DE10013779A1

DE10013779A1 - Verfahren und Anlage zur Behandlung von Abwässern und von biogenen Reststoffen mit aus Abwasser gewonnenem Klärschlamm

Info

Publication number: DE10013779A1
Application number: DE2000113779
Authority: DE
Inventors: Eberhard Paul
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: DE10013779B4

Abstract

Verfahren und Anlage zur Behandlung von Abwässern und von biogenen Reststoffen mit aus Abwasser gewonnenem Klärschlamm mit Biogas- und Energiegewinnung in einem Belebtschlammbecken unter Luftzufuhr, einem Nachklärbecken (3) und einem Biogaserzeuger (6) zur Schlammbehandlung. Aus dem Belebtschlammbecken (1) wird der Inhalt nach Erreichen der Überwachungswerte in das Nachklärbecken (3) und der dort abgesetzte aktive, nicht stabilisierte Schlamm hauptsächlich neben der Rückführung in das Belebtschlammbecken (1) in den Biogaserzeuger (6) unter Zusatz von einem den Anteil des Schlamms deutlich übersteigenden Anteil biogener Reststoffen eingebracht. Die Mischung wird erwärmt im anaeroben Verfahren unter Biogasbildung zu festen Endstoffen und Flüssigdünger abgebaut, die in einem nachfolgenden Separator (11) voneinander getrennt werden. Dem eingebrachten Schlamm werden in dem Biogaserzeuger (6) im Verhältnis große Mengen frischer Gülle beigemischt. Das gewonnene Biogas wird zum Antrieb von Gasmotoren (10) zur Gewinnung von Elektroenergie verwendet. DOLLAR A Die Anlage besteht hauptsächlich aus einem Belebtschlammbecken (1) mit Druckluftzufuhr, einem nachfolgenden Nachklärbecken (3) mit Schlammabzug, einem Biogaserzeuger (6), einem Separator (11), einem Tunnelkompostierer (13) und einem Blockheizkraftwerk, vorzugsweise einem Gasmotor (10). Ein geschlossener Kühlmittelkreislauf (14) für den Gasmotor (10) besteht aus einem doppelwandigen Belebtschlammbecken (1) als Kühler und einer ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine nach dem Verfahren arbeitende Anlage zur Behandlung von Abwässern und von biogenen Reststoffen mit aus Abwasser anfallenden Klärschlamm zur optimalen Biogas- und Energiegewinnung.

Zur Behandlung von Abwässern sind Kläranlagen mit einem Belebtschlammbecken bekannt (DE 42 27 238 C1). Die im eingebrachten Abwasser enthaltenen organischen Kohlenstoff verbindungen werden im Belebtschlammbecken unter Luftzufuhr innerhalb der Verweilzeit von mehreren Stunden durch die angesiedelten Bakterien abgebaut. Nach der Behandlung gelangt das gereinigte, mit Mikroorganismen vermischte Abwasser (Belebtschlamm) in ein Nachklär becken, in dem sich der Belebtschlamm absetzt und aus dem das geklärte Wasser in den Vor fluter abströmt. Der im Nachklärbecken abgesetzte Schlamm gelangt zum Teil zurück in das Belebtschlammbecken, um den weiteren Abbauprozeß aufrecht zu erhalten. Der Überschuß schlamm wird im Schlammstapelbehälter gestapelt bzw. nachbehandelt. Die Stabilisierung kann z. B. auch nach DE 40 03 487 A1 in einem Faulraum nach einer Vorbehandlung mit einem sauerstoffhaltigem Gas bei einer Temperatur um 40°C erfolgen. Dieser Schlamm ist dann zu entsorgen. Nach DE 39 19 350 C1 wird der anfallende Klärschlamm eingedickt, einer thermi schen Behandlung unterworfen und durch Entwässerung in Feststoff und Filtrat getrennt, wo bei das Filtrat bei einer Temperatur von unter 100°C in ein Destillat und ein Konzentrat auf geteilt wird. Auch Trocknen und die anschließende Verbrennung von Schlämmen ist aus DE 29 43 558 bzw. OS 35 42 004 bekannt. Zur Behandlung des Klärschlamm ist nach OS 33 04 365 auch die Behandlung durch Faulung nach einer Pasteurisierung bekannt, wobei das ent stehende Faulgas zum Antrieb von Gasmotoren verwendet wird.

