DE69302618T2 - Vorrichtung und Anlage zur Schlammbehandlung mit kombinierter chemischer und biologischer Oxidation - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Reinigung von Abwässern, beispielsweise städtische oder industrielle Abwässer, und insbesondere die Behandlung der Klärschlämme, die sich aus dieser Reinigung ergeben.
• Die klassischen Reinigungsmethoden zur Behandlung solcher Abwässer umfassen biologische Verfahren, welche natürliche Verfahren in beschleunigter Weise reproduzieren. Diese Methoden verursachen im Endeffekt große Mengen von Schlämmen.
• In Frankreich beträgt die Menge der aus Kläranlagen anfallenden Schlämme etwa eine Million Tonnen trockener Stoffe im Jahr. Etwa die Hälfte dieser Schlämme wird in der Landwirtschaft verwertet, während 35 % auf Deponien gelagert werden. Der Anfall solcher Schlämme wächst ständig, so daß es zunehmend wichtiger wird, die Gefährdung der Umwelt und der menschlichen Gesundheit durch diese Schlämme zu minimieren. Deshalb wird ein großer Teil der aus Kläranlagen kommenden Schlämme einer Vorbehandlung unterworfen, die insbesondere im folgenden bestehen kann aus:
• - verlängerter Belüftung,
• - anaerober Verdauung,
• - aerober Stabilisierung,
• - Kompostierung,
• - Stabilisierung mit Kalk.
• Diese Schlämme bestehen teilweise aus löslichen Substanzen und aus Trockenmasse. Diese Trockenmasse besteht zu etwa 20 % aus Mineralbestandteilen und zu etwa 80 % aus sogenannten "flüchtigen" organischen Stoffen. Ziel der Stabilisierungsbehandlungen dieser Schlämme ist die Verringerung der Menge an Trockenmasse durch Oxidation der organischen Stoffe, um deren Bio-Assimilierbarkeit zu begünstigen.
• Außerdem enthalten die Klärschlämme allgemein nicht vernachlässigbare Mengen von Keimen, die auf Mensch und/oder Tier bei direktem oder indirektem Kontakt mit diesen Schlämmen gesundheitsgefährdend wirken. Ein weiteres Ziel der Stabilisierung der Klärschlämme ist demnach die Verringerung der Konzentration dieser Keime. So werden, im Rahmen der Anwendung thermophiler Biomasse, die pathogenen Keime teilweise bei der Arbeitstemperatur dieser Biomasse vernichtet. Um die aus den Kläranlagen für industrielle und/oder städtische Abwässer anfallenden Klärschlämme zu stabilisieren, verwendet man häufig aerobe Verfahren, die eine Verweilzeit von 10 bis 15 Tagen je nach Temperatur erfordern. Wenn die Anlagen, in denen diese aerobe Stabilisierung stattfindet, abgedeckt und isoliert sind, führt der Zerfall der organischen Stoffe zu einem Temperaturanstieg, was das Verdauungsverfahren beschleunigt. So kann die Verweildauer auf die Hälfte reduziert werden, nämlich auf 5 bis 6 Tage. Um diese Zeit noch weiter zu verkürzen, wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, die Hydrolyse der organischen Stoffe durch die Zugabe von Enzymen in die zu stabilisierenden Schlämme zu beschleunigen. Die Spezifizierung und die Preise dieser Produkte verbieten jedoch deren Einsatz unter annehmbaren wirtschaftlichen Bedingungen.
