Peter Krebs Grundlagen der Abwassersysteme 4 Schlammbehandlung 4

Peter Krebs Grundlagen der Abwassersysteme 4 Schlammbehandlung 4. 1 Übersicht 4. 2 Eindickung 4. 3 Biologische Schlammstabilisierung 4. 4 Entwässerung und Trocknung 4. 5 Entsorgung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 1

Peter Krebs Grundlagen der Abwassersysteme 4 Schlammbehandlung 4. 1 Übersicht 4. 2 Eindickung 4. 3 Biologische Schlammstabilisierung 4. 4 Entwässerung und Trocknung 4. 5 Entsorgung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 2

Zusammensetzung des Klärschlamms Die aus dem Abwasser entnommenen Stoffe, die nicht abgebaut werden, finden sich im Klärschlamm wieder • Vorwiegend Wasser • Mikroorganismen • Viren, Krankheitserreger, allg. Keime • Organische Feststoffe, die sich biologisch verändern lassen • Organische Verbindungen, die sich im Schlamm einlagern • Schwermetalle • Mikroverunreinigungen, Arzneimittelrückstände, endokrin wirksame Substanzen Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 3

Ziele der Schlammbehandlung Volumenreduktion • Eindickung • Entwässerung Abtöten pathogener Keime • Bei Verwendung in der Landwirtschaft oder als Kompost Stabilisierung organischer Substanzen • Gasproduktion • Verringerung der Trockensubstanz • Verbesserung der Entwässerung • Reduktion der Geruchsentwicklung Rückgewinnung von Wertstoffen • Nährstoffe, Dünger • Humus • Biogas Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 4

Übersicht über die Verfahren Abwasserreinigung Rückbelastung Primär-, Sekundär-, Tertiärschlamm aus Gujer (1999) Grundlagen der Abwassersysteme Eindickung Energie Hygienisierung Stabilisierung Biogas Eindickung, Stapelung Landwirtschaft Entwässerung Deponie Trocknung Bauindustrie Verbrennung Atmosphäre Kap. 4 Schlammbehandlung 5

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Methoden der Eindickung gravitative Trennung ähnlich einem Absetzbecken zusätzlich Krälwerk zur Förderung der Flockung und zur Abführung von Schlammwasser und Gasblasen nach oben Trübstoffarmes Schlammwasser wird vor dem Vorklärbecken - oder bei hohem Schwimmstoff- oder Fettanteil vor dem Sandfang - in die Abwasserreinigung zurückgeführt eingedickter Schlamm wird aus dem Trichter in die Schlammbehandlung geleitet zur effizienten Eindickung sollte Gasblasenbildung vermieden werden Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 7

Schwerkraft-Eindicker Zulauf Erreichbarer TR: 5 -10% Schwimmschlammräumer Trübwasser Krählwerk Eingedickter Schlamm Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 8

Dimensionierung der Eindicker-Oberfläche Feststoff. Flächenbeschickung q. TS, Eind Feststoff-Flächenbeschickung (kg TS / (m 2 d)) QÜS Zufluss zum Eindicker (m 3/d) TSEind, zu Trockensubstanzgehalt im Zufluss zum Eindicker (kg TS / m 3) AE Oberfläche des Eindickers (m 3) Übliche Werte für q. TS, Eind und erzielbare Feststoffkonzentrationen q. TS, Eind TSEind, ab 80 – 120 80 - 150 Primär- und Sekundärschlamm 50 - 70 50 - 100 Sekundärschlamm 20 - 30 25 - 35 Primärschlamm Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 9

Maschinelle Schlammeindickung Scheibeneindicker Erreichbarer TR: 6 -8% Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 10

Maschinelle Schlammeindickung „Drainbelt“ Fa. Huber erreichbarer TR: 6 -8% Grundlagen der Abwassersysteme „Twinbelt“ Fa. Huber erreichbarer TR: 6 -8% Kap. 4 Schlammbehandlung 11

Maschinelle Schlammeindickung Schneckeneindicker Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 12

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Anaerobe mesophile Schlammstabilisierung Faulreaktor Erwärmung auf 33 – 37°C Prozesse laufen schneller ab Inhalt des Faulreaktors wird umgewälzt Schlamm und Wasser haben eine ähnliche Aufenthaltszeit Stapelbehälter nicht geheizt wenig biologische Prozesse nicht umgewälzt Trennung von Schlamm und Faulwasser, das in die Abwasserreinigung geleitet wird aufgepasst mit Steuerung der Rückbelastung, Größenordnung 10% der N-Belastung Eindickung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 14

Prozesse im Faulbehälter Anaerober Abbauprozess Abbau organischer Substanz um ca. 50% Biogasproduktion: 63% CH 4 (Methan) 35% CO 2 2% andere Gase (N 2, H 2 S) Verstromung für Prozesswärme Organisch gebundener Stickstoff wird in NH 4+ umgewandelt N-Rückbelastung der Abwassereinigungsanlage Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 15

