Projekt 09936/03

Vierte Phase zum Abschluss der Projekte AZ 09936/01 – /02: Bau und Erprobung einer mobilen Versuchsanlage im technischen Maßstab zur Optimierung der Entwässerung von kommunalen Klärschlämmen mit Hilfe eines online geregelten Flockungsprozesses

Projektdurchführung

CUTEC Institut GmbH Clausthaler Umwelttechnik Forschungszentrum Abteilungsleiter Abwasserverfahrenstechnik
Leibnizstr. 23
38678 Clausthal-Zellerfeld

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen der vierten Phase des Projektes sollte untersucht werden, ob mit einem neuartigen Konditionierungsverfahren bei Klärschlämmen und auch bei schlecht entwässerbaren Schlämmen im technischen Betrieb ein verbessertes Entwässerungsergebnis möglich ist. Gleichzeitig sollte untersucht werden, ob das neuartige Messverfahren zur online Charakterisierung der Schlammflocken eine Reduzierung des Flockungsmittelverbrauches ermöglicht und damit dazu beiträgt, die Umweltauswirkungen durch Überdosierung von Polymeren mit ihren ungünstigen ökotoxikologischen Eigenschaften zu minimieren. Wissenschaftliches Ziel war die Analyse und Bewertung des neuen Konditionierungsprozesses im Hinblick auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Schlämmen und Entwässerungsaggregaten. Damit sollte eine Erweiterung des bisherigen Entwicklungsstandes angestrebt werden, um ein breiteres Anwen-dungspotenzial zu erschließen und eine spätere Praxiseinführung zu eröffnen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer erste Schritt beinhaltete die Konstruktion und Erstellung der Konditionierungsanlage einschließlich Herstellung und Montage von Einzelkomponenten (u. a. Flockungsreaktor, Flockensensor, Dosierstation), sowie die Inbetriebnahme. Im Rahmen der sich anschließenden Versuche sollten belastbare Aussagen zur Stabilität, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit des Konditionierungsprozesses gewonnen werden. Dabei sollte eine Erprobung auf verschiedenen Kläranlagen erfolgen, um statistisch hinreichend abgesicherte Aussage zur Verbesserung des mittleren Entwässerungsgrades und die insgesamt zu entsorgende Klärschlammmenge zu ermitteln. Darüber hinaus war beim Flockungssensor eine Analyse und Optimierung der Langzeitstabilität des Sensorsignals u. a. wegen der Verschmutzungsgefahr durchzuführen.
Das Versuchsprogramm gliederte sich in eine Parameterstudie mit einer anschließenden Vergleichsstudie, die sich auf die klassische/neue Konditionierung auf verschiedenen Kläranlagen sowie auf verschiedene Schlammarten und Entwässerungsaggregate bezog. Im Rahmen der Vergleichsstudie wurde ein direkter Verfahrensvergleich durch Parallelbetrieb von baugleichen Entwässerungsaggregaten oder ein Wechselbetrieb vorgenommen. Die Studie sollte insbesondere die Übertragbarkeit auf verschiedene Schlämme und Entwässerungsaggregate sowie die Betriebszuverlässigkeit aufzeigen. Neben der Unter-suchung der Entwässerung in verschiedenen Dekanter-Bauarten wurde auch die Entwässerung in der Siebschneckenpresse untersucht.