In OS 30 43 258 wird ein Verfahren zur Aufbereitung des aus der biologischen Kläranlage an fallenden Rohschlammes in einem anaerob arbeitenden Faulturm beschrieben. Dem Faulturm ist ein Eindicker vor- und eine mechanische Schlammentwässerung nachgeordnet. Der von dem Schlammentwässerer abgegebene Schlamm wird mit Rückgut aus einer Verrottungsanlage und mit Sägespänen gemischt einer Verrottungsanlage zugeführt und unter Sauerstoffzuführung verrottet. Die dabei entstehende Wärme wird dem Faulturm und dem Eindicker zugeführt. Das im Faulturm entstehende Gas wird über einen Generator in elektrische Energie umgesetzt. Gleichwirkend ist die Weiterverarbeitung von Klärschlamm nach DE 41 41 832 C1. Hier wird der Klärschlamm in einem Versäuerungsreaktor unter Hinzufügen von Hilfsstoffen wie Proteasen, Amylasen, Lipasen oder Cellulasen versäuert und anschließend das Gut unter Ab zug von Essigsäure einem nachfolgenden Biogasreaktor zur Gewinnung von Biogas zugeführt. Diese Kläranlagen mit den anschließenden Anlagen zur Behandlung des Schlammes haben we gen der langen Verweilzeit einen großen Raumbedarf. Die Schlammverbrennung ist die teuer ste aller Entsorgungsmöglichkeiten, belastet die Umwelt und schafft Asche als Sondermüll. Die in diesen Anlagen gewonnene Energie reicht meist nicht aus, um den Eigenbedarf zu decken.

Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine nach dem Verfahren arbeitende Anlage zur Behandlung von Abwässern, Gülle, biogenen Reststoffen und unbelasteten Klär schlamm zu finden, die

- den Energiebedarf von Kläranlagen erheblich senkt,
- die Voraussetzungen zur biologischen Entsorgung von unbelasteten Klärschlämmen in den natürlichen Kreislauf schafft,
- die Entsorgungskosten für Klärschlämme reduziert
- die Wärmebilanz von Kläranlagen verbessert und somit die Belebungsbeckengröße reduziert,
- Gülle und biogene Reststoffe so behandelt, daß Geruchsbelästigungen beim Ausbringen entfallen und sie vielfältiger bei Pflanzenkulturen und in Wasserschutzzonen eingesetzt werden können,
- den Energiegehalt von Gülle, biogenen Reststoffen und Klärschlämmen in elektrische und thermische Energie umwandelt, die u. a. zum Betrieb der Kläranlage/Biogasanlage benutzt und der Überschuß an das Netz abgegeben wird,
- Krankheitserreger und Sämereien vernichtet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der im ersten und siebenten Anspruch offenbarten Erfindung. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche.

