die Dampfphase im Austrittsbereich wieder zurück in die Flüssigphase kondensiert, einer extremen Verzögerung ausgesetzt. Durch diese auf die Mikroorganismen und Partikelagglomeraten wirkendenIn order to counteract the disadvantages of cavitation such as material removal or insufficient digestion by only locally occurring cavitation bubbles, WO 2005/028375 has proposed a method and a device for comminuting particulate organic substances in suspensions of microorganisms, in which the formation of cavitation bubbles is avoided by the flow rate of the carrier medium (ie the (sewage sludge) suspension) is so high through a reaction space having a constriction that the carrier medium almost completely changes from its liquid phase to a homogeneous vapor phase. Usually, for this purpose, the suspension to be treated is carried out through a nozzle which has a larger diameter in its inlet area and in its outlet area than the cross section in the central narrowing area. As a result, the microorganisms or particle agglomerates contained in the suspension are subjected to a brief extreme acceleration and, if the vapor phase in the outlet region condenses back into the liquid phase, then exposed to an extreme delay. By acting on these microorganisms and particle agglomerates

Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte werden letztendlich die erwünschten Wirkungen wie z.B. Zellaufschluss und kavitationsfreie Desintegration erreicht und gleichzeitig die lokal auftretenden unerwünschten Kavitationserscheinungen mit den oben beschriebenen Nachteilen vermieden.Acceleration and deceleration forces will eventually produce the desired effects, e.g. Cell disruption and cavitation-free disintegration achieved while avoiding the locally occurring unwanted cavitation phenomena with the disadvantages described above.

Obgleich die oben beschriebenen Verfahren bei Anwendung auf Klärschlamm zu einer Verminderung von Blähschlamm, Schwimmschlamm und/oder Schaum führen und der Anteil von fädigen Bakterien gegenüber flockenbildenden Bakterien abnimmt, ist der Desintegrationsgrad und die biologische Aktivität des desintegrierten Klärschlammes noch steigerungsfähig.Although the methods described above, when applied to sewage sludge, lead to a reduction in bulking sludge, scum and / or foam, and the proportion of filamentous bacteria to floc-forming bacteria decreases Degree of disintegration and the biological activity of the disintegrated sewage sludge can still be increased.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die biologische Aktivität des desintegrierten Klärschlammes und damit die Leistungsfähigkeit von Abwasserreinigungsanlagen signifikant zu erhöhen.It is therefore an object of the present invention to significantly increase the biological activity of the disintegrated sewage sludge and thus the efficiency of wastewater treatment plants.

Zur Messung der biologischen Aktivität des aufgeschlossenen Klärschlammes im Belebungsverfahren wird üblicherweise der chemische Sauerstoffbedarf (CSB-Wert) herangezogen. Der CSB-Wert ist ein Maß für die Summe aller im Wasser vorhandenen, unter bestimmten Bedingungen oxidierbaren Stoffe. Er gibt also die Menge an Sauerstoff an, die zu der Oxidation dieser Stoffe benötigt würde, wenn Sauerstoff als reines Oxidationsmittel eingesetzt werden würde. Da bei einer biologischen Abwasserkläranlage bei einer ordnungsgemäßen Funktion hauptsächlich gelöste, biotisch nicht abbaubare organische Stoffe im Klärschlamm oder Abwasser enthalten sind sowie in geringerem Umfang auch biotisch abbaubare organische Stoffe und partikuläre organische Stoffe, kann der CSB-Wert dazu verwendet werden, die Stoffströme der organischen Kohlenstoffverbindungen in Abwasserreinigungsanlagen zu beschreiben. Dabei ist es wünschenswert, eine möglichst günstige Reaktionskinetik des Belebtschlammverfahrens zu erhalten, um beispielsweise den Anteil biotisch nicht abbaubarer organischer Stoffe, den Sauerstoffbedarf im Belebungsbecken oder die biologische Aktivität des Rücklaufschlammes zu bewerten.To measure the biological activity of the digested sewage sludge in the activation process usually the chemical oxygen demand (COD value) is used. The COD value is a measure of the sum of all substances present in the water that can be oxidized under certain conditions. It therefore indicates the amount of oxygen that would be required for the oxidation of these substances, if oxygen would be used as a pure oxidant. Since a biological wastewater treatment plant with a proper function mainly dissolved, non-biodegradable organic substances in sewage sludge or wastewater are included and to a lesser extent biotically degradable organic matter and particulate organic matter, the COD value can be used to the streams of organic Describe carbon compounds in wastewater treatment plants. It is desirable to obtain the best possible reaction kinetics of the activated sludge process, for example, to assess the proportion of non-biodegradable organic substances, the oxygen demand in the activated sludge tank or the biological activity of the return sludge.

Es ist daher in Hinblick auf den bekannten Stand der Technik Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die biologische Aktivität von aufgeschlossenem Klärschlamm, Abwasser oder sonstigen Suspensionen partikulärerIt is therefore in view of the known state of the art object of the present invention to provide a process with which the biological activity of digested sewage sludge, sewage or other suspensions becomes more particulate

Substanzen in Abwasserreinigungsanlagen gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren gesteigert wird.Substances in wastewater treatment plants compared to the methods known in the art is increased.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und Anspruch 13.This object is achieved by a method and a device according to claim 1 and claim 13.

Zusammenfassung der Erfindung:Summary of the invention:

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer Substanzen umfasst:The process according to the invention for treating sewage sludge, wastewater or a suspension of particulate substances comprises:

a) mechanische Zerkleinerung der in dem Klärschlamm, Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen groben Bestandteile, b) Homogenisieren des in Schritt a) behandelten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen,a) mechanical comminution of the coarse constituents contained in the sewage sludge, waste water or the suspension of particulate substances, b) homogenizing the sewage sludge, wastewater or the suspension of particulate substances treated in step a),

c) Desintegrieren des homogenisierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen in einen Wirkraum, der einen konvergent verlaufendenc) disintegrating the homogenized sewage sludge, waste water or the suspension of particulate substances into a reaction space, which has a convergent

Kanalteil und eine Verengung umfasst, wobei beim Eintritt in dem Wirkraum ein Dampfstrom erzeugt wird, der auf die in dem Trägermedium enthaltenen Substanzen eine kurzzeitige Extrembeschleunigung ausübt und der beim Verlassen des Wirkraumes zurück in die Flüssigphase kondensiert und dadurch extreme Verzögerungskräfte bewirkt,Channel part and a constriction, wherein upon entry into the active space, a vapor stream is generated, which exerts a short-term extreme acceleration on the substances contained in the support medium and condenses on leaving the active space back into the liquid phase, thereby causing extreme deceleration forces,

d) Zuführen des desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen in eine Reaktionsphase für eine bestimmte Zeitdauer, so dass eine Erhöhung der biologischen Aktivität des desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen und seiner Bestandteile erreicht wird.d) supplying the disintegrated sewage sludge, waste water or the suspension of particulate substances in a reaction phase for a certain period of time, so that an increase in the biological activity of the disintegrated sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances and its components is achieved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder Suspensionen partikulärer Substanzen umfasst:The device according to the invention for the treatment of sewage sludge, waste water or suspensions of particulate substances comprises:

- einen Homogenisator mit Mitteln zum Zerkleinern von in dem Klärschlamm,a homogenizer with means for comminuting in the sewage sludge,

Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen groben Bestandteilen, eine Desintegrationsvorrichtung mit einem Wirkraum, der einen konvergent verlaufenden Kanalteil und eine Verengung umfasst, wobei beim Eintritt in dem Wirkraum ein Dampfstrom erzeugt wird, der auf die in dem Trägermedium enthaltenen Substanzen eine kurzzeitige Extrembeschleunigung ausübt und der beim Verlassen des Wirkraumes zurück in die Flüssigphase kondensiert und dadurch extreme Verzögerungskräfte bewirkt, einen Kontaminator mit Mitteln zum Vermischen oder Umwälzen des aus der Desintegrationsvorrichtung stammenden desintegrierten Klärschlammes,Wastewater or the suspension of particulate substances contained coarse ingredients, a disintegration device with a reaction space comprising a convergent channel portion and a constriction, wherein upon entry into the active space, a vapor stream is generated, which exerts a short-term extreme acceleration on the substances contained in the carrier medium and which condenses back into the liquid phase upon leaving the reaction space and thereby causes extreme deceleration forces, a contaminator with means for mixing or circulating the disintegrated sewage sludge originating from the disintegration device,

Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen.Waste water or the suspension of particulate substances.

