1. Projektphase (labor- und halbtechnische Phase): Entwicklung eines Verfahrens zur Minimierung von Klärschlämmen durch zielgerichtete Ausbildung definierter Schlammpartikelstrukturen mittels mechanisch-enzymatischem Zellaufschluß
Projektdurchführung
IWE - Ingenieurgesellschaft für
für Wasser und Entsorgung mbH
Wasastr. 46
01445 Radebeul
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Ziel des Gesamtprojektes ist eine Klärschlammreduzierung im Klärwerk durch zielgerichtete Ausbildung definierter Schlammpartikelstrukturen. Der mechanische Klärschlammaufschluss bietet neben der Freisetzung der Zellinhaltsstoffe durch Aufbrechen der Zellen die Möglichkeit der Ausbildung optimaler und somit das Entwässerungsverhalten begünstigender Partikelstrukturen. Die Aufklärung und Abgrenzung der unterschiedlichen Effekte beim Eintrag mechanischer Energie müssen dazu untersucht werden. Schwerpunkt der ersten Projektphase war die weitere Durchdringung der Abwasser- und Schlammpartikelstrukturen in Kombination mit der messtechnischen Erfassung, die Ausreizung und Optimierung der Betriebsparameter der Desintegrationsgeräte sowie die zielgerichtete Beeinflussung signifikanter Eigenschaften der Schlämme (Ermittlung der Schlammparameter).
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer mechanische Zellaufschluss wurde durch die Behandlung von vorentwässerten Überschussschlamm und Faulschlamm (Umwälzung) in der Rührwerkskugelmühle und zum Vergleich im Ultraschalldesintegrator realisiert. Im Vorfeld weiterer geplanter Forschungsarbeiten war es notwendig, die Zusammenhänge zwischen der dem Zerkleinerungsprozess zugeführten spezifischen Energie (Variation der Zerkleinerungsparameter) und dem daraus resultierenden Aufschlussgrad und den Veränderungen bezüglich der Partikelstruktur (Ermittlung der Schlammparameter) zu erfassen. Dabei findet Berücksichtigung, dass die Wirkung des Zellaufschlusses nicht nur durch die Betrachtung der durch den Zellaufschluss gewonnenen Ergebnisse allein erfolgen sollte, sondern auch durch nachgeschaltete Untersuchungen bezüglich des Einflusses auf eine anaerobe Faulung von Klärschlamm bewertet werden muss. Innerhalb eines Folgeprojektes sollen daher die sich aus den Versuchsergebnissen ergebenden Zusammenhänge auf das biologische Abbauverhalten und auf die Entwässerungseigenschaften von Klärschlamm vertiefter untersucht werden.
Ergebnisse und Diskussion
Zur ersten Phase des Projektes liegt der ausführliche Bericht vom Juli 2000 vor.
Die Betriebsparameter beim Einsatz einer Rührwerkskugelmühle (Kapazität der Rührwerkskugelmühle gekennzeichnet durch maximale Werte von Drehzahl und Leistungsaufnahme) zur Desintegration intakter Zellen einer biologischen Suspension können so gewählt werden, dass die Energieausnutzung durch Wahl der Feststoffkonzentration und des Mahlkugeldurchmessers optimal bleibt. Zu beachten ist, dass die Parameter aufgrund technologischer Eingrenzungen nicht in jedem Fall über eine große Bandbreite ver-ändert werden konnten (Rührscheibendrehzahl und Mahlkugeldurchmesser), so dass die aufgeführten Ergebnisse nur Tendenzen aufzeigen können, aber keine absolut verallgemeinerte Aussagen darstellen. Es zeigt sich, daß dem Feststoffgehalt der zugeführten Suspension eine hohe Bedeutung beizumessen ist. Eine Erhöhung der Feststoffkonzentration führt zu einer proportionalen Erhöhung des CSBgelöst in der flüssigen Phase des Schlammes. Dies gilt sowohl für den Ultraschalldesintegrator als auch für die Rührwerkskugelmühle gleichermaßen, allerdings weist letztere im untersuchten Bereich einen höheren Aufschlussgrad auf. Beide Geräte sind