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Klärschlamm (Fach) / 05. 06. Schlammstabilisierung (Lektion)

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• Warum muss Klärschlamm stabilisiert werden? Im Klärschlamm befindet sich ein hoher Anteil organischer Substanzen (Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette), die einen Närboden für Mikroorganismen bilden.So kommt es zu einem spontanen Beginn von Umsetzungsprozessen. Die Folge sind Fäulnis und starke Gerüche
• Schlammstabilisierung "Verfahren der Schlammbehandlung besonders zur weitgehenden Verringerung von geruchsbildenden Inhaltsstoffen und der organischen Schlammfeststoffe. Erwünschte Nebenziele sind die Verbesserung der Entwässerbarkeit, die Verminderung von Krankheitserregern sowie die Gewinnung eines energiereichen Gases."
• Einteilung des anaeroben Stoffumsatzes in vier Schritte: Hydrolyse → hydrolysierende Bakterien Versäuerung → versäuernde Bakterien Acetogenese → acetogene Bakterien Methanogenese → methanogene Bakterien
• Veränderung der Feststoffanteile und -mengen durch die Faulung Vorher: Rohschlamm gesamte Feststoffe:    100 % = 60 g/(E • d) GV = orga Substanz:    73 % = 44 g/(E • d) GR = Glührückstand:    27 % = 16 g/(E • d) nachher: Faulschlamm Faulgas und Schlammwasser gesamte Feststoffe: 100 % = 38 g/(E • d) GV = orga Substanz: 58 % = 22 g/(E • d) GR = Glührückstand: 42 % = 16 g/(E • d)
• Stabilisierungskennwerte: Glühverlust, Essigsäuregehalt, Fettsäuregehalt, BSB/CSB -Verhältnis für nicht und vollstabilisierte Schlämme Nicht stabilisiert Glühverlust: 60 - 90 % von TS Essigsäuregehalt:  ≤ 60 mg/l Fettsäuregehalt: 1800 - 3600 mg/kg BSB/CSB -Verhältnis: > 0,25 Teilstabilisiert bedingt stabilisiert voll stabilisiert  Glühverlust: ≤ 45 % von TS Essigsäuregehalt: < 100 mg/l Fettsäuregehalt: < 300 mg/kg BSB/CSB -Verhältnis: < 0,15
• Faulraumbetrieb Rohschlammvorbereitung (Entfernung der Störstoffe im Rohschlamm: Plastikteile, Faserstoffe (Zöpfe), Holzteile gegen Verstopfungsprobleme) Schlammsiebung Schlammzerkleinerung Reaktorbeschickung diskontinuierlich (Belastungsspitzen) quasi-kontinuierlich (mehrmals täglich kleinere Mengen) kontinuierlich (gleichmäßige Belastung)⇒ Faulschlammentnahme durch Verdrängung Reaktordurchmischungssysteme Umwälzpumpen Schraubenschaufler Gaseinpressung Reaktorheizung direkte Wärmeübertragung (Injektionsdüsen, Wasserdampf) indirekte Wärmeübertragung (Wärmetauscher)
• Einfahrbetrieb von Faulbehältern und Kontrollen Einfahrzeiten = f(Animpfung, Substrat, . . .) ~ 20 d bis 6 Monate!tägliche Rohschlammzugabe von 0,15 bis 0,20 kg oTS/m3 Faulraum(BR= 0,2 kg oTS/(m3*d)) stufenweise Erhöhung jeweils bis zum stabilen BetriebKontrollen  pH-Wert-Messung Gasmenge und Gaszusammensetzung Glühverlust GV org. Säuren: 300 bis 500 mg/l:  stabiler Betrieb > 2.000 mg/l:   saure Gärung → Rohschlammzufuhr stoppen, Kalkzugabe
• Vorteile des thermophilen Betriebs von Faulbehältern schneller Umsatz kürzere Verweilzeiten vollständiger Umsatz höhere Gasproduktion weitgehende Entseuchung
• Vorteile des mesophilen Betriebs von Faulbehältern einfachere Prozessführung geringerer Energiebedarf höhere Prozessstabilität
• Nachteile des mesophilen Betriebs von Faulbehältern Reaktionsvolumen größer als bei thermophilem Betrieb Entseuchung nicht so sicher wie bei thermophilem Betrieb
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• Nachteile des thermophilen Betriebs von Faulbehältern höherer CO2-Anteil niedriger CH4-Anteil erhöhter Energiebedarf geringe Prozessstabilität
• Reaktordurchmischung infolge: infolge hydraulischer Beschickung (Schlammzufluss) infolge Temperaturströmungen infolge von Dichteunterschieden (unterschiedliche Konzentrationen) infolge von Faulgasproduktion infolge von Durchmischungssystemen
• Aufgaben der Durchmischungssysteme von Faulbehältern Einmischung und Verteilung des Rohschlammes optimaler Stofftransport (Vermeidung von Diffusionslimitierungen) Abtransport der Stoffwechselprodukte Vermeidung von Sink- und Schwimmschichten
• hydrolisierende und versäuernde Bakterien im Bezug auf Licht lichtempfindlich
• methanogene Bakterien im Bezug auf Licht lichtempfindlich
• Zweistufig anaerobe Prozessführung Stufe anaerob - thermophil Hydrolyse und Versäuerung Umsatz der hochmolekularen Abfallinhaltsstoffe in eine gelöste Form Geringe Biogasproduktion kleinere Reaktoren 2-3 Tage Stufe anaerob - mesophil Acetat- und Methanbildung Umsatz der Zwischenprodukte zu Methan Biogasproduktion größere Reaktoren 6-12 Tage Schlammentwässerung
• Vorteile der einstufigen Prozessführung einfacher Betrieb keine zwischengeschaltete Phasenseparation
• Nachteile der einstufigen Prozessführung größeres spezifisches Reaktorvolumen geringfügig höherer Energiebedarf
• Vorteile der zweistufigen Prozessführung weitgehende Trennung der Mikroorganismengruppen Entkopplung der Hydrolyse von der Methanbildung dadurch kurze Verweilzeiten im Methanreaktor
• Nachteile der zweistufigen Prozessführung größerer apparatetechnischer Aufwand bei kleineren Anlagen nicht geeignet
• Einsatz der biologischen Verfahren zur Schlammstabilisierung (Stand 2003) anaerobe Stabilisierung (Große KA) duale Stabilisierung (große KA) aerob-thermophile Stabilisierung (mittlere KA) simultane aerobe Stabilisierung (kleine KA) Kompostierung (mittlere KA)
• Vorteile der Feststoffabtrennung in der 2-stufigen Schlammstabilisierung (nach der 1. Stufe und Rückführung in die 1.) überwiegend leicht methanisierbare Bestandteile des Substrates gelangen in die Methanisierungsstufe (hoher Stoffumsatz) Festbettsysteme können in die Methanisierungsstufe eingebaut werden (kurze Durchflusszeiten von 2 bis 3 Tagen) Verminderung des erforderlichen Reaktorvolumen um bis zu 80 %

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