Die Vorrichtung ist geeignet zur Vermeidung oder Verringerung der Bildung von Blähschlamm, Schwimmschlamm und/oder Schaum in Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer Substanzen. Die Vorrichtung kann ferner zur Beeinflussung der Mischbiozönose in Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen, bei der es zu einer Abnahme von fädigen Mikroorganismen zugunsten flockenbildender Mikroorganismen in dem Klärschlamm, Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen kommt verwendet werden. Beschreibung der Erfindung :The device is suitable for preventing or reducing the formation of bulking sludge, floating sludge and / or foam in sewage sludge, waste water or a suspension of particulate substances. The device can also be used to influence the Mischbiozönose in sewage sludge, wastewater or suspension of particulate substances, in which there is a decrease of filamentous microorganisms in favor of flocculating microorganisms in the sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances. Description of the invention:

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer Substanzen umfasst einen vierstufigen Prozess, in dem in einem ersten Schritt zunächst eine mechanische Zerkleinerung der in dem Klärschlamm, dem Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen groben Bestandteile erfolgt. Dies erfolgt in einer Zerkleinerungsvorrichtung, in der ein geeignetes Schneidwerk angeordnet ist. Nach der Zerkleinerung erfolgt in einem zweiten Schritt eine Homogenisation des zerkleinerten Gemisches in einem Homogenisator. Im Homogenisator befindet sich ein Umwälzwerk, mit dem eine Umwälzung der Schlammmasse erfolgt. Vorzugsweise handelt es sich beim dem Umwälzwerk um eine quer zur Strömungsrichtung verlaufende Mischachse mit daran angebrachten Mischpaddeln. Durch den Zerkleinerungs- und Homogenisationsschritt wird sichergestellt, dass bei dem nachfolgenden Desintegrationsschritt keine strömungsmechanischen Blockaden auftreten und alle Bestandteile des Schlammes gleichberechtigt dem Desintegrationsschritt ausgesetzt werden können. Ferner ist bereits bei der Zerkleinerung und Homogenisation des Klärschlammes eine Erhöhung des Desintegrationsgrades feststellbar, was sich in einer Erhöhung des CSB-Wertes wiederspiegelt (siehe Fig. 1). In einer Ausführungsform sind die Zerkleinerung und Homogenisation Bestandteil eines einstufigen Prozesses.The process according to the invention for the treatment of sewage sludge, waste water or a suspension of particulate substances comprises a four-stage process in which, in a first step, a mechanical comminution of the coarse constituents contained in the sewage sludge, the wastewater or the suspension of particulate substances takes place. This is done in a crushing device in which a suitable cutting unit is arranged. After comminution in a second step, a homogenization of the comminuted mixture in a homogenizer. In the homogenizer is a circulation plant, with which a circulation of the sludge mass takes place. Preferably, the circulating system is a mixing axis extending transversely to the direction of flow and having mixing paddles mounted thereon. The comminution and homogenization step ensures that no fluid-mechanical blockages occur in the subsequent disintegration step and all components of the sludge can be exposed to the disintegration step on an equal basis. Furthermore, an increase in the degree of disintegration can already be seen in the comminution and homogenization of the sewage sludge, which is reflected in an increase in the COD value (see FIG. 1). In one embodiment, the comminution and homogenization are part of a one-step process.

Vor dem Homogenisationsschritt erfolgt üblicherweise eine Eindickung des Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen. Vorzugsweise wird eine Eindickung ausgehend von einem Trockensubstanzwert TS = 0,6 % auf einen Trockensubstanzwert TS = 6 % angestrebt. Eine Eindickung TS von etwa 6 % ist besonders bevorzugt.Prior to the homogenization step, a thickening of the sewage sludge, wastewater or the suspension of particulate substances usually takes place. Preferably, a thickening is aimed at starting from a dry matter value TS = 0.6% to a dry matter value TS = 6%. A thickening TS of about 6% is particularly preferred.

Im nachfolgenden dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, dem eigentlichen Desintegrationsschritt, wird der homogenisierte Klärschlamm einer Desintegrationsvorrichtung mit einem Wirkraum zugeführt, in dem das flüssige Trägermedium des Klärschlammes, üblicherweise Wasser, einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung ausgesetzt wird, wodurch der Dampfdruck des Trägermediums gegenüber dem Druck in dem Wirkraum stark abgesenkt wird und das Trägermedium von seiner Flüssigphase vollständig in die Dampfphase überführt wird. Dadurch wird ein homogener Dampfstrom erzeugt, der beim Eintritt in den Wirkraum auf die Schlammteilchen kurzzeitig eine Extrembeschleunigung ausübt und beim Verlassen des Wirkraumes extreme Verzögerungskräfte freisetzt, wenn die Dampfphase zurück in die Flüssigkeitsphase kondensiert. Dazu muss am Ende des konvergenten Kanalteils eine Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden, die größer als die kritische Geschwindigkeit für einen Phasenwechsel (Flüssig-Dampf) ist und die allein von der Dichte des Wassers und dem atmosphärischen Druck geprägt ist. Im Grenzfall, d.h. wenn die Strömungsgeschwindigkeit der kritischen Geschwindigkeit entspricht, bildet sich im engsten Kanalquerschnitt eine Unstetigkeitsfläche aus, über die der Phasenwechsel von Wasser in Wasserdampf stattfindet.In the subsequent third step of the process according to the invention, the actual disintegration step, the homogenized sewage sludge is fed to a disintegration device having a reaction space in which the liquid carrier medium of the sewage sludge, usually water, is subjected to a short-term extreme acceleration, whereby the vapor pressure of the carrier medium relative to the pressure in the Effective space is greatly lowered and the carrier medium is completely transferred from its liquid phase in the vapor phase. As a result, a homogeneous vapor stream is generated, which briefly exerts an extreme acceleration when entering the reaction space on the sludge particles and releases extreme deceleration forces when leaving the reaction space when the vapor phase condenses back into the liquid phase. For this purpose, at the end of the convergent duct part, a flow velocity must be achieved which is greater than the critical velocity for a phase change (liquid vapor) and which is characterized solely by the density of the water and the atmospheric pressure. In the limiting case, ie when the flow velocity of Corresponds to critical speed, formed in the narrowest channel cross-section, a discontinuity surface over which the phase change of water into water vapor takes place.

Der Wirkraum besteht im Wesentlichen aus einen eine zentrale Verengung aufweisenden Kanal, der in seinem Eintritts- und Austrittsbereich einen größeren Durchmesser aufweist als der zentrale Kanalteil mit seiner Verengung. Vorzugsweise umfasst der Wirkraum einen konvergent verlaufenden Kanalteil mit einem engsten Kanalquerschnitt.The effective space essentially consists of a channel having a central constriction, which has a larger diameter in its inlet and outlet area than the central channel part with its constriction. Preferably, the reaction space comprises a convergent channel part with a narrowest channel cross-section.

In einer Ausfϋhrungsform ist der Wirkraum eine Düse. Üblicherweise stehen der Durchmesser (d) und die Länge (I) der Düse in einem Verhältnis von 1 :4 bis 1 :6, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 :5 zueinander. Erfindungsgemäß wird die Strömungsgeschwindigkeit im Eintrittsbereich des Wirkraumes so stark gesteigert, dass das Trägermedium der behandelten Suspension in dem Wirkraum vollständig von der Flüssigphase in die Dampfphase (d.h. zu Wasserdampf) übergeht und keine Kavitationsblasen gebildet werden. Beim Austritt aus dem Wirkraum wird der Dampfstrom aufgrund des größer werdenden Durchmessers imIn one embodiment, the active space is a nozzle. Usually, the diameter (d) and the length (I) of the nozzle are in a ratio of 1: 4 to 1: 6, preferably in a ratio of 1: 5 to each other. According to the invention, the flow velocity in the inlet region of the reaction space is increased so much that the carrier medium of the treated suspension in the reaction space completely passes from the liquid phase to the vapor phase (i.e., to water vapor) and no cavitation bubbles are formed. When leaving the reaction space, the steam flow is due to the increasing diameter in the

Austrittsbereich starken Verzögerungskräften ausgesetzt und es erfolgt eine Kondensation des Wasserdampfes.Exhaust region exposed strong deceleration forces and there is a condensation of water vapor.

