CH641132A5 - Verfahren zur desodorierung von schlaemmen, insbesondere klaerschlaemmen. - Google Patents

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Description

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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Desodorieren von Schlämmen, insbesondere unter Erhaltung der Biomasse, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schlämme mit aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen bei 5 bis 40 °C behandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als aktiven Sauerstoff entwickelnde Verbindungen Wasserstoffperoxyd, Alkaliperborat, Alkalipersulfate, Per-carbonsäuren Percarbamid, Alkali- oder Erdalkalichlorite einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als aktiven Sauerstoff entwickelnde Verbindung Natriumchlorit einsetzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schlammbehandlung bei Temperaturen von 5 bis 25 °C durchführt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schlammbehandlung bei pH-Werten von 5,0 bis 7,0 durchführt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Desodorieren von Klärschlämmen.
Bei der Reinigung gewerblicher und kommunaler Abwässer in mechanisch-biologischen Kläranlagen fallen neben den gereinigten Abwässern, die problemlos in den Vorfluter abgeleitet werden können, auch verhältnismässig grosse Mengen an Klärschlämmen an, die ebenfalls ordnungsgemäss beseitigt werden müssen.
Der Klärschlamm (Frischschlamm) setzt sich im allgemeinen zusammen aus dem Primärschlamm der mechanischen Stufe einer Kläranlage (Vorklärung) und dem sogenannten Überschussschlamm, der von der biologischen Stufe stammt. Sofern die zu behandelnden Abwässer zusätzlich über eine chemische Fällung gereinigt werden, die sogenannte dritte Reinigungsstufe, fällt noch ein Schlamm an mit überwiegend anorganischem Charakter.
Der Klärschlamm hat meistens einen niedrigen Trockensubstanz-Gehalt und enthält grosse Mengen an Mikroorganismen, auch pathogener Art, in Form von Bakterien, Viren und Wurmeiem von Eingeweideparasiten. Ein weiteres Kriterium von Klärschlamm ist meistens ein völliges Sauerstoffdefizit.
Durch anaerobe Bakterientätigkeit, d.h. durch Bakterientätigkeit bei Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff und ohne Luftzutritt, kommt es, speziell bei Klärschlamm, sehr schnell zu Bildung äusserst übler und zum Teil toxischer Gerüche, die bei der Schlammbehandlung und -beseitigung ein grosses Problem sowohl für das Betriebspersonal einer Kläranlage als auch für die Anliegerschaft darstellen.
Der Vorgang der anaeroben, biochemischen Bakterientätigkeit wird als «saure Gärung» bezeichnet und ist ein Pro-zess, der in der Abwassertechnik und insbesondere bei der Schlammbehandlung äusserst unerwünscht ist. Bei diesem Prozess wird der für die Bakterienatmung benötigte Sauerstoff aus sauerstoffhaltigen Verbindungen, gegebenenfalls auch aus den Molekülen des Wassers, abgespalten, wobei Gase, wie Kohlendioxid (C02), Wasserstoff (H2), Schwefelwasserstoff (H2S) und kleine Mengen an Methan (CH4), gebildet werden. Durch die Bakterientätigkeit entstehen darüber hinaus anderweitige unangenehm und übelriechende schwefel- und stickstoffhaltige Geruchsstoffe, wie z.B. Mer-captane, Thioäther oder auch Ammoniak. Die bakterielle Spaltung von im Abwasserschlamm enthaltenen Fetten führt zur Bildung organischer Säuren, wie Essigsäure und Buttersäure, wobei der pH-Wert des ursprünglich neutralen Schlammes bereits nach sehr kurzer Zeit in den schwachsauren Bereich abgleitet.
5 Bei der Schlammbehandlung und -beseitigung, sei es durch Unterbringen in der Landwirtschaft, Eindickung mittels Eindicker, Entwässerung über Zentrifugen oder durch thermische (Trocknung, Verbrennung) oder chemische Behandlung, ist es unumgänglich, den Klärschlamm mit Hilfe io von Pumpen oder anderen Aggregaten zu bewegen, umzuwälzen oder zu transportieren.
Gerade bei diesen notwendigen Arten der Schlammbehandlung werden die vorstehend erwähnten, übelriechenden und z. T. giftigen Geruchsstoffe in grossen Mengen entwik-i5 kelt, wodurch eine grosse Belästigung und gesundheitliche Gefahrdung für Betriebspersonal und Anlieger von Kläranlagen auftritt.
Während nun aber auf der einen Seite die unkontrollierte, anaerobe Schlammfaulung in Form der sauren Gärung in 20 den Schlammsammeltrichtern der Vorklärung und den Eindickbehältern (Voreindickern) äusserst unerwünscht ist,
nutzt man dagegen die kontrollierte, mikrobielle Zersetzung der organischen Inhaltsstoffe des Klärschlammes auf der andren Seite bei der sogenannten alkalischen Schlammfaulung 25 bewusst aus, ja fördert sie sogar durch eine optimale pH-und Temperatursteuerung. Bei diesem Vorgang wird das organische Material mit Hilfe bestimmter Bakteriengruppen zu Methan veratmet (Methanfaulung).
Da die Schlammbeseitigung bei z.B. kommunalen Klär-30 anlagen in nahezu allen Fällen bisher über das Verfahren der Methanfaulung abgewickelt wird, kommt es in vielen Fällen gerade deshalb darauf an, die Mikroorganismen im Schlamm nicht abzutöten, den Schlamm also nicht zu sterilisieren, sondern nur ihre Lebensvorgänge in den Bereichen 35 der Kläranlage weitestgehend zu hemmen, in denen der Klärschlamm aufgearbeitet wird, insbesondere bei offenen Systemen.