• Andererseits ist bekannt, daß Wasserstoffperoxid ein starkes Oxidationsmittel der organischen Stoffe ist. Diese Verbindung umfaßt eine -O-O- Peroxidbrücke, die charakteristisch für Perverbindungen ist. Dennoch ergeben sich die oxidierenden Eigenschaften nicht aus der Gegenwart eines aktiven Sauerstoffatoms im Molekül. Aufgrund seiner ionischen Reaktivität gehört Wasserstoffperoxid zu den schwachen Oxidationsmitteln, sei es in wäßriger Lösung oder in wasserfreier Umgebung. Wie alle Peroxide hat jedoch das Wasserstoffperoxid die Fähigkeit, an radikalartigen Reaktionen teilzunehmen, wenn es mit Katalysatoren zusammenwirkt, welche die Produktion oxidierender Agenzien durch Aufbrechen der Peroxydbindung aktivieren.
• Unter den fortgeschrittenen radikalartigen Oxidationsvorgängen, die Wasserstoffperoxid umfassen, wurde das H&sub2;O&sub2;/Fe² + -System, bei saurem pH-Wert angewandt (Fenton-Reagens), als erstes bereits vor langer Zeit untersucht. Die Wirkung dieses Fenton-Reagens kann durch die folgenden Reaktionsfolgen schematisch dargestellt werden:
• Fe²&spplus; + H&sub2;O&sub2; T Fe³&spplus; + OH + OH&supmin;
• Fe²&spplus; + OH T Fe³&spplus; + OH&supmin;
• H&sub2;O&sub2; + OH T H&sub2;O + HO&sub2;
• H&sub2;O&sub2; + HO&sub2; T H²O + OH + O&sub2;&spplus;
• Fe²&spplus; + HO&sub2; T Fe³&spplus; + HO&sub2;
• Fe³&spplus; + HO&sub2; T Fe²&spplus; + O² + H&spplus;
• Die Anlaufreaktion produziert Hydroxylradikale von großer Elektronenaffinität. Diese Hydroxylradikale sind für ihre hohe Reaktivität und schwache Selektivität bekannt. Sie reagieren mit vielen organischen Verbindungen, wie beispielsweise:
• - aromatischen Verbindungen (Benzol und seine Derivate, Phenole, ...),
• - aliphatischen Verbindungen, wie Alkohole,
• - Verbindungen mit Mehrfachbindungen.
• Was beispielsweise die aromatischen Verbindungen betrifft, so wurde die Wirkung des Fenton-Reagens insbesondere auf Phenole untersucht, im Rahmen der Behandlung phenolhaltiger Abwässer. Es wurde gezeigt, daß die Oxidation des Phenols durch das Fenton-Reagens als Zwischenprodukte Catechol und Hydrochinon ergibt, welche dann durch das Eisen (III), das aus der Oxydation des Eisens (II) entsteht, zu Chinonverbindungen oxidiert werden.
• Die Oxidation von Fe²&spplus; durch H&sub2;O&sub2; hängt jedoch stark vom pH-Wert ab. Die Anwendung des Fenton-Reagens erfolgt immer bei pH kleiner oder gleich 3, um die Hydrolyse des Eisen (III) und die Ausfällung zu vermeiden. Andererseits funktioniert das Fenton-Verfahren unter optimalen Bedingungen mit einer H&sub2;O&sub2;/Fe² + -Stöchiometrie von über 2 Mol Wasserstoffperoxid je Eisen (II)-Mol und des öfteren von über 10 Mol Wasserstoffperoxid je Eisen (II)-Mol.
• Die Schlämme aus den Kläranlagen für industrielle und/oder städtische Abwässer weisen im allgemeinen einen pH-Wert zwischen 5,5 und 9,5 auf. Bei der Stabilisierungsbehandlung, die sie üblicherweise erfahren, um unschädlich für die Umwelt verbreitet oder auf Deponien gelagert zu werden, wird im allgemeinen eine Biomasse verwendet. Diese Biomasse darf nicht mit zu starken Oxidationsmitteln in Berührung kommen, die ihre Aktion hemmen würden.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Stabilisieren von Schlämmen aus der Klärung industrieller und/oder städtischer Abwässer, welches die Verringerung übler Gerüche, die Vernichtung von Keimen, die Verringerung des Inhaltes an organischer Substanz sowie den Inhalt an Trockenmasse in diesen Schlämmen ermöglicht.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, welches geringe Kosten durch chemische Reagenzien verursacht.