Um die genannten Kavitationserscheinungen zu vermeiden wird in dem Wirkraum eine Strömungsgeschwindigkeit (u) von mindestens 28 m/s, vorzugsweise mindestens 42 m/s, bevorzugt mindestens 50 m/s erreicht (m/s = Meter pro Sekunde). EineIn order to avoid the cavitation phenomena mentioned, a flow velocity (u) of at least 28 m / s, preferably at least 42 m / s, preferably at least 50 m / s, is achieved in the reaction space (m / s = meter per second). A

Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 42 m/s bis 50 m/s ist für die Behandlung von Klärschlamm besonders bevorzugt und hat sich als vorteilhaft erwiesen. Der Übergang zur Dampfphase erfolgt bei einer kritischen Geschwindigkeit ukrιt . Bei der kritischen Geschwindigkeit wird die Bildung von Kavitationsblasen, welche zu den unerwünschten lokalen Effekten führen, weitgehend vermieden. Ferner erfolgt bei dieser Geschwindigkeit eine Beeinflussung der Membranoberflächen der Mikroorganismen unter Freisetzung oberflächenaktiver Substanzen (z.B. integraler Membranproteine) und eine Auflösung von Aggregaten fadenförmiger Bakterien. Auch beobachtet man Zellaufschlüsse mit der damit verbundenen Freisetzung des Cytoplasmas und den darin gelösten biologisch aktivenFlow rate in a range of 42 m / s to 50 m / s is particularly preferred for the treatment of sewage sludge and has proven to be advantageous. The transition to the vapor phase takes place at a critical speed u krιt . At the critical velocity, the formation of cavitation bubbles, which lead to the unwanted local effects, is largely avoided. Furthermore, at this speed an influencing of the membrane surfaces of the microorganisms with release of surface-active substances (eg integral membrane proteins) and a dissolution of aggregates of filamentous bacteria takes place. Cellular breakdowns are also observed with the associated release of the cytoplasm and the biologically active substances dissolved therein

Substanzen und Enzymen. Durch das Freisetzen von biologisch aktiven Substanzen aus dem Zellinneren oder in der Zellmembran-gebundenen Proteinen kommt es bereits nach der Desintegration zu einer erhöhten biologischen Aktivierung der Stoffwechselprozesse im Klärschlamm, was sich in einer Erhöhung des CSB-Wertes widerspiegelt.Substances and enzymes. The release of biologically active substances from the cell interior or in the cell membrane-bound proteins leads to increased biological activation of the metabolic processes in the sewage sludge already after disintegration, which is reflected in an increase in the COD value.

Nach der Desintegration werden der desintegrierte Klärschlamm, das Abwasser oder die Suspension partikulärer Substanzen (kurz: das desintegrierte Gemisch) in einem vierten Schritt einer Reaktionsphase in einem Kontaminator ausgesetzt, in dem es dem desintegrierten Gemisch ermöglicht wird, chemisch und biologisch zu wirken. Dazu wird das Gemisch gegebenenfalls unter Umwälzen oder Rühren für eine bestimmte Zeitdauer in einem Reaktionsbehälter gesammelt und zur weiteren Verwendung abgeleitet. Dabei ist ein sowohl ein kontinuierlicher Betrieb als auch ein Batch-Betrieb möglich.After disintegration, the disintegrated sewage sludge, wastewater or suspension of particulate matter (in short: the disintegrated mixture) are exposed in a fourth step to a reaction phase in a contaminant which allows the disintegrated mixture to act chemically and biologically. This will be the Mixture, optionally with agitation or stirring for a certain period of time collected in a reaction vessel and derived for further use. Both continuous operation and batch operation are possible.

Obgleich die genauen Verhältnisse und Abläufe im Kontaminator noch nicht vollständig verstanden sind, haben die Erfinder festgestellt, dass bedingt durch die Reaktionsphase chemische und biochemische Prozesse ablaufen, die zu einer dramatischen Steigerung des CSB-Wertes und somit der biologischen Aktivität von desintegriertem Klärschlamm führen. Vermutlich finden in dieser Phase enzymatische und chemische Reaktionen statt, die letztendlich für die signifikante CSB-Wert-Erhöhung verantwortlich sind. Ferner ist denkbar, dass proteolytische Enzyme bei der weiteren Desintegration von Mikroorganismen beteiligt sind. Mit anderen Worten: Mikroorganismen, die in dem Desintegrationsschritt noch nicht vollständig aufgeschlossen worden sind, werden durch freigesetzte Verdauungsenzyme (z.B. Proteasen, Lipasen, Nukleasen, Phosphatasen etc.) aufgeschlossen und der aktive Zellinhalt freigesetzt.Although the exact conditions and processes in the contaminant are not fully understood, the inventors have found that due to the reaction phase, chemical and biochemical processes occur which lead to a dramatic increase in the COD value and thus the biological activity of disintegrated sewage sludge. It is believed that enzymatic and chemical reactions take place in this phase, ultimately responsible for the significant increase in COD. Furthermore, it is conceivable that proteolytic enzymes are involved in the further disintegration of microorganisms. In other words, microorganisms that have not been completely digested in the disintegration step are digested by released digestive enzymes (e.g., proteases, lipases, nucleases, phosphatases, etc.) and the active cell contents are released.

Bedingt durch den im Kontaminator ablaufenden Reaktionsschritt wird die bereits nach der Desintegration festgestellte Erhöhung des CSB-Wertes nochmals drastisch gesteigert (siehe Fig. 1). Dadurch ergibt sich eine höhere Leistungsfähigkeit und Betriebsstabilität der Abwasserreinigungsanlage. Durch den höheren Sauerstoffanteil laufen letztendlich die für das Belebtschlammverfahren beschriebenen chemischen Reaktionen schneller und effizienter ab. Durch den vierten erfindungsgemäßen Reaktionsschritt wird der CSB-Wert im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten dreistufigen Verfahren (ohne dem vierten Reaktionsschritt) um mindestens 200 % gesteigert. Steigerungen der CSB-Werte von bis zu 400% oder mehr sind gegenüber dem herkömmlichen dreistufigen Verfahren erreichbar. ImAs a result of the reaction step taking place in the contaminant, the increase in the COD value already determined after the disintegration is again drastically increased (see FIG. 1). This results in a higher performance and operational stability of the wastewater treatment plant. Due to the higher oxygen content, the chemical reactions described for the activated sludge process ultimately run off faster and more efficiently. By virtue of the fourth reaction step according to the invention, the COD value is increased by at least 200%, in contrast to the three-stage process known from the prior art (without the fourth reaction step). Increases in the COD values of up to 400% or more can be achieved compared to the conventional three-stage process. in the

Schnitt liegt die CSB-Erhöhung bei dem vierstufigen Verfahren in einem Bereich von 200 % bis 500 %. Zur weiteren Erhöhung des CSB-Wertes und der Kohlenstoffausbeute wird das desintegrierte Gemisch aus dem Desintegrationsschritt vorzugsweise umgewälzt. Dies wird beispielsweise mit einem Rührer mit vertikalen und/oder horizontalen Rührtellern erreicht. Durch das Rühren erfährt der desintegrierte Klärschlamm zusätzlich eine extreme Wirkungssteigerung.Cut, the COD increase in the four-stage process is in the range of 200% to 500%. To further increase the COD and carbon yield, the disintegrated mixture from the disintegration step is preferably recirculated. This is achieved for example with a stirrer with vertical and / or horizontal stirring plates. By stirring the disintegrated sewage sludge additionally experiences an extreme increase in efficiency.

