Faulraum


Was hat der Faulraum für eine Aufgabe

Faulräume sind Bauwerke aus Beton, Spannbeton oder Stahl, die in Abwasserreinigungsanlagen eingesetzt werden. Diese Anlagenteile dienen dem Abbau dsr organischen Trockenrückstandes und der anaeroben Stabilisierung des in der Abwasserreinigung anfallenden Frischschlammes aus der Abwasserreinigung.

Zusammensetzung des Frischschlammes

Frischschlamm besteht aus Primärschlamm aus der Vorklärung und Sekundärschlamm (Überschussschlamm) aus der biologischen Reinigungsstufe. Der Frischschlamm muss vor der Entsorgung aufgrund des hohen Gehalts an organischer Substanz und der damit verbundenen hohen biologischen Aktivität zunächst ausgefault und stabilisiert werden.

Primärschlamm

Partikuläre Bestandteile des Abwassers werden in der Vorklärung zu 50 bis 60 % abgeschieden und als Primärschlamm bezeichnet. Primärschlamm weist gute statische Eindickeigenschaften auf. Die Eindickung auf einen Trockenrückstand von 3 - 4%TR in den Absetztrichtern der Vorklärbecken ist ein üblicher Wert. Aufgrund des hohen Gehalts an organischer, leicht faulfähiger Substanz gehen jedoch intensive Geruchsemissionen vom Primärschlamm aus, wenn er turbulent bewegt wird.

Sekundärschlamm

Beim Abbau der gelösten Abwasserinhaltsstoffe in der biologischen Reinigung entsteht der Sekundärschlamm. Durch aktive Belüftung der Biomasse werden die enthaltenen organischen Anteile etwa zu 50% veratmet, beziehungsweise in neu gebildete Biomasse überführt. Damit die Belebtschlammfracht auf einem konstanten Wert gehalten werden kann, wird die darüber hinaus neubebildete Biologische Schlammfracht aus dem System abgetrennt.

Überschussschlamm

Dieser Anteil der sogenannte Überschussschlamm enthält neben der reinen Bakterienmasse auch die inerte partikuläre Substanz aus dem Zulauf der Vorklärung.

Anaerobe Abbaubarkeit von Frischschlamm

Die Mischung aus den oben erwähnten Klärschlammarten wird Frischschlamm (FS) genannt.
Dieser Begriff bezieht sich auf nicht stabilisierten Schlamm.

Unser Frischschlamm besteht aus:

72% Primärschlamm mit 3%TR

und

28% eingedicktem Überschussschlamm mit 8%TR

Was die Mischung Frischschlamm von 47.5m3 mit 4.4%TR ergibt.

Beide Klärschlammarten unterscheiden sich jedoch, wie im vorhergehenden Kapitel beschrieben, erheblich in ihrer Zusammensetzung und damit in ihrer anaeroben Abbaubarkeit.

Abbaubarkeit von Klärschlamm

Aus Schlammbilanzen der anaeroben Faulungen mit Primär- und unstabilisiertem Überschussschlamm ergeben sich folgende mögliche Abbaugrade in einer mesophilen Schlammfaulung:

Parameter / Bezeichnung

Primärschlamm

Überschussschlamm

Frischschlamm

organischer TR-Abbau in Prozenten

70 % org. TR

35 % org. TR

50 % org. TR

Trockensrückstand Abbau in Prozenten

50 %TR

25 %TR

30 %TR

Der Abbaugrad des Überschussschlammes in der anaeroben Faulung wird mit steigendem Schlammalter in der biologischen Stufe bzw. mit zunehmender simultaner aerober Stabilisierung immer geringer.

Frischschlammstabilisierung

In Hochbelasteten Abwasserreinigungsanlagen fallen täglich frische Abwasserschlämme mit hohem Gehalt an organischen Substrat an. Die Beseitigung dieser Schlämme setzt eine Schlammstabilisierung voraus. Üblichstes Verfahren hierzu ist die anaerobe Schlammstabilisierung (Schlammfaulung).

Anaerobe Schlammstabilisierung

Die anaerobe Schlammstabilisierung (Schlammfaulung) findet unter Luftausschluss statt. Dabei werden die organischen Bestandteile des Frischschlammes abgebaut und in Methan, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff übergeführt.

Die anaerobe Stabilisierung von Frischschlamm wird zur Energieproduktion angewendet und erfolgt in geschlossenen Faulräumen. Unter anaerober Stabilisierung versteht man den Abbau von organischen Verbindungen, die in den Bakterienzellen des Klärschlammes eingeschlossen sind.

Das entstehende Klägas kann als Energieträger für Heizungszwecke oder als Antriebsenergie für Gasmotoren oder Blockheizkraftwerke (BHKW) verwendet werden. Die dabei anfallende Wärmeenergie wird für die Beheizung der Faulräume verwendet.

Der gut stabilisierte Schlamm gibt sein Wasser (Faulwasser) verhältnismässig leicht ab und lässt sich somit gut entwässern.

Kennzahlen Schlammbehandlung ARA Untermarch im Vergleich 2009 - 2012

Parameter / Bezeichnung

Betriebsjahr 2009

Betriebsjahr 2010

Betriebsjahr 2011

Betriebsjahr 2012

Frischschlamm Menge (FS Q)

48.5 m3/Tag

47.8 m3/Tag

44.6 m3/Tag

42.9 m3/Tag

Frischschlamm Trockensrückstand (FS TR)

4.47 % TR

4.80 % TR

4.67 % TR

4.60 % TR

Frischschlamm Fracht (TR Tot.)

2'170 kg TR/Tag

2'300 kg TR/Tag

2'090 kg TR/Tag

1'970 kg TR/Tag

Organische Tagesfracht (TR org.)

1'640 kg TR/Tag

1'690 kg TR/Tag

1'500 kg TR/Tag

1'500 kg TR/Tag

Anorganische Tagesfracht (TR anorg.)

530 kg TR/Tag

610 kg TR/Tag

590 kg TR/Tag

470 kg TR/Tag

Aufenthaltszeit im Faulraum

20.8 Tage

21.1 Tage

22.5 Tage

23.4 Tage

Temperatur im Faulraum

36.9 °C

38.4 °C

38.6 °C

38.6 °C

Gasproduktion

844 m3/Tag

915 m3/Tag

935 m3/Tag

905 m3/Tag

Energie im Klärgas

5'401 kWh/Tag

5'856 kWh/Tag

5'984 kWh/Tag

5'792 kWh/Tag

Organische Abbauleistung im Faulraum

53.9 %

56.1 %

58.3 %

55.8 %

Organischer Glühverlust vor der Entsorgung

53.3 % org. TR

52.3 % org. TR

53.3 % org