• Zuletzt ist es ebenfalls Ziel der Erfindung, eine Anlage zur Verwirklichung des Verfahrens vorzustellen.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der Schlämme aus der Klärung industrieller und/oder städtischer Abwässer, die mindestens ein Teil an fermentierbaren organischen Stoffen enthalten.
• Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, das es die folgenden Schritte umfaßt:
• - die Klärschlämme werden einer radikalartigen Oxidation durch Zugabe von Wasserstoffperoxid und mindestens einem Eisen(II)-Salz unterzogen, unter Bedingungen, die das Ausflocken von mindestens einem Teil der fermentierbaren organischen Stoffe ermöglichen;
• - die fermentierbaren organischen Stoffe werden auf biologischem Weg oxidiert, nachdem sie voroxidiert und ausgeflockt wurden.
• Das Ausflocken der organischen Substanzen erfolgt dank des Eisen (III), das bei der Reaktion des Wasserstoffperoxids mit dem Eisen (II)-Salz entsteht. Es wird durch das Entstehen von Eisen (III)-Hydroxyd ermöglicht. Diese Peroxidkoagulationsreaktion eliminiert einen Teil der organischen Stoffe und/oder wandelt sie um, damit er leichter bio-assimilierbar wird. Andererseits ermöglicht die Peroxidkoagulation das Zusammenfügen eines anderen Teiles der organischen Stoffe, die in den Schlämmen als Kolbide vorhanden sind. Diese Ausflockung führt zur Bildung dichter Flocken.
• Die Anwendung von Wasserstoffperoxid, gekoppelt mit einem Eisen (II)-Salz, erlaubt außerdem eine bedeutende Verringerung der Menge von Keimen in den stabilisierten Schlämmen.
• Interessanterweise dienen die Flocken, die während der radikalartigen Oxidationsphase und der biologischen Oxidationsphase gebildet werden, als Substrat und Unterlage für eine Biomasse, die beim biologischen Oxidationsschritt verwendet wird.
• Bevorzugterweise handelt es sich bei dieser Biomasse um eine thermophile, aerobe Biomasse.
• In ebenfalls bevorzugter Weise erfolgen der radikalartige Oxidationsschritt und der biologische Oxidationsschritt nacheinander im selben Reaktor.
• Vorteilhafterweise erfolgt der radikalartige Oxidationsschritt durch Zugabe von Wasserstoffperoxid und von mindestens einem Eisen(II)-Salz bei einem pH-Wert zwischen 5,5 und 9,5.
• In ebenfalls vorteilhafter Weise liegt das molare Verhältnis zwischen Wasserstoffperoxid und Eisen(II) H&sub2;O&sub2;/Fe²&spplus; zwischen 0,1 M H&sub2;O&sub2;/1 M Fe²&spplus; und 2 M H&sub2;O&sub2;/1 M Fe²&spplus;.
• Interessanterweise erfolgt der radikalartige Oxidationsschritt mit einer Konzentration an Wasserstoffperoxid von mindestens 59/kg Trockenmasse.
• Gemäß einer Variante dieses Schritts erfolgt der thermophile aerobie Stabilisierungsschritt unter einem Luftdurchsatz von 2 bis 15 m³/h pro m³ behandeltem Schlamm.
• Vorteilhafterweise werden die radikalartigen und biologischen Oxidationsschritte bei Temperaturen zwischen ca. 40 ºC und ca. 60 ºC durchgeführt.
• Bevorzugterweise umfaßt das Verfahren einen zusätzlichen Schritt, welcher im vorherigen Aufheizen der zu stabilisierenden Klärschlämme durch Wärmeaustausch mit den stabilisierten Schlämmen besteht.
• Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anlage zur Anwendung des beschriebenen Stabilisierungsverfahrens. Diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet, das sie aus folgenden Komponenten zusammengesetzt ist:
