Schlammfaulung Betriebsprobleme Optimierung
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- Elly Solberg
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1 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Block 2A: Schlammfaulung Schlammfaulung Betriebsprobleme Optimierung 1 Ziele Schlammstabilisierung Primäre Zielsetzung Umsetzung organischer Schlamminhaltsstoffe zur Vermeidung negativer Umwelteinflüsse Sekundäre Effekte Verringerung der Schlammfeststoffmenge Verbesserung der Entwässerbarkeit Verminderung von Krankheitserregern Gewinnung von Faulgas 2
2 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Effekte der Schlammstabilisierung 3 Einstieg - Gruppenarbeit Wie betreibe ich meine Faulanlage? Primärschlamm (TR/GV, Fracht [kgtr/d], Q [m³/d]) Überschussschlamm (TR/GV, Fracht [kgtr/d], Q [m³/d]) Co-Substrate Abzug, Eindickung PS/ÜS Beschickung Art, Intervalle, Fettablagerungen? Temperatur (Verteilung, Heizkreislauf) Umwälzung (wie, Umwälzung/d) Bauform Kontrollgrößen (welche, wie oft) Gasanfall, Menge BHKW Methangehalt Abbaugrad %otr Faulschlamm (TR/GV, Fracht [kgtr/d], Q [m³/d]) Probleme ( Ablagerungen, Schaum) Einflussmöglichkeiten 4
3 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Mesophile Schlammfaulung - Abbauschema Partikuläres organisches Material Proteine Kohlenhydrate Lipide 100% CSB Hydrolyse Aminosäuren, Zucker Fettsäuren Fermentation Zwischenprodukte (Propionat, Butyrat, ) anaerobe Oxidation Acetat Wasserstoff Azetatabbau 70% 30% Methan Wasserstoffoxidation 100% CSB Milieubedingungen Zusammenstellung der idealen Umweltparameter für den anaeroben Abbau Parameter Fermentative Bakterien Acetogene und Methanogene Bakterien Temperatur Flexibel C mesophil C thermophil ph-wert Umwälzung H 2 -Konzentration Eher im sauren Bereich 5,3-6,5 Gute Durchmischung für optimalen Substrat-Bakterien- Kontakt gefordert Stoffwechselaktivität nicht gehemmt, jedoch sind die Stoffwechselprodukte von ph 2 abhängig Eher im alkalischen Bereich 6,5-7,5 Schonende Durchmischung nötig aufgrund Symbiose zw. acetogenen und methanogenen Bakterien Sehr niedriger ph 2 -Partialdruck zwingend erforderlich für Acetogene; Methanogene unempfindlich 6
4 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Grundlagen: DWA M Gasproduktion Stoffklasse spezifisches Faulgasvolumen [Nl/ g abgebaut ] CH 4 -Anteil [Vol.%] Kohlenhydrate 0,83 50 Eiweissstoffe 0,72 71 Fette / Öle 1,43 70 Schlammart Abbaugrad otr [%] spez. Faulgasvolumen [Nl/ kgotr abgebaut ] spez. Faulgasvolumen [Nl/ kgotr zugeführt ] Rohschlamm ca Primärschlamm Überschussschlamm Abbaugrad =[1-(Fracht otr(fs))/(fracht(otr(rs))] x 100 [%] 8
5 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Faulung - spez. Gasproduktion 9 Weiterbildungskurs W 17 Klärschlamm 2011/12 Kontrollparameter - Faulung Gasausbeute m3 CH4 pro kg CSBeliminiert 0.5 Nm3 Biogas pro kg otszulauf 0.9 Nm3 pro kg otsabgebaut 20 l CH4/(E d) 30 l/(e d) Flüchtige organische Säuren / ph Gaszusammensetzung Abbaugrad Umwälzung Tracerversuch Leerung Faulturm Weiterbildungskurs W 17 Klärschlamm 2011/12
6 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Faulung Klärwerk Werdhölzli Frischschlamm Q = m 3 /d TS = kg/d TS = 3.1% ots = 70 % Gas Q = Nm 3 /d = 31.5 l/(e d) CH 4 = 63.5% Faulschlamm TS = kg/d ots = 49 % Abbau = 58% (ots) V = m 3 h = 18.5 d T = 38 C ph = Kontinuierliche Beschickung mit erwärmtem Frischschlamm (40 C) Gasumwälzung, Umwälzpumpe Anforderungen an die Dokumentation Primärschlamm Überschussschlamm Anfall TS-Gehalt (PS) ots-fracht (PS) Anfall TS-Gehalt (ÜSS) Glühverlust Glühverlust ots-fracht (ÜSS) [m³/d] [kgts /m³] [%] [kg ots/d] [m³/d] [kg/m³] [%] [kg ots/d] Faulschlamm Gasanfall Anfall TS-Gehalt (FS) Glühverlust ots-fracht (FS) Volumen Anteil Methan [m³/d] [kg/m³] [%] [kg ots/d] [m³/d] % Schaum