Soll jedoch nicht gefault werden, wie z.B. bei Lagerung auf Deponien, beim Transport oder beim Ausbringen auf 40 Agrarland, so kann auch eine nahezu völlige Abtötung aller Bakterien erfolgen, da eine Desodorierung nur für eine bestimmte Zeit erwünscht ist, nämlich für die Zeit der Weiterverarbeitung.
So wurde z.B. zur Gewinnung eines zur Behandlung von 45 Äckern geeigneten Klärschlammes eine kombinierte Behandlung dieses Schlammes durch Wärme und chlorabspaltende Mittel beschrieben, um sämtliche Bakterien abzutöten; s. DE-OS 2 460 286. Ein derartiger Schlamm kann aber nicht mehr gefault werden.
50 Wesentlich war daher für die Technik ein Verfahren, bei dem zwar eine völlig ausreichende Desodorierung, aber nicht zwangsläufig gleichzeitig eine vollständige Abtötung der Bakterien eintritt.
Es wurde nun gefunden, dass sich dieses Ziel erreichen 55 lässt und dass Schlämme, insbesondere Abwasserschlämme von kommunalen Kläranlagen, die wegen ihres Gehaltes an leicht zersetzbarem, übelriechendem Material unter anaeroben Bedingungen stark übelriechende und z.T. toxische Emissionen hervorrufen, praktisch quantitativ, insbesondere 60 unter Erhaltung der Biomasse, desodoriert werden können, indem man die Schlämme mit aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen bei 5 bis 40 °C behandelt.
Bevorzugte Behandlungstemperaturen sind 5 bis 25 °C. 65 Als aktiven Sauerstoff entwickelnde Verbindungen kommen in Frage: Wasserstoffperoxid sowie Alkaliperborat, femer Alkalipersulfate, vor allem Natrium- oder Ammonium-peroxodisulfat, organische Perverbindungen, wie Percarbon-
säuren, vor allem Peressigsäure, weiter Percarbamid, ausserdem Alkali- oder Erdalkalichlorite.
Die Schlammbehandlung mit den aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen wird bevorzugt bei pH-Werten der Schlämme von 5,0 bis 6,8 bzw. 7,0 durchgeführt. pH-Werte über 7 sind für eine Behandlung zwar anwendbar, die Desodorierung verläuft dann allerdings wesentlich langsamer, wobei im allgemeinen auch grössere Mengen an aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen eingesetzt werden müssen.
Die Desodorierung kann auch bei geringeren pH-Werten als 5,0 erfolgen - im Prinzip kann mit Mineralsäuren jeder andere, saure pH-Wert eingestellt werden -, jedoch muss dann bei niedrigeren pH-Werten mit der Gefahr von Korrosionen an den Apparaturen und Aggregaten gerechnet werden.
Zur eventuellen Einstellung eines für die Schlammbehandlung und -desodorierung günstigen pH-Wertes eignen sich alle Mineralsäuren, soweit sie nicht durch die aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen verbraucht werden können, wie Salzsäure und Schwefelsäure sowie eventuell Phosphorsäure oder Salpetersäure.
Bevorzugt können Salzsäure oder auch Schwefelsäure als wässrige Lösungen unter Umpumpen oder Umrühren eingesetzt werden. Am einfachsten werden sie in handelsüblichen, leicht zugänglichen Konzentrationen verwendet, d.h. bevorzugt von 15 bis 36 Gew.-% bei Salzsäure bzw. von 15 bis 96 Gew.-% bei Schwefelsäure.
Bevorzugte, aktive Sauerstoff entwickelnde Verbindungen sind: Alkali- oder Erdalkalichlorite, wie Natrium-, Kalium- oder Calciumchlorit; besonders bevorzugt ist Natrium-chlorit, und zwar in Form seiner wässrigen, handelsüblichen Lösungen. Jedoch kann auch trockenes, 80gewichtsprozenti-ges Natriumchlorit verwendet werden; daraus können Lösungen beliebiger Konzentrationen hergestellt werden.
Chlorite wirken bekanntlich im Gegensatz zu Chlor oder Hypochloriten nicht chlorierend, sondern über Sauerstoff in statu nascendi oxidierend und hemmend auf die Bakterientätigkeit.
Ein grosser Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist es, dass durch den Einsatz der aktiven Sauerstoff entwik-kelnden Verbindungen im Gegensatz zu aktivchlorhaltigen Mitteln, wie etwa Chlor oder Hypochlorit, die Bildung stark geruchsintensiver, toxischer, chlorierter organischer Verbindungen vermieden wird, z.B. bei Gegenwart von Phenolen (Chlorphenolbildung), Aminen oder dergleichen.
Ausserdem liegt ein weiterer Vorteil darin, dass es im Gegensatz zu Chlor abspaltenden Verbindungen bei Vorhandensein von Ammoniak oder Ammoniak bildenden Verbindungen nicht zur Bildung von explosivem Stickstoffchlorid kommen kann.
Durch den Einsatz von Alkali- oder Erdalkalichloriten bzw. von anderen aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen werden die bereits im Schlamm gebildeten üblen Gerüche chemisch oxidativ eliminiert.
Der Prozess der Desodorierung läuft dabei schnell und quantitativ ab; lange Reaktionszeiten, wie z.B. eine oder mehrere Stunden, oder höhere Reaktionstemperaturen werden dabei praktisch nicht benötigt. Das Verfahren wird vielmehr bevorzugt - wie gesagt - bei 5 bis 25 °C ausgeführt.