Erfindungsgemäß werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hauptsächlich Abwasser oder Klärschlamm (wie Rücklaufschlamm, Überschussschlamm) behandelt. Jedoch ist das Verfahren (sowie die nachfolgend beschriebene Vorrichtung) auch für sonstige (wässrige) Suspensionen, die partikuläre Substanzen oder Partikelagglomerate enthalten, einsetzbar. Bei den Suspensionen kann es sich um ein Gemisch handeln, in dem Mikroorganismen enthalten sind und ein Zellaufschluss erwünscht ist. Zum Befördern der durch das erfindungsgemäße Verfahren zu behandelnden Suspension enthält die Vorrichtung eine Pumpe, deren Leistungsaufnahme ausreichend groß ist, damit die zur kavitationsfreien Desintegration erforderlichen hohen Strömungsgeschwindigkeiten von mindestens 28 m/ s in dem Wirkraum erreicht werden.According to the invention, the process according to the invention mainly treat wastewater or sewage sludge (such as return sludge, excess sludge). However, the method (as well as the apparatus described below) can also be used for other (aqueous) suspensions which contain particulate substances or particle agglomerates. The suspensions may be a mixture in which microorganisms are contained and cell disruption is desired. For conveying the suspension to be treated by the method according to the invention, the device contains a pump whose power consumption is sufficiently high so that the high flow velocities of at least 28 m / s required for cavitation-free disintegration are achieved in the reaction space.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung bzw. eine Anlage zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasstThe invention further relates to a device or a plant for carrying out the method described above. The device comprises

einen Zerkleinerer mit Mitteln zum Zerkleinern der in dem Klärschlamm, Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen grobena crusher with means for crushing the coarse contained in the sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances

Bestandteile, einen Homogenisator mit Mittel zum Homogenisieren des Klärschlammes, des Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen, eine Desintegrationsvorrichtung mit einem geschlossenen Wirkraum, bei dem das flüssige Trägermedium des Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen beim Eintritt in den Wirkraum einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung ausgesetzt wird, wodurch das Trägermedium von seiner Flüssigphase in eine homogene Dampfphase überführt wird, so dass die in dem Trägermedium enthaltenen Substanzen einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung ausgesetzt werden, welche anschließend beim Austritt aus dem Wirkraum durchIngredients, a homogenizer with means for homogenizing the sewage sludge, the waste water or the suspension of particulate substances, a disintegration device with a closed reaction space, in which the liquid carrier medium of sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances is exposed to a short-term extreme acceleration on entering the reaction space whereby the carrier medium is converted from its liquid phase into a homogeneous vapor phase, so that the substances contained in the carrier medium are subjected to a brief extreme acceleration, which subsequently passes through the effluent space upon exiting from the reaction space

Kondensation der Dampfphase in die Flüssigphase extremen Verzögerungskräften ausgesetzt werden, einen Kontaminator mit Mitteln zum Umwälzen des aus derCondensation of the vapor phase in the liquid phase are exposed to extreme retarding forces, a contaminant with means for circulating the out of the

Desintegrationsvorrichtung stammenden desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen.Desintegrationsvorrichtung derived disintegrated sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances.

Der Zerkleinerer übernimmt den ersten, der Homogenisator den zweiten, die Desintegrationsvorrichtung den dritten und der Kontaminator den vierten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens.The crusher takes over the first, the homogenizer the second, the disintegration device the third and the contaminator the fourth process step of the method according to the invention.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung bzw. Anlage um eine Abwasserreinigungsanlage.Preferably, the device or plant is a wastewater treatment plant.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Zerkleinerer um einen üblichen Zerkleinerer, wie z.B. einem Schneidwerk mit rotierenden Messern, einer Messermühle, einem Schredder oder einem Walzschneidwerk, mit dem die größeren Bestandteile durch Zerreiben, Zermahlen, Zerreißen oder Zerschneiden in kleine Bestandteile aufgelöst werden. Beim Homogenisator kommt ein Mischer zum Einsatz. Üblicherweise handelt es sich um einen Durchlaufmischer, bei dem im Strömungskanal ein oder mehrere Mischpaddel an einer Mischwelle angeordnet sind. Solche Mischer arbeiten typischerweise mit 1400 bis 2800 Umdrehungen pro Minute. Allerdings sind auch andere Verfahren zur Homogenisierung denkbar, wie z.B. die Verwendung von Ultraschall, Zentrifugalkräften oder Scherkräften.Preferably, the shredder is a conventional shredder, such as a rotary blade cutter, a knife mill, a shredder or a mill cutter, which breaks down the larger components into small components by attrition, grinding, shredding or cutting. The homogenizer uses a mixer. Usually, it is a continuous mixer in which one or more mixing paddles are arranged on a mixing shaft in the flow channel. Such mixers typically operate at 1400 to 2800 revolutions per minute. However, other methods of homogenization are conceivable, such as the use of ultrasound, centrifugal forces or shear forces.

In einer Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel, mit denen es möglich ist, nicht desintegrierten Klärschlamm (oder eine Suspension partikulärer Substanzen) mit desintegrierten Klärschlamm (oder einer Suspension partikulärer Substanzen) in Kontakt zu bringen. Solche Mittel umfassen zum Beispiel Leitungsführungssysteme, Pumpsysteme oder Auffangbehälter. Zur gegebenenfalls mehrmaligen Rückführung des Schlammes zur Desintegrationsvorrichtung sind Mittel vorgesehen, mit denen eine Rückführung des Klärschlammes in die Desintegrationsvorrichtung erfolgen kann. Solche Mittel umfassen beispielsweise Rohrleitungssysteme mit den dafür geeigneten Durchmessern und Pumpenkreisläufen.In one embodiment, the device according to the invention contains means with which it is possible to bring non-disintegrated sewage sludge (or a suspension of particulate substances) into contact with disintegrated sewage sludge (or a suspension of particulate substances). Such means include, for example, wiring systems, pumping systems or collection vessels. For possibly repeated return of the sludge to the disintegration device means are provided, with which a return of the sewage sludge can be carried out in the disintegration device. Such means include, for example, piping systems having the proper diameters and pumping circuits.

Der Wirkraum der Desintegrationsvorrichtung besteht aus einer Verengung, bei welcher der Durchmesser an der Eintrittsstelle des Wirkraumes und an der Austrittsstelle des Wirkraumes größer ist als der Innendurchmesser an der Verengung. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wirkraum um eine Düse. Die für den Wirkraum erforderlichen geometrischen Verhältnisse werden vorzugsweise dann erreicht, wenn der Durchmesser (d) und die Länge (I) der Düse in einem Verhältnis von 1:4 bis 1 :6, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 :5 zueinander stehen. Die für den Übergang in die Dampfphase erforderliche Strömungsgeschwindigkeit u in dem Wirkraum beträgt mindestens etwa 28 m/s, vorzugsweise mindestens etwa 42 m/s und besonders bevorzugt mindestens etwa 50 m/s, wobei Geschwindigkeiten im Bereich von etwa 42 m/s bis 50 m/s sich als optimal herausgestellt haben.The effective space of the disintegration device consists of a constriction in which the diameter at the entry point of the active space and at the exit point of the active space is greater than the inner diameter at the constriction. Preferably, the reaction space is a nozzle. The geometric conditions required for the effective space are preferably achieved when the diameter (d) and the length (I) of the nozzle are in a ratio of 1: 4 to 1: 6, preferably in a ratio of 1: 5 to each other. The flow velocity u in the reaction space required for the vapor phase transition is at least about 28 m / s, preferably at least about 42 m / s and more preferably at least about 50 m / s, with speeds in the range from about 42 m / s to 50 m / s have turned out to be optimal.