7 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Gehalt org. Säuren 13 Weiterbildungskurs W 17 Klärschlamm 2011/12 Hemmung der Faulung Hemmung durch Schwefelverbindungen [Verink, 1988] 16 stark toxisch 14 Hemmung durch Ammoniak [aus Verink, 1988] H2S [Vol-%] stark hemmend 6 leicht hemmend 4 2 "CSB = 15 g/l" "CSB = 10 g/l" "CSB = 5 g/l" "CSB = 1 g/l" 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 SO4-S/CSB-Verhältnis [g/g] Verink, J. Sulfatreduktion und Sulfideliminierung bei der ein- und zweistufigen anaeroben Behandlung hochsulfathaltiger Abwässer Veröffentlichung des Institutes für Siedlungswasserwirtschaft Uni Hannover, Weiterbildungskurs W 17 Klärschlamm 2011/12
8 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Steuerungsparameter - Faulung Faulzeit Faulraumvolumen Umwälzung Eindickung Temperatur Temperaturniveau Temperaturänderungen Gleichmässiger Betrieb Beschickung Umwälzung Erwärmung Weiterbildungskurs Betriebsgrößen W 17 Klärschlamm 2011/12 DWA M Weiterbildungskurs W 17 Klärschlamm 2011/12
9 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Verfahrenstechnische Komponenten Rohschlammbeschickung Animpfung des Rohschlammes Faulraumheizung Faulraumdurchmischung Schwimmdeckenbekämpfung Gleichmäßiger Austrag und Abzug des Schlammes Faulgasabzug, -speicherung 17 Messeinrichtungen zur betrieblichen Kontrolle 18
10 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Beschickung / Überlauf 19 Heizung 20
11 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Durchmischungssysteme Faulbehälter 21 Schraubenschaufler
12 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Umwälzung mit Pumpen Kontrolle der Umwälzung mit Tracerversuchen Kurzschlussströmung Umwälzung Ablauf Bromid [mg/l] Zeit nach Injektion [min] 24
13 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Kontrolle der Umwälzung mit Tracerversuchen Bromidkonzentration FB1 [mg/l] Bromid gemessen mg/l 5 Bromid erwartet mg/l aktives Volumen % aktives Behältervolumen [%] 25 Ablagerungen Tel.: 0043/1/ Mobil: 0043/ Zeichnung nicht im 2,5m 5m
14 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Ablagerungen Weiterbildungskurs W 17 Klärschlamm 2011/12 Beläge / Sand Vivianit Sand MAP 28 Weiterbildungskurs W 17 Klärschlamm 2011/12
15 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Verblockungen - Strainpress / Fett Störstoffe Fettablagerungen 29 Schaumbildung in Faulräumen Schlammspiegel absenken Vergrößerung der Entgasungsfläche, höheres Schaumvolumen zulässig Einsatz von Entschäumern auch Isopropanol möglich Beschickung mit ÜS-Schlamm verringern Beschickung vergleichmäßigen Eigene Erfahrungen?
16 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung ISV / Schaumverhalten Schaum in de Faulung bei ISV > 150 ml/g 31 Bubble- Schaumtest Versuchsdurchführung Eine gut durchmischte, konditionierte Schlammprobe / bzw. Zentrat (V 0 = 300 ml) wird in einen 1 L Messzylinder gegeben und begast. Die Luftmenge (l/h) muss in Vorversuchen angepasst werden, da ein Überschäumen nicht stattfinden darf. Begasen der Probe für ca. 10 min und ablesen des Schaumvolumens V 1 Warten für 10 min und ablesen des Schaumvolumens V2 V 1 /V 0 = Schaumbildungspotenzial V 2 /V 0 = Schaumstabilität Schaumbildungspotential und Schaumstabilität dienen als Vergleichsgröße für die Versuchsreihen mit unterschiedlichen Entschäumertypen.
