Regelwerk. Merkblatt DWA-M 383 DWA- Kennwerte der Klärschlammentwässerung. Oktober 2008

Transkript

1 DWA- Regelwerk Merkblatt DWA-M 383 Kennwerte der Klärschlammentwässerung Oktober 2008 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.

2 Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) setzt sich intensiv für die Entwicklung einer sicheren und nachhaltigen Wasserwirtschaft ein. Als politisch und wirtschaftlich unabhängige Organisation arbeitet sie fachlich auf den Gebieten Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall und Bodenschutz. In Europa ist die DWA die mitgliederstärkste Vereinigung auf diesem Gebiet und nimmt durch ihre fachliche Kompetenz bezüglich Regelsetzung, Bildung und Information der Öffentlichkeit eine besondere Stellung ein. Die rund Mitglieder repräsentieren die Fachleute und Führungskräfte aus Kommunen, Hochschulen, Ingenieurbüros, Behörden und Unternehmen. Impressum Herausgeber und Vertrieb: DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. Theodor-Heuss-Allee Hennef, Deutschland Tel.: Fax: Internet: Korrigierte Auflage: Juni 2009 Satz: DWA Druck: DCM Druckcenter Meckenheim ISBN: Gedruckt auf 100 % Recyclingpapier DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Hennef 2008 Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Merkblattes darf ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers in irgendeiner Form durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen werden. 2 Oktober 2008

3 Vorwort Entwässerungskennwerte werden genutzt, um Klärschlamm in seinen Eigenschaften möglichst quantitativ zu beschreiben bzw. Ursachen für ein verändertes Entwässerungsverhalten aufzuspüren. Dabei stehen die Ermittlung des erreichbaren Entwässerungsergebnisses und des Konditionierungsmittelbedarfes im Vordergrund der Betrachtung. Der letzte ATV-Arbeitsbericht zu dem Themenschwerpunkt Entwässerungskennwerte wurde 1992 in der Korrespondenz Abwasser (KA) veröffentlicht (ATV 1992a). In den darauf folgenden Jahren wurden sowohl auf dem Gebiet der maschinentechnischen Entwässerung von Klärschlämmen, als auch bei den Möglichkeiten zur Beschreibung des Entwässerungsverhaltens von Klärschlämmen Fortschritte erzielt, die in diesem Merkblatt Berücksichtigung finden. Verfasser Dieses Merkblatt wurde von der DWA-Arbeitsgruppe AK-2.3 Konditionierung und Entwässerungskennwerte des DWA-Fachausschusses AK-2 Stabilisierung, Entseuchung, Konditionierung, Eindickung und Entwässerung von Schlämmen erstellt und mit diesem bearbeitet. Der DWA-Arbeitsgruppe AK-2.3 gehören folgende Mitglieder an: DENKERT, Ralf EWERT, Wolfgang KOPP, Julia B. MEYER, Hartmut MOSHAGE, Uwe OSTERLOH, Wilfried OTTE-WITTE, Rolf REIPA, Anja ROGGE, Svenja SIEVERS, Michael Dr.-Ing., Bochum Hamburg Dr.-Ing., Lengede (Sprecherin) Dr.-Ing., Dortmund Dr.-Ing., Essen Dipl.-Ing., Brake Dr.-Ing., Elze Dipl.-Ing., Essen Dipl.-Ing., Hamburg Prof. Dr.-Ing., Clausthal-Zellerfeld Mitglieder des Fachausschusses AK-2: BISCHOF, Fredy Dr.-Ing., Essen DENKERT, Ralf Dr.-Ing., Bochum EVERS, Peter Dr.-Ing., Essen KOPP, Julia Dr.-Ing., Lengede LOLL, Ulrich Dr.-Ing., Darmstadt (Obmann) MELSA, Armin Prof. Dr.-Ing. E. h., Viersen (stellv. Obmann) MEYER, Hartmut Dr.-Ing., Dortmund WOLF, Siegfried Dipl.-Ing., Ottobrunn EWERT, Wolfgang Hamburg ROEDIGER, Markus Dr.-Ing., Stuttgart Projektbetreuer in der DWA-Bundesgeschäftsstelle: REIFENSTUHL, Reinhard Dipl.-Ing., Hennef Abteilung Wasserwirtschaft, Abfall und Boden Oktober