Der Kontaminator enthält zur Umwälzung des desintegrierten Schlammgemisches ein Rührwerk mit vertikalen und/oder horizontalen Rührtellern.The contaminator contains an agitator with vertical and / or horizontal agitator plates for circulating the disintegrated sludge mixture.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt man eine deutliche Verringerung oder Vermeidung der Bildung von Blähschlamm, Schwimmschlamm und/oder Schaum bei der Abwasserreinigung fest. Ferner wird die Mischbiozönose im Klärschlamm positiv beeinflusst, was sich in einer Abnahme fädiger Bakterien zugunsten flockenbildender Mikroorganismen widerspiegelt. Durch den zusätzlichen Reaktionsschritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine signifikante Modifikation einiger Parameter feststellen, die zur Bewertung der Leistungsfähigkeit und Stabilität einer Abwasserreinigungsanlage herangezogen werden kann, zum Beispiel: Zunahme der Denitrifikation, Zunahme des chemischen Sauerstoffbedarfes (CSB), Zunahme des biochemischen Sauerstoffbedarfes (BSB), Abnahme der Leistungsaufnahme (Pges)/ Abnahme des Schlammvolumenindex (ISV), Abnahme der Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken.When using the method according to the invention or when using the device according to the invention, a significant reduction or avoidance of the formation of bulking sludge, scum and / or foam in wastewater treatment is found. Furthermore, the mixed biocoenosis in the sewage sludge is positively influenced, which is reflected in a decrease of filamentous bacteria in favor of flocculating microorganisms. The additional reaction step in the method according to the invention can be a significant modification of some parameters that can be used to assess the performance and stability of a wastewater treatment plant, for example: increase in denitrification, increase in chemical oxygen demand (COD), increase in biochemical oxygen demand (BOD), decrease in power consumption (P tot ) / decrease in sludge volume index (ISV), decrease in oxygen concentration in the aeration tank.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Brief description of the drawings:

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail in the following drawings. Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung des vierstufigen Verfahrens mit Zerkleinerung, Homogenisation, Desintegration, Kontamination zum Erreichen einer intensiven biologischen Aktivierung bei gleichzeitig geringem Leistungsaufwand,1 is a schematic representation of the four-stage process with crushing, homogenization, disintegration, contamination to achieve an intense biological activation with low power consumption,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Wirkraumes der Desintegrationsvorrichtung,2 is a schematic representation of an active space of the disintegration device,

Fig. 3 eine photographische Darstellung des in dem Wirkraum erzeugten Dampfstroms,3 is a photographic representation of the vapor stream generated in the reaction space,

Fig. 4 einen Vergleich der biologischen Aktivierung mit und ohne zusätzlichen Reaktionsschritt nach dem Desintegrationsschritt.4 shows a comparison of the biological activation with and without additional reaction step after the disintegration step.

Wege zur Ausführung der Erfindung und gewerbliche Verwertbarkeit:Ways to carry out the invention and commercial usability:

In Fig. 1 ist der Leistungsaufwand (Px) sowie die Steigerung der biologischen Aktivierung (CSB1) in den einzelnen Phasen (Stufen 1-4) des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In dem Zerkleinerer wird der zu desintegrierende Schlamm zunächst mechanisch zerkleinert und im Homogenisator zu einer homogenen Masse für die nachfolgende Desintegrationsvorrichtung homogenisiert. Durch diese beiden der Desintegration vorgeschalteten Stufen wird sichergestellt, dass bei der Desintegration keine strömungsmechanischen Blockaden auftreten und die Bestandteile des Klärschlammes gleichberechtigt dem Desintegrationsprozess ausgesetzt werden können. Man erkennt, dass durch den mechanischen Aufschluss (Stufe 1) sowie der nachfolgenden Homogenisation (Stufe 2) und den damit verbundenen mechanischen Scherkräften bereits ein Teil der Mikroorganismen aufgeschlossen wird, was sich in einer leichten Erhöhung des CSB-Wertes (CSBi und CSB2) gegenüber dem Anfangswert (CSB0) bemerkbar macht.FIG. 1 shows the power expenditure (P x ) and the increase in biological activation (COD 1 ) in the individual phases (stages 1-4) of the method according to the invention. In the crusher, the sludge to be disintegrated is first mechanically comminuted and homogenized in the homogenizer to form a homogeneous mass for the subsequent disintegration device. These two steps upstream of the disintegration ensure that no fluid-mechanical blockages occur during disintegration and that the constituents of the sewage sludge can be exposed to the disintegration process on an equal footing. It can be seen that mechanical disruption (stage 1) and the subsequent homogenization (stage 2) and the associated mechanical shear forces are already used to break up part of the microorganisms, resulting in a slight increase in the COD value (CSBi and COD 2 ). compared to the initial value (CSB 0 ) makes noticeable.

Die nachfolgende Desintegrationsvorrichtung ist im Wesentlichen eine hydrodynamischeThe following disintegration device is essentially a hydrodynamic one

Vorrichtung zur Erzeugung eines im zeitlichen Mittel existierenden Wirkraumes (siehe Fig. 3), in dem der Klärschlamm eine Behandlung erfährt, die zu einer signifikanten biologischen Aktivierung führt, was an der Erhöhung des CSB-Wertes erkennbar ist. Im Kontaminator wird der aus der Desintegrationsvorrichtung stammende desintegrierte Klärschlamm einer Reaktionszeit unterzogen. Dies geschieht vorzugsweise unter Umwälzen des Klärschlammes, so dass die aktiven Bestandteile wie Enzyme und die noch lebenden Mikroorganismen miteinander in Kontakt treten und Stoffwechsel prozesse ablaufen können. In dieser, der Desintegration nachgeschalteten, Phase zeigt sich eine drastische Erhöhung des CSB-Wertes von bis 500 %. Die zu beobachtende Erhöhung des CSB-Wertes ist abhängig von der mit der Desintegrationsvorrichtung erreichten biologischen Aktivierung, der Größe des desintegrierten Massenstroms und der Verweilzeit im Kontaminator. Bei einem desintegrierten Massenstrom mDes > mDes kril ist im Kontaminator eine signifikante CSB-Erhöhung festzustellen, die die CSB-Erhöhung durch die Desintegrationsvorrichtung selbst deutlich übertrifft. Der CSB- Wert kann durch mehrmaliges Durchlaufen des Gemisches durch die Desintegrationsvorrichtung noch weiter gesteigert werden. Das In-Kontakt-Bringen des Klärschlammes erfolgt vorzugsweise mit einem Rührer mit geringer Leistungsaufnahme.Device for generating a time-average effective space (see Fig. 3), in which the sewage sludge undergoes a treatment that leads to a significant biological activation, which is recognizable by the increase of the COD value. In the contaminant, the disintegrated sewage sludge originating from the disintegration device is subjected to a reaction time. This is preferably done by circulating the sewage sludge, so that the active ingredients such as enzymes and the living microorganisms contact each other and metabolic processes can proceed. In this, the disintegration downstream phase shows a drastic increase in the COD value of up to 500%. The observed increase in the COD value depends on the biological activation achieved with the disintegration device, the size of the disintegrated mass flow and the residence time in the contaminant. In the case of a disintegrated mass flow m Des > m des kril , a significant COD increase can be detected in the contaminant, which clearly exceeds the COD increase by the disintegration device itself. The COD value can be increased even further by passing the mixture through the disintegration device several times. The bringing into contact of the sewage sludge is preferably carried out with a stirrer with low power consumption.

Man erkennt aus diesen Daten, dass der CSB-Wert durch den kombinierten vierstufigenOne recognizes from these data that the COD value is combined by the four-stage

Prozess, insbesondere durch den der Desintegration nachgeordneten vierten Reaktionsschritt, drastisch gesteigert werden kann. Ferner wird das Auftreten von Bläh- und Schwimmschlamm vermieden oder vermindert, und es entfällt die Notwendigkeit externer Kohlenstoffquellen (C- Donatoren) zur Stabilisierung der Denitrifikation der Anlage (Daten nicht gezeigt).Process, in particular by the disintegration downstream fourth reaction step, can be dramatically increased. Furthermore, the occurrence of swelling and floating sludge is avoided or reduced, and there is no need for external carbon sources (C donors) to stabilize the denitrification of the plant (data not shown).

In Fig. 2 oben erkennt man den schematisch dargestellten Wirkraum. Übersteigt die Strömungsgeschwindigkeit (u) die kritische Strömungsgeschwindigkeit (u > ukπt) bei einem aufgespannten Wirkraum mit einer Länge lw > 0, erfolgt ein Übergang der Flüssigphase in die Dampfphase. In der Skizze unten ist eine Unstetigkeitsfläche als Grenzfall mit u = ukπt gezeigt.In Fig. 2 above can be seen the effective space shown schematically. If the flow velocity (u) exceeds the critical flow velocity (u> u kπt ) for a span of active space with a length l w > 0, a transition of the liquid phase into the vapor phase occurs. In the sketch below, a discontinuity surface is shown as a limiting case with u = u kπt .