Die Menge an Chlorit oder anderen aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen richtet sich nach Art und Menge des zu behandelnden Schlammes. Klärschlamm, der relativ frisch abgezogen und aufgearbeitet wird, erfordert einen weniger hohen Einsatz an aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen und ist leichter zu desodorieren als bereits relativ alter und damit stark angefaulter Schlamm.
In Praxisversuchen haben sich als Richtwert Einsatzmen-
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gen von 50 bis 70 kg der etwa 24gewichtsprozentigen Natriumchloritlösungen pro 100 m3 Klärschlamm bewährt. Durch die ermittelten Einsatzmengen an Chloritlösungen kann die biologische Zersetzung des Schlammes für die Zeitdauer der Schlammbehandlung und Schlammbeseitigung durch eine einmalige oder mehrmalige Zugabe der Chlorit-lösung unterbunden werden. Die jeweils festzulegenden Mengen bei den anderen aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen werden am besten zuvor durch einen Handversuch bestimmt.
Eine Abtötung der Mikroorganismen ist prinzipiell möglich, erfordert aber höhere Mengen.
Durch Anwendung von aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen können nicht nur alle üblichen kommunalen Klärschlämme, sondern auch Industrieschlämme, z.B. von Papierfabriken, Textil- und Chemiefaserwerken, Zuckerfabriken, Brauereien, Molkereien, Tierkörperbeseiti-gungsanstalten oder Tiermehlfabriken, wirkungsvoll desodoriert werden.
Das Verfahren kann kontinuierlich öder diskontinuierlich in den üblichen Schlammstapelbehältern und Schlamm-eindickern oder auf andere, der jeweiligen Aufbereitung einer Kläranlage entsprechende Art und Weise durchgeführt werden. Auch jeder andere Reaktor, der eine genügende Durchmischung garantiert, entweder durch bewegliche oder feste Einbauten, durch Verwendung von Pressluft oder durch Umwälzen mittels Schlammpumpen, kann eingesetzt werden.
Der technische und verfahrenstechnische Fortschritt des erfindungsgemässen Verfahrens unter Verwendung von aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen, vorzugsweise Chloriten, liegt einmal in der einfachen und problemlosen-Anwendung und Durchführung des Verfahrens, und zwar insbesondere durch den direkten Einsatz der aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindung sowie unter Verwendung der jeweils an Ort und Stelle vorhandenen Einrichtungen zur Schlammbehandlung und -beseitigung (Wärmeaustauscher wie z.B. bei dem Verfahren der DE-OS 2 460 286 sind überflüssig).
Das bedeutet für die Praxis, dass Einrichtungen zur Herstellung und Gewinnung der aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen vor Ort im allgemeinen nicht erforderlich sind, da, speziell bei der empfohlenen Anwendung von Natriumchloritlösungen, leicht zu handhabende, stabile, handelsübliche Lösungen eingesetzt werden können, die im Gegensatz etwa zu Chlorgas oder Hypochlorit weder einer Ausgasung oder Zersetzung unter Bildung von giftigen Gasen unterliegen, noch beim Umgang aussergewöhnliche Sicherheitsvorkehrungen erfordern.
Der weitere, hervorzuhebende Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist, dass für die Anwendung der aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen, bevorzugt beim Einsatz von Natriumchloritlösungen, keine Umbauten oder andere bautechnischen Massnahmen im Klärwerksbereich erforderlich werden, sondern die Behandlung in den vorliegenden Schlammsammelbehältern, z.B. den üblichen Schlammein-dickern usw., erfolgen kann.
Die Zumischung der aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindung kann als Lösung in sehr einfacher Art und Weise erfolgen, entweder direkt in den sich füllenden Schlammsammelbehälter über eine Hand- bzw. einfache Dosierpumpe - hierbei reicht eine Durchmischung des Schlammes mittels Umwälzpumpen oder Pressluft aus - oder durch Ein-speisung mit Hilfe einer Dosierpumpe in die Schlammleitung zum Eindicker bzw. gegebenenfalls in die Saugleitung der Schlammförderpumpen. Eine zusätzliche Durchmischung kann hierbei entfallen. Im Idealfall kann eine mengenproportionale Regelung des Verhältnisses von Schlamm3
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menge zur Menge der aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindung erfolgen, was eine äusserst wirtschaftliche Fahrweise ermöglicht.
Im Gegensatz zu bekannten, sehr energieintensiven Verfahren zur Schlammdesodorierung, bei denen der anfallende Schlamm zum Teil auf höhere Temperaturen aufgeheizt wird (siehe z.B. DE-OS 2 460 286), wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren vorzugsweise in den Temperaturbereichen gearbeitet, in denen der zu behandelnde Schlamm in der Regel anfällt, nämlich bei Temperaturen von 5 bis 25 °C. Höhere Temperaturen als 25 °C, nämlich 40 °C sind anwendbar; allerdings wird man aus energieökonomischen Gründen im allgemeinen auf höhere Temperaturen verzichten.
Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist, dass die Schlammdichte (%TS) für eine Behandlung mit aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen, vorzugsweise Chlo-ritlösungen, keine besondere Rolle spielt, sofern die Klär-und Industrieschlämme mit gewöhnlichen Schlammpumpen, Pressluft oder anderen üblichen Rühraggregaten oder Apparaturen genügend umgewälzt bzw. vermischt werden können. Übliche Klärschlämme fallen in den Bereichen um 3%TS an, während industrielle Schlämme häufig in Bereichen zwischen 2 und 12% TS anfallen, so dass eine direkte Behandlung ohne besondere Einrichtungen und ohne zusätzlichen Energieaufwand möglich ist. Schlämme mit höheren Dichten als 12% TS können ebenfalls sehr gut desodoriert werden, wobei u.U. speziellere Einmischer oder Dickstoffpumpen einzusetzen sind.
