Organische Klärschlammkonditionierung

Friedhelm Koch

Erst die Umstellung der Konditionierungsart von anorganische (Eisenchlorid und Calciumhydroxid) auf organische Konditionierung (Polymere) machte dem Betreiber von Schlammentwässerungsanlagen deutlich, welche negativen Veränderungen sich bei unzureichender Polymeraufbereitung und Polymereinmischung in den Klärschlamm ergeben können. Dies zeigt sich im wesentlichen im niedrigen Feststoffgehalt im entwässerten Schlamm (Filterkuchen). Prinzipiell kann ein niedriger Feststoffgehalt akzeptiert werden, sofern der Wert über 30% liegt, was bei gut ausgefaultem Schlamm kein Problem darstellt. Ein Feststoffgehalt 35% verursacht jedoch eine wesentlich schlechtere Filterkuchenablösung vom Filtertuch und einen höheren Bedienungsaufwand bei der Filterkuchenentleerung von Kammerfilterpressen. Bei herkömmlichen Kläranlagen muss aber, je nach deren Schlammvorbehandlungsart, entweder anaerob stabilisierter Schlamm oder aerob stabilisierter Schlamm entwässert werden, so dass der OTS-Gehalt (Gehalt an organischer Trockensubstanz) im Klärschlamm das wesentliche Kriterium des zu entwässernden Schlammes darstellt. Diese Fakten sowie die steigenden Probleme bei der ordnungsgemäßen Entsorgung der Klärschlämme (z. B. Landwirtschaft oder thermische Behandlung durch Trocknung oder Verbrennung) und die neuen Anforderungen gemäss TA-Siedlungsabfall erfordern einen optimalen Betrieb der weitergehenden Schlammbehandlung (Entwässerung).

Das Polymak-System kann sowohl für feste (PE-Granulat) als auch für flüssige Polyelektrolyte (PE-Emulsion) eingesetzt werden. Es bewirkt eine homogene Verteilung der zum Lösen des Polymers notwendigen Mischenergie und damit eine 100%ige Auflösung des Polymers bei einem geringeren Bedarf an Flockungsmittel. So wurde sowohl durch Betriebsversuche als auch durch ausgeführte Anlagen nachgewiesen, dass die Flockungsmitteleinsparung gegenüber konventionellen Systemen bei 15 bis 25% des normalen Verbrauchswertes liegt. Als wichtigster Parameter wurde dabei ermittelt, dass der Lösungsprozess des Polymers dann beendet ist, wenn die Viskosität der aufzulösenden Polymermasse nicht mehr ansteigt. Dies bedeutet u. a., dass das einzusetzende Polymerprodukt nur noch einen geringen Einfluss auf die optimale Klärschlammaufbereitung hat und der Betreiber der Anlage relativ unabhängig seine Produktentscheidung treffen kann. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass der Feststoffanteil im Zentrat – bei der Entwässerung mit Zentrifugen – durch das Polymak-System gesenkt wird. So wurde bei einem Vergleich des Polymak-Systems mit einem konventionellen System beim Einsatz einer Polymak-Anlage ein Feststoffgehalt im Zentrat von 0,24 g TS/l und bei der konventionellen Anlage von 1,96 g TS/l gemessen, basierend auf einer Polymerzugabemenge von 6,5 g Poly (100%)/kg TS Schlamm.

Diese Technologie bietet den Vorteil der vollständigen Verteilung der PE-Partikel in einem optimalen Wasserstrom von 120 l/min (bei Polymak F), erzeugt durch mechanische/elektrische Geschwindigkeitsenergie. Dadurch wird eine bestimmte spezifische Oberfläche der einzelnen Partikel erzeugt, die bei PE-Granulaten 49 cm²/g Granulat und bei PE-Emulsion 4,9 m²/g Emulsion liegt. Durch diese physikalische Grundbedingung ergibt sich eine vollständige Auflösung der PE-Partikel im Wasserstrom. Der Lösungsprozess erfolgt durch homogen verteilte Mischenergie. Die Lösungsdauer für PE-Granulat liegt im Mittel bei 12 Minuten und bei PE-Emulsion bei 60 Sekunden. Resultierend aus diesem Ergebnis kann mit einer Anlage P 600 nach jeweils 12 Minuten ein Ansatz von 600 l PE-Lösung mit einer Konzentration von 0,6% mit PE-Granulat erzeugt werden und der gleiche Ansatz nach jeweils 5,5 Minuten mit PE-Emulsion. Polymak P-Anlagen eignen sich für PE-Granulat und PE-Emulsion. Es handelt sich um Kompaktanlagen, bei denen der Füllungsgrad des Lösebehälters beliebig eingestellt werden kann. Somit besteht die Möglichkeit, kleinere Ansätze anzufertigen als dies der Nutzinhalt des Behälters vorgibt sowie eine optimale Zyklus-Füllzeit und Lösungsdauer zu programmieren. PE-Aufbereitungsanlagen für PE-Granulat gibt es in fünf Standardgrößen mit Ansatzleistungen von 300 bis 3000 l/h als 0,6%ige Gebrauchslösung. Für die Aufbereitung von flüssigem Polyelektrolyt wurden spezielle Anlagen entwickelt und unter dem Produktnamen Polymak F vertrieben.