• - einem wärmegedämmten biologischen Reaktor, der kontinuierlich betrieben werden kann, der eine Leitung für die Zufuhr der zu stabilisierenden Schlämme. aufweist;
• - einer Belüftungseinrichtung, die das Einblasen von Luft in diesen Reaktor ermöglicht;
• - einer Rezirkulierungsschleife für den Inhalt des Reaktors, die am niedrigen Pegel des Reaktors abzweigt;
• - einer Leitung für die Zufuhr des Wasserstoffperoxids und des Eisen(II)- Salzes, die an die Rezirkulierungsschleife angeschlossen ist;
• - einer Abflußleitung für die stabilisierten Klärschlämme.
• Der Anschluß der Leitung für die Zufuhr des Wasserstoffperoxids und des Eisen (II)-Salzes in die Rezirkulierungsschleife verhindert den direkten Kontakt zwischen dem im Reaktor behandelten Schlamm und dem Wassersoffperoxid, welcher die thermophile Biomasse hemmen könnte, die zur Oxidation des behandelten Schlamms auf biologischem Weg eingesetzt wird.
• Die Erfindung betrifft ebenfalls eine andere Anlage zur Anwendung des Verfahrens, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus folgenden Komponenten zusammengesetzt ist:
• - einem wärmegedämmten biologischen Reaktor, der kontinuierlich betrieben werden kann, der eine Leitung für die Zufuhr der zu stabilisierenden Schlämme und ein inneres Rührwerk aufweist;
• - einer Belüftungseinrichtung, die das Einblasen von Luft in diesen Reaktor ermöglicht;
• - einer Leitung für die Zufuhr des Wasserstoffperoxids und des Eisen(II)- Salzes, die an die Zufuhrleitung der zu stabilisierenden Klärschlämme angeschlossen ist;
• - einer Abflußleitung für die stabilisierten Klärschlämme.
• Das innere Rührwerk des Reaktors ermöglicht das Umrühren des Reaktorinhaltes.
• Bevorzugterweise ist die Abflußleitung für die stabilisierten Klärschlämme mit einer Vorrichtung verbunden, die das Vorheizen der zu behandelnden Klärschlämme, die in den biologischen Reaktor eintreten, durch Wärmetausch ermöglicht.
• In ebenfalls bevorzugter Weise verbindet die Rezirkulierungsschleife, falls die Anlage eine solche Schleife aufweist, den unteren Bereich mit dem oberen Bereich des biologischen Reaktors und ermöglicht der Belüftungseinrichtung das Einblasen von Luft in den unteren Bereich des Reaktors, um den Übergang der Flocken in die Rezirkulierungsschleife zu minimieren.
• Die Erfindung sowie ihre vielen Vorteile werden leichter verständlich, nachdem man die folgende Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels gelesen und die Abbildungen betrachtet hat, wobei:
• Fig. 1 das Löslichkeitsdiagramm vom amorphen Fe(OH)&sub3; bei 25 ºC in Wasser darstellt;
• Fig. 2 eine Anlage zur Stabilisierung von Schlämmen aus der Klärung von industriellen und/oder städtischen Abwässern darstellt;
• Fig. 3 den Einfluß des Verfahrens der Erfindung auf die Verringerung der im Klärschlamm enthaltenen Keime zeigt; und
• Fig. 4 den Verlauf der Entwässerungseigenschaften der Klärschlämme als Funktion der Menge an verwendetem H&sub2;O&sub2;/Fe²&spplus;-Reagens darstellt.