Die Behandlungszeit für die Eliminierung der Schad- und Faulgase ist u.a. abhängig von der Schlammart, dem Schlammalter sowie der Zielsetzung der Behandlung. Eine Geruchsbeseitigung mit vorübergehender Hemmung der Gärprozesse bei den genannten Richtwerten für Einsatzmengen tritt in der Regel nach 5 bis 20 Minuten ein. Bei den angegebenen Richtwerten für Einsatzmenge und Einwirkungszeit wird eine Dauer der Desodorierung erreicht, die zur normalen Weiterbehandlung des desodorierten Klärschlammes ausreicht. Werden die Richtwerte für die Einsatzmengen erhöht, so wird die Standzeit des desodorierten Klärschlammes entsprechend verlängert.
Sollte es nötig sein, aus klärtechnischen Gründen, wie z.B. Ausfall der Pumpen oder allgemeiner Energieausfall, den desodorierten Klärschlamm länger als normalerweise üblich zu lagern, so können ohne Schädigung des Schlammes periodisch weitere Mengen der aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen zugegeben werden. Für derartige Behandlungen spielen die örtlichen Gegebenheiten und die Zielsetzung eine massgebende Rolle.
Für die Praxis wichtig ist ferner die Tatsache, dass durch den bevorzugten Einsatz von Natriumchloritlösungen bei Einhaltung der Richtwerte für die Einsatzmengen praktisch keine pH-Verschiebung im Schlamm eintritt.
Mit dem Einsatz von aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen, wie sie anfangs genannt wurden, zur Desodorierung von Schlamm, z. B. bei Prozessen der Aufbereitung von Klär- und Industrieschlämmen, wird in hervorragender Weise der Forderung nach umweltfreundlichen Chemikalien Rechnung getragen.
Bei der Desodorierung, d.h. Geruchsbeseitigung und Geruchshemmung, mit z.B. Alkalichloriten, verbleiben im Schlamm als Rückstand nur geringe Mengen an z.B. Kochsalz- Mengen im mg-Bereich-, da z.B. Natriumchlorit zu harmlosem Kochsalz abreagiert.
Die grösste Zahl der aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen, vor allem die Alkali- oder Erdalkalichlorite, sind gebrauchsfertig und direkt anwendbar und enthalten in Lösung weder gesundheitsgefährdende Schadgase, noch werden bei ihrer Anwendung irgendwelche Schadgase frei. .
Mit aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen, vorzugsweise Alkali- oder Erdalkalichloriten, werden die Geruchsträger im Schlamm chemisch-oxidativ abgebaut, d.h. in geruchsneutrale, harmlosere Stoffe umgewandelt. Da s die Gerüche bereits im Schlamm oxidiert werden, hat dies zur Folge, dass kaum noch Geruchsstoffe austreten können. Gleichzeitig werden die bakteriellen Gärprozesse durch die entsprechenden Zugaben für die gewünschte Zeit gehemmt. Die chemische Oxidation von Gerüchen bei gleichzeitiger io Hemmung der bakteriellen Zersetzung des Schlammes ist gegenüber anderen Zusatzstoffen, die beispielsweise nur für geringe Zeit überdeckend wirken, ein ganz entscheidender Vorteil. Anaerobe Gärprozesse im Schlamm als Hauptverursacher übler und toxischer Gerüche können durch derartige ls geruchsüberdeckende Chemikalien nicht unterbunden werden; s. z.B. DE-OS 2 531 496.
Für die Praxis ist von grosser Bedeutung, dass der Einsatz von aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen, vorzugsweise Natriumchlorit, keine nachteiligen Auswirkun-2o gen z. B. auf die Vorgänge bei der sogenannten alkalischen Schlammfaulung (Methanfaulung) hat. Bei diesem, in den Kläranlagen noch meistens angewandten Prozess zur weiteren Schlammaufbereitung werden die organischen Schmutzstoffe des Schlammes (ungelöste Fette, Kohlenhydrate, Ei-25 weisse) bakteriell weiter abgebaut. Praxisversuche in Kläranlagen haben ergeben, dass bei den Richtwerten für Natriumchloritlösungen neben der erwünschten Wirkung der Geruchsbeseitigung und Geruchshemmung während der Zeitdauer des Schlammtransportes im Faulturm wieder die volle 30 Bakterientätigkeit erreicht wird, die zum mikrobiellen Abbau notwendig ist.
Die Herstellung von aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen ist im Normalfall vor Ort nicht notwendig, da bei dem erfindungsgemässen Verfahren handelsübliche, 35 leicht zu handhabende Transportbehälter für die entsprechende Verbindung eingesetzt werden können.
Durch Erstellung einer Speicheranlage für das Desodo-rierungsmittel, speziell beim Einsatz von Natriumchloritlösungen oder auch Wasserstoffperoxidlösungen, können 40 sehr günstige Schlammbehandlungskosten erzielt werden, da unter anderem über die eingebaute Dosierpumpe konkrete, mengenmässige Zugaben, bezogen auf zu behandelnden Schlamm, erfolgen können.