4 Inhalt Vorwort... 3 Verfasser... 3 Bilderverzeichnis... 6 Tabellenverzeichnis... 6 Benutzerhinweis... 7 Einleitung Anwendungsbereich Begriffe Wasserbindung in Klärschlämmen Kennwerte Übersicht Basiskennwerte Trockenrückstand (TR) Trockensubstanz (TS) Glühverlust (GV) ph-wert Elektrische Leitfähigkeit Temperatur Überschussschlammanteil und Stabilisierungszeit Anteil und Art von externen Schlämmen/Co-Substrate Mikroskopisches Bild und Bestimmung der Fädigkeit Schlammindex ISV Abbaugrad Konditionierungsmittelmenge Abscheidegrad Weitergehende Kennwerte Sandanteil Redoxpotenzial Konzentration organischer Säuren Lipophile Stoffe, Fettgehalt Puffersysteme in Faulschlämmen Ammoniumkonzentration Ortho-Phosphatkonzentration im Faulschlamm Säurekapazität Basenkapazität Proteingehalte und exopolymere Substanzen (EPS) Partikelgrößenverteilung Kapillare Fließzeit (CST) Spezifischer Filtrationswiderstand und Kompressibilität Konditionierungskennwerte Zetapotenzial Oktober 2008

5 4.4.2 Streaming Current Messung/Strömungspotenzial Bestimmung des FHM-Bedarfes sowie des Flockenbildungsprozesses Prognosekennwerte Filtrationstests Laborzentrifugen-Test Kennwert TR(A), freier Wasseranteil Rheologische Eigenschaften/Viskosität Einflüsse auf die Entwässerungseigenschaften Schlammentstehung Faulprozess Faulschlammeigenschaften Anmerkungen zur Entwässerbarkeit von aerob stabilisierten Schlämmen Hinweise für den praktischen Betrieb Allgemeines Einflüsse der Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung und der Schlammbehandlung Einfluss der Schlammförderung Schlammkonditionierung mit Polymeren Zusammenfassung Anhang A Erläuterungen zu durchgeführten Untersuchungen Anhang B Abkürzungen und Kurzzeichen Literatur Verordnungen Technische Regeln Literatur Oktober

6 Bilderverzeichnis Bild 1: Bild 2: Bild 3: Zusammenhang zwischen dem Glühverlust und dem Austragsfeststoffgehalt bei der Entwässerung verschiedener Schlämme Fließkurven eines mesophil gefaulten Schlammes einer kommunalen Kläranlage bei 25 C vor der Erwärmung (1), nach 30 Minuten Erwärmung bei 60 C (2) und bei 25 C nach der Erwärmung auf 60 C (3) Erreichbares Entwässerungsergebnis, beispielhaft am Kennwert TR(A) in Abhängigkeit von der Schlammart und der Stabilisationszeit Bild 4: Polymerbedarf in Abhängigkeit von der Schlammart und der Stabilisationszeit Bild 5: Qualitativer Zusammenhang zwischen feststoffbezogener Flockungshilfsmittelmenge und Austragsfeststoffgehalt Bild 6: Beispiel einer Ladungstitration Bild 7: Beispiel Auswertung Kennwert Laborschleuder Bild 8: Trockenrückstand im Sediment nach Laborzentrifugation in Relation zum Prognosewert TR(A) Bild 9: Trocknungsverlauf eines Faulschlammes Bild 10: Korrelation zwischen dem Kennwert TR(A) und dem Trockenrückstand nach großtechnischem Entwässerungsprozess Austrag-TR [%] Bild 11: Übersicht zur Schlammentstehung Bild 12: Übersicht des Faulprozesses Bild 13: Zusammenhang und Interaktionen der Schlammkennwerte in einem Faulschlamm Bild A.1: Darstellung von Glührückstand sowie Sandanteil zu mittlerem ermittelten Austragsfeststoffgehalt Bild A.2: Vergleich des in Versuchen ermittelten FHM-Bedarfs mit der großtechnischen Dosierung Bild A.3: Vergleich der Prognosewerte mit dem großtechnisch erreichten Endfeststoffgehalt Bild A.4: Vergleich ausgewählter Kennwerte von zwei Faulschlämmen Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Entwässerungskennwerte Basiskennwerte Tabelle 2: Entwässerungskennwerte Weitergehende Kennwerte Tabelle 3: Entwässerungskennwerte Konditionierungskennwerte Tabelle 4: Entwässerungskennwerte Prognosekennwerte Tabelle A.1: Statistische Auswertung der Kennwerte von Faulschlämmen Tabelle A.2: Statistische Auswertung der Kennwerte von aerob stabilisierten Überschussschlämmen Oktober 2008