für den Einsatz zur hochenergetischen Desintegration geeignet. Die entscheidende Einflussgröße zur Realisierung einer gezielten Aufschlusswirkung stellt bei der Rühr-werkskugelmühle (RWKM) und beim Ultraschall der spezifische Energieeintrag dar. Dabei ist bei der RWKM der bei einem bestimmten Durchsatz realisierbare spezifische Energieeintrag als Summe der Ein-flüsse von Mahlkörpergröße, Mahlkörperfüllgrad, Rührscheibenumfangsgeschwindigkeit und Mahlkugelmaterial anzusehen. Der Mahlkugelfüllgrad hat den größten Einfluss. Letztlich entscheidend für den Desintegrationserfolg der RWKM ist die Beanspruchungsdauer und somit die Verweilzeit im Mahlraum. Die durch die o.g. Parameter erreichbaren Effekte sind dem Einfluss der Beanspruchungsdauer und -häufigkeit unterzuordnen. Als energetisch sinnvoll zu betrachten ist die Wahl eines hohen Trockenrückstandsgehaltes und die mehrfache Beanspruchung der Schlammsuspension. Hier besteht das größte Optimierungspotential beim Ein-satz einer RWKM. Die großtechnische Umsetzung einer Mehrfachbeanspruchung durch die RWKM stellt hohe Anforderungen an die verfahrenstechnische Umsetzung (Mehrfachdurchlauf der Schlamm-Menge) und ist für große Schlamm-Mengen, die auf der Kläranlage anfallen, als nicht sinnvoll anzusehen. Zur Bewertung des Einflusses der Desintegration mittels Rührwerkskugelmühle und Ultraschalldesintegrator auf das biologische Abbauverhalten wurden im kleintechnischen Maßstab beginnende Faulversuche durchgeführt.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Kontaktadressen:
IWE - Ingenieurgesellschaft für Wasser und Entsorgung mbH, Wasastraße 6, 01445 Radebeul, Ansprechpartner: Herr Dr.-Ing. Hans-Jürgen Blobel,Telefon: 0351-83840, Fax: 0351-832840;
Fraunhofer IKTS Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe, Winterbergstrasse 28, 01277 Dresden, Tel. 0351/2553-537, Fax -600, Ansprechpartnerin: Frau Dr.-Ing. Friedrich.
Öffentlichkeitsarbeit: Tag der Sachsen (Dresden), Publikationen, Fachzeitschriften, Messepräsentation
Fazit
Der Klärschlammdesintegration gilt generell seitens der Kläranlagenbetreiber seit geraumer Zeit große Aufmerksamkeit. Zu klären ist derzeit nur, welche der in Frage kommenden Möglichkeiten - neben dem mechanischen Aufschluss gibt es auch noch die chemische, biologische und physikalische Methode für den nichtmechanischen Aufschluss - das leistungsfähigste Verfahren mit der größten Ökonomie ist.
Die Rührwerkskugelmühle zur Desintegration von Klärschlamm gekoppelt mit der Hochleistungs-Ultraschalltechnik könnte nach den vielversprechenden Ergebnissen der ersten Phase des Projektes ein solches Verfahren sein, das infolge des einfachen Handlings für einen Einsatz in der Kläranlagenpraxis geeignet wäre. Die weiteren Untersuchungen im kleintechnischen Maßstab in der geplanten zweiten Projektphase sollten daher vorrangig für den Einsatz der Ultraschalltechnik vorgenommen werden. Der Antrag liegt der Geschäftsstelle dazu vor (AZ 13813/02). Anknüpfend an die bisherigen Untersuchungen soll in einer nächsten Leistungsstufe der Einfluss des Zerkleinerungsprozesses (Optimierung) auf das biologische Abbauverhalten und auf die Entwässerungseigenschaften von Klärschlämmen detaillierter untersucht werden. Zusätzlich soll ein Vergleich durch die Zugabe von Enzymen zur Beschleunigung des Abbauprozesses an organischer Substanz in die Betrachtung einbezogen werden. Die Ergebnisse dieser umfangreichen Arbeitspakete sollen Auskunft bezüglich des Aufschlussverhaltens, des Energiebedarfs und der technologischen Voraussetzung zur verstärkten Einbindung der Desintegration in den Kläranlagenprozess geben.