Der technische Fortschritt des erfindungsgemässen Ver-45 fahrens liegt einmal in der Möglichkeit, Schlämme zwar für ihre Weiterverarbeitung vollständig zu desodorieren, aber-wenn nötig - für eine Methanfaulung aktiv genug zu erhalten.
Selbstverständlich können derartig behandelte Schlämme so nach der üblichen Chlorkalkzugabe auch deponiert werden. Auch andere bekannte Behandlungsweisen, wie Verbrennen oder Kompostieren, kommen nach der erfindungsgemässen Desodorierung in Betracht.
Praktisch tritt die ausreichende Desodorierung nach ein-55 maligem Zugeben der aktiven Sauerstoff entwickelnden Verbindungen ein.
Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutern. Die Beurteilung des behandelten und unbehandelten Schlammes erfolgte dabei in der Haupt-60 sache über sensorische Geruchsprüfungen, die von mehreren Testpersonen vorgenommen wurden. Die Geruchsprüfungen erfolgten in zeitlichen Abständen über einige Tage. Darüber hinaus wurden qualitative Überschussmessungen, im Fall von Natriumchloritlösungen an NaC102, an den behandel-65 ten Proben durchgeführt.
Die labormässigen, halbtechnischen und technischen Versuche wurden jeweils in kommunalen Kläranlagen, d.h. unter Praxisbedingungen, durchgeführt.
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Beispiel 1
Frischer Klärschlamm aus einer kommunalen Kläranlage wurde in geruchsneutralen 10-Liter-Plastikeimern mit steigenden Mengen an Natriumchlorit versetzt, wobei Zusatzmengen von 30,50,70, 100 und 120 kg der etwa 24gewichtsprozentigen Natriumchloritlösung pro 100 m3 Schlamm angewandt wurden. Es erfolgte nur eine einmalige Zugabe des Desodorierungsmittels.
Die Parameter des Ausgangsschlammes waren: pH-Wert 6,1, Trockensubstanzgehalt 6,5%, Glührückstand 18,4%, Glühverlust 81,6%, Temperatur 12 °C.
Nach guter Durchmischung wurden die Plastikeimer einschliesslich einer unbehandelten Schlammprobe als Vergleich mit Aluminiumfolie verschlossen und bei Aussentem-peraturen zwischen 8 und 12 °C an windarmer Stelle im Freien gelagert.
Nach Standzeiten von jeweils 0,5,1,2 und 3 Tagen wurden die Eimer geöffnet, umgerührt und durch mehrere Testpersonen sensorische Prüfungen vorgenommen. Ebenso erfolgten zu diesem Zeitpunkt qualitative Prüfungen auf Rest-Natriumchlorit sowie pH-Messungen.
a) Bei der niedrigsten Zugabemenge von 30 kg Natriumchloritlösung pro 100 m3 Schlamm war die Desodorierung nicht völlig zufriedenstellend. Der spezifische Klärschlammgeruch konnte gegenüber der unbehandelten Vergleichsprobe nur zum Teil und auch nur vorübergehend unterbunden werden. Bereits nach etwa 8 Stunden war kein Rest-Chlorit mehr nachweisbar.
b) Mit einer Zugabemenge von 50 kg/100 m3 Schlamm konnte dagegen eine gute Desodorierung erzielt werden, und zwar schon innerhalb etwa 15 Minuten. Der Effekt der guten Geruchsunterbindung hielt über eine Zeit von etwa 2 Tagen an. Erst nach dieser Standzeit kam es wieder zu spezifischen Geruchsemissionen; das Natriumchlorit wurde innerhalb 48 Stunden verbraucht.
c) Mit einer Einsatzmenge von 70 kg/100 m3 Schlamm wurde eine sehr gute Desodorierung erzielt. Die Geruchsunterbindung war einwandfrei und bereits nach dem Einmischen der Natriumchloritlösung, etwa 5 Minuten, erreicht. Der gute sensorische Eindruck hielt sich über die gesamte Versuchszeit der Standversuche von 3 Tagen. Diese Zeit war als Zielvorstellung für die Versuchsserie angesetzt worden. Rest-Natriumchlorit war nach 2 Tagen noch nachweisbar, wurde aber innerhalb 3 Tagen vollständig abgebaut.
d) Durch höhere Zugabemengen an Natriumchlorit, nämlich 100 bzw. 120 kg/100 m3 Schlamm, konnten hinsichtlich Desodorierungseffekt keine den Einsatzmengen an Natriumchlorit entsprechend signifikanten Geruchsverbesserungen erzielt werden. Die Reaktion auf Chlorit war nach Beendigung der Versuche, nämlich nach 3 Tagen, noch positiv.
Die pH-Werte bei allen eben beschriebenen Versuchen, Punkte a) bis d), wurden durch den Zusatz an Natriumchloritlösung praktisch nicht verändert.
Beispiel 2
2 Tage alter kommunaler Klärschlamm, der über diese Zeit gelagert und damit bereits stark angefault war, wurde mit Natriumchlorit behandelt, wobei Zugabemengen von 50, 70 und 100 kg der etwa 24gewichtsprozentigen Natriumchloritlösung pro 100 m3 Klärschlamm eingesetzt wurden. Die Zugabe an Desodorierungsmittel erfolgte nur einmal am Anfang der Behandlung.
Die Eigenschaften des Klärschlammes waren folgende: pH-Wert 5,9, Trockensubstanzgehalt 3,6%, Glührückstand 35,4%, Glühverlust 64,6%. Die Temperatur des Klärschlammes betrug 8 °C.
