19 SWW Schlammbehandlung
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Schlammbehandlung Bedeutung von Klärschlamm Herkunft und Anfall von Klärschlamm Ziele und Aufgaben der Schlammbehandlung Begriffe Wichtigste Verfahren Stoffflüsse und Volumenverminderung Klärschlamm Kann wertvoll sein: Nährstoffe, Stickstoff, Phosphor, organischer Dünger Kann schädlich sein: Hygiene Schwermetalle nicht abbaubare organische Stoffe Weil Regenüberläufe und nicht angeschlossene Einwohner immer Schmutzstoffe in die Umwelt verlieren, muss Klärschlamm unbedenklich sein (werden). Atmosphäre Landwirtschaft Produkte Nahrung Deponie Schlammbehandlung Entlastung Kanalisation ARA Rückbelastung Vorflut Nicht angeschlossene Abwasserquellen Ziele der Schlammbehandlung Hygienisieren: Vermeiden der Verbreitung von Krankheitskeimen und z.B. Wurmeiern Stabilisieren: Vermeiden von schnellen mikrobiologischen Zersetzungsprozessen Volumenverminderung: Minimieren von Stapel-, Transport- und Lagervolumen Stapelung: Anfall und Nutzung zeitlich entkoppeln Nutzung oder schadlose Endlagerung Schlammbehandlung Die Elimination von unerwünschten Stoffen aus dem Klärschlamm (z.B. Schwermetalle, unerwünschte organischen Verbindungen, etc.) ist kein Ziel der Schlammbehandlung auf kommunalen Anlagen. Solche Stoffe sollen gar nicht ins Abwasser gelangen: Massnahmen an der Quelle, Anforderungen an Stoffe und Einleitungen ins Netz. Schwermetalle im Klärschlamm der Stadt Zürich g Zink / t TS g Cadmium / t TS 2000 20 Zink 1500 15 1000 500 0 1980 10 5 Cadmium 1982 1984 1986 1988 Jahr 0 1990 Klärschlammentsorgung CH Klärschlamm in 106 m3 5 4 Entsorgung über Verbrennung Klärschlammanfall 3 2 1 0 1975 1980 1985 1990 BUWAL 1992 Stickstoffbilanz Schweiz 1990 Mineraldünger 73 Klärschlamm 4.1 Kompost 0.84 Hofdünger 167 Einsatz total 245 Gesamtentzug 177 0 100 FAC Studie für BUWAL 1992 200 300 400 Stickstoff in 1000 t a-1 Phosphorbilanz Schweiz 1990 Mineraldünger 17 Klärschlamm 2.4 Kompost 0.2 Hofdünger 26.6 Einsatz total 46.2 Gesamtentzug 27 0 10 FAC Studie für BUWAL 1992 20 30 40 50 60 Phosphor in 1000 t a-1 Kalibilanz Schweiz 1990 Mineraldünger 58 Klärschlamm 0.2 Kompost 0.5 Hofdünger 187 Einsatz total 246 Gesamtentzug 198 0 100 FAC Studie für BUWAL 1992 200 300 Kali in 1000 t a-1 400 Abwasserreinigung Rückbelastung Nutzung der Energie Schlammanfall: primär, sekundär, tertiär Eindicken Hygienisieren Energie Stabilisieren Biogas Eindicken, Stapeln Entwässern Trocknen Verbrennen Systemgrenze Landwirtschaft Deponie Atmosphäre Stoffströme in der kommunalen Abwasserreinigung Stoffstrom Rohabwasser Primärschlamm Sekundärschlamm Tertiärschlamm Frischschlamm Eindicker Faulschlamm eingedickt Entwässert Verbrannt Anfall TSS E-1 d-1 g m-3 350 200 2.5 36000 1.7 50000 1.8 33000 0.8 75000 0.24 250’000 0.05 > 106 TSS VSS TKN TP g E-1d-1 g E-1d-1 g E-1d-1 g E-1d-1 70 35 45 10 90 90 60 60 60 30 50 25 35 0 60 60 30 30 30 0 11 1 2 0 3 3 3 2.3 1.7 0 2.0 0.2 0.5 1.1 1.8 1.8 1.8 1.75 1.7 1.7 Schlammeindicker Zulauf Schwimmschlammbeseitigung Schlammwasserabzug Krälwerk Schlammabzug Strömungen im Eindicker Krälstab Eindicker Dimensionierung basierend auf einer Feststoffoberflächenbelastung: Q TSS Zu BA = AE BA = Q = TSSzu = AE = Feststoffoberflächenbelastung in kg TSS m-2 d-1 Zuflussmenge des Schlammes in m3 d-1 Feststoffkonzentration im Zufluss in kg TSS m-3 Oberfläche (Projektion) des Eindickers in m2 Typische Werte: BA = 50 - 70 kg m-2 d-1 Thermische Hygienisierung, Pasteurisierung Reaktor 1: wird gefüllt