DE3043258A1 - Verfahren zur aufbereitung eines aus einer biologischen klaeranlage anfallenden rohschlammes - Google Patents

Description

• "Verfahren zur Aufbereitung eines aus einer
• biologischen Kläranlage anfallenden Rohschlamme Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines aus einer biologischen Kläranlage anfallenden lohsch1ams, der etwa 2 % TS aufweist, in einem anaerob arbeitenden Faulturm, dem in aller Regel ein Eindicker vorgeordnet und eine mechanische Schlammentwässerung, die den Schlamm mit etwa 25 % TS abgibt, nachgeordnet ist, und dieser so erhaltene Schlamm mit je einem gleichen Volumenanteil Rückgut aus einer Verrottungsanlage, mit etwa 45 % FS und einem Kohlenstoffträger, mit etwa 60 % FS - z.B. Sägespäne oder Baumrinde - vermischt, das Gemisch anschließend in eine Verrottungsanlage - vorzugsweise in einen Tunnelreaktor - aufgegeben wird und dieses Gemisch nach 10 bis 14 Tagen Gesamtverweilzeit, bei ausreichender, den erforderlichen biologisch-chemischen Prozeß ermöglichenden Sauerstoffzuführung - in der Regel etwa 170 Nm3/m9/d Rottgut - als hygienisierter Fertigkompost die Verrottungsanlage verläßt, sowie zur Nutzung der bei dem Verrottungsprozeß entstehenden W.irltle VOn etwil 100 x 4,19 J/NJIII ruft.
• Die Verteuerung der Primärenergien, wie Ol, Gas und Strom, macht es zwingend notwendig, alle Möglichkeiten zur Nutzung der bei Verfahrensprozessen eventuell entstehenden Sekundärenergiequellen, wie sie beispielsweise durch biologisch-chemische Prozesse gegeben sein können, auszuschöpfen.
• So ist es z.B. bekannt, den beim biologischen Klärververfahren anfallenden Rohschlamm zur anaeroben Faulung in einen Faulturm zu verbringen und hier die im Schlamm enthaltenen organischen Stoffe durch das Zusammenwirken verschiedener Mikroorganismen zu Kohlendioxid-und Methangas abzubauen.
• Bei zersetzungsfähigem Schlamm tritt die Faulung von selbst ein, wenn die Stickstoff- und Phoshporverbindungen in einem günstigen Verhältnis zum Kohlenstoffgehalt stehen und ein völliger Luftabschluß gesichert ist. Die für den Faulvorgang notwendige neutrale bis schwach alkalische Reaktion ist - trotz Bildung organischer Säure aus den Kohlehydraten - in Folge des frei werdenden Ammoniaks aus den Stickstoffverbindungen gewährleistet.
• Der Abbau der organischen Sielle @ch@ im Faul@@um etwa gleich verlauf eiid mit der Gasentwicklung vor sich wobei neben der Faulzeit die Temperatur des Schlamme im Faulraum ausschlaggebender Faktor für die entste de Gasmenge ist (vgl.Imhoff- Fair ).
• In diesem Zusammenhang ist ein künstliche Wärmezufuh für die Zersetzung äußerst günstig, wobei diese, in aller Regel, durch Vorwärmung des Frischschlammes, z.B. durch Zuführung von Direktdampf in den Faulbehälter,erfolgen kann. Das entstehende Gas, das sich im wesentlichen aus 70 % 1k?than und 30 % Kohlendioxid zusammenseizt, kann eben@al@s zum Bcheizen des Eaulraumes bzw. zur Krafterzengung genutzt werden.
• Die während der Verweilzeit aus 1 kg Feststoff gewonnene Gasmenge liegt je nach Schlammtemperatur unc Verweilzeit zwischen 0,45 und 0,8 Nm3.
• Der Heizwert dieses Gases schwankt etwa zwischen 5.000 und 7.000 x 4,19 J/Nm3.
• Durch Reinigung kann das Gas auf einen Methangehalt von 90 bis 95 % angereichert werden, wobei dieses Gas dann letz@lich eine Verbrennungswärme von 7.500 bis 8.000 x 4,19 J liat.
• Der aus dem Faulraum mit etwa 5 % TS in seiner organischen Substanz stark reduzierte Schlamm wird nun in aller Regel einer mechanischen Schlammentwässerung zugeführt, in der,durch Entzug von Wasser , die Trockensubstanz auf etwa 25 % angereichert wird. Dieser so weit entwässerte Schlamm wird heute vielfach durch Kompostierung, d.h. Verrettung, zu einem Bodenverbesserungsmittel in einer Verrottungsanlage aufgearbeitet, wobei es sich empfiehlt, wie eingangs erwähnt, den Schlamm vor der Aufgabe in die Anlage mit einem Kohlenstoffträger, z.B. Sägespäne oder Baumrinde und dem Rückgut aus der Anlage zu vermischen und das Gemisch, entsprechend den eingangs gegebenen Aussagen, im weiteren zu behandeln.
• Es ist nun Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zu nennen, das die Nutzung der bei der Verrottung ntsthcridcn zusätzlichen Prozeßwärme durch Einführung in die Schlanrniufbereitung auf eine besonders wirungsvolle Weise vorsieht.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe geht zunächst davon aus, daß etwa 100 x 4,19 J/Nm3/m3 Abluft zur Verfügung steht und sieht vor, daß die durch die biologisch-chemische Reaktion des Rottgutes mit der eingebrachten Abluft entstehende tägliche Wärmemenge von etwa 17.000 x 4,19 J durch Absaugung der Abluft entnommen wird, und diese Abluft bei einer mittleren Temperatur von etwa 65 ° C und einer Luftfeuchtigkeit von etwa 95 % durch ein Gebläse durch einen Wärmeaustauscher geführt wird, und daß diese Luft in diesem Wärmeaustauscher ihren Wärmeinhalt an ein flüssiges Trägermedium - das zwischen Wärmeaustauscher, dem Faulturm und dem diesen eventuell zugeordneten Eindicker im geschlossenen Kreislau@ geführt wird - zumindest partiell in diesen Einrichtungen abgibt, hierbei den TS-Anteil im Eaulturm und Eindicker weiter erhöht, die Temperatur des Rohschlammes im Faulturm auf ca. 350 C anbebt urid die aus dieser Temperatur anhebung resultierende, gesteigerte Gasausbeute über einen Generator in zusätzliche elektrische Energie umgesetzt wird.