Nach guter Durchmischung wurden mit den Schlammproben Standversuche in geruchsneutralen Plastikeimern im Freien über eine Zeit von 3 Tagen durchgeführt. Beschreibung und Art der Geruchsprüfung sind in Beispiel 1 angegeben. Die Temperaturen während der Versuchsperiode lagen bei 8 °C.
a) Bei einer Zugabemenge von 50 kg Natriumchloritlösung pro 100 m3 Schlamm konnte eine gute Desodorierung über eine Zeit von 2 bis 3 Tagen erreicht werden. Erst nach dieser Standzeit traten wieder erste, leichte Geruchsemissionen auf.
b) Mit 70 kg Natriumchlorit pro 100 m3 Klärschlamm wurde eine sehr gute Geruchsunterbindung und bakterielle Hemmung der Gärprozesse erreicht, die über die gesamte, festgelegte Versuchszeit von 3 Tagen reichte. Rest-Chlorit war noch nach 2 Tagen, jedoch nicht mehr nach 3 Tagen Standzeit nachweisbar.
c) Eine Verbesserung des Desodorierungseffektes mit 100 kg Natriumchloritlösung pro 100 m3 Klärschlamm gegenüber der unter Punkt b) genannten Konzentration war kaum feststellbar. Allerdings konnte noch nach der festgelegten Standzeit von 3 Tagen genügend Rest-Chlorit nachgewiesen werden. Daraus ist zu schliessen, dass mit dieser Einsatzmenge längere Standzeiten als 3 Tage bei guter Geruchshemmung und bei der angegebenen Temperatur möglich sind.
Veränderungen im pH-Wert traten bei den genannten Versuchen nicht auf.
Beispiel 3
Frischer kommunaler Klärschlamm von 20 °C wurde zu Desodorierungsversuchen mit Natriumchlorit herangezogen. Als Zielsetzung für die Geruchsbeseitigung und Geruchshemmung wurden wiederum 3 Tage festgelegt bei Verwendung von etwa 24gewichtsprozentiger Natriumchloritlösung in Mengen von 50, 70,100 und 120 kg/100 m3 Klärschlamm. Die Temperaturen während der Standversuche schwankten zwischen 18 und 21 °C. Versuchsbeschreibung und sensorische Prüfungen sind in Beispiel 1 erläutert.
Die Parameter des Schlammes waren: pH-Wert 5,8, Trockensubstanzgehalt 3,2%, Glührückstand 27,6%, Glühverlust 72,4%, Temperatur 20 °C.
a) Zusatzmengen von 50 kg Natriumchlorit/100 m3 Klärschlamm reichten bei Schlammtemperaturen um 20 °C noch nicht ganz aus, um die Geruchsemissionen völlig zu unterbinden. Die Geruchsbildung nahm nach 2 Tagen Standzeit wieder leicht zu. Die eingesetzte Menge an Natriumchlorit war innerhalb 2 Tagen verbraucht.
b) Mit Einsatzmengen von 70 kg Natriumchlorit/100 m3 Klärschlamm konnte eine optimale Desodorierung innerhalb 5 bis 10 Minuten erzielt werden. Die Geruchsunterbindung, d.h. die Hemmung der bakteriellen Zersetzung des Schlammes, hielt über die festgelegte Standzeit von 3 Tagen an. In dieser Zeit war auch die eingesetzte Menge an Natri- ' umchlorit verbraucht.
c) Die Desodorièrung des Schlammes mit Zugabemengen von 100 und 120 kg pro 100 m3 war ebenfalls sehr gut. Gegenüber Versuch b) mit 70 kg pro 100 m3 Schlamm wurden bei 3tägiger Standzeit jedoch keine weiteren Vorteile sichtbar. Möglicherweise sind bei den höheren beiden Einsatzmengen längere Standzeiten als 3 Tage möglich.
Bei allen Versuchen wurden die pH-Werte durch den Einsatz von Natriumchlorit praktisch nicht verändert.
Beispiel 4
In einer kommunalen Kläranlage mit zweistufiger Abwasserreinigung fallen pro Tag etwa 450 m3 Klärschlamm an (Primär- und Überschussschlamm) mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa 3%. Der Klärschlamm wird mehr-
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mais pro Tag aus den Sammeltrichtern der Vorklärung abgezogen und in einem Eindicker gestapelt. Je nach Schlammanfall ergeben sich im Eindicker Aufenthaltszeiten des Schlammes von 8 bis 36 Stunden.
Da die Kläranlage bisher über keine eigene Schlammbeseitigung verfügt, wird der Klärschlamm in einem benachbarten Klärwerk zusammen mit dem dort anfallenden Schlamm über die Methanfaulung aufbereitet.
Durch die Standzeiten des Klärschlammes im Eindicker von bis zu 36 Stunden kommt es zum Auftreten grosser Geruchsemissionen in Form von Schwefelwasserstoff und anderen übelriechenden, spezifischen Faulgasen, insbesondere in warmen Jahreszeiten. Da die Kläranlage in unmittelbarer Nähe eines Freizeitparks liegt, kommt es hier oft zu grossen Belästigungen der Erholungssuchenden. Auch das Fachpersonal der Kläranlage ist ständig den Geruchsemissionen ausgesetzt.
Durch den Einsatz von Natriumchlorit mit Zugabemengen von 70 kg der 24,2gewichtsprozentigen Natriumchloritlösung pro 100 m3 Schlamm konnte eine völlige Beseitigung der üblen Gerüche sowie eine Hemmung der Gärprozesse für die Zeit der Schlammstapelung erreicht werden. Zugabestelle für die Natriumchloritlösung waren die Schlammleitungen zum Eindicker.