Zur Erzeugung des Wirkraumes wird der durch den konvergenten Kanalteil (dA/dx < 0, Kanalquerschnitt A(x)) strömende Klärschlamm in einen Zustand versetzt, der das die Mikroorganismen umgebende Wasser verdampfen lässt. Dazu muss am Ende des konvergenten Kanalteils eine Geschwindigkeit u -≥ Ukπt erreicht werden, die allein von der Dichte des Wassers und dem atmosphärischen Druck geprägt ist. Im Grenzfall u = ukπt bildet sich im engsten Kanalquerschnitt eine Unstetigkeitsfläche aus, über die der Phasenwechsel von Wasser in Wasserdampf stattfindet. In diesem speziellen Fall existiert mit der Länge lw = 0 noch kein endlicher Wirkraum. Ein nutzbarer Wirkraum wird erst mit Geschwindigkeiten u > uknt aufgespannt. Die Länge des Wirkraum lw > 0 kann außerdem durch die Wahl der Querschnittsverteilung A(x) des sich hinter der engsten Stelle anschließenden divergentenTo generate the effective space, the sewage sludge flowing through the convergent duct part (dA / dx <0, duct cross-section A (x)) is put into a state which causes the water surrounding the microorganisms to evaporate. For this purpose, at the end of the convergent channel part, a velocity u-≥ U kπt must be reached, which is characterized solely by the density of the water and the atmospheric pressure. In the limiting case u = u kπt , a discontinuous surface forms in the narrowest channel cross-section, via which the phase change from water to water vapor takes place. In this special case, the length l w = 0 does not yet have a finite effective space. A usable effective space is only clamped at speeds u> u knt . The length of the effective space l w > 0 can also be determined by the choice of the cross-sectional distribution A (x) of the divergent following the narrowest point

Kanalteils (dA/dx > 0) beeinflusst werden und endet, wenn im divergenten Kanalteil wieder die kritische Geschwindigkeit ut erreicht wird. Bedingt durch den Phasenwechsel (Wasser verdampft zu Wasserdampf) geraten die Mikroorganismen beim Eintritt in den aktiven Wirkraum sprunghaft in ein Strömungsfeld mit um den Faktor 1000 erhöhten Geschwindigkeiten, die sich beim Verlassen des Wirkraumes genau um diese Erhöhung wieder sprunghaft reduzieren. Mit der Steigerung der Geschwindigkeit auf Werte u > uknt lassen sich Effekte erzielen, die von der Ablösung bioaktiver Stoffe an der Oberfläche der Mikroorganismen bis hin zum Zerreißen der Mikroorganismen und dem Freisetzen der Zeilinhaltsstoffe durch Zellaufschluss reichen. Bewirkt werden die Effekte im Wesentlichen durch die Massenkräfte, die beim Durchlaufen des aktiven Wirkraumes auf die organischen Bestandteile des Klärschlammes einwirken. Durch Wahl der Geschwindigkeit u > ukrιt des Klärschlammes, die im engsten Kanalquerschnitt gerade auf den Dampfdruck des Wassers führt, kann gezielt eine Selektierung der Mikroorganismen vorgenommen werden.Channel part (dA / dx> 0) are affected and ends when the critical velocity u t is reached again in the divergent channel part. As a result of the phase change (water evaporates to water vapor), the microorganisms leap abruptly into a flow field with speeds increased by a factor of 1000 as they enter the active reaction space, which then jump sharply as they leave the effective space by precisely this increase. By increasing the speed to values, effects can be achieved ranging from the detachment of bioactive substances on the surface of the microorganisms to the disruption of the microorganisms and the release of the cell constituents by cell disruption. The effects are essentially caused by the mass forces acting on the organic components of the sewage sludge when passing through the active active space. By selecting the velocity u> u krιt of the sewage sludge, which leads in the narrowest channel cross-section just on the vapor pressure of the water, a selective selection of the microorganisms can be made.

Der Prozess des sich in der Zeit permanent auf- und abbauenden Wirkraumes mit einem Aggregatzustand größter Oberfläche führt bei Klärschlämmen mit üblichen TS-Gehalten auf hydrodynamisch selbständig erzeugte hochfrequente Druckspitzen im Bereich von (10 bis 20) kHz, die akustisch durch die dabei entstehenden intensiven Knallgeräusche wahrgenommen werden. Die Knallgeräusche beginnen beim Erreichen der kritischen Geschwindigkeit u = ukπt und steigen simultan mit der Vergrößerung der Geschwindigkeit auf Werte u > ukrιt an.The process of permanently built up and degraded in the effective space with a state of aggregate largest surface leads in sewage sludge with conventional TS levels on hydrodynamically independently generated high-frequency pressure peaks in the range of (10 to 20) kHz, the acoustically by the resulting intense bang be perceived. The popping noises start when the critical speed is reached u = u kπt and increase simultaneously with the increase of the speed to values u> u krιt .

Anders als bei üblichen Kavitationseffekten, deren lokales Verhalten mit Werkstoff Zerstörungen verknüpft ist, stellt sich in dem mit hohen Geschwindigkeiten u > ukπt erzeugten Wirkraum eine homogene Mikrokavitation ein, die Abriebe und Zerstörungen der Kanalwände ausschließt.In contrast to common cavitation effects, whose local behavior is associated with destructive material, homogeneous microcavitation occurs in the effective space generated at high velocities u> u kπt , which excludes abrasion and destruction of the channel walls.

In Fig. 3 erkennt man einen aus Wasserdampf bestehenden Dampfstrahl in dem Wirkraum einer Desintegrationsvorrichtung, der mittels einer photographischen Aufnahme sichtbar gemacht wurde. Erreicht die Strömungsgeschwindigkeit u die kritische Geschwindigkeit uknt und wird der Verdampfungsdruck der Flüssigkeit erreicht, erfolgt ein Phasenübergang, wodurch die in den Trägermedien enthaltenen partikulären Substanzen (insbesondere Mikroorganismen) einer kurzzeitigen Extrembeschleunigung ausgesetzt werden. Am Ende des Wirkraumes vergrößert sich dessen Durchmesser, wodurch der Dampfstrom stark verzögert wird und unmittelbar kondensiert. Durch diese starken Kräfte werden die Mikroorganismen und Partikelagglomerate letztendlich aufgeschlossen. Ein Aufschluss durch lokale Kavitationseffekte (Kavitationsblasen) würde nicht zu dem beobachteten Ergebnis führen.In Fig. 3 can be seen an existing vapor steam jet in the effective space of a disintegration device, which was made visible by means of a photographic image. Reaches the flow velocity u, the critical velocity u KNT and the evaporation pressure of the liquid is reached, a phase transition, whereby the particulate matter (especially microorganisms) present in the carrier media are subjected to a short-term extreme acceleration. At the end of the effective space increases its diameter, whereby the vapor stream is greatly delayed and condensed immediately. Due to these strong forces, the microorganisms and particle agglomerates are finally digested. Digestion by local cavitation effects (cavitation bubbles) would not lead to the observed result.

In Fig. 4 ist ein Vergleich der CSB-Erhöhung mit und ohne nachgeschaltetem Reaktionsschritt (Kontamination) gezeigt. Deutlich ist zu erkennen, dass mit dem zusätzlichen Reaktionsschritt die Erhöhung des chemischen Sauerstoffbedarfes (CSB-Wert) deutlich gesteigert werden kann. Dargestellt ist das Verhältnis CSB4 zu CSB3 (Ordinate) gegen die Zeit (Abszisse). Ab einer bestimmten Zeitdauer erfolgt keine weitere Steigerung des CS B- Wertes. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber einem ohne diesen zusätzlichen Reaktionsschritt betriebenen Verfahren im Vorteil. Ferner werden die unter Ausnutzung der lokalen Kavitation betriebenen Anlagen und die dort auftretenden Nachteile vermieden.FIG. 4 shows a comparison of the COD increase with and without a subsequent reaction step (contamination). It can be clearly seen that with the additional reaction step, the increase in the chemical oxygen demand (COD value) can be significantly increased. Shown is the ratio CSB 4 to CSB 3 (ordinate) against time (abscissa). From one For a certain period of time, there is no further increase in the CS B value. As a result, the process according to the invention has an advantage over a process operated without this additional reaction step. Furthermore, the plants operated by utilizing the local cavitation and the disadvantages occurring there are avoided.