Diese Kompaktanlagen erzeugen einen kontinuierlichen Lösungsprozess der PE-Emulsion in einem schnell rotierenden Wasserstrom. Das System ermöglicht eine regelbare Dosierung des Flockungsmittels (PE-Emulsion) innerhalb einer kontinuierlich strömenden, rotierenden Wassermasse im Behälter. Die erforderliche Aufenthaltszeit des Polymers innerhalb der rotierenden Wassermasse ist abhängig von der Struktur des Flockungsmittels und liegt im Bereich von 30 bis 60 s. Die beiden Standardausführungen der Polymak F-Anlagen haben bei 0,1%iger Konzentration der Gebrauchslösung folgende Ansatzleistungen:

• Polymak F 6 : 10 bis 3600 l/h

• Polymak F 18 : 50 bis 11 000 l/h

Gebrauchlösungskonzentrationen bis maximal 1% sind mit diesem Anlagensystem realisierbar. Sämtliche Anlagen werden in Edelstahl Nr. 1.4301 hergestellt.

Der Polymerschlamm-Mischer Polyslem ist ein Turbinenrührwerk, das zentral innerhalb eines Rohrleitungssystems angeordnet wird. Besonders vorteilhaft ist der Einbau innerhalb der Schlammdruckleitung zwischen Beschickungspumpe und Filterpresse bzw. sonstigem Entwässerungsaggregat. Der Antrieb des Turbinenrührwerks erfolgt mittels direktangeflanschtem Elektromotor, geeignet für Frequenzumformerbetrieb. Der Polyslem hat einen Polymereinspeiseanschluss mit druckfestem Schlauch und Rückschlagklappe und wird in Edelstahl Nr. 1.4301 gefertigt. Der Mischer kann mit einer Unterkonstruktion (Grundgestell), geeignet für die Aufstellung auf einem Fundament oder zur Befestigung an der Gebäudewand, in Sonderausführung, ausgeführt werden.

Mit der Entwicklung des Polyslem wird ein Mischverfahren zur idealen Mischenergieanpassung an die Volumenverhältnisse Schlamm/PE-Lösung, an die Viskosität der Flüssigkeiten und der Konzentration der PE-Lösung (Konzentrationen bis max. 1% sind mischbar) und die Strömungsgeschwindigkeit der Schlammmenge zur Filterpresse bzw. sonstigem Entwässerungsaggregat vorgestellt.

Die Vorteile der Anlagentechnik sind:

• variable Drehzahl (proportional der TS-Fracht /Schlammmenge)

• höhere Konzentration der Gebrauchslösung (max. 1%)

• geringere hydraulische Belastung des Entwässerungsaggregates

• höherer TS-Gehalt im Filterkuchen (nachgewiesen wurden 35 bis 40% TS bei Klärschlamm mit i. M. 43,31% OTS-Gehalt und Entwässerung auf Kammerfilterpresse)

• geringerer Flockungsmittelbedarf von 15 bis 25% (nachgewiesen wurde ein PE-Verbrauch i. M. 3,59 kg Poly (100%) / t TS – Rohschlamm)

• Drehzahl des Turbinenmischers steuerbar durch ein 4…20-mA-Signal der Trockenstoffmessung bzw. SCD – Messung

• Auf eine zusätzliche Zugabe von FeCl3 kann in Kombination mit der Polymer-Anlage verzichtet werden, ohne dass hierdurch das Entwässerungsergebnis negativ beeinflusst wird

Die hier beschriebene zweistufige Anlagentechnik hat ihren größten Nutzeffekt in Kombination. Die Anlagen sind jedoch je nach vorhandenem Konditionierungs- und Entwässerungssystem auch separat einsetzbar. Die tatsächlich erreichbaren Betriebsdaten können im Vorfeld mit einer Versuchsanlage ermittelt werden.

E cav 206

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