Beispiel 5
Bei einem Klärwerk mit zweistufiger Abwasserreinigung, das über keine eigene Schlammaufbereitung verfügt, wird die täglich anfallende Klärschlammenge von 400 bis 450 m3 mehrmals pro Tag in ein 250 m3 fassendes Schlammpuffer-becken abgezogen und von hier aus 2- bis 3mal pro Tag über eine unterirdische, etwa 10 km lange Druckleitung zum Hauptklärwerk gepumpt. Je nach Schlammanfall kommen auch Standzeiten im Sammelbecken bis zu 24 Stunden vor.
Im Hauptklärwerk fällt der nach hier gepumpte Schlamm zusammen mit dem Klärschlamm des Hauptklärwerkes in ein tiefliegendes Zentralsammelbecken, von wo aus der Schlamm anschliessend den Faultürmen zugeleitet wird.
Sowohl am Schlammpufferbecken des ersten Klärwerks als auch am Zentralsammelbecken des Hauptklärwerkes treten unerhörte Faulgasemissionen aus. Da das Hauptklärwerk innerhalb eines dichten Siedlungsgebietes liegt, führt dies nicht nur zu einer ständigen Gesundheitsgefahrdung der Mitarbeiter der Kläranlage; sondern vor allem zu sehr grossen Geruchsbelästigungen weiter Anliegergebiete.
Zur Beseitigung der Klärschlammgerüche und zur Unterbindung weiterer Gärungsprozesse hat sich die Zugabe von Natriumchlorit hervorragend bewährt, und zwar in Einsatzmengen je nach Schlammart von 50 bzw. 70 kg der etwa 24gewichtsprozentigen Natriumchloritlösung. Dosiert wurde in die Schlammtrichter der Vorklärbecken während des Schlammabzuges. Bereits kurze Zeit nach Zugabe des Oxi-dationsmittels war eine einwandfreie Geruchsbeseitigung festzustellen, so dass weder am Schlammpufferbecken des ersten Klärwerkes noch am Zentralsammelbecken des Hauptklärwerkes Geruchsemissionen austraten.
Auch mit Natriumchlorit desodorierter Klärschlamm, der erst nach 24stündiger Standzeit über die Druckleitung dem Zentralsammelbecken zugeführt wurde, wies nach dieser Zeit keine unangenehmen Gerüche mehr auf, d.h. die eingesetzte Natriumchloritmenge reichte aus, die Unterbindung bakterieller Zersetzungsvorgänge im Schlamm aufrechtzuerhalten. Die sensorischen Begutachtungen wurden bei allen Betriebsversuchen von mehreren Testpersonen, unter anderem dem Fachpersonal der Klärwerke, vorgenommen.
Gegenüber unbehandeltem Klärschlamm wurde bei mit
Natriumchlorit desodoriertem Schlamm weder ein Unterschied beim anschliessenden Faulungsprozess (Methanfaulung) festgestellt, noch ergaben sich Unterschiede in den Faulgasmengen.
Beispiel 6
Ein Teil des Klärschlammes einer kommunalen Kläranlage mit 1,2 Mio. EGW wurde in mehrtägigen Betriebsversuchen unter Zugabe organischer Flockungsmittel über eine Zentrifuge entwässert. Die Versuche dienten als Vorversuche für eine mögliche, zukünftige Schlammaufbereitung. Da der gespeicherte Klärschlamm in den Pufferbehältern Aufenthaltszeiten bis 24 Stunden hatte, wies der auf die Zentrifuge aufgebrachte Schlamm naturgemäss sehr starke, spezifische Klärschlammgerüche auf, die während der Entwässerungsphase bevorzugt frei wurden. Auch der Zentrifugenaustrag hatte naturgemäss die unangenehmen Gerüche, so dass es in weiten Bereichen des Versuchsfeldes zu grossen, übelriechenden Geruchsemissionen kam.
Im Hinblick auf die spätere Gesamtkonzeption der Schlammaufbereitung, nämlich die Entwässerung des gesamten anfallenden Klärschlammes der oben genannten Kläranlage über Zentrifugen, wäre mit Geruchsbelästigungen weiter Gebiete zu rechnen, da die Kläranlage in einem heute dicht besiedelten Wohn- und Arbeitsgebiet liegt.
Durch den Einsatz von Natriumchlorit in einer Zugabemenge von etwa 70 kg der etwa 24gewichtsprozentigen Natriumchloritlösung pro 100 m3 Klärschlamm konnten die bei den Entwässerungsversuchen auftretenden, üblen Geruchsemissionen des Klärschlammes vollständig unterbunden werden, wie durch Vergleichsversuche, d.h. Entwässerungsversuche ohne Zusatz von Natriumchlorit, einwandfrei nachgewiesen, wurde. Die sensorischen Begutachtungen wurden dabei von mehreren Testpersonen, unter anderem der Fachleute der Kläranlage, vorgenommen.
Die Zugabe des Natriumchlorits erfolgte sehr einfach aus dem Natriumchlorit-Originalgebinde heraus mit Hilfe einer Handpumpe in das gefüllte Schlammpufferbecken. Anschliessend wurde mittels Pressluft kurze Zeit durchmischt. Bereits wenige Minuten nach Zugabe des Oxidationsmittels war eine einwandfreie Geruchsbeseitigung feststellbar. Auch währenddes Entwässerungsvorgangs und im Zentrifugenaustrag traten keine Geruchsemissionen auf, während bei den unbehandelten Vergleichsschlämmen die für Klärschlamm spezifischen, üblen Gerüche vorhanden waren.
