Anaerobtechnik Klärschlammbehandlung Übung zur Vorbereitung der Rechenaufgabe Anaerobtechnik Klärschlammbehandlung Übungsbeispiel „Bemessen und Bilanzieren! Schlammwasser Schlammwasser „Ertüchtigung einer Kläranlage mit simultaner, aerober Schlammstabilisierung (20.000 EW) durch anaerob, mesophile Schlammstabilisierung (30.000 EW) “ Bauhaus-Universität Weimar Bauhaus-Universität Weimar Dr.-Ing. Jörg Londong Dr. -Ing. Ralf Englert Dipl. Ing. Matthias Hartmann Fliessbild der Anlage im Bestand Fliessbild der Anlage nach Erweiterung Zulauf Klärschlamm Zulauf Klärschlamm Entwässerung Rechen Entwässerung Sandfang ÜS-Speicher/ Eindicker Rechen Zulauf Belebungsbecken FS-Speicher/Eindicker Sandfang Belebungsbecken Nachklärbecken Nachklärbecken Primärschlamm Rücklaufschlamm Ablauf Überschussschlamm Ausbaugröße: 20.000 Einwohnerwerte EW60 Schlammalter: tTS ca. 25 d Bauhaus-Universität Weimar Bauhaus-Universität Weimar Schlammwasser Ausgangsdaten Faulbehälter Schlammalter: tTS ca. 15 d Ablauf Vorklärbecken ÜS-Eindickung + BHKW Überschussschlamm Ausbaugröße: 30.000 Einwohnerwerte EW60 Schlammalter: tTS ca. 15 d Ihre Aufgaben Biologische Stufe : Dimensionierung von: •Faulbehälter (Volumen, Durchmesser, Höhe) •Faulgasspeicher (Volumen) •Nacheindicker (als Durchlaufeindicker) •Entwässerungsaggregate: Filtersiebtrommel zur ÜS-Eindickung; Dekanter zur Entwässerung (erforderliche Durchsatzleistung) •Dosiereinrichtungen von Flockungshilfsmitteln (Volumen) • Ausbaugröße 30.000 EW • einstufiges Belebtschlammverfahren mit Nitri- und Denifrikation, • Schlammalter tTS = 15 d P-Elimination : • Simultanfällung mit Aluminium-Salz, kein anaerobes Vorbecken Bauhaus-Universität Weimar Bauhaus-Universität Weimar Schlammbehandlung: • Überschussschlammeindickung mit Filtersiebtrommel • mesophil-anaerobe Stabilisierung • Gasverwertung durch Kraft-Wärmekopplung im BHKW • statische Nacheindickung (Durchlaufeindicker mit Speicherfkt.) • Entwässerung mit Hochleistungszentrifuge (Dekanter) Auswirkungen auf den Betrieb: Wie viel Klärschlamm ist täglich zu entsorgen? Welche Schlammwassermengen fallen täglich an? Inwieweit kann der Energiebedarf (Wärme/Strom) der Kläranlage aus der Faulgasverwertung gedeckt werden? 1 Anaerobtechnik Klärschlammbehandlung Übung zur Vorbereitung der Rechenaufgabe Bilanzierungsrahmen Bilanzierung Vorklärbecken Bd,AV Bd,Z Entwässerung = Bd,ZB Rechen Belebungsbecken Sandfang FS-Speicher/Eindicker Nachklärbecken Bd,PS Faulbehälter Bauhaus-Universität Weimar Bauhaus-Universität Weimar Schlammwasser Primärschlamm Schlammalter: tTS ca. 15 d Vorklärbecken ÜS-Eindickung + BHKW Überschussschlamm Zulauf = Ablauf Bd,Z = Bd,PS + Bd,AV gesucht Bd,PS, TS = Bd,ZB, TS = Feststofffracht g /(E*d) % WG % 35 2,0-8,0 i.M. 95 0,67 1,20 Ansatz: TSPS = 35 g/(E*d) aus Schlammliste 37,3 0,7 99,3 0,725 5,30 PSd = 35 g/(E*d) • E = 34,8 0,7 99,3 0,70 5,0 - - Primärschlamm, eingedickt Überschußschlamm (o. Fällung) - Schlammalter tTS=10d