7 Benutzerhinweis Dieses Merkblatt ist das Ergebnis ehrenamtlicher, technisch-wissenschaftlicher/wirtschaftlicher Gemeinschaftsarbeit, das nach den hierfür geltenden Grundsätzen (Satzung, Geschäftsordnung der DWA und dem Arbeitsblatt DWA-A 400) zustande gekommen ist. Für dieses besteht nach der Rechtsprechung eine tatsächliche Vermutung, dass es inhaltlich und fachlich richtig ist. Jedermann steht die Anwendung des Merkblattes frei. Eine Pflicht zur Anwendung kann sich aber aus Rechts- oder Verwaltungsvorschriften, Vertrag oder sonstigem Rechtsgrund ergeben. Dieses Merkblatt ist eine wichtige, jedoch nicht die einzige Erkenntnisquelle für fachgerechte Lösungen. Durch seine Anwendung entzieht sich niemand der Verantwortung für eigenes Handeln oder für die richtige Anwendung im konkreten Fall; dies gilt insbesondere für den sachgerechten Umgang mit den im Merkblatt aufgezeigten Spielräumen. Einleitung Verfahrenstechnisch handelt es sich bei der Eindickung und Entwässerung von Schlämmen um eine Fest-Flüssig-Trennung. Die Eigenschaften von Klärschlamm sind abhängig von der Rohabwasserzusammensetzung sowie der Verfahrenskette der Abwasserreinigung und der Klärschlammbehandlung. Deshalb werden auf verschiedenen Kläranlagen unterschiedliche Entwässerungsergebnisse erreicht. Aus betrieblichen, energetischen und gesamtwirtschaftlichen Gründen hat die Beschreibung der Klärschlammeigenschaften und deren Einflussgrößen eine wesentliche Bedeutung. Zur Charakterisierung des Entwässerungsverhaltens von Klärschlämmen müssen zunächst relevante Kennwerte bestimmt werden. Ziel ist es, das erreichbare Entwässerungsergebnis und den Konditionierungsmittelbedarf abzuschätzen. Begriffe wie das Entwässerungsverhalten, die Entwässerungseigenschaft und die Entwässerbarkeit haben in der Sprache der Abwassertechnik einen festen Platz. Eine scharfe Begriffsdefinition liegt jedoch nicht vor. Der letzte ATV-Arbeitsbericht über Entwässerungskennwerte wurde im Jahr 1992 veröffentlicht (ATV 1992a). Zur Technik der Entwässerung und Eindickung kommunaler Klärschlämme wird auf die Merkblätter ATV-DVWK-M 366 Maschinelle Schlammentwässerung sowie DWA-M 381 Eindickung von Klärschlamm verwiesen. Nach der Zusammenstellung von Begriffen werden im Abschnitt 3 zunächst grundlegende Mechanismen der Wasserbindung im Klärschlamm erklärt, um die Vielzahl der Kennwerte und die Prozesse der Schlammentwässerung besser einordnen zu können. In Abschnitt 4 werden Kennwerte erläutert, die in vier Gruppen eingeteilt sind: Basiskennwerte Weitergehende Kennwerte Konditionierungskennwerte Prognosekennwerte. In Abschnitt 5 wird der Einfluss der Schlammherkunft auf die Entwässerungseigenschaften am Beispiel der anaeroben und aeroben Schlammstabilisierung aufgezeigt. In Abschnitt 6 werden Hinweise für den praktischen Betrieb, Empfehlungen zur Dokumentation der Schlammeigenschaften sowie zur Probenahme gegeben. Zur Ergänzung vorhandener Erkenntnisse wurden Laboruntersuchungen durchgeführt, um die Vielzahl der Kennwerte anhand vergleichender Messwerte zu beschreiben (Anhang A). Oktober

