Inhaltsverzeichnis 1 Auswirkungen der Entwicklungen des Energiemarktes auf den Kläranlagenbetrieb 1 2 Zielsetzung der Arbeit 8 3 Biogaspotenziale kommunaler Klärschlämme 11 3.1 Charakterisierung von Biogaspotenzialen kommunaler Klärschlämme auf Basis stofflicher Elementaranalysen bzw. des CSB 11 3.1.1 Grundlagen der Biogaspotenzialabschätzung 11 3.1.2 Theoretisches Biogaspotenzial von Primärschlamm 13 3.1.3 Theoretisches Biogaspotenzial von Überschussschlamm 14 3.2 Erschließung von Biogaspotenzialen kommunaler Klärschlämme durch die anaerob mesophile Schlammstabilisierung 21 3.2.1 Biogaserzeugung aus Primärschlamm 21 3.2.2 Biogaserzeugung aus Überschussschlamm 22 3.2.3 Biogaspotenziale von Mischschlämmen 26 3.2.4 Biogaspotenzialreserve von Primär- und Überschussschlamm für die Verfahrenskombination Desintegration + anaerob mesophile Schlammstabilisierung 29 4 Desintegration 31 4.1 Grundlagen der Desintegration 31 4.1.1 Definition 31 4.1.2 Beurteilungskriterien der Desintegration 31 4.1.3 Desintegrationsverfahren 35 4.1.4 Einsatzmöglichkeiten der Desintegration in der Abwasser- und Schlammbehandlung 38 4.2 Ergebnisse der Anwendung der Verfahrenskombination Desintegration + anaerobe Schlammstabilisierung 41 4.2.1 Rührwerkskugelmühle 41 http://d-nb.info/1029176477
II 4.2.2 Ultraschallhomogenisator 46 4.2.3 Hochdruckhomogenisator 54 4.2.4 Elektroporation/Hochleistungspulstechnik 57 4.2.5 Ozon 59 4.2.6 Ly satzentrifüge 62 4.2.7 Laugenaufschluss 64 4.2.8 Aufschluss mit Wasserstoffperoxid 68 4.2.9 Thermischer Aufschluss 69 4.2.10 Thermischer + chemischer Aufschluss 88 4.2.11 Mikrowellenaufschluss 90 4.2.12 Strahljet 91 4.2.13 Zusammenfassung Literaturauswertung 91 5 Eigene Untersuchungen 93 5.1 Versuchsprogramm 93 5.2 Versuchstechnik 96 5.2.1 Aufschlussgeräte 96 5.2.2 Technische Ausstattung und Betrieb des Laborreaktors 100 5.3 Analytik und Messtechnik 102 5.3.1 Probenvorbereitung 102 5.3.2 Physikalische Messgrößen 102 5.3.3 Chemische Messgrößen 104 5.4 Charakteristik der verwendeten Überschussschlämme 106 5.4.1 ÜSHTVA... 106 5.4.2 ÜS KA DD-Kaditz 106 5.4.3 ÜS KA Lenz 107 5.4.4 ÜS KA St. Michaelis 108 5.4.5 ÜS KA Nünchritz 108 5.5 Grundlagen der Auswertung des anaeroben Abbaus organischer Stoffe 109
III 5.5.1 Kennwerte - gemessen 109 5.5.2 Kennwerte - berechnet 112 5.5.3 Bilanzierung von Versuchsreaktoren 117 5.5.3.1 Bedeutung der Bilanzierungsmethode 117 5.5.3.2 CSB-Bilanz 117 5.5.3.3 P-Bilanz 119 5.5.3.4 N-Bilanz 120 5.5.3.5 TR min-bilanz 126 6 Darstellung der Versuchsergebnisse 135 6.1 Kommentar zur Versuchsauswertung 135 6.2 Anaerobe Schlammstabilisierung ohne Desintegration 136 6.2.1 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS HTVA 136 6.2.2 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS DD-Kaditz 139 6.3 Anaerobe Schlammstabilisierung mit Desintegration 141 6.3.1 Thermische Desintegration 141 6.3.1.1 Voruntersuchungen - thermischer Zellaufschluss von Überschussschlamm 141 6.3.1.2 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS HTVA + 75 C 143 6.3.1.3 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS KA Lenz + 75 C 147 6.3.1.4 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS KA Nünchritz + 75 C 149 6.3.1.5 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS KA St. Michaelis + 75 C 152 6.3.2 Thermische Desintegration + Unterdruckbehandlung 153 6.3.2.1 Voruntersuchungen - Kombination aus thermischem Zellaufschluss und Unterdruckbehandlung von Überschus'sschlamm 153 6.3.2.2 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS HTVA + Unterdruck + 75 C 154 6.3.3 Rührwerkskugelmühle 158 6.3.3.1 Voruntersuchungen - Zellaufschluss von Überschussschlamm durch Rührwerkskugelmühle 158 6.3.3.2 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS HTVA + RKM 159 6.3.4 Fliehkraftkugelmühle 162 6.3.4.1 Voruntersuchungen - Zellaufschluss von Überschussschlamm durch Fliehkraftkugelmühle 162