• In Fig. 1 werden die Anwendungsbedingungen (Konzentration, pH-Wert) des Eisen (III) bei der Abwässerbehandlung durch Schraffur sichtbar gemacht. Es wurde gezeigt (STUMM und MORGAN, 1962), daß die Effekte des Eisens während des Ausflockungsschrittes nicht nur auf den einfachen bewässerten Metallionen beruhen, sondern auch auf deren Hydrolyseprodukte, bei denen es sich um polymerisierte Komplexe handelt. Eine ganze Reihe von Hydrolysereaktionen führt zum amorphen Eisen (III)-Hydroxid Fe(OH)&sub3;. Wie auf diesem Diagramm gezeigt, wird das Eisen (III)-Hydroxid bei sehr saurem pH-Wert in geringerer Menge erzeugt. Bisher erfolgte demnach die Anwendung des FENTON-Reagens bei viel höheren H&sub2;O&sub2;/Fe²&spplus;-Verhältnissen als diejenigen, die von der Stöchiometrie vorgesehen waren sowie bei sehr saurem pH-Wert, um das Ausflocken des Eisen (III) zu verhindern, welches zur langsamen Zersetzung des überschüssigen Wasserstoffperoxids bei sekundären radikalartigen Reaktionen beitragen kann. Nach der Erfindung nutzt das Verfahren der Peroxidkoagulation die Bildung von Eisen (III) und der bevorzugt angewandte pH-Wert liegt innerhalb einer Spanne, die bisher nie zur Anwendung des Fenton-Reagens genutzt wurde, da man das Ausflocken von Eisen (III) vermeiden wollte.
• Gemäß Fig. 2 wird einem wärmegedämmten biologischen Pilotreaktor 1 mit einem Nutzvolumen von 600 1, eine Höhe von 4 m und einem Durchmesser von 0.5 m über eine Leitung 2 Schlamm zugeführt. Diese Zufuhrleitung 2 ist mit einem Lagerbehälter 3 verbunden, der den Schlamm enthält und mit einem Rührwerk 4 ausgerüstet ist. Das Volumen des Lagerbehälters 3 beträgt 1 m³, der Behälter wird täglich mit einem verdickten Schlammgemisch beschickt, das zu 60 % aus biologischem Schlamm und zu 40 % aus Primärschlamm besteht.
• Die Luftzufuhr in den Reaktor 1 wird durch eine Überdruckvorrichtung 5 sichergestellt. Die Temperatursteuerung sichert ein Regler 11, der mit einem Sicherheitsthermostat 10 und mit einer Temperatursonde 9 verbunden ist. Der Reaktor 1 hat außerdem eine Rezirkulierungsschleife 6, die den unteren und den oberen Bereich des Reaktors miteinander verbindet und in die eine Zufuhrleitung 7 für die chemischen Reagenzien mündet, die aus Wasserstoffperoxid und aus siebenfach hydriertem Eisen (II)-Sulfat bestehen. Ferner hat der Reaktor mehrere Probeentnahmestellen 8, um den Verlauf der Schlammstabilisierung verfolgen zu können.
• Die in Fig. 1 dargestellte Anlage wurde angewandt, um Schlämme aus einer Kläranlage für industrielle und städtische Abwässer zu stabilisieren, insbesondere Abwässer aus landwirtschaftlichen und Nahrungsmittel produzierenden Betrieben. Die Abwässer dieser Station weisen die in Tabelle 1 angegebenen Durchschnittskonzentrationen auf.
• (MS : Trockenmasse,
• DBO : biologischer Sauerstoffbedarf,
• DCO : chemischer Sauerstoffbedarf). Tabelle 1
• Die nach der Klärung anfallenden Schlämme sind stark organisch belastet, da sie 70 bis 75 % flüchtiger Stoffe im Verhältnis zur Trockenmasse enthalten, deren Konzentration zwischen 25 und 30 g/l liegt. Der Hauptnachteil dieses hohen Inhalts an organischen Stoffen ist die Schwierigkeit, den gewünschten Trockenheitsgrad des Schlamms nach der mechanischen Entwässerung zu erhalten.
• Die Betriebsbedingungen der Anlage bei den verschiedenen Versuchen sind in der Tabelle II zusammengefaßt (TS: Verweildauer im Reaktor, Qair: Luftmenge, die von der Überdruckvorrichtung zugeführt wird, Qboue: täglich im Reaktor behandelte Menge Schlamm). Tabelle II