Neben den sensorischen Prüfungen erfolgten Probenahmen vom Zulauf, dem Zentrat und Austrag des unbehandelten und mit Natriumchlorit behandelten Schlammes zur Untersuchung auf verschiedene Parameter im Laboratorium. Wie die nachfolgenden Tabellen zeigen, hat die Desodorierung des Klärschlammes mit Natriumchlorit keinerlei negative Auswirkungen auf die Entwässerbarkeit von Klärschlamm mittels Zentrifuge. In den Tabellen bedeuten:
% TS = Trockensubstanzgehalt, GV = Glühverlust, CSB = chemischer 02-Bedarf; BSB = biochemischer 02-Bedarf nach 5 Tagen; 300 W = 24gewichtsprozentige wäss-rige Lösung.
Beispiel 7
Der bei der biologischen Abwasserreinigung einer Papierfabrik für Zeitungsdruckpapiere anfallende Abwasserschlamm - mit pH-Wert 6,5 und Trockensubstanzgehalt 2 bis 3% - wird in einem Schlammeindicker auf etwa 9% eingedickt. Der Eindicker wird kontinuierlich betrieben mit Aufenthaltszeiten des Abwasserschlammes von 10 Stunden. Der eingedickte Schlamm wird anschliessend über Siebbandpressen auf 45% TS entwässert und über Förderbänder auf eine Zwischendeponie ausgetragen, mit Stapelzeiten von
5
10
15
20
25
30
35
40
45
SO
55
60
65
7
641132
etwa 7 Tagen. Einmal pro Woche wird per Lkw auf eine entfernte, geordnete Deponie abgefahren. Der Schlammanfall pro Tag beträgt etwa 110 Tonnen.
Die Aufenthaltszeiten im Eindicker führen zur Bildung grosser Mengen an Schwefelwasserstoff und Faulgasen durch Anaerobier. Im Bereich des Eindickers wurden H2S-Konzentrationen in der Luft bis zu 160 ppm gemessen, so dass das Ausgasen hier zu grossen Geruchsbelästigungen führt. Auch beim Entwässerungsvorgang an den Siebbandpressen werden infolge der Beanspruchung des Schlammes hohe Mengen an Schwefelwasserstoff frei, so dass das Arbeiten im Pressenhaus als gesundheitsgefährdend angesehen werden muss.
Als Folge der langen Lagerungszeiten des noch feuchten Schlammes auf der Zwischendeponie kommt es auch hier zu anaeroben Zersetzungsvorgängen durch Mikroorganismen und damit zur Bildung von Schwefelwasserstoff und anderen Faulgasen. Beim Abtransportieren des Schlammes werden die gebildeten Gerüche frei und führen zu grossen Belästigungen weiter Wohngebiete. Auch durch die den Ort passierenden Transportfahrzeuge werden die Gerüche weiterhin verschleppt.
15
20
Der Einsatz von Natriumchlorit führte bei einer Menge von etwa 50 kg der etwa 24gewichtsprozentigen Natriumchloritlösung pro 10 Tonnen entwässertem Schlamm zu einer vollständigen Hemmung der anaeroben Zersetzungsvorgänge im Eindicker und damit zur totalen Unterbindung von Schwefelwasserstoff- und Faulgasemissionen am Eindik-ker. Als Folge davon traten keinerlei Geruchsemissionen mehr im Pressenhaus auf, so dass auch dieser Arbeitsbereich vollkommen schadgasfrei gehalten wurde.
Die optimal gewählte Zugabestelle von Natriumchlorit gewährleistete darüber hinaus, dass auch der entwässerte Schlamm vollkommen desodoriert wurde. Durch die Behandlung mit Natriumchlorit wurde ferner eine totale Hemmung auch der bakteriellen Zersetzung im Schlamm der Zwischendeponie erreicht. Auf diese Weise war es möglich, die Bildung anaerober, übler Gerüche vollständig zu unterbinden, so dass die ernsten Geruchsprobleme an den Tagen der Schlammräumung gegenstandslos wurden. Innerhalb der Lagerzeit von 1 Woche war auch das Natriumchlorit vollkommen verbraucht.
Tabelle 1
Ver
Art der
Zentri
Zentri-
Schlamm
Ausgangs
Zugabe an
Zugabe an
Bemerkungen such
Behandlung fugen-
fugen-
verbrauch schlamm
NaC102
NaC102
Leistung
Laufzeit pro menge im
300 W pro
300 W, be
pro
Versuch
Trichter
Ausgangs zogen auf
Versuch
schlamm
100 m3
menge
Schlamm
(m3/h)
(Min.)
(m3)
(m3)
(kg)
(kg)
1
ohne NaC102
50
30
25
115
—
—
artspezifischer Geruch
(Ausgang)
nach Klärschlamm
2
mit NaC102
50
30
25
90
70
77
frischer Geruch,
leichte Aufhellung des
Schlammes
Tabelle!!
Ver
Schlamm
Flockungs
Zentrat
Austrag
Bemerkungen such
mittel
Zentrifuge TS
GV
Zugabe pH TS
GV
CSB BSB5
TS
GV
Zugabe
NaC102 300 W
m3/h %
%
1/h
%
%
mg/1 mg/1
%
%
kg
1
50 1,35
2800
6,5 0,14
_
1240 309
25,0
76,3
ohne NaC102
(Ausgang)
2
50 1,32
73,4
2800
6,6 0,16
25,0
1020 321
24,4
76,4
70
s
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