Kläranlagen als Gesamtsystem

Zuverlässigkeit des Schlammeindickungsverfahrens

Kläranlagen verwenden je nach Größe unterschiedliche Verfahren zur Abwasserreinigung. Kleinere Anlagen für bis zu 30.000 Einwohner werden häufig als Belebungsanlagen mit aerober Schlammstabilisierung gebaut. Größere Anlagen (>30.000 Einwohner) arbeiten dagegen meist mit anaerober Schlammstabilisierung. Bei diesem Verfahren wird der bei der biologischen Reinigung anfallende Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken abgezogen und in das Belebungsbecken zurückgeführt. Ein Teil dieses Stroms muss jedoch als Überschussschlamm entnommen und zusammen mit dem in der Vorklärung anfallenden Primärschlamm zur anaeroben Schlammstabilisierung in den Faulbehälter geleitet werden.

Die große Menge dieses Überschussschlamms stellt eine große Herausforderung dar. Der Schlamm wird mit einer sehr hohen Verdünnung von nur etwa 5-10 g/Liter aus dem Nachklärbecken abgezogen und muss daher auf etwa 50-85 g/Liter eingedickt werden, um die optimale Konzentration für den Faulbehälter zu erreichen. Das Volumen wird um etwa 80-90 % reduziert. Es gibt verschiedene Methoden, um dies zu erreichen, darunter die statische Eindickung oder das Abseihen, aber jede Methode hat ihre spezifischen Nachteile. Eine sehr gute Methode - mit vielen Vorteilen - ist die Eindickung mit Dekantern.

Der Betrieb eines Faulbehälters ist zwar technisch anspruchsvoll, aber entscheidend für den Gesamtprozess und die daraus resultierenden Betriebskosten der Kläranlage. Denn ein optimaler Faulungsprozess erhöht die Gasausbeute und senkt damit die Energiekosten. Gleichzeitig kann gut ausgefaulter Schlamm sehr gut entwässert werden, was ebenfalls die Entsorgungskosten senkt. Eine optimierte Beschickung des Faulbehälters wirkt sich sehr positiv auf die Steuerung des Gesamtprozesses aus. Die Beladung muss möglichst gleichmäßig und konstant sein. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist der Flottweg OSE-Dekanter mit eingedickter Schlammkontrolle.

Der Eindickungsprozess und die Einflussfaktoren

Betrachtet man den Gesamtprozess, so sind einige wichtige Punkte und Einflussfaktoren zu beachten:

- Die Zulaufbedingungen zur Kläranlage beeinflussen die Konzentration und das Volumen des Überschussschlamms. Starke Regenfälle können dabei eine wichtige Rolle spielen.

- Der Schlamm sollte prozessoptimiert, d.h. zeitnah zum Schlammanfall, aus dem Nachklärbecken abgezogen werden.

- Der Faulbehälter bevorzugt eine Feststoffzufuhr mit konstanter Rate und Konzentration.

- Der Abscheidegrad der Eindickung muss so hoch wie möglich sein, um die Rücklauffracht so gering wie möglich zu halten; mindestens 95 % sind erforderlich. noch besser sind 98 % oder mehr.

- Da polymere Flockungsmittel den Aufschlussprozess stören können, sollte ihre Menge so gering wie möglich gehalten werden.

- Je mehr Polymer im Schlamm vorhanden ist, desto höher ist die Viskosität und desto schlechter ist die Durchmischung im Faulbehälter. Die Folge ist ein Rückgang der Gasausbeute.

Die Herausforderung:

Das Eindicksystem arbeitet weitgehend autonom, ohne viel Aufmerksamkeit des Bedienpersonals. Prozessstabilität und Zuverlässigkeit müssen aber gewährleistet sein. Gleichzeitig müssen sowohl die Investitionskosten als auch die Betriebskosten in einem vernünftigen Rahmen gehalten werden. Das Eindicksystem lässt sich leicht an Änderungen im Gesamtprozess oder an besondere Betriebssituationen anpassen.

Durch die Eindickung des Überschussschlammes mit einem Dekanter wird die Struktur (Viskosität) des Schlammes verändert. Der eingedickte Schlamm (TS) hat eine cremige Struktur, die auch bei höheren TS-Konzentrationen ein einfaches Abpumpen ermöglicht. Diese Schlammeigenschaften wirken sich auch im Faulbehälter positiv aus, da die Schaumbildung gering ist und die Gasblasen leichter entweichen. Im Gegensatz dazu hat der eingedickte Schlamm aus einem Bandeindicker eine sehr flockige Struktur. Dieser Schlamm neigt im Faulbehälter viel mehr zum Schäumen.