8 1 Anwendungsbereich Das Merkblatt soll Planern und Betreibern von Klärschlammbehandlungsanlagen das Verständnis der Vorgänge bei der Schlammentwässerung erleichtern und Kennwerte der Klärschlammentwässerung erläutern. Ziel ist es, ein grundlegendes Verständnis der zahlreichen Kennwerte zu vermitteln, so dass der Leser in die Lage versetzt wird, das erreichbare Entwässerungsergebnis und den Konditionierungsmittelbedarf abzuschätzen. Hinsichtlich der aufzuwendenden Energie, der einzusetzenden Aufwendungen für den Betrieb und die Weiterbehandlung des Klärschlammes sowie der anfallenden Rückbelastung ist die Qualität der Klärschlammentwässerung von zentraler Bedeutung. Durch die gezielte Erfassung von Entwässerungskennwerten wird eine effektive Prozessführung ermöglicht. Darüber hinaus gibt das Merkblatt Hinweise, welche Maßnahmen ergriffen werden können, um die Klärschlammentwässerung zu optimieren. 2 Begriffe Das vorliegende Merkblatt bezieht sich auf die Begriffsdefinitionen der DIN 4045, der DIN EN 1085, der DIN EN sowie der DIN EN Klärschlamm Bei der Behandlung von Abwasser anfallender Schlamm (DIN EN 12832). Schlamm Im Sinne des vorliegenden Merkblattes: Gemisch von Wasser und Feststoffen. Rohschlamm Nicht stabilisierter Klärschlamm. Mischung aus Primärschlamm (aus Vorklärung), Sekundärschlamm (Überschussschlamm aus einer Belebungsanlage oder Tropfkörperschlamm) und ggf. Tertiärschlamm (durch chemische Fällung erzeugt) (DIN EN 1085). Schlammwasser Vom Schlamm abgetrennte Flüssigkeit (DIN EN 1085). Hinweis: Abgetrenntes Schlammwasser wird je nach Verfahren z. B. als Überstandswasser (statischer Eindicker), Zentrat (Zentrifuge) und Filtrat (Filtrations-Verfahren) bezeichnet. Schlammkonditionierung Physikalische, chemische, thermische oder andere Konditionierungsverfahren zur Verbesserung der Entwässerbarkeit (DIN EN 1085). Wirksamkeit der FHM Beim Vergleich verschiedener FHM ist ihre Wirksamkeit zu berücksichtigen. In erster Näherung kann der Gehalt an polymerer Wirksubstanz herangezogen werden. Eine genaue Beurteilung ergibt sich aus dem Vergleich der Verbrauchskosten für FHM ( /Mg TR) bei entsprechenden Abscheidegraden. Entwässerungsverhalten Wasserabgabe von Schlämmen in Abhängigkeit von der Schlammart, der Vorbehandlung, der Konditionierung und dem eingesetzten Entwässerungsaggregat sowie der dabei eingebrachten mechanischen und elektrischen Energie. Entwässerbarkeit Bewertung des Entwässerungsverhaltens. Im Allgemeinen erfolgt die Einteilung in gut mittel schlecht. Entwässerungsergebnis Erreichter Endfeststoffgehalt sowie Abscheidegrad von Schlämmen. Exopolymere Substanzen (EPS) Extrazelluläre polymere Substanzen oder Biopolymere, die von Mikroorganismen synthetisiert werden und als Baumaterial für Biofilme dienen. Sie bestehen vorwiegend aus Polysacchariden und Proteinen. Mischschlamm Gemisch aus mehreren Schlammarten. 8 Oktober 2008