Weitere Messungen haben ergeben (nicht gezeigt), dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung mit der beschriebenen Desintegration zu einer positiven Beeinflussung von folgenden Parametern in signifikanter Weise führt: Absenkung der Nges-Ablaufwerte, CSB- Erhöhung, BSB-Erhöhung, Verminderung des Leistungsbedarfs (Pges)/ Abnahme des Schlammvolumenindex (ISV, Reduzierung um etwa 25 %), Reduzierung des Gehalts an Trockenmasse (TS-Gehalte: Reduzierung in der Belebung um 50% von 4 g/l auf 2 g/l), Absenkung der O2-Konzentration im Belebungsbecken (Reduzierung von 2,7 mg/1 auf 0,95 mg/1). Gleichzeitig stellt man einen verminderten Sauerstoffbedarf durch den teilweisen Wegfall der endogenen Atmung fest, wodurch sich erhebliche Kosten einsparen lassen.Further measurements have shown (not shown) that the method according to the invention or the device with the described disintegration leads to a positive influence on the following parameters in a significant way: reduction of the N ges cutoff values, COD increase, BOD increase, reduction of the Power requirement (P ges ) / decrease in sludge volume index (ISV, reduction by approx. 25%), reduction in dry matter content (TS content: reduction in activation by 50% from 4 g / l to 2 g / l), reduction in sludge volume O 2 concentration in the aeration tank (reduction from 2.7 mg / l to 0.95 mg / l). At the same time, a reduced oxygen requirement is determined by the partial omission of endogenous respiration, which can save considerable costs.

Man beobachtet ferner eine signifikante Zerstörung von fadenförmigen Flocken-/ Organismenstrukturen sowie eine drastische Abnahme bzw. Vermeidung von Bläh- und Schwimmschlamm. Durch den erhöhten CSB-Wert beobachtet man zudem eine Erhöhung des Abbaus an organischen Substanzen und eine verbesserte Denitrifikation durch die Bereitstellung von leicht abbaubarem CSB als Wasserstoffdonator. Dadurch ist eineFurthermore, a significant destruction of thread-like flake / organism structures as well as a drastic decrease or avoidance of swelling and floating sludge are observed. The increased COD value also causes an increase in the decomposition of organic substances and improved denitrification by the provision of easily degradable COD as a hydrogen donor. This is one

Optimierung des aeroben und anaeroben Abbaus möglich. Der anaerobe Abbau (Faulung) spiegelt sich in einem höheren Ausfaulungsgrad bei kürzeren Faulzeiten, einer höheren Gasausbeute, einem besseren Stabilisationsergebnis und einer Optimierung des Schlammentwässerungsverhaltens. Beim aeroben Abbau (Belebung) beobachtet man eine Stabilisierung der Biozönose, d.h. es kommt zu einer Verringerung bzw. Beseitigung des zeitweisen Auftretens von Bläh- und Schwimmschlamm in dem Belebungsbecken. Insgesamt verzeichnet man einen verbesserten aeroben Schadstoffabbau durch die verbesserte biologische Aktivierung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung.Optimization of aerobic and anaerobic degradation possible. The anaerobic digestion (digestion) is reflected in a higher degree of digestion with shorter digestion times, a higher gas yield, a better stabilization result and an optimization of the sludge dewatering behavior. During aerobic degradation (activation), stabilization of the biocenosis is observed. There is a reduction or elimination of the temporary occurrence of swelling and floating sludge in the aeration tank. Overall, there is an improved aerobic pollutant degradation by the improved biological activation in the inventive method and apparatus.

Zusammenfassend lassen sich die Kosten und die Effizienz des Abwasserreinigungsprozesses und der Schlammbehandlung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung drastisch reduzieren. Das gilt nicht nur für die ablaufenden Klärprozesse, sondern auch für sämtliche für den Betrieb der Anlage anfallenden Kosten und Materialaufwendungen.In summary, the costs and the efficiency of the wastewater treatment process and the sludge treatment can be drastically reduced using the method according to the invention or the device according to the invention. This not only applies to the ongoing clarification processes, but also to all costs and material expenses incurred for the operation of the plant.

Obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt als Bestandteil einer Abwasserreinigungsanlage zur kavitationsfreien Desintegration von Klärschlamm ausgebildet ist, sind auch weitere Anwendungsmöglichkeiten der kombinierten Desintegration unter Verwendung des vierstufigen Verfahrens denkbar, wie z.B. der Abbau von Partikelagglomeraten oder der Aufschluss von Mikroorganismen in wässrigen Suspensionen. Although the device according to the invention is preferably designed as part of a sewage treatment plant for the cavitation-free disintegration of sewage sludge, also other applications of the combined disintegration below Use of the four-step process conceivable, such as the degradation of particle agglomerates or the digestion of microorganisms in aqueous suspensions.

