PROCESS AND APPARATUS FOR THE ANAEROBIC TREATMENT OF SLUDGE OR HIGHLY POLLUTED WASTE WATER

Abstract: 1. Process for the anaerobic treatment of raw sludge or heavily charged sewage, especially from domestic sewage treatment plants, the treatment taking place in at least two reaction chambers in different biochemical medial and there being maintained in each reaction chamber a coaxially guided circulatory flow by an accelerated axially directed partial flow separated (derived) from the latter, characterized in that the ratio between the area of cross-section of the partial flow fT and the inner area of cross-section, determined by the coaxial circulatory flow guide means, of the circulatory flow fU is selected in the range see diagramm : EP0118621,P4,F1 and the contents of the reaction chambers are circulated at least five times per hour.

Description: Verfahren und Vorrichtung zum anaeroben Behandeln von Rohschlamm bzw. hochbelastetem Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum anaeroben Behandeln von Rohschlamm bzw. hochbelastetem Abwasser, insbesondere aus kommunalen Kläranlagen, wobei die Behandlung in mindestens zwei Reaktionsräumen mit unterschiedlichem biochemischem Milieu erfolgt. Unter Rohschlamm sind im folgenden kommunate Klärschlämme und organisch hoch belastete, ausfaulbare Abwässer zu verstehen. In beiden Fällen handelt es sich um wässrige Lösungen von maximal 5 % organisch und/oder mineralisch gelösten Feststoffen. Es ist bekannt (Zeitschrift "Wasser und Boden", 1981, Heft 5, Seite 210 ff, insbesondere Fig. 6), das anaerobe Behandeln einstufig in Reaktoren durchzuführen, indem der Rohschlamm (das Abwasser) unten in den Reaktor eingeleitet und im oberen Bereich abgezogen wird. Das Abwasser fliesst langsam durch den sich im unteren Teil des Reaktors befindlichen Anaerobschlamm. Die Durchmischung des Behälterinhaltes erfogt einerseits durch das sich bildende Gas sowie den am Boden an verschiedenen Stellen angeordneten Düsen zum Zuführen des zu behandelnden Abwassers. Das behandelte Abwasser und der Schlamm werden im oberen Teil des Reaktors mittels Emscherrinnen getrennt. Prinzipiell ist beim Anaerobverfahren eine gewisse Mindestturbulenz in dem zu reinigenden Abwasser für den Substrat- und Sauerstoffwechselprodukten-Transport erforderlich. Neuere Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, dass die Acetat- und die Meii0aitakterien in einer räumlich engen Symbiose die besten Abbauergebnisse erzielen. Eine Störung dieser Symbiose erfolgt dann, wenn die durch die Strömung ausge übten Scherkräfte zu gross werden. Es ergaben sich somit die gegensätzlichen Forderungen, einerseits den Behälterinhalt gut zu durchmischen und andererseits die Scherkräfte möglichst gering zu halten. Die Frage der optimalen Durchmischung bei gleichzeitig minimalen Scherkräften, wirtschaftlichem Energieeinsatz und einfacher reparaturfreundlicher Installation sind bisher offen geblieben. Diese einstufigen Verfahren haben insbesondere den Nachteil, dass Verweilzeiten für den zu behandelnden Rohschlamm von 24 bis 30 Tagen im Reaktor erforderlich sind und dem gemäss die erforderlichen Reaktoren beachtliche Abmessungen aufweisen müssen. Grosse Mengen von anfallendem Rohschlamm können wirtschaftlich nicht behandelt werden. Es sind weiterhin zweistufige Verfahren zum Behandeln von Abwässern bekannt (Zeitschrift Korrespondenz Abwasser", 1980, Heft 1, Seite 22 bis 27), die den Einsatz von mindestens zwei Behältern erfordern. Diesem zweistufigen Verfahren liegt die Vorstellung zugrunde, dass der anaerobe Abbau sich in zwei Stufen vollzieht, wobei die erste Stufe mesophil und die zweite Stufe thermophil abläuft. Nach neueren Erkenntnissen verläuft der anaerobe Prozess erheblich komplizierter, so dass von da aus die vorausgesagten Ergebnisse des Zwei-Stufen-Modells nicht eintreten können. Bei dem zweistufigen Verfahren ist ebenfalls einerseits für hinreichend niedrige Scherkräfte zu sorgen, damit die Stoffwechselvorgänge möglichst ungestört ablaufen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Behandeln von Rohschlamm bzw. hochbelastetem Abwasser, insbesondere aus kommunalen Kläranlagen zu schaffen, das eine ausreichende Umwälzung für einen optimalen Substrat und Stoffwechsel-Produkt-Transport gewährleistet und das zu hohe, die Symbiose beeinträchtigende Scherkräfte vermeidet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in