Zusammenfassung Projektergebnis
Durch die Reinigung von kommunalem und gewerblichem Abwasser mittels mechanisch-biologischer Verfahren fallen Klärschlämme an. Die Sicherung einer hohen Wasserqualität führte innerhalb der letzten Jahre zu einer fortschreitenden Weiterentwicklung der Abwasserbehandlung sowie einer Erhöhung des Anschlussgrades. Als Folge dieser Entwicklung wird mit einem ansteigenden Klärschlammaufkommen besonders in hochtechnisierten Industriestaaten gerechnet. Durch die Schlammfaulung als Standardverfahren der biologischen Schlammstabilisierung wird eine deutliche Reduzierung der Schlammtrockenmasse erreicht. Die Umsetzung der organischen Substanzen von belebten Schlämmen bleibt jedoch, da diese zum größten Teil aus schwer abbaubarer organischer Zellsubstanz bestehen, in der Regel auf 40 bis 50 % beschränkt. Durch eine gezielte Vorbehandlung des Klärschlammes kann der limitierende Schritt des anaeroben Stoffwechselprozesses, die Hydrolyse partikulärer Substanz, unterstützt werden. So bewirkt ein Aufschluss der Zellmembranen die Freisetzung intrazellulären Materials und damit eine beschleunigte und weitergehende Stabilisierung.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden Desintegrationsverfahren untersucht, deren grundsätzliche Eignung hinsichtlich einer Intensivierung der Schlammfaulung bereits in labortechnischen Untersuchungen nachgewiesen worden war. Großtechnische Betriebserfahrungen und -daten, über die ein abschließender verfahrenstechnischer und wirtschaftlicher Vergleich der Desintegrationsverfahren ermöglicht wird, lagen bis dato nicht vor und waren erklärtes Ziel dieses Vorhabens.
Über einen Gesamtzeitraum von zwei Jahren wurden verschiedene Desintegrationsverfahren zum Aufschluss von Überschussschlamm im Zulauf eines Faulbehälters untersucht. Eingesetzt wurden zwei verschiedene Rührwerkskugelmühlen, die Lysatzentrifugen-Technik, ein Ultraschallhomogenisator und die chemische Oxidation mit Ozon. Diese Verfahren ließen sich besonders einfach in die bestehende Verfahrenstechnik implementieren. Darüber hinaus wurde die grundlegende Wirkungsweise dieser Verfahren bereits in vorangegangenen Untersuchungen nachgewiesen und Optimierungsarbeiten waren weitgehend abgeschlossen. Die Versuche beschränkten sich auf eine einzige kommunalen Kläranlage des Lippeverbandes. Die Desintegration von Faulschlamm in einem Teilstrom des Faulbehälters bietet eine weitere Intensivierungsmöglichkeit. Da jedoch hinsichtlich der Größe des aufzuschließenden Volumenstromes, implementiert in einer einstufigen Faulung, zu wenig Erfahrungen vorlagen, wurde dieses Verfahren im Rahmen labortechnischer Untersuchungen eingesetzt.
In erster Linie stand die durch den Einsatz der Desintegration erzielbare Verbesserung des anaeroben Abbauverhaltens im Vordergrund. Quantifiziert wurde dieser Effekt durch den Abbaugrad der organischen Substanz sowie durch die spezifische Gasausbeute. Sekundäre Effekte der Desintegration auf das Entwässerungsverhalten sowie die Belastung des Schlammwasser wurden ebenfalls begleitend untersucht. Auf Basis der ermittelten Datengrundlage und der Betriebserfahrungen wurde ein abschließender Vergleich der untersuchten Desintegrationsverfahren durchgeführt. Ein entscheidendes Kriterium stellt hierbei die Gegenüberstellung von Kosten und Einsparungen dar. Um die Desintegration wirtschaftlich einsetzen zu können, müssen sowohl die Investitionen als auch der Energiebedarf zum Betreiben des Desintegrationsverfahrens gedeckt werden. Weitere Betriebskosten ergeben sich aus Wartungs- und Reparaturarbeiten, Kosten für Personal sowie für zusätzliche Belüftungsenergie zum Abbau der erhöhten Rückbelastung und Kosten infolge eines erhöhten Polymerbedarfes. Dem gegenüber stehen Einsparungen auf Grund der Gewinnung zusätzlicher thermischer und elektrischer Energie, die aus der höheren spezifischen Gasausbeute resultiert. Darüber hinaus ergeben sich Einsparungen aus der Reduzierung der Entsorgungskosten infolge eines höheren Abbaugrades der organischen Substanz. Die Ergebnisse dieses Vorhabens sollen Planern und Betreibern als Hilfsmittel zur Entscheidungsfindung hinsichtlich des Einsatzes der Desintegration zur Intensivierung der Schlammfaulung dienen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die in diesem Bericht dargestellten Kostenbetrachtungen bestimmten Randbedingungen unterliegen, die im Einzelfall überprüft und angepasst werden müssen.