Reaktor 2: wird entleert 70°C 70°C Zum Faulturm 40°C Wärmetauscher im Gegenstrom 70°C 70°C 40°C Frischschlamm 10°C Dampf Aerob thermophile Hygienisierung Abluft 15°C 40°C Luft Wärmetauscher: Chargenbetrieb 65°C 40°C 65°C Temperaturregelung Aerob thermophile Hygienisierung Aerob: Thermophil: Sauerstoff 45 - 75 °C Nutzbare biogene Energie: typisch 60 - 65°C 4 - 6 kcal g-1 VSS 3 - 4 kcal g-1 O2 Erforderliche Schlammerwärmung (38°C 63°C): DT = 25°C oder 25 kcal l-1 2.5 l E-1 d-1 = 63 kcal E-1 d-1 12 g VSS E-1 d-1 oder ca. 12 g VSS E-1 d-1/30 g VSSabgebaut E-1 d-1 = 40% Gasverlust Restgas frei verfügbar, da Faulraumheizung gewährleistet Schlammfaulung Anaerobe, mesophile Stabilisierung Anaerob: Kein Sauerstoff, kein Nitrat Mesophil: 15 - 45°C typisch sind 33 - 37°C Stabilisierung: Hier: Mikrobiologischer Abbau der abbaubaren organischen Stoffe (VSS, GV) im Schlamm Anaerob-mesophile Schlammstabilisierung Trübwasser Frischschlamm zurück zur ARA von der ARA Faulwasser zurück zur ARA Gasometer Biogas Eindicker Schlammabgabe Hygienisierung oder Wärmetauscher Faulraum Nachfaulraum Eindicker Stapel Schlammfaulung Anaerobe, mesophile Stabilisierung Kohlenhydrate: 2 CH 2O CO 2 + CH 4 14243 Biogas Fette: 3 - CH 2 - + 2 H 2O CO 2 + 2 CH 4 1442443 Biogas Eiweisse: - + 2 C 5 H 7 NO 2 + 8 H 2O 2 HCO 3 + 3 CO 2 + 5 CH 4 + 2 NH 4 1442443 Biogas Gasproduktion in m3 kg-1 org. Feststoffe im Zulauf 0.5 30°C 25°C 20°C 15°C 10°C 0.4 0.3 0.2 Übliche Faulzeit 0.1 0.0 0 20 40 60 80 100 Faulzeit in Tagen Dimensionierung eines Faulturmes VFR qh = Q qh = VFR = Q = Hydraulische Aufenthaltszeit in d Volumen des Faulraumes Schlammmenge im Zulauf in m3 d-1 Typische Werte: qh = 15 - 20 - 30 d bei 35 - 37°C Ziel: Abbau der organischen Stoffe (CSB, GV) 50% Gasproduktion Ca. 0.5 m3 Biogas / kg VSS oder GV im Zufluss Ca. 1.0 m3 Biogas / kg VSS die abgebaut werden Zusammensetzung von Biogas (je nach Schlamm): Typisch: 64% CH4 36% CO2 5000 kcal m-3 60 g VSS E-1 d-1 0.03 m3 Biogas E-1 d-1 150 kcal E-1 d-1 Schlamm: Abwasser: 2.5 E-1 d-1 D= 60°C 350 E-1 d-1 D= 0.4°C ev. Abdeckung Faulschlamm flüssig z.B. 20 cm Drainage Steinplatten Schlammtrockenbeete Zufluss Sandbett 30 cm für Drainage Schlamm und Flockungsmittel Zulauf Austrag von Filterkuchen Pressrollen Ablauf von Filtrat Filtertuch Entwässerungswalze Reinigung des Filtertuches Dekanterzentrifuge Getriebe Schnecke Trommel Antrieb: Trommel Schnecke Wehr Schlammzulauf Feststoffaustrag Trockenzone Zentratablauf Flüssigzone Kammerfilterpresse Träger Filterkammern Presskolben Hydraulischer Zylinder: Druckkraft Austrag des Filterkuchens nach dem Öffnen der Presse Dichtung Filterplatte Schlamm Filtertuch mit Drainage-Membran als Unterlage Druckkraft Filterkammer gefüllt mit Schlamm Filtrat Schlammtrockner Vorlauf heiss Rücklauf kühler Mantelrohr beheizt Trockenschlamm Scheibenelement beheizt Gegenhaken fest Knet- und Mischbarren bewegt Schlammverbrennung: Wirbelschichtofen Verbrennungsraum 800 - 900°C Abgas und Asche 850°C Zusatzbrenner Wirbelschicht (Sandwirbelbett) Schlammzufuhr getrocknet Düsenboden Wirbelluft Anfahrbrenner Schlammverbrennungsanlage Kamin Klärschlamm getrocknet Klärschlamm entwässert Waschwasser Wärmetauscher Ofen 850°C Schlammtrocknung Rauchgas und Asche Wäscher Stinkluft aus ARA 10°C Asche zur Deponie Waschwasser zur Vorflut Kalibilanz Schweiz 1990 Mineraldünger 58 Klärschlamm 0.2 Kompost 0.5 Hofdünger 187 Einsatz total 246 Gesamtentzug 198 0 100 FAC Studie für BUWAL 1992 200 300 Kali in 1000 t a-1 400