Bei der Dekantereindickung werden die festen Partikel durch das im Dekanter erzeugte künstliche Schwerefeld, das um ein Vielfaches stärker ist als das Schwerefeld der Erde, von der Flüssigkeit getrennt. Polymere Flockungsmittel (PF) werden nur in sehr geringen Mengen zur Glättung der flüssigen Phase zugesetzt.

Unter Berücksichtigung dieser Einflussfaktoren wurde der OSE-Dekanter von Flottweg für die Herausforderungen dieses Prozessschrittes konzipiert und im Laufe der Jahre kontinuierlich verbessert. Darüber hinaus ermöglicht seine umfangreiche Steuerungs- und Regelungstechnik einen autarken Betrieb auch ohne Aufsicht durch das Bedienpersonal. Der umfangreiche Verschleißschutz des Dekanters gewährleistet eine Lebensdauer von weit über 100.000 Betriebsstunden und die Maschine ist für den 24/7-Betrieb ausgelegt. Der spezifische Energieverbrauch liegt bei ca. 0,10 - 0,3 kWh/m³, je nach Schlammeigenschaften. Die Geometrie von Trommel und Schnecke führt zu einzigartigen Abscheideergebnissen.

Der OSE-Dekanter ist ein geschlossenes System, so dass keine biologisch kontaminierten Aerosole in die Umwelt gelangen können. Die geräuscharme Konstruktion und die niedrige Rotordrehzahl sorgen für geringe Geräuschemissionen.

Zugabe und Kontrolle des Polymers

Die benötigte PF-Menge hängt von der Feststoffbeladung ab, d.h. die PF muss entsprechend der Beladung reguliert werden, um eine optimale Dosierung zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wird eine Sonde in den Dünnschlammzulauf eingebaut, um die Konzentration der Feststoffe zu messen. Anhand des hydraulischen Zulaufs und der Konzentration wird die Belastung berechnet und die PF-Dosierung entsprechend geregelt. Eine übliche PF-Dosis beträgt etwa 0,5 - 2 kg PF/t TS. Der genaue Wert wird vom Bediener am Bedienfeld eingestellt, und das Steuerungssystem regelt ihn dann automatisch.

Eine vollständige Ausflockung ist beim Einsatz des Dekanters nicht erforderlich, da die PF nur zur Glättung des Zentrats zur Verbesserung des Abscheidegrades, nicht aber zur eigentlichen Abscheidung eingesetzt wird. In der Regel ist es ausreichend und sogar empfehlenswert, ein preiswertes Pulverprodukt zu verwenden. Eine wichtige Information: Neben den herkömmlichen synthetischen Polymeren können Sie auch biologisch abbaubare Polymere auf Chitin- oder Stärkebasis verwenden. Und wenn die Schlammeigenschaften gut sind, können Sie in manchen Fällen mit dem OSE-Dekanter ganz auf den PF verzichten.

Kontrolle des eingedickten Schlamms

Veränderte Zulaufbedingungen wirken sich auch auf den Austrag des eingedickten Schlamms aus. Es ist jedoch wichtig, dass der Faulbehälter eine gleichmäßige Zufuhr von Feststoffen sowie eine konstante hydraulische Menge erhält. Um diese beiden Parameter zu gewährleisten, ist der OSE-Dekanter mit einem zusätzlichen Kontrollsystem für die Regelung des eingedickten Schlamms ausgestattet. Dieses System misst die Konzentration des eingedickten Schlamms mit einer Sonde. Über einen Algorithmus im SPS-Programm hält die Simp Drive®-Einheit die Konzentration des eingedickten Schlamms konstant. Der Bediener muss lediglich den gewünschten Wert am Bedienfeld auswählen, z.B. 6% TS, den Rest erledigt die Steuerung.

Behalten Sie den Abscheidegrad stets im Auge

Je höher der Abscheidegrad und je sauberer das Zentrat, desto geringer ist die Rücklaufbelastung für die Kläranlage. Mit dem OSE-Dekanter können konstante Abscheidegrade von >95%, oft sogar >98% erreicht werden. Ein Sensor überwacht die Qualität des Zentrats, so dass der Betreiber jederzeit den Überblick über die Abscheideleistung hat. So kann bei Abweichungen sofort reagiert werden - zum Beispiel durch eine Anpassung der Polymermenge.