Überschußschlamm (o. Fällung) - Schlammalter tTS=15d Bauhaus-Universität Weimar oTR/TR • Feststofffracht [kg TS/d] l /(E*d) Tertiärschlamm (Simultanfällung) - Eisensalz; β=1,5 ; ΔSF=100% 6,5 Tertiärschlamm (Simultanfällung) - Aluminuimsalz; β=1,5 ; ΔSF=100% Tertiärschlamm (Flockungsfiltration) - Eisensalz; β=1,5 ; ΔSF=100% 5,01 - - 7,5 - - Alle Angaben für mechan. Abwasserreinigung im Vorklärbecken mit Vorklärzeiten ta,VK=1,0 h oPSd =0,67 • PSd = • Schlammmenge Ansatz 1: TRPS = 5% aus Schlammliste Schlamm Entwässerung = 1 kg TS/1000 kgSchlamm Bauhaus-Universität Weimar QPS,d = PSd / XTS = FS-Speicher/Eindicker TRPS = 5 % m³/d Ansatz 2: QPS = 1,2 l/(E*d) aus Schlammliste QPS,d = 1,2 l/(E*d) • E • 1.000 g/kg = Rechen Sandfang Belebungsbecken Nachklärbecken Schlammwasser Primärschlamm m³/d bzw. QPS,d = PSd /(TRPS * 10) = kg oTS/d TR = 0,1% m³/d Bauhaus-Universität Weimar XTS =1 kg kg TS/d Bilanzierungsrahmen [m3/d] XTS=50 kg TS/m3Schlamm = 50 kg TS/1000 kgSchlamm g TS/d bzw. • organische Feststofffracht [kg oTS/d] Ansatz: oTRPS/TRPS = 0,67 aus Schlammliste Schlammmenge TS/m3 [%] Bd , Z Schlammmenge Bauhaus-Universität Weimar Arten und Herkunft der Klärschlämme Bd ,PS Bd,PS = η • Bd,Z Bd,AV = (1- η) • Bd,Z = Bd,Z - Bd,PS Beispiel: gegeben Bd,Z, TS = 2.100 kg TS/d ; ηVKB, TS = 45 % „Schlammliste“ nach DWA (Auszug) WasserTS-Fracht TR-Gehalt gehalt η= Faulbehälter Schlammalter: tTS ca. 15 d Vorklärbecken ÜS-Eindickung + BHKW Überschussschlamm 2 Anaerobtechnik Klärschlammbehandlung Übung zur Vorbereitung der Rechenaufgabe Bilanzierung Filtersiebtrommel Leistungsdaten von Filter- und Siebmaschinen m³/h 3 - 150 Feststoffdurchsatz kg/h 15 - 2.000 % 4 -10 g FHM/kgTS 4-8 % > 95 kWh/m³ 0,1 - 0,4 Feststoffgehalt TR,eingedickt Bauhaus-Universität Weimar spezifische Flockungshilfsmittel-Menge (organische FHM – Polymere) Abscheidegrad spezifischer Energiebedarf gewählt: TRÜS,eingedickt = %, spez. FHM-Bedarf = g FHM/kg TS Abscheidegrad = 100% (Sicherheit!) Spritzrohr Filtersiebtrommel Konditionierter Schlamm ÜSd= 1.000 kg TS/d TRÜS = 2,5 % Filtratwanne Schlammwasser Bauhaus-Universität Weimar Nenndurchsatz Bemessung Faulbehälter TRSW = 0 % QSW,ÜS= Dickschlamm ÜS VE = 1.297 kg TS/d TRÜS,VE= 5 % QÜS,VE = Stoffumwandlung bei der Faulung Das Faulraumvolumen wird über die mittlere Aufenthaltszeit (Schlammalter) bestimmt: VFB,erf. = t • QRS - kleine und mittlere Faulbehälter t = 20 - 25 d - große Faulbehälter t = 15 - 20 d Beispiel: gegeben QRS = 100 m³/d ; gesucht: VFB,erf. gewählt: Lösung: Bauhaus-Universität Weimar Bauhaus-Universität Weimar mesophile Stabilisierung (einstufig): Faulgasproduktion und Speicher Schlammmenge konstant Reduktion der Feststoffe durch Abbau organischer Substanz! Faulgasspeicherung- und Verwertung Spez. Faulgasproduktion bei mesophiler Faulung mit 20 d Aufenthaltszeit Abbaugrad ηoTS [%] spez. Faulgasvolumen [Nl/ kg oTSabgebaut] spez. Faulgasvolumen [Nl/ kg oTSzugeführt] Primärschlamm 55 - 60 900 - 1000 