• Ein solches Vorgehen bedeutet z.B. für eine 10.000 EGW-Anlage einen Rohschlammanfall im Faulturm von 20 m3/d, beinhaltend BS85 = 600 kg/d and organische Trockensubstanz @ 560 kg/d Für eine Verweilzeit von 10 Tagen ist also ein nutzbares Faulraumvolumen von 200 m3 vorzusehen.
• Bei einer Ausgangstemperatur von 100 C, bei Einstellung von einer gewünschten Endtemperatur von 350 C und bei Aus<jleich der Verluste von ca.
• 300 x 4,19 J/m@/d (Erlahrungswerl), erfordert die Temperaturerhöhung und die Aufrechterhaltung diese: Temperatur einen täglichen Wärmebedarf von 500.000 x 4,19 J/d 60.000 x 4,19 J/d 560.000 x 4,19 J/d Aus einer organischen Trockensubstanz von 1 kg sind nach Imhoff-Fair, bei etwa 350 C ca. 075/Nm3/d zu entnehmen, d.h. es ist mit einer Gesamtgasausbcute von 560 x 0,75 = 420 Nm3/l zu rechnen.
• Die Verbrennungswärme dieses noch ungereinigten Gases ist mit etwa 5.500 x 4,19 J/Nm3 anzusetzen, so daß eine mögliche theoretische Wärmeausbeute von 420 x 5.500 x 4,19 = 2.310.000 x 4,19 J/d ge-(Jtbeii i:;t. Dies entspricht, nach Abzug des Wärme bedarfs der Faulraumheizung, einer noch möglichen Nutzung von 1.760.000 x 4,19 J/d bzw. von 73.000 x 4,19 J/h.
• In elektrische Leistung umgerechnet bedeutet dies 85 kW Berücksichtigt man den tatsächlichen Wirkungsgrad einer für den Antrieb eines Generators vorgeseheners Verbrennungsmaschine mit etwa 25 bis 30 %, so kann mit einer nutzbaren Leistung zwischen 25 und 30 kW gerechnet werden.
• l'ine weiterbildung des Verfahrens sieht vor, daß der durch das Kühlsystem der Verbrennungsmaschine aufgenommene Anteil der nicht in elektrische Eneryie umsetzbaren Oberschußwärme durch Führung des Kühlmittels in eine Ringleitung in einem zweiten geschlossenen Kreislauf zwischen Faulturm und Verbrennungsmaschine dem im Faulturm einlagernden Rohschlamm zugeführt wird.
• Durch die Maßnahmen kann der Wärmebedarf für die Aufheizung des im Faulturm einlagernden Schlammes weiter reduziert werden, so daß sich die Gesamtenergiebilanz für die Gesamtanlage weiter verbessern läßt.
• Anhand des beigefügten Schemas wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert, wobei zunächst der Weg des Schlammes aufgezeigt wird.
• Der Rohschlamm wird etwa mit 2 90 TS einem Eindicken aufgegeben und wird von diesem mit etwa 4 % TS in den Faulturm 2 geführt. Nach Ausgärung des Schlammes verläßt dieser den Faulturm mit ca.
• 5 % TS und wird im weiteren einer maschinellen Schlammentwässerung 3 zugeführt.
• In der maschinellen Schlammentwässerung wird die Trockensubstanz auf 25 % angereichert und diese zu gleichen Teilen mit einem Kohlenstoffträger und dem Rückgut aus dem als Verrottungsanlage eingesetzten Tunnelreaktor vermischt. Dieses Gut wird dann portionsweise, vorzugsweise in Tagesportionen, dem Tunnelreaktor 4 aufgegeben und verläßt diesen nach 1 0 Tagen als hygienisierter Fertigkompost, der anschließend als offenes Haufwerk 5 gelagert wird.
• Nach einer Nachrottzeit von etwa 4 bis 6 Wochen wird dieser Fertiqkompost als wertvoller Bodenver besserer verwendet.
• I)em im Tunnelreaktor 4 eingelagerten Gemisch wird Luft zugeführt, die durch den biologisch-chemischen Prozeß in eine auf etwa 650 C erwärmte und etwa 95 % Luftfeuchtigkeit aufweisende Abluft gewandelt wird.
• Die Abluft wird durch das Gebläse 6 aus dem Tunnelreaktor 4 abgesaugt und im weiteren durch den Wärmeaustauscher 7 geführt.
• Die Abluft gibt ihre Wärme im Wärmeaustauscher 7 an einen Kreislauf durch eine Ringleilung @ durch Pumpe 9 gefördertes Wärmeträgermedium ab, wobei dieses über den Faulraum 2 und Eindicker 1 in Reihe verbundene Wärmeaustauscher 10 und 11 geführt wird.
• Das aus dem Wärmeaustauscher 7 aus der Abluft ausgeschiedenc Kondenswasser wird wieder in den Zulauf vom Eindicker 1 geführt. Der Ringleitung 8 ist ein Abzweig 12 zur Beheizung des Wärterhauses angeschlossen.
• Das im Faulturm 2 sich entwickelnde Faulgas wird in aller Regel über Leitung 13, Gasfilter 14 und Entschwadung 15 zu einem Gasspeicherbehälter 1 6 geleitet und von dort über Leitung 17 der Verbrennungskraftmaschine 18 für den Antrieb eines Generators 19 zur Erzeugung elektrischer Energie zugeführt.
• Die Überschußwärme aus dem Kühlmittel wird durch Führung des Kühlmittels durch die Ringleitung 20 und dem im Faulturm 2 zusätzlich angeordneten Wärmeaustauscher 21 ebenfalls an den Faulturminhalt abgegeben.
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Claims (2)