Claims

Ansprüche: Claims: 1. Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer Substanzen, umfassend :A process for the treatment of sewage sludge, waste water or a suspension of particulate substances, comprising: a) mechanische Zerkleinerung der in dem Klärschlamm, Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen groben Bestandteile,a) mechanical comminution of the coarse constituents contained in the sewage sludge, waste water or the suspension of particulate substances, b) Homogenisieren des in Schritt a) behandelten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen,b) homogenizing the sewage sludge, wastewater or the suspension of particulate substances treated in step a), c) Desintegrieren des homogenisierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen in einen Wirkraum, der einen konvergent verlaufenden Kanalteil und eine Verengung umfasst, wobei beim Eintritt in dem Wirkraum ein Dampfstrom erzeugt wird, der auf die in dem Trägermedium enthaltenen Substanzen eine kurzzeitige Extrembeschleunigung ausübt und der beim Verlassen des Wirkraumes zurück in die Flüssigphase kondensiert und dadurch extreme Verzögerungskräfte bewirkt,c) disintegrating the homogenized sewage sludge, waste water or the suspension of particulate substances in a reaction space comprising a convergent channel portion and a constriction, wherein upon entering the reaction space, a vapor stream is generated which exerts a short-term extreme acceleration on the substances contained in the support medium and condenses back into the liquid phase when leaving the active space and thereby causes extreme deceleration forces, d) Zuführen des desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen in eine Reaktionsphase für eine bestimmte Zeitdauer, so dass eine Erhöhung der biologischen Aktivität des desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen und seiner Bestandteile erreicht wird.d) supplying the disintegrated sewage sludge, waste water or the suspension of particulate substances in a reaction phase for a certain period of time, so that an increase in the biological activity of the disintegrated sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances and its components is achieved. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung im Schritt a) und die Homogenisation in Schritt b) einstufig durchgeführt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the comminution in step a) and the homogenization in step b) are carried out in one stage. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Verfahrensschritte a) bis d) in räumlich getrennten aber miteinander kommunizierenden Bereichen ablaufen.3. The method according to claim 2, characterized in that the individual process steps a) to d) take place in spatially separate but mutually communicating areas. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit über eine konisch verlaufende Verengung des Wirkraumes erfolgt, bei der der Durchmesser an der Eintrittsstelle des4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the change in the flow velocity via a conically extending constriction of the active space, wherein the diameter at the entry point of Wirkraumes und der Durchmesser an der Austrittsstelle des Wirkraumes größer ist als der Durchmesser an der engsten Stelle der Verengung. Wirkraumes and the diameter at the exit point of the active space is greater than the diameter at the narrowest point of the constriction. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konischen Verengung um eine Düse handelt.5. The method according to claim 4, characterized in that it is the conical constriction is a nozzle. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) und die Länge (I) der Düse in einem Verhältnis von 1 :4 bis 1:6, vorzugsweise 1 :5, zueinander stehen.6. The method according to claim 5, characterized in that the diameter (d) and the length (I) of the nozzle in a ratio of 1: 4 to 1: 6, preferably 1: 5, to each other. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit u in dem Wirkraum mindestens 28 m/s, vorzugsweise mindestens 40 m/s, bevorzugt zwischen 42 m/s und 50 m/s beträgt.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the flow velocity u in the active space at least 28 m / s, preferably at least 40 m / s, preferably between 42 m / s and 50 m / s. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit für den desintegrierten Klärschlamm, das Abwasser oder die Suspension partikulärer Substanzen in dem Reaktionsschritt c) mindestens so lange beträgt, dass der chemische Sauerstoffbedarf (CSB-Wert) gegenüber dem Anfangswert vor der8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the residence time for the disintegrated sewage sludge, the waste water or the suspension of particulate substances in the reaction step c) is at least as long that the chemical oxygen demand (COD value) over the Initial value before the Desintegration um mindestens 200 % gesteigert ist.Disintegration is increased by at least 200%. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm, das Abwasser oder die Suspension partikulärer Substanzen in dem Reaktionsschritt c) durchmischt oder umgewälzt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the sewage sludge, the waste water or the suspension of particulate substances in the reaction step c) is mixed or circulated. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des im Reaktionsschritt c) behandelten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen zu dem Desintegrationsschritt b) zurückgeführt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that at least part of the treated in the reaction step c) sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances is recycled to the disintegration step b). 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Klärschlamm um Rücklaufschlamm und/oder Überschussschlamm handelt.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it is the sludge to return sludge and / or excess sludge. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that in the Kontaminator im Reaktionsschritt c) nicht desintegrierter Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen zugeführt wird, der so mit bereits desintegriertem Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen zur Infizierung in Kontakt gebracht wird.Contaminator in the reaction step c) is fed to non-disintegrated sewage sludge, waste water or suspension of particulate substances, which is brought into contact with already disintegrated sewage sludge, sewage or suspension of particulate substances for infection. 13. Vorrichtung zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser oder Suspensionen partikulärer Substanzen, umfassend: einen Homogenisator mit Mitteln zum Zerkleinern von in dem Klärschlamm, Abwasser oder der Suspension partikulärer Substanzen enthaltenen groben Bestandteilen, eine Desintegrationsvorrichtung mit einem Wirkraum, der einen konvergent verlaufenden Kanalteil und eine Verengung umfasst, wobei beim Eintritt in dem13. Apparatus for treating sewage sludge, waste water or suspensions of particulate substances, comprising: a homogenizer with means for comminuting coarse constituents contained in the sewage sludge, waste water or the suspension of particulate substances, a disintegration device with a reaction space comprising a convergent duct part and a constriction, wherein when entering the Wirkraum ein Dampfstrom erzeugt wird, der auf die in dem Trägermedium enthaltenen Substanzen eine kurzzeitige Extrembeschleunigung ausübt und der beim Verlassen des Wirkraumes zurück in die Flüssigphase kondensiert und dadurch extreme Verzögerungskräfte bewirkt, - einen Kontaminator mit Mitteln zum Vermischen oder Umwälzen des aus derWirkraum a vapor stream is generated, which exerts a short-term extreme acceleration on the substances contained in the support medium and condenses on leaving the active space back into the liquid phase, thereby causing extreme deceleration forces - a contaminant with means for mixing or circulating of the Desintegrationsvorrichtung stammenden desintegrierten Klärschlammes, Abwassers oder der Suspension partikulärer Substanzen.Desintegrationsvorrichtung derived disintegrated sewage sludge, sewage or the suspension of particulate substances. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser an der Eintrittsstelle des Wirkraumes und der Durchmesser an der Austrittsstelle des14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the diameter at the entry point of the active space and the diameter at the exit point of the Wirkraumes größer ist als der Innendurchmesser an der Verengung.Wirkraumes is greater than the inner diameter at the constriction. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Verengung um eine Düse handelt.15. Device according to claim 14, characterized in that the constriction is a nozzle. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) und die Länge (I) der Düse in einem Verhältnis von 1:4 bis 1 :6, vorzugsweise 1 : 5, zueinander stehen.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the diameter (d) and the length (I) of the nozzle in a ratio of 1: 4 to 1: 6, preferably 1: 5, to each other. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die17. Device according to one of claims 13 to 16, characterized in that the Strömungsgeschwindigkeit u in dem Wirkraum mindestens 28 m/s, vorzugsweise mindestens 40 m/s, bevorzugt zwischen 42 m/s und 50 m/s beträgt.Flow velocity u in the reaction space is at least 28 m / s, preferably at least 40 m / s, preferably between 42 m / s and 50 m / s. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel, wie Leitungsführungssysteme und Pumpsysteme, umfasst, um nicht desintegrierten Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen mit desintegriertem Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen in dem Kontaminator in Kontakt zu bringen.18. Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that the device comprises means, such as wiring systems and pumping systems, not disintegrated sewage sludge, wastewater or suspension of particulate substances with disintegrated sewage sludge, sewage or suspension of particulate substances in the contaminant in contact bring to. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die19. Device according to one of claims 13 to 18, characterized in that the Vorrichtung Mittel, wie Leitungsführungssysteme und Pumpsysteme, umfasst, mit denen eine Rückführung des Klärschlammes, Abwassers oder Suspension partikulärer Substanzen aus dem Kontaminator in die Desintegrationsvorrichtung erfolgt. Apparatus comprises means, such as conduit systems and pump systems, with which there is a recycling of sewage sludge, waste water or suspension of particulate substances from the contaminant in the disintegration device. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaminator ein Rührwerk mit vertikalen und/oder horizontalen Rührtellern enthält.20. Device according to one of claims 13 to 19, characterized in that the contaminant contains an agitator with vertical and / or horizontal Rührtellern. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter eine Pumpe umfasst, mit der der Klärschlamm, das Abwasser oder die Suspension partikulärer Substanzen durch die Desintegrationsvorrichtung mit der oberhalb der kritischen Geschwindigkeit (ukrιt) liegenden erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit (u) gefördert wird (u > ukπt).21. Device according to one of claims 13 to 20, characterized in that the device further comprises a pump with which the sewage sludge, the waste water or the suspension of particulate substances through the disintegration device with the above the critical speed (u krιt ) lying required flow rate (u) is promoted (u> u kπt ). 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung um eine Abwasserreinigungsanlage handelt.22. Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that it is a wastewater treatment plant in the device. 23. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22 zur Vermeidung oder Verringerung der Bildung von Blähschlamm, Schwimmschlamm und/oder Schaum in Klärschlamm, Abwasser oder einer Suspension partikulärer Substanzen.23. Use of a device according to one of claims 13 to 22 for preventing or reducing the formation of bulking sludge, scum and / or foam in sewage sludge, sewage or a suspension of particulate substances. 24. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22 zur Beeinflussung der Mischbiozönose in Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer Substanzen, bei der es zu einer Abnahme von fädigen Mikroorganismen zugunsten flockenbildender Mikroorganismen in dem Klärschlamm, Abwasser oder der24. Use of a device according to one of claims 13 to 22 for influencing the Mischbiozönose in sewage sludge, wastewater or suspension of particulate substances, in which there is a decrease of filamentous microorganisms in favor of flocculating microorganisms in the sewage sludge, sewage or the Suspension partikulärer Substanzen kommt.Suspension of particulate substances comes. 25. Verwendung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modifikation von mindestens einem der folgenden Parameter in dem durch die Vorrichtung behandelten Klärschlamm, Abwasser oder Suspension partikulärer25. Use according to claim 23 or 24, characterized in that a modification of at least one of the following parameters in the treated by the device sewage sludge, sewage or suspension more particulate Substanzen erfolgt: Zunahme der Denitrifikation, Zunahme des chemischen Sauerstoffbedarfes (CSB), Zunahme des biochemischen Sauerstoffbedarfes (BSB), Abnahme der Leistungsaufnahme zur Behandlung von Klärschlamm, Abwasser, Suspension partikulärer Substanzen (Pges)/ Abnahme des Schlammvolumenindex (ISV), Abnahme der Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken. Substances are: increase in denitrification, increase in chemical oxygen demand (COD), increase in biochemical oxygen demand (BOD), decrease in power consumption for treatment of sewage sludge, wastewater, suspension of particulate matter (P ges ) / decrease in sludge volume index (ISV), decrease in Oxygen concentration in the aeration tank.
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