Projekt 17954/01

Entwicklung eines Schlammspiegelreaktors (SSR) zur DurchfĂŒhrung anaerober und anoxischer Abwasserreinigungsprozesse im produktionsintegrierten Industriebereich (1. Projektabschnitt)

ProjekttrÀger

Rheinisch-WestfĂ€lische Technische Hochschule(RWTH) AachenInstitut fĂŒr Siedlungswasserwirtschaft
Mies-van-der-Rohe-Str. 1
52074 AachenZielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Reinigung der AbwĂ€sser und die Entsorgung der anfallenden Reststoffe stellen einen zunehmend an Bedeutung gewinnenden Kostenfaktor bei der Abwasserreinigung im kommunalen und industriellen Bereich dar. Mit Hilfe der betrachteten Verfahrensentwicklung sollten die entstehenden Energie- und Entsorgungskosten minimiert und im Bereich der Industrieabwasserbehandlung eine VerstĂ€rkung des produktionsintegrierten Umweltschutzes erreicht werden. Ziel war die Entwicklung eines Schlammspiegelreaktors zur DurchfĂŒhrung anoxischer oder anaerober Abwasserreinigungsprozesse. Die untersuchte Technik sollte zu einer einfacheren Anlagentechnik und BetriebsfĂŒhrung im Vergleich zu Ă€hnlich ange-legten Reaktortechniken fĂŒhren. Dadurch konnte weiterhin die Auslastung und Betriebssicherheit der Anlage steigen und eine aufwĂ€ndige Personalschulung konnte entfallen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wurde bei der untersuchten Verfahrens- und Reaktortechnik auf die Trennung des klassischen 3-Phasengemisches im Reaktionsbereich (wie z. B. beim UASB-Reaktor) sowie den Einsatz von Wirbelbettmaterialien verzichtet. Der Reaktor und die NachklĂ€rung sind in einer Einheit zusammengefasst. Die Gasphase wird oberhalb des Schlammbettes abgetrennt, so dass im Schlammspiegelreaktor eine Flotation der Feststoffe vermieden wird. FĂŒr die spĂ€tere großtechnische Umsetzung wĂ€re daher eine Reaktorhöhe von 10 bis 12 m vorzusehen. Die Höhen der im Vorhaben eingesetzten Versuchsanlagen lagen zwischen 3,40 m und 7,00 m. Im Zuge eines effizienten Forschungs- und Entwicklungsablaufs wurden die Einflussfaktoren auf die Anlagenauslegung und -entwicklung an drei Hochschulen parallel untersucht. An der TUHH Tech GmbH wurde die Denitrifikation untersucht, am ISAH der UniversitĂ€t Hannover die anaerobe Kohlenstoff- und Stickstoffelimination und am ISA der RWTH Aachen wurde auf die Reaktortechnik und BetriebsfĂŒhrung eingegangen. Am Ende dieser ersten Projektphase wurden interessierten deutschen Unternehmen im Rahmen eines Workshops die Projektergebnisse vorgestellt und Möglichkeiten ihrer Beteiligung in einer 2. Projektphase diskutiert. In einer 2. Phase sollten mit Industriebeteiligung umfangreiche Pilotversuche durchgefĂŒhrt und im halbtechnischen Maßstab Betriebsparameter sowie technische Detailfragen bear-beitet und optimiert werden. Ergebnisse und Diskussion Die Untersuchungen verliefen in allen drei Projektbereichen erfolgreich. Insbesondere hinsichtlich der untersuchten Verfahrenstechnik, Schlammbettausdehnung und Gasproduktion ergĂ€nzen sich die Ergebnisse. Zentrale ErtrĂ€ge der Untersuchungen sind demnach, dass die grundsĂ€tzliche verfahrenstechnische FunktionsfĂ€higkeit des Schlammspiegelreaktors nachgewiesen werden konnte, so dass nun konkrete verfahrenstechnische Erkenntnisse hinsichtlich des Betriebs sowohl unter anaeroben als auch unter anoxischen Betriebsbedingungen vorliegen. Weiterhin konnte aufgezeigt werden, dass die Schlammbettausdehnung vom TS-Gehalt im Reaktor und der gewĂ€hlten Aufstromgeschwindigkeit abhĂ€ngig ist und durch lineare Funktionen annĂ€hernd genau beschrieben werden kann. Ferner kann die Gasproduktion in AbhĂ€ngigkeit von den vorliegenden Betriebsbedingungen (anaerob, anoxisch) angegeben werden. Im Einzelnen ergeben sich folgende Ergebnisse: Verfahrenstechnik: Der fĂŒr die Untersuchungen eingesetzte Kunstschlamm wies eine gute Übereinstimmung mit dem Absetz- und Fließverhalten belebter SchlĂ€mme auf. Er entsprach dagegen nicht den Absetz- und Fließeigenschaften pelletartiger anaerober SchlĂ€mme. Die Schlammbettexpansion war mit dem Kunstschlamm gezielt steuerbar. So konnten ZusammenhĂ€nge zwischen Schlammbettexpansion, TS-Gehalt im Reaktor und der Aufstromgeschwindigkeit nachgewiesen werden, die sich durch Funktionen annĂ€hernd genau ausdrĂŒcken lassen. Hinsichtlich des notwendigen Überdruckes zur blasenfreien Durchströmung des Schlammbettes sind angesichts des Einsatzes von inertem Kunstschlamm noch keine detaillierten Aussagen möglich. Die Ausgasung ist fĂŒr den Einsatz biologischer SchlĂ€mme bei einer Reaktorhöhe von 10 - 12 m noch weiter zu untersuchen. Anaerobe Betriebsweise: Die im Vorfeld vorgenommenen theoretischen Betrachtungen und Berechnungen bezĂŒglich der Gasproduktion, der Rezirkulationsrate und der Schlammbettausdehnung konnten in den Versuchen bestĂ€tigt werden. Die Schlammbettausdehnung steigt linear mit zunehmender Aufstromgeschwindigkeit im Reaktor. Die zu Beginn der Versuche gewĂ€hlte EinfĂŒllhöhe der Schlammpellets sowie GrĂ¶ĂŸenverteilung hatten nahezu keinen Einfluss auf die Schlammbettausdehnung. Der an-aerobe Abbau verlief stabil und es konnte ein Methananteil von 75 % im Gas erreicht werden. Die Schlammbelastung im SSR konnte bis auf BTS= 0,55 kg CSB/kg oTR d bei nahezu konstantem CSB-Abbau von 98 % gesteigert werden. Die zugehörige Gasproduktion betrug 55 l/h. Die gesamte Gas-menge blieb im Reaktor in Lösung und konnte im anschließenden Desorber entgast werden. Anoxische Betriebsweise: Anhand von Dauerversuchen konnte der Beweis der ZuverlĂ€ssigkeit des Reaktortyps erbracht werden. Sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Feststoffkonzentrationen im SSR konnte ein stabiler Anlagenbetrieb aufrechterhalten werden. Der zugefĂŒhrte Schlamm darf einen maximalen Feststoffgehalt nicht ĂŒberschreiten, da sonst die angestrebte Wirbelschicht komprimiert wird und sich ein Festbett mit Kanalströmung bildet (Laborversuche: TSmax = 22 g/l). Ein verdichtetes Schlammbett mit ausgebildeter Kanalbildung kann nicht wieder in eine Wirbelschicht umgewandelt werden. Bei der Versuchsanlage Flensburg haben sich Aufströmgeschwindigkeiten zwischen 1 und 1,2 m/h fĂŒr einen stabilen Dauerbetrieb bewĂ€hrt. Die maximale Gaslöslichkeit lag bei diesen Versuchen bei 80 % der SĂ€ttigungskonzentration. Zum Erreichen einer blasenfreien Durchströmung des Schlammbetts sollte ein Betriebsdruck gewĂ€hlt werden, der das 1,6 bis 1,8-fache des Drucks betrĂ€gt, der aufgrund der SĂ€ttigungskonzentration erforderlich wĂ€re. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Vortrag auf der 34. Essener Tagung fĂŒr Wasser- und Abfallwirtschaft: Sekoulov, I. (2001): Abwasserbehandlung mit Hilfe eines Schlammbettreaktors, GWA Bd. 184, S. 17/1-17/9 Fazit Der Schlammspiegelreaktor zur DurchfĂŒhrung anoxischer oder anaerober Abwasserreinigungsprozesse stellt eine praxisorientierte und einfache Technik mit hohem Nutzen und Umweltentlastungspotenzial dar. Im Rahmen des FuE-Vorhabens ist es gelungen, einen entsprechenden Schlammspiegelreaktor im halbtechnischen Maßstab zu entwickeln und zahlreiche Untersuchungen zur Verfahrenstechnik und zur anaeroben und anoxischen Betriebsweise durchzufĂŒhren. Im Ergebnis liegen nun wichtige Erkenntnisse fĂŒr eine Weiterentwicklung dieses Reaktortyps im großtechnischen Maßstab vor.

Übersicht

Telefon

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Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Fördersumme

241.412,09 €

Förderzeitraum

21.06.2001 - 29.09.2005