1. Patentansprüche Verfahren zur Aufbereitung eines aus einer biologischen Kläranlage anfallenden Rohschlammes, der etwa 2 % TS aufweist, in einem anaerob arbeitenden Faulturm, dem in alltr Regel ein Eindicker vorgeordnet und eine mechanische Schlammentwässerung, die den Schlamm mit etwa 25 % TS abgibt, nachgeordnet ist, und dieser so erhaltene Schlamm mit je einem gleichen Volumenanteil Rückgut aus einer Verrottungsanlage, mit etwa 45 % FS und einem Kohlenstoffträger, mit etwa 60 % FS - z.B.

   Sägespäne oder Baumrinde - vermischt, das Gemisch anschließend in eine Verrottungsanlage - vorzugsweise in einen Tunnel reaktor - aufgegeben wird und dieses Gemisch nach 10 bis 14 Tagen Cesallltverweilzeit, bei ausreichender, den erforderlichen biologisch-chemischen Prozeß ermöglichenden, Sauer stoff zuführung - in der Regel etwa 170 Nm3/m3/d Rottgut - als hygienisierter Fertigkompost die Verrottungsanlage verläßt, sowie zur Nutzung der bei dem Verrottungsprozeß entstehenden Wärme von etwa 1 OO x 4, 19 J/Nm3 luft, dadurch gekennzeichnet, d a ß die durch die biologisch-chemische Reaktion des Rottgutes mit der eingebrachten Luft entstehen de tägliche Wärmemenge von etwa 17.000 x 4,19 J durch Absaugung der Abluft entnommen wird, und diese Abluft bei einer mittleren Temperatur von etwa 650 C und einer Luftfeuchtigkeit von ca.

   95 % durch ein Gebläse>(6) durch einen Wärmeaustauscher (7) geführt wird, und d a ß diese Luft in diesem Wärmeaustauscher (?) ihren Wärmeinhalt an ein flüssiges Trägermedium - das zwischen Wärmetauscher (7), dem Faulturm (2) und dem diesen eventuell zugeordneten Eindicker (1) im geschlossenen Kreislauf geführt wird - zumindest partiell in diesem Einrichtungen abgibt, hierbei den TS-Anteil im Faulturm (2) und Eindicker (1) weiter erhöht, die Temperatur des Rohschlammes im Faulturm auf ca. 350 C anhebt und die aus dieser Temperaturanhebung resultierende, gesteigerte Gasausbeute über einen Generator : (19) in zusätzliche elektrische Energie umgesetzt wird.
2. 2. Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t d a ß der durch das Kühlsystem der Verbrennungsnaschine (18) aufgenommene Anteil der nicht in elektrische Energie umsetzbaren Überschußwärme in einer durch rührung des Kühlmittels in einer Rohrleitung (20) in einem zweiten geschlossenen Kreislauf zwischen Faulturm (2) und Verbrennungsmaschine (18) dem im Faulturm (2) einlagernden Rohschlamm zugeführt wird.