Das Verfahren zur Behandlung von Abwässern und biogenen Reststoffen mit Biogas- und Energiegewinnung besteht darin, daß in einem Belebtschlammbecken unter Luftzufuhr Ab wasser anfangs wie bekannt behandelt wird. Diese aerobe Behandlung von Abwasser wird jedoch vorzeitig, spätestens auf dem Höhepunkt der Abbauphase, durch Überleiten eines Großteils des im Nachklärbecken abgesetzten aktiven, nicht stabilisierte Schlamm in einen Biogaserzeuger abgebrochen. Dort wird der Schlamm biogenen Reststoffen, deren Menge die Schlammenge deutlich übersteigt, beigemischt und die Mischung erwärmt im anaeroben Ver fahren unter Biogasbildung zu festen Endstoffen und neutralen Flüssigdünger abgebaut, die in einem nachfolgenden Separator voneinander getrennt werden. Biogene Reststoffe fallen als Lebensmittelreste, Fettabscheiderinhalte, Gras- und Baumschnitt bzw. -häcksel, Festmist, ver dorbenes Silo, Schlachthofabfälle u. a. m. an. Vorzugsweise kann frische Gülle dem in den Bio gaserzeuger eingebrachten Schlamm als biogener Reststoff beigemischt werden. Die festen Endstoffe werden in einer Kompostanlage unter Wärmegewinnung kompostiert bzw. wie Fest mist auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht. Das gewonnene Biogas wird zum Antrieb von Gasmotoren zur Gewinnung von Elektroenergie verwendet. Die dabei entstehende Ab wärme wird wie die Wärme der Kompostanlage hauptsächlich zur Erwärmung des Belebt schlammbeckens und des Biogaserzeugers verwendet. Umgekehrt wird das einströmende fri sche Abwasser zur Kühlung der Gasmotoren mittelbar über einen Kühlmittelkreislauf verwen det. Der im Biogaserzeuger anfallende geruchsfreie Flüssigdünger kann in das Belebtschlamm becken zurückgeführt und mit frischem Abwasser vermischt werden, wenn er nicht auf Agrar flächen ausgebracht wird, wobei zur Einhaltung der Überwachungswerte das erforderliche BSB₅/N-Verhältnis zu prüfen ist. Durch diese Kombination der aeroben mit der anaeroben Behandlung von Abwasser und der Mischung mit biogenen Reststoffen kann die Größe der Kläranlage, die Verweilzeit des Abwassers und der für die Abbauprozesse benötigte Sauer stoff bedeutend reduziert werden. Das bedeutet weniger Invest- und Betriebskosten durch die Reduzierung des Klärbeckenvolumens und Senkung des Stromverbrauches für die Belüfter. Durch die Energiegewinnung aus Gülle/ Klärschlamm/ biogenen Reststoffen kann der gesamte Energie und Wärmebedarf der Anlage gedeckt und zusätzlich Überschußenergie abgegeben werden.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Schema zur Realisierung des Verfahrens zur Behandlung von Abwässern und biogenen Reststoffen.

An ein doppelwandiges Belebtschlammbecken 1 mit einer Abwasserzuleitung 2 ist ein Nach klärbecken 3 angeschlossen. Das Nachklärbecken 3 ist über eine Schlammrückführleitung 4 mit dem Belebtschlammbecken 1 und über eine Schlammleitung 5 mit einem Biogaserzeuger 6 ver bunden. Ein Auslaß 7 führt das geklärte Abwasser in einen Vorfluter. Dem Biogaserzeuger 6 wird über eine Zuleitung 8 Gülle (und /oder Klärschlamm, biogene Reststoffe) zugeführt. Das im Biogaserzeuger 6 erzeugte Biogas wird über eine Gasleitung 9 zu einem Gasmotor 10 geleitet. Dem Biogaserzeuger 6 folgt ein Separator 11. Hier werden die festen Endstoffe vom entstandenen Flüssigdünger getrennt. Der Flüssigdünger kann über die gestrichelte Leitung 12 in das Belebtschlammbecken 1 geliefert werden. Die festen Endstoffe werden in einem Tunnel kompostierer 13 kompostiert. Die bei der Stromerzeugung durch den Gasmotor 10 entstehen de Wärme wird in einem Kühlmittelkreislauf 14 zum Belebtschlammbecken 1 geführt, von dem Kühlwasser zum Gasmotor 10 geliefert wird (Pfeilrichtung).