den Reaktionsräumen jeweils ein koaxial geführter Umlauf strom aufrechterhalten wird. Erfindungsgemäss wird der koaxialgeführte Umlauf strom durch einen von diesem abgeteilten (abgezweigten) beschleunigten axialgerichteten Teilstrom aufrechterhalten. Überraschenderweise zeigte es sich, dass hierdurch eine jeweils den gesamten Reaktionsraum erfassende Umlaufströmung niedriger Impulsdichte erzeugt wird, und dass die Symbiose der Bakterien nicht beeinträchtigt wird. Überraschend wird auch die mittlere Verweilzeit des zu behandelnden Rbhschlamms in den Reaktionsräumen entscheidend herabgesetzt. -Opti- male ergebnisse werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der vom Umlauf strom abgeteilte (abgezweigte) Teilstrom einen Kreisquerschnitt hat, und das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche des Teilstrom fT und der durch die koaxiale Umlauf stromführung bestimmten innneren Querschnittsfläche des Umlauf stromes im imBereich EMI3.1 gewählt wird. Ein besonders wirtschaftlicher Betrieb wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Inhalt der Reaktionsräume mindestens fünfmal pro Stunde umgewälzt wird. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsräume jeweils von einem Behälter begrenzt sind, innerhalb dessen sich mindestens eine Umlauf stromführung und ein Stromteiler (Stromabzweiger bzw. Stromverzweiger) befinden. Vorzugsweise sind die Umlaufstromführung und der Stromteiler (Stromverzweiger) im rotationssymmetrisch ausgebildeten Behälter koaxial zueinander angeordnet. Optimale Ergebnisse stellen sich dann ein, wenn sich die Durchmesser der Umlaufstromführung dU und des Stromteilers (Stromverzweigers) zum Durchmesser des Reaktionsraumes verhalten wie EMI4.1 Umlaufführungen sind zur Erzielung einer Durchmischung in der chemischen Verfahrenstechnik als Schlaufenstromführungsrohre bekannt (Zeitschrift n chemieingenieur Technik" 37, Jahrgang 1965, Nr. 3, Seite 289, "Beitrag zur optimalen Gestaltung chemischer Reaktoren"). Zur Durchführung von chemischen Umsetzungen sind derartige Schlaufenstromführungsrohre in zylindrischen Behältern angeordnet und bilden mit ihnen sogenannte Schlaufenreaktoren. Bei homogenen Flüssigreaktionen wird die einzubringende Komponente als Treibstrahl mit hoher kinetischer Energie injiziert. Um eine möglichst intensive Durchmischung zu erreichen, wird eine möglichst intensive Umwälzung angestrebt, die mit sehr hohen Scherkräften verbunden ist. Vor allem soll der Reaktorinhalt schnell umgewälzt werden, so dass die einzelnen Flüssigkeitselemente möglichst oft durch den Treibstrahl und bei den Umlenkungen um die Stirnkanten des sogenannten Schlaufenstromführungsrohres verwirbelt werden und sich eine möglichst einheitliche Temperatur und Konzentrationsverteilung einstellt. Um die erforderliche hohe Impulsdichte des Schlaufenstromes zu erzielen, hat das Schlaufenstromführungsrohr im Vergleich zum Behälterdurchmesser einen geringen Querschnitt. Es ist auch bekannt (österr. Patentschrift 272 833) zum biologischen aeroben Reinigen von Abwässern in einem Becken koaxial zueinander mehrere Rohre zur Ausbildung von Ringräumen anzuordnen, die in wechselnder Richtung durchflossen werden. Das innere Rohr weist einen Antrieb auf, der die Flüssigkeit hochpumpt, die über die obere Kante des inneren Rohres in den ersten Ringraum strömt und von diesem in den nächstfolgenden unter entsprechender mehrfacher Umlenkung der Strömungsrichtung schliesslich in das Becken strömt. Im Bereich der oberen Kante des inneren Rohres befinden sich Düsen, aus denen Luftblasen austreten und im ersten Ringraum von dem abwärts strömenden Abwasser mitgerissen werden. Die Stömungsgeschwindigkeit ist so vorgegeben, dass sie grösser ist als die Auftriebsgeschwindigkeit der Luftblasen. Diese aerobe Behandlung von Abwasser erfordert zwangsläufig hohe Strömungsgeschwindigkeiten, um den Auftrieb der Luftblasen zu kompensieren. Das Problem, dass bei derart hohen Strömungsgeschwindigkeiten die Scherkräfte die Symbiose der an dem Reinigungsprozess beteiligten Bakterien beeinträchtigen, ist hierbei völlig ausser Acht gelassen. Hinzu tritt noch, dass der energetische Wirkungsgrad so gering ist, dass derartige Anlagen nicht mehr wirtschaftlich arbeiten können. Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in dem Stromteiler ein Stromrad axialer Bauart angeordnet, was zu extrem niedrigen Scherkräften auch im Zuflussbereich des Stromteilers führt. Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines im Axialschnitt dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Mit 1 ist ein Behälter bezeichnet, der aus dem hohlzylinderförmigen Mittelabschnitt 2 und den sich konusartig verjüngenden Endabschnitten 3 und 4 besteht. In dem Behälter ist koaxial die Umlauf stromführung 5 angeordnet. Der konusartig sich verjüngende untere Bodenbereich des Behälters weist radial ausgerichtete Stützbleche 6 mit Einschnitten 7 auf, die die untere Stirnkante 8 der Umlaufstromführung umfassen. Ihr oberer Endabschnitt ragt in den sich konusartig verjüngenden oberen Bereich 3 und ist durch die Distanzbleche 9 auf seiner Aussenseite mit der Innenwandung dieses oberen sich konusartig verjüngenden Bereiches verbunden. In der Umlaufführung ist koaxial der Stromteiler 10 angeordnet. Im Stromteiler ist das höhenverstellbare Stromrad axialer Bauart 11 angeordnet, das mit einem auf dem Behälter angeordneten Getriebemotor 12 verkoppelt ist. Der obere sich konusartig verjüngende Bereich weist weiterhin eine Abflussleitung 13 zur kontinuierlichen Entnahme von gereinigtem Abwasser auf. Das erfindungsgemässe Verfahren wird folgendermassen durchgeführt: Über die Zuflussleitung 14 strömt kontinuierlich Klärschlamm zu, während über die Abflussleitung 13 kontinuierlich die gleiche Menge an ausgefaultem Schlamm entnommen wird. Hierbei sind die Zuflussmenge und damit auch die Abflussmenge in Abhängigkeit vom Behältervolumen derart eingestellt, dass die mittlere Verweildauer des Schlammes mindestens 5 Tage beträgt. Aufgrund der sehr geringen Umdrehungsgeschwindigkeit des Stromrades axialer Bauart, wird im Behälter eine kontinuierliche Umlaufströmung erzeugt, die einer Umlaufgeschwindigkeit von mindestens 5 Urtiläufen pro Stunde entspricht. Diese extrem niedrige Umlaufgeschwindigkeit führt überraschenderweise dazu, dass keine die Symbiose störenden Scherkräfte in der Flüssigkeit auftreten, wobei andererseits die Umlaufgeschwindigkeit in allen Bereichen des Behälters ausreichend hoch ist, dass sehr gute Abbauleistungen erzielt und unerwünschte Sedimentationen vermieden werden. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt im extrem niedrigen Energiebedarf. In der Figur sind der Durchmesser dU der Umlaufführung, dT des Stromteilers und du des Reaktionsraumes eingezeichnet. Die Querschnittsfläche des Teilstromes ist definiert durch diejenige des Stromteilers und die Querschnittsfläche ist definiert durch die Ringfläche zwischen dem Stromteiler und der Umlauf stromführung.

Claims: Verfahren und Vorrichtung zum anaeroben Behandeln von Rohschlamm bzw. hochbelastetem Abwasser Ansprüche 1. Verfahren zum anaeroben Behandeln von Rohschlamm bzw. hochbelastetem Abwasser, insbesondere aus kommunalen Kläranlagen, wobei die Behandlung in mindestens zwei Reaktionsräumen in unterschiedlichem biochemischem Milieu erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reaktionsräumen jeweils ein koaxial geführ ter Umlauf strom aufrechterhalten wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der koaxial geführte Umlaufstrom durch einen, von diesem abgeteilten (abgezweigten) beschleunigten, axialgerichteten Teilstrom aufrechterhalten wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche des Teilstroms fT und der durch die koaxiale Umlauf stromführung bestimmten inneren Querschnittsflächen des Umlauf stromes fU im Bereich EMI8.1 gewählt wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt der Reaktionsräume mindestens fünf mal pro Stunde umgewälzt wird. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsräume jeweils von einem Behälter begrenzt sind, innerhalb dessen sich mindestens eine Umlauf stromführung und ein Stromteiler befinden. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Umlauf stromführung und Stromteiler koaxial zu einander angeordnet sind. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchmesser der Umlauf stromführung dU und des Stromleiters zum Durchmesser des Reaktions raumes verhalten wie EMI9.1 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stromteiler ein Axialstromrad angeordnet ist.

Inventors: KLOCKNER-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Applicants: KLOCKNER-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: C02F3
IPC codes: C02F3