Platzbedarf und Bedienung des OSE-Dekanters

Dieses Eindicksystem ist sehr kompakt. Der spezifische Durchsatz pro umbautem Raum ist oft deutlich höher als bei anderen, insbesondere größeren Anlagen. Dadurch kann es in bestehenden Gebäuden installiert werden, was Baukosten spart. Auch Containersysteme lassen sich leicht realisieren.

Neben den Mengen an Dünnschlamm, eingedicktem Schlamm und Zentrat überwacht das System wichtige Maschinenparameter wie Drehzahl, Vibrationen, Lagertemperatur, Energieverbrauch und Rohrleitungsdrücke. So hat der Betreiber jederzeit den Überblick über alle relevanten Parameter. Die Eindickanlage kann vom Bedienpult oder vom Prozessleitstand aus bedient und überwacht werden. Abgesehen von gelegentlichen Inspektionen ist ein Eingreifen vor Ort nicht erforderlich.

Einfach zu warten und anpassbar

Der Flottweg OSE-Dekanter ist sehr wartungsfreundlich konzipiert. Alle wichtigen Baugruppen und Komponenten sind leicht zugänglich. Dank eines umfangreichen und hochwertigen Verschleißschutzes in Kombination mit korrosionsbeständigen Edelstählen (V4A und Duplex) werden die Wartungskosten auf ein Minimum reduziert. Die Lager sind robust und langlebig. Alle Verschleißteile können vor Ort ausgetauscht werden, so dass während der Lebensdauer des Dekanters keine langen Stillstandszeiten zu erwarten sind.

Es sind auch keine Spezialwerkzeuge erforderlich.

Zudem können die Service-Spezialisten von Flottweg - nach Freigabe durch das Betriebspersonal - auf das Steuerungssystem zugreifen und so aus der Ferne Hilfestellung bei der Bedienung oder Wartung geben.

Neben der einfachen Wartung kann das System auch sehr gut mit wechselnden Anforderungen umgehen bzw. sich an diese anpassen. Treten z.B. Fadenbakterien (Mikrothrix) in der Kläranlage auf und bauen den Schlammindex ab, kann auch dieser Blähschlamm trotz eines SVI von bis zu 300 ml/g gut verarbeitet werden. Allenfalls ist mit einem erhöhten Polymerbedarf und/oder einem etwas geringeren Durchsatz zu rechnen. Auch für die Eindickung von Primär- oder Mischschlamm ist das System gut geeignet und erfordert lediglich eine Optimierung der Maschineneinstellungen. Und wenn in Zukunft zusätzliche Verfahren installiert werden, z.B. die thermische Hydrolyse, können die OSE-Dekanter problemlos angepasst werden.

Die konstante Beladung des Faulbehälters spart Heizkosten und verbessert den Faulungsprozess, wodurch sich die Gasausbeute erhöht und letztlich die Energiebilanz der Kläranlage verbessert. der 24-Stunden-Betrieb senkt die Investitionskosten und verbessert gleichzeitig das Management des Nachklärprozesses.

Beispiel für den Einsatz des Dekanters

Kundenerfahrungen haben gezeigt, dass durch den Einsatz des Dekanters zur Eindickung sowohl der Ausfaulungsgrad als auch das Entwässerungsergebnis verbessert werden konnten. Durch die vollautomatische Einbindung des Eindickdekanters in die Prozessführung konnten zudem die biologischen Bedingungen deutlich verbessert werden: Das Ergebnis ist ein geringerer Sauerstoffverbrauch, eine geringere Rücklaufbelastung durch sauberes Zentrat und ein konstant niedriger Schlammindex (90 - 110). Durch den Einsatz des Dekanters verbessern sich auch die Abflusswerte für NH4-N. Schließlich wirkt sich der Einsatz des Dekanters auch positiv auf die Entwässerung aus, indem der Energieverbrauch des Entwässerungsdekanters um ca. -14% von 2,47 auf 2,12 kWh/m³ reduziert wird.

Dieses Beispiel und die zugehörigen Parameter zeigen, wie sich der OSE-Dekanter positiv auf den Schlammeindickungsprozess auswirken kann.