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Belebtschlammbecken

2

Abwasserzuleitung

3

Nachklärbecken

4

Schlammrückführleitung

5

Schlammleitung

6

Biogaserzeuger

7

Auslaß

8

Zuleitung

9

Gasleitung

10

Gasmotor

11

Separator

12

Leitung

13

Tunnelkompostierer

14

Kühlmittelkreislauf

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Abwässern und biogenen Reststoffen mit aus Abwasser gewonnenem Klärschlamm mit Biogas- und Energiegewinnung in einem Belebtschlamm becken unter Luftzufuhr, einem Nachklärbecken (3) und einem Biogaserzeuger (6) zur Schlammbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Belebtschlammbecken (1) der Inhalt nach Erreichen der Überwachungswerte in das Nachklärbecken (3) und der dort ab gesetzte aktive, nicht stabilisierte Schlamm hauptsächlich neben der Rückführung in das Belebtschlammbecken (1) in den Biogaserzeuger (6) unter Zusatz von einem den Anteil des Schlammes deutlich übersteigenden Anteil biogener Reststoffen eingebracht und dort die Mischung erwärmt im anaeroben Verfahren unter Biogasbildung zu festen Endstoffen und Flüssigdünger abgebaut wird, die in einem nachfolgenden Separator (11) voneinander getrennt werden.

2. Verfahren zur Behandlung von Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem SBR-Reaktor vor bzw. nach Erreichen der Überwachungswerte unter Zulauf von frischem Abwasser die Abwasserbehandlung unterbrechend ein Teil des sich absetzenden belebten Schlamms vom Beckenboden abgenommen, dem Biogaserzeuger (6) zugeführt und anschließend der SBR-Reaktor wie bekannt bis zum Dekantieren weiter betrieben wird.

3. Verfahren zur Behandlung von Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem eingebrachten Schlamm in dem Biogaserzeuger (6) im Verhältnis große Mengen frischer Gülle beigemischt werden.

4. Verfahren zur Behandlung von Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene Biogas zum Antrieb von Gasmotoren (10) zur Gewinnung von Elektro energie verwendet wird.

5. Verfahren zur Behandlung von Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Biogaserzeuger (6) anfallende Flüssigdünger in das Belebtschlammbecken (1) zurückgeführt wird.

6. Verfahren zur Behandlung von Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Endstoffe in einer Kompostanlage (13) unter Wärmegewinnung kompostiert werden.

7. Verfahren zur Behandlung von Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene Wärme und die vom Gasmotor (10) anfallende Abwärme zur Erwärmung des Belebtschlammbecken (1) und/oder des Biogaserzeuger (6) auf optimale Temperatur verwendet wird.

8. Anlage zur Behandlung von Abwässern und biogenen Reststoffen nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie hauptsächlich aus einem Belebtschlamm becken (1) mit Druckluftzufuhr, einem nachfolgenden Nachklärbecken (3) mit Schlamm abzug, einem Biogaserzeuger (6), einem Separator (11), einem Tunnelkompostierer (13) und einem Blockheizkraftwerk, vorzugsweise einem Gasmotor (10) besteht.

9. Anlage zur Behandlung von Abwässern und biogenen Reststoffen nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß ein geschlossener Kühlmittelkreislauf (14) für den Gasmotor (10) aus einem doppelwandigen Belebtschlammbecken (1) als Kühler und einer Zuleitung des vom Abwasser gekühlten Kühlmittels mit einer Kühlmittelpumpe zum Gasmotor (10) besteht.

10. Anlage zur Behandlung von Abwässern und biogenen Reststoffen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kläranlage und Biogasanlage räumlich entfernt voneinander aufgebaut sind.

11. Anlage zur Behandlung von Abwässern und biogenen Reststoffen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der Doppelwand eine Kühlschlange befindet.

12. Anlage zur Behandlung von Abwässern und biogenen Reststoffen nach dem Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem SBR-Reaktor, einem Bio gaserzeuger (6), einem Separator (11), einem Tunnelkompostierer (13), einem Blockheiz kraftwerk, vorzugsweise einem Gasmotor (10), und einer Rohrleitung vom Beckenboden des SBR-Reaktors zum Biogaserzeuger (6) besteht.

13. Anlage zur Behandlung von Abwässern und biogenen Reststoffen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschlossener Kühlmittelkreislauf (14) für den Gasmotor (10) aus einem doppelwandigen SBR-Reaktorbecken als Kühler und einer Zuleitung des vom Abwasser gekühlten Kühlmittels mit einer Kühlmittelpumpe zum Gasmotor (10) besteht.