• Die Reagenzienmengen (Wasserstoffperoxid und Eisen (II)-Salz) sind in Gramm Peroxid oder Eisen je Kilogramm zu behandelnder Trockenmasse ausgedrückt, wobei das Massenverhältnis H&sub2;O&sub2;/Fe²&spplus; gleich list.
• Aus den verschiedenen ausgeführten Versuche geht hervor, daß die Anwendung von Reagenzien nach der Erfindung (Wasserstoffperoxid und Eisen (II)-Salze) einen merklichen Einfluß auf die Unterdrückung von Gerüchen, auf die Verringerung der Zahl von Keimen und auf die Trockungsfähigkeit des stabilisierten Schlamms hat. Außerdem ermöglicht die Erfindung eine merkliche Verringerung der löslichen DCO des behandelten Schlamms.
• Tabelle III zeigt die Konzentration des vom Schlamm abgegebenen H&sub2;S nach einer Woche Lagerung im geschlossenen Raum. Andere Schwefelverbindungen, die Gerüche verursachen, werden in sehr schwachen Konzentrationen emittiert, so daß die Menge an H&sub2;S Hauptverursacher des Geruchs ist. In der Tabelle III gibt Co die H&sub2;S-Konzentration des in die Anlage eingehenden stabilisierten Schlamms an und C die H&sub2;S Konzentration des stabilisierten Schlamms. Tabelle III
• Die Reagenzienmengen (Wasserstoffperoxid und Eisen (II)-Salz) sind in Gramm Peroxid oder Eisen je Kilogramm zu behandelnder Trockenmasse ausgedrückt, wobei das Massenverhältnis H&sub2;O&sub2;/Fe²&spplus; gleich list.
• Die Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe der Reagenzien einen wichtigen Einfluß auf die Verringerung der abgegebenen Menge H&sub2;S hat und somit auf die Unterdrückung von Gerüchen. Dieser Effekt macht sich besonders bemerkbar, wenn die Reagenzien konzentration wenigstens gleich 10 Gramm je Kilogramm Trockenmasse ist. Man erreicht dann die Eliminierung von beinahe der gesamten Menge an Schwefelemissionen und somit von Gerüchen.
• Tabelle IV zeigt die Prozentzahl der Reduzierung von Keimen, die fäkale Verunreinigungen als Funktion der Reagenzienzugaben anzeigen. Diese Reduzierung wird durch log Co/C ausgedrückt, wobei Co die Konzentration der Keime im Schlamm am Anlageneingang und C die Konzentration am Anlagenausgang ist. Tabelle IV
• Die Reagenzienmengen (Wasserstoffperoxid und Eisen (II)-Salz) sind in Gramm Peroxid oder Eisen je Kilogramm zu behandelnder Trockenmasse ausgedrückt, wobei das Massenverhältnis H&sub2;O&sub2;/Fe²&spplus; gleich list.
• Obwohl der Schlamm, der bei der Anlage ankommt, von einem Versuch zum anderen verschiedene Keimkonzentrationen aufweist, kann man im Durchschnitt eine Erhöhung der Unterdrückung der coliformen Keime, der Streptokokken und insbesondere der Sporen des schwefelreduzierenden Clostridium feststellen. Die Unterdrückung dieser Keime nimmt mit der Menge der zugegebenen Reagenzien zu.
• Die bakterientötende Effektivität des Verfahrens läßt sich durch die folgende Beziehung ausdrücken:
• In No/N = K exp (B C)
• wobei No die Zahl der Keime im eingehenden Schlamm ist;
• N die Zahl der Keime im behandelten Schlamm ist;
• K ein temperaturabhängiger Faktor ist;
• B eine Konstante ist und
• C die Konzentration an Reagenzien (H&sub2;O&sub2;/Fe²&spplus;) ist.
• Die Werte für K und B sind in der Tabelle V zusammengefaßt. Sie wurden für eine konstante Temperatur von 50 ºC ermittelt. Tabelle V