17 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Kontrolle der Faulung mit Faulversuchen 33 Kontrolle Faulgasbildung - Batchfaulversuch Batchversuch ARA XY TR GV otr zugeführt otr abgebaut Gasmenge spez. Gasproduktion org. Im Schlammwasser Abbaugrad eta-otr NH 4 -N ph el LF Probe [%] [%] [g] [g] [cm³] [NL/kgoTR zugeführt ] [%] [mg/l - [ms/cm] Impfschlamm 3,46 66,8 16,2 2, , ,81 11,8 Primärschlamm 7,28 87,3 9,5 6, , ,78 11,0 Überschussschlamm 5,43 75,7 10,3 3, , ,84 12,8 Rohschlamm 43% PS+ 57% PS 5,81 79,2 9,2 4, , ,75 12,2 Rohschlamm mit Entschäumer 5,81 79,2 9,2 4, , ,85 12,1 org. Abbaugrad eta-otr [%] ,4 66,4 36,1 org. Abbaugrad eta-otr [%] 52,6 52,2 spez. Gasproduktion [nl/kgotr] spez. Gasproduktion [NL/kgoTRzugeführt] Impf. PS ÜSS RS RS + Entschäumer 0 Impf. PS ÜSS RS RS + Entschäumer 34
18 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Schlammfaulung Input Primärschlamm (PS) - Q (PS) = 192 m³/d - TR (PS) = 4,0 % - GV(PS) = 81,3 % - F (PS) = 7,7 t TR/d - FoTR (PS) = 6,3 t otr/d - CSB (1g/l) = mg/l = 1,33 kg/kg - F (CSB) = 10,3 t CSB /d - Pges (1g/l) = 13,5 mg/l = 0,0135 kg/kg - F (Pges) = 104,5 kg P/d Überschussschlamm: Ablauf TD - Q (ÜS) = 64,4 m³/d - TR (ÜS) = 7,1 % - GV (ÜSd) = 70,5 % - F (ÜS) = 4,6 t TR/d - FoTR (ÜS) = 3,2 t otr/d - CSB (1g/l) = 1033 mg/l = 1,033 kg/kg - F (CSB) = 4,7 t CSB /d - Pges (1g/l) = 38,9 mg/l = 0,039 kg/kg - F (Pges) = 177,4 kg P/d P ges und CSB Mittelwerte der Messwochen 2009 Rohschlamm (RS) = PS + Üs dick - Q (RS) = 256 m³/d - TR(RS) = 4,8 % - GV(RS) = 77,3 % - F (RS) = 12,3 t TR/d - FoTR (RS) = 9,5 t otr/d - F(anorg) = 2,79 t/d - F (CSB) = 10,3 t + 4,7 t = 15,0 t CSB /d - F (Pges) = 104, ,4 = 282 kg P/d - ÜS-Anteil 37,1 % von Rohschlammfracht 35 Schlammfaulung Output, Abbaugrad otr, P-Bilanz Faulschlamm Zulauf WP: - Q (FS) = 256,4 m³/d - TR (FS) = 2,4 % - GV(FS) = 56,0 % - F (FS) = 6,2 t TR/d - FoTR = 3,5 t otr/d - F(anorg) = 2,72 t/d - CSB (1g/L) = 879 mg/l = 0,879 kg/kg - F (CSB) = 5,45 t CSB /d - P ges (1g/l) = 45,7 mg/l = 0,046 kg/kg - F (P ges ) = 283 kg P/d - Organischer Abbaugrad eta-otr = 63,4 % - Differenz P (INPUT) P (OUTPUT) = -1,1 kgp/d = 0,4 % - Differenz anorganische Fracht = 70 kg/d! O.K. Faulgas: - Q(Gas) = m³/d - Q(Gas) = 4942 m³/d (korrigiert) - CH 4 = 67,6% - CSB = * 2,86 gcsb/m³ *0,676 (CH 4 ) = 9,56 tcsb /d - spez. Gasprod. = 520 m³/t otr zugeführt bzw. = 819 m³/t otr abgebaut
19 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung CSB Bilanzierung um die Faulung Gas Output 9,56 t CSB/d Rohschlamm Input 15,0 t CSB/d Faulschlamm Output 5,45t CSB/d Abbaugrad CSB = 63,7 % Kontrolle: 15,0 9,56 5,45 = 0 t CSB/d Die Gasmenge wurde ensprechend der CSB-Bilanz angepasst. 37 Optimierung: Verminderung der Viskosität Schlämme sind thixothrop, d.h. die Viskosität steigt mit steigendem TR quadratisch an. Durch mechanische Beanspruchung vermindert sich die Viskosität Bei niedriger Viskosität verbessert sich die Faulbehälterdurchmischung Oft wird eine geringere Schaumbildung beobachtet. 38
20 Weiterbildungskurs : Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung Optimierung: Einsatz von Enzymen Ergebnisse Umfrage der DWA 2007: - Enzyme wurden in 75% der Anwendungsfälle zur Verminderung des ÜS eingesetzt - Die meisten Versuche liefen kürzer als 12 Monate - Kein Schaden, aber wenig Wirkung Cellulase kann gegen Verzopfungen helfen - Eigene Erfahrungen? positive Wirkung % keine Wirkung % 39 Dr.-Ing. Julia B. Kopp Kläranlagen Beratung Kopp Hintere Str. 10 D Lengede Tel: Fax: Mobil: jk@kbkopp.de 40
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