Kennwerte des Faulbehälters Mittlere Verweilzeit des Schlammes Kleine Anlagen, schlecht durchmischt Mittlere Anlagen mit Umwälzung Große Anlagen mit Umwälzung Biogasprod. bez. Abbau org. Substanz Grundlagen der Abwassersysteme < 30 d 20 d 12 – 16 d 0, 9 m 3 / kg GVabgeb 40 – 55% Kap. 4 Schlammbehandlung 16

Schema eines Faulbehälters (Ei-Form) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 17

Bauliche Ausführung des Faulbehälters Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 18

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Aerobe simultane Schlammstabilisierung • Keine Vorklärung kein Primärschlamm • Hohes Schlammalter X ca. 25 d • Das Belebungsbecken wird wesentlich größer als bei einer Anlage mit anaerober Schlammstabilisierung • Keine Biogasproduktion • Zusätzlich ev. Stapelbehälter oder Trockenbeete, die zur Eindickung genutzt werden können • Stabiler, einfacher Betrieb Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 20

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Volumenreduktion Wassergehalt im ausgefaulten Schlamm > 95% ! Verminderung des Wassergehaltes und des Volumens Schlammvolumen mit Wassergehalt Kein linearer Zusammenhang ! Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 22

Entwässerung Konditionierung mit Flockungshilfsmitteln (Polyelektrolyte) zur effizienteren Entwässerung Verfahren Betrieb Methode W TS Dekanter Kontinuierlich Zentrifuge > 0, 7 < 0, 3 Kammerfilterpresse (große Anlagen) Batch-weise Hydraulische Pressen bringen Druck auf bis 0, 6 bis 0, 4 Bandfilterpresse (kleine Anlagen) Kontinuierlich Zuerst Unterdruck, dann „kneten“ über Umlenkrollen bis 0, 7 bis 0, 3 Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 23

Maschinelle Schlammentwässerung Dekanterzentrifuge Erreichbarer TR: 25 – 35 % kontinuierliche Beschickung möglich Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 24

Maschinelle Schlammentwässerung Kammerfilterpresse Erreichbarer TR: 25 – 40 % diskontinuierliche Beschickung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 25

Maschinelle Schlammentwässerung Siebbandpresse Erreichbarer TR: bis 30% Kontinuierliche Beschickung möglich Relativ wartungsarm und robust Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 26

Trockenbeet • Dünne Schlammschicht (< 20 cm) • Sandschicht mit Drainage als Filterschicht • Schlamm wird zuerst drainiert dann luftgetrocknet durch Verdunstung • Für kleine Anlagen geeignet Auslegung W 0, 55 (Imhoff, 1990) Anlage Spezifischer Flächenbedarf 13 EW/m 2 Nur mechanische Reinigung Tropfkörper 6 EW/m 2 Belebungsanlage 4 EW/m 2 Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 27

Trocknung Verdampfung des Wassergehaltes Teiltrocknung W 0, 3 bis 0, 4 Volltrocknung W bis < 0, 1 Kontakttrocknung durch beheizte Flächen Konvektionstrocknung durch heiße Luft im Gegenstrom Zuluft ca. 600°C, Abluft ca. 300°C (Imhoff, 1999) Einsatz nur für große Kläranlagen wirtschaftlich Lagerung ist kritisch: Brand, Staubexplosion In Granulatform als Dünger einsetzbar Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 28

Schema Schlammbehandlung DD-Kaditz TSPS_ED = 1, 4% TSÜS = 0, 65% TSÜS_ED = 3% TSPS_ED = 6% CSB = 70 mg l-1 CSB = 2500 mg l-1 3, 5 kg t TS-1 TSTr = 90% TSMS = 28% Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 29

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Verwertung in der Landwirtschaft Recycling der Nährstoffe, ausgefaultem Schlamm * Schlammbehandlung Düngerart* Flüssiger Klärschlamm P- und N-Dünger Entwässerter Klärschlamm P-Dünger, N als Depot Getrockneter Klärschlamm P-Dünger Beschränkung der Überdüngung durch Vorgabe 5 (tm. T/3 a) Probleme • Generell Akzeptanz • Schwermetalle • Mikroschadstoffe: Arzneimittelrückstände, endokrin wirksame Substanzen Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 31

Kompostierung Aerober biologischer Abbau organischer Inhaltsstoffe Voraussetzungen Stabilisierung Entwässerung Hygienisierung Verfahren • Strukturmittel: gehäckselter(s) Strauchschnitt, Stroh, Holz Sägemehl, -späne • Mischung ca. 1: 1 • Wassergehalt des Rottegemisches ca. 0, 65 Anforderungen sind höher als an Klärschlammausbringung ! Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 32

Verbrennung Nutzung des Energieinhalts, aber nicht der Nährstoffe Monoverbrennungsanlagen (d. h. ohne Zuschlagsstoffe) • bei ausreichend hohem Heizwert des Schlamms höherer Heizwert, wenn dem Schlamm kein Biogas entzogen wurde • bei ausreichendem Wassergehalt (keine Volltrocknung) • Wirbelschichtofen Verbrennung bei 800 – 950°C im in Schwebe gehaltenen Sandbett • teuer! Mitverbrennung • in Kohlekraftwerken • in Müllverbrennungsanlagen • in Zementwerken, Asche wird in den Werkstoff eingebunden Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 4 Schlammbehandlung 33