• Die Ergebnisse, die man durch die Anwendung des Verfahrens der Erfindung bei der Verringerung der Keimzahlen erzielt, sind auch in Fig. 3 dargestellt, wonach die Eliminierung der Keime, die fäkale Verunreinigungen anzeigen, imlogarithmischen Maßstab angegeben wird, für Versuche die bei 50 ºC, eine Verweildauer von 2 Tage und einem Luftdurchsatz von 10 m je Stunde durchgeführt wurden. Gemäß dieser Grafik erreicht man die höchste Eliminierung fäkaler Streptokokken und gesamter coliformer Bakterien ab einer Reagenzien konzentration von 10 g/kg MS und eine maximale Eliminierung des Clostridiums bei einer Reagenzienkonzentration von 20 g/kg MS.
• Die Anwendung des Verfahrens der Erfindung erlaubt ebenfalls die Erhöhung der Trocknungsfähigkeit des behandelten Schlamms, wodurch man ein Produkt von hohem Trockenheitsgrad erhält, was einen leichteren Abtransport zu einer Deponie oder zwecks landwirtschaftlicher Nutzung ermöglicht. Die Trocknungsfähigkeit des Schlamms läßt sich durch die kapillare Saugzeit (TSC) feststellen. Nach einer üblichen Methode werden zur Messung der TSC 5 cm³ Schlamm auf ein saugfähiges Filterpapier gebracht und es wird die Übergangszeit der Flüssigkeit zwischen zwei Elektroden gemessen. Je schwächer die TSC, um so leichter läßt sich der Schlamm filtern. Die TSC beträgt etwa 10 Sekunden, wenn der Schlamm korrekt stabilisiert wurde.
• Fig. 4 zeigt den Verlauf der TSC im logarithmischen Maßstab, als Funktion der Reagenzienkonzentration. Dieser Ablauf wurde bei einer Temperatur von 50 ºC verfolgt, für eine Verweilzeit im Reaktor von 2 Tagen und bei einem Luftdurchsatz von 10 m³/h. Die Wirkung der Reagenzien erscheint sehr deutlich, insbesondere, wenn die Konzentration mindestens 10 Gramm je kg Trockenmasse beträgt.
• Das Schlammstabilisationsverfahren gemäß der Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß der lösliche DCO merklich verringert wird. In der Tabelle VI wird die mittlere Leistung bei der Unterdrückung organischer Stoffe gezeigt, für Versuche, die bei 50 ºC ausgeführt wurden, mit einer Verweilzeit im Reaktor von 2 Tagen und bei einem Luftdurchsatz von 10 m³/h (MV: flüchtige Stoffe, DCOt: gesamter chemischer Sauerstoffbedarf, DCO&sub5;: chemischer Bedarf an löslichem Sauerstoff). Tabelle VI
• Die Reagenziendosen (Wasserstoffperoxid und Eisen (II)-Salz) sind in Gramm Peroxid oder Eisen je Kilogramm zu behandelnder Trockenmasse ausgedrückt, wobei das Massenverhältnis H&sub2;O&sub2;/Fe²&spplus; gleich list.
• Das hier beschriebene Beispiel für die Anwendung des Verfahrens und der Anlage der Erfindung soll in keinem Fall die Anwendbarkeit einschränken oder diese begrenzen. So kann man insbesondere eine Belüftung in Betracht ziehen, die kleiner oder größer als 10m³ je Stunde ist, abhängig von der Natur des zu stabilisierenden Schlamms, um die Sauerstoffzufuhr bei einem ausreichenden und notwendigen Wert zu halten, damit die Wirkung der im Reaktor befindlichen thermophilen Biomasse nicht eingeschränkt wird. Andererseits kann man die Anwendung anderer Reagenziendurchsätze in Betracht ziehen, abhängig von der Art des Schlamms und von dessen Inhalt an organischen Stoffen, um einen Kompromiß zwischen den Kosten, welche die Anwendung der Reagenzien verursachen und den erwünschten Ergebnissen bezüglich Geruchunterdrückung, Keimunterdrückung und Erhöhung der Trocknungsfähigkeit des behandelten Schlamms zu erreichen.

Claims (14)

1. Verfahren zum Stabilisieren der Klärschlämme von industriellen und/oder städtischen Abwässern, die wenigstens einen Teil trockener Substanzen enthalten, welche im wesentlichen aus gärbaren organischen Stoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

- die Klärschlämme werden einer radikalartigen Oxidation durch Zugabe von Wasserstoffperoxid und mindestens einem Eisen(II)-Salz unterzogen, unter Bedingungen, die das Ausflocken von mindestens einem Teil der gärbaren organischen Stoffe ermöglichen;

- die fermentierbaren organischen Stoffe werden auf biologischem Weg oxidiert, nachdem sie voroxidiert und ausgeflockt wurden.

2. Verfahren zum Stabilisieren von Klärschlämmen gem. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der radikalartigen Oxidation gebildetec Flocken einer Biomasse als Substrat und Unterlage dienen, die beim biologischen Oxidationsschritt verwendet wird.

3. Verfahren zum Stabilisieren von Klärschlämmen gem. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Biom asse um eine thermophile aerobische Biomasse handelt.

4. Verfahren zum Stabilisieren von Klärschlämmen gem. einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der radikalartige Oxidationsschritt und der biologische Oxidationsschritt nacheinander im selben Reaktor durchgeführt werden.

5. Verfahren zum Stabilisieren von Klärschlämmen gem. einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der radikalartige Oxidationsschritt durch Zugabe von Wasserstoffperoxid und von mindestens einem Eisen(II)-Salz bei einem pH-Wert zwischen 5,5 und 9,5 durchgeführt wird.

6. Verfahren zum Stabilisieren von Klärschlämmen gem. einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis zwischen Wasserstoffperoxid und Eisen(II) H&sub2;O&sub2;/Fe²&spplus; zwischen 0,1 M H&sub2;O&sub2;/1 M Fe² und 2 M H&sub2;O&sub2;/1 M Fe²&spplus; liegt.

7. Verfahren zum Stabilisieren von Klärschlämmen gem. einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der radikalartige Oxidationsschritt mit einer Konzentration an Wasserstoffperoxid von mindestens 59/kg Trockenstoff erfolgt.

8. Verfahren zum Stabilisieren von Klärschlämmen gem. einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der thermophile aerobische Stabilisierungsschritt unter einem Luftdurchsatz von 2 bis 15 m³/h/m³ erfolgt.

9. Verfahren zum Stabilisieren von Klärschlämmen gem. einem der Ansprüche 3 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die radikalartigen und biologischen Oxidationsschritte bei Temperaturen zwischen ca. 40 ºC und ca. 60 ºC durchgeführt werden.

10. Verfahren zum Stabilisieren von Klärschlämmen gem. einem der Ansprüche 3 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß es einen zusätzlichen Schritt umfaßt, welcher im vorherigen Aufheizen der zu stabilisierenden Klärschlämme durch Wärmeaustausch mit den stabilisierten Schlämmen besteht.

11. Anlage zur Verwirklichung des Stabilisierungsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, das sie aus folgenden Komponenten zusammengesetzt ist:

- einem wärmegedämmten biologischen Reaktor (1), der kontinuierlich betrieben werden kann, der eine Leitung (2) für die Zufuhr der zu stabilisierenden Schlämme aufweist;

- einer Belüftungseinrichtung (5), die das Einblasen von Luft in diesen Reaktor (1) ermöglicht;

- einer Rezirkulierungsschleife (6) für den Inhalt des Reaktors (1), die am niedrigen Pegel des Reaktors (1) angeschlossen ist;

- einer Leitung (7) für die Zufuhr des Wasserstoffperoxids und des Eisen(II)- Salzes, die an die Rezirkulierungsschleife (6) angeschlossen ist;

- einer Abflußleitung (12) für die stabilisierten Klärschlämme.

12. Anlage zur Verwirklichung des Stabilisierungsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, das sie aus folgenden Komponenten zusammengesetzt ist:

- einem wärmegedämmten biologischen Reaktor (1), der kontinuierlich betrieben werden kann, der eine Leitung (2) für die Zufuhr der zu stabilisierenden Schlämme und eine inneres Rührwerk aufweist;

- einer Belüftungseinrichtung (5), die das Einblasen von Luft in diesen Reaktor (1) ermöglicht;

- einer Leitung (7) für die Zufuhr des Wasserstoffperoxids und des Eisen(II)- Salzes, die an die Zufuhrleitung (2) der zu stabilisierenden Klärschlämme angeschlossen ist;

- einer Abflußleitung (12) für die stabilisierten Klärschlämme.

13. Anlage gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitung (12) für die stabilisierten Klärschlämme mit einer Vorrichtung verbunden ist, die das Vorheizen der zu behandelnden Klärschlämme, die in den biologischen Reaktor (1) eintreten, durch Wärmetausch ermöglicht.

14. Anlage gemäß einem der Anspr"che 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulierungsschleife (6) den unteren Bereich mit dem oberen Bereich des biologischen Reaktors (1) verbindet und, daß die Belüftungseinrichtung (5) das Einblasen von Luft in den unteren Bereich des Reaktors ermöglicht, um den Übergang der Flocken in die Rezirkulierungsschleife (6) zu minimieren.