IV 6.3.4.2 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS HTVA + FKM 163 6.3.5 Ultraschall 167 6.3.5.1 Voruntersuchungen - Zellaufschluss von Überschüssschlamm durch Ultraschall 167 6.3.5.2 Anaerobe Schlammstabilisierung - ÜS KA Lenz + US 168 7 Bewertung des Einflusses von Desintegrationsverfahren auf die anaerobe Stabilisierung von Überschussschlamm 171 7.1 Darstellung der Ausgangsituation zur Bewertung der Verfahrenskombination Überschussschlammdesintegration + anaerobe Schlammstabilisierung 171 7.2 Systematisierung der Datenbasis 172 7.2.1 Schwerpunkte der Systematisierung 172 7.2.2 Klassifizierung des Zellaufschlusses 173 7.2.3 Klassifizierung der Milieubedingungen der anaeroben Schlammstabilisierung 174 7.2.4 Klassifizierung der Überschussschlammcharakteristik 176 7.2.5 Gestaffelte Klassifizierung der Versuchsreihen nach den Einflussfaktoren chemischer Aufschlussgrad, Milieubedingungen der anaeroben Schlamm-stabilisierung und Überschussschlammcharakteristik 178 7.3 Leistungsvermögen der Verfahrenskombination Überschussschlammdesintegration + anaerob mesophile Stabilisierung 178 7.3.1 GV-Abbau und Biogasanfall : 178 7.3.2 Prozesswasserbelastung.: 182 7.3.2.1 Randbedingungen der Auswertung zur Prozesswasserbelastung 182 7.3.2.2 CSB-Prozesswasserbelastung 183 7.3.2.3 NH 4-N-Prozesswasserbelastung 184 7.3.2.4 Pge^mrProzesswasserbelastung 185 7.3.3 Entwässerungsverhalten 186 7.3.4 Auswirkungen der Desintegration auf die Faulzeit 188 7.3.5 Einfluss der Desintegration auf die anaerob mesophile Abbaubarkeit im Überschussschlamm gebundener Stoffgruppen 192
V 7.3.5.1 Auswirkungen der anaerob mesophilen Abbaubarkeit im Überschussschlamm gebundener Stoffgruppen auf Biogasanfall und -Zusammensetzung 192 7.3.5.2 Ermittlung der Verteilung der beim anaerob mesophilen Abbau von Über-schussschlamm beteiligten Stoffgruppen auf Basis des GV-Abbaus, des Biogas- und Methananfalls 196 7.3.5.3 Ermittlung der Verteilung der beim anaerob mesophilen Abbau von Überschussschlamm beteiligten Stoffgruppen auf Basis des Eiweiß-Abbaus, des Biogas- und Methananfalls 198 7.4 Prognose des Einflusses der Verfahrenskombination Desintegration + anaerob mesophile Stabilisierung auf das anaerobe Abbauverhalten von Überschussschlamm! 201 7.4.1 Grundlagen der Prognose 201 7.4.2 Nomogramm zur Ermittlung des GV-Abbaus 203 7.4.3 Nomogramm zur Ermittlung des Biogasanfalls 204 7.4.4 Nomogramm zur Prognose der CSB-Prozesswasserbelastung 205 7.4.5 Nomogramm zur Prognose der NH 4-N-Prozesswasserbelastung 208 7.5 Vergleich von Techniken zur Überschussschlammdesintegration in Kombination mit der anaerob mesophilen Schlammstabilisierung 211 7.5.1 Darstellung der Ausgangsituation 211 7.5.2 Zellaufschluss untersuchter Desintegrationsverfahren 211 7.5.3 GV-Abbau und Biogasanfall 212 7.5.4 Prozesswasserbelastung 216 7.6 Leistungsvermögen der Verfahrenskombination Überschussschlammdesintegration + anaerob thermophile Schlammstabilisierung 220 7.6.1 Charakteristik der Datenbasis 220 7.6.2 GV-Abbau und Biogasanfall 221 7.6.3 Prozesswasserbelastung 222 7.6.4 Entwässerungsverhalten 1 223 7.7 Vergleich der anaerob thermophilen Stabilisierung von unbehandeltem Überschussschlamm mit der anaerob mesophilen Stabilisierung von desintegriertem Überschussschlamm 224
VI 7.7.1 Charakteristik der Datenbasis 224 7.7.2 GV-Abbau und Biogasanfall 225 7.7.3 Prozesswasserbelastung 228 7.7.4 Entwässerungsverhalten 230 8 Zusammenfassung 232 9 Literaturverzeichnis 239