500 - 600 Überschussschlamm 25 - 30 700 - 800 200 - 300 Rohschlamm (Richtwerte) 40 - 50 (45) 800 – 1000 (850) 350 – 450 (400) Beispiel: gegeben oRSd = 1.000 kg oTS/d ;. gesucht oFSd;. QGas, d Das erforderliche Speichervolumen richtet sich danach, wie oft die Beschickung des Faulturms vorgenommen wird. Faulgasspeicher muss nach der fluktuierenden Faulgasmenge ermittelt werden empirischer Ansatz für (quasi)kontinuierliche Beschickung: 50 % der täglichen Gasproduktion speichern! Bauhaus-Universität Weimar Bauhaus-Universität Weimar Schlammart VGasspeicher = 0,5 • QGas Energiepotential des Faulgases Heizwert des Faulgases : hu = 6,5 kWh/Nm³ EGas= QGas • hu = 382,5 Nm³/d • 6,5 kWh/m³= 2.486 kWh/d 3 Anaerobtechnik Klärschlammbehandlung Übung zur Vorbereitung der Rechenaufgabe Eindickleistungen statischer Eindicker Schlammart Beispiel: Bilanzierung Nacheindicker TReingedickt [%] Trübwasser Faulschlamm Vorklärschlamm 5 - 12 ISV > 100 ISV < 100 1- 3 3- 5 Mischschlamm: - Vorklär- und belebter Schlamm - Vorklär- und Tropfkörperschlamm ausgefaulter Mischschlamm (Vorklärund belebter Schlamm) Ansatz: TRFS,eingedickt = 4 - 10 6 - 10 5- 9 % bzw. XTS,FS = kg/m³ Qd, Trübwasser m3/d TR Faulschlamm 2,5 [%] TS, Trübwasser g/l Dickschlamm Dickschlamm m3/d Qd, Dickschlamm 6,5 TR Dickschlamm [%] Leistungsdaten von Zentrifugen Nenndurchsatz m³/h 1 - 100 Feststoffdurchsatz kg/h 20 - 6.000 Rechen Belebungsbecken Sandfang FS-Speicher/Eindicker Feststoffgehalt TR,enwässert - Zentrifuge - Hochleistungszentrifuge (Dekanter) spezifische Flockungshilfsmittel-Menge (Polymere) Abscheidegrad Nachklärbecken Faulbehälter Schlammalter: tTS ca. 15 d Vorklärbecken ÜS-Eindickung + BHKW Überschussschlamm Bauhaus-Universität Weimar Schlammwasser Primärschlamm Bauhaus-Universität Weimar m³/d Trübwasser Entwässerung / Konditionierung Entwässerung 136 Bauhaus-Universität Weimar Bauhaus-Universität Weimar belebter Schlamm *) Qd, Faulschlamm spezifischer Energiebedarf - Zentrifuge - Hochleistungszentrifuge % g FHM/kgTS 20 - 32 28 - 40 3-8 % > 95 kWh/m³ *) ~ 2,0 bis 2,2 gewählt: TRFS,entwässert = spez. FHM-Bedarf = Abscheidegrad: Gesamt-Prozessbild H 2O Nachverdünnung Schlamm- wasser FM: Flockungshilfsmittel • werktags (5 Tage die Woche) und • in der Hauptarbeitszeit (7 Stunden am Tag) QFS,NE,h + QGL,h entwässerter Schlamm QFS,Entw Bauhaus-Universität Weimar Bauhaus-Universität Weimar QFS,NE,h Zentrifuge QGL,h 0,1%-ige Gebrauchslösung Dickschlamm Die maschinelle Eindickung (Filtersiebtrommel) und Entwässerung (Dekanter) erfolgen nur : QSW,Entw. FHM 0,5%-ige Stammlösung Schichtbetrieb / FHM-Station Lösungsmengen bei der Konditionierung 0,5 %-ige Stammlösung wird vorgehalten aus der eine 0,1 %-ige Gebrauchslösung hergestellt wird Ansatz spez. FHM-Bedarf = 6 g FHM/kg TS Reifezeit : 60 Min Zuschläge bei der Dimensionierung der Aggregate und der Löse und FHM-Station (Konditionierung ) erforderlich! 4
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