Ergebnisse und Diskussion

Die Betriebsversuche auf verschiedenen Kläranlagen zeigten, dass bei üblichen Umgebungstemperaturen, d. h. keine Schlammtemperaturen knapp über dem Gefrierpunkt, ausnahmslos eine Verbesserung des Entwässerungsergebnisses erzielt wurde. Die mehr als zehn Betriebsversuche zeigten, dass das Potenzial zur Verbesserung des Entwässerungsergebnisses etwa 3 bis 5 Prozentpunkte beträgt, wobei gleichzeitig eine Verbesserung des Abscheidegrades bzw. der Filtratqualität erzielt wird. Letzteres wurde in einem Fall auch gezielt genutzt, um die Sickerwasserbehandlung zu verbessern. Das neue Flockungssystem nutzt Taylorwirbelbildung gezielt zur Anpassung der Flockenstruktur an das Entwässerungsaggregat. Es besitzt auf der einen Seite eine große Flexibilität für die zum Teil sehr unterschiedlichen Schlammeigenschaften und Anwendungen, da es vier Anpassungsmöglichkeiten gibt. Diese Anpassung gelingt aber nur, wenn man die Flockenstruktur online überprüft, wie es mit dem Flockenssensor gehandhabt wurde. Die gute Filtratqualität ermöglicht ein erweitertes Einsatzpotenzial auch für Siebmaschinen zur Abwasserbehandlung und zur Entlastung von Nachklärbecken.
Die Demonstrationsversuche verliefen insofern insgesamt erfolgreich und die Technik erscheint aufgrund des Einsparpotenzials durch reduzierte Schlammengen wirtschaftlich.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Entwicklung wurde auf folgenden Messen seit 2003 präsentiert:
Achema 2003, Frankfurt
TerraTec 2003, Leipzig
Hannover Messe 2004, Hannover
Wasser Berlin 2004, Berlin
IFAT 2005, München
Achema 2006, Frankfurt
kommend: IFAT 2008, München
Weiterhin fanden mehr als zehn Vorträge und Publikationen zu den Ergebnissen statt, einige davon als rezensierte Veröffentlichungen in internationalen Fachzeitschriften (Water Science and Technologie, Journal of Separation Science and Technology).


Fazit

Ziel des Gesamtprojektes war es, einen Flockungsreaktor zur Behandlung eines Volumenstromes von 30 m3/h zu entwickeln und diesen durch einen Flockungssensor zu regeln. Dieses Ziel konnte aufgrund von Schwierigkeiten mit der zuerst gebauten Versuchsanlage letztendlich nicht nachgewiesen werden. Gleichwohl ist mittlerweile durch intensive Entwicklungsarbeiten der CUTEC die Konditionierungseinrichtung FlocFormer und der Flockungssensor FlocSens zur Marktreife gebracht worden. Ein FlocFormer zur Behandlung von 30 m3/h steht auch zur Verfügung, aufgrund von zeitlichen Aspekten konnten jedoch nur abschließende Versuche zur Funktionsdemonstration durchgeführt werden.
Die FlocFormer-Technologie wurde bis jetzt in über 20 Applikationen getestet. Die Ergebnisse der Versuche sind positiv. Je nach Art der Anwendung konnten zum Teil ganz erhebliche Steigerungen der Entwässerbarkeit oder Verringerungen des Flockungsmittelverbrauches erzielt werden. Überraschend war die Feststellung, dass sich zusätzlich im Regelfall die Klarlaufphase der Entwässerung oder Separation verbessert. Mit der Anwendung des FlocFormers zur Deponiesickerwasserbehandlung wurde ein ökonomisches Behandlungsverfahren zur CSB-Reduktion von Deponiesickerwasser entwickelt. Das korrespondierende CUTEC-Verfahrenskonzept ist DeSiFloc. Eine DeSiFloc-Analge wurde mittlerweile erstellt und wird auf der Kreismülldeponie des Landkreises Osterode am Harz erfolgreich betrieben. Der FlocFormer ist mittlerweile in Deutschland, Belgien, der Schweiz und in Japan erfolgreich getestet worden. Insbesondere die japanischen Anwendungen sind interessant, da der FlocFormer vorteilhaft für eine neue Art von Entwässerungsaggregaten zu sein scheint.
Der Flockungssensor FlocSens wurde für zwei verschiedene Anwendungen weiterentwickelt; zum Einen als online-Prozessmessgerät für den Rohrleitungsbau und zum Anderen als Laboranwendung, um Flockungsvorgänge im Batchversuch analysieren zu können. Soft- und Hardware wurden benutzerfreundlicher und robuster gemacht. In verschiedenen Anwendungen konnte die Funktionsfähigkeit des Sensors unter Beweis gestellt werden. Die Auswertungen eignen sich gut, um das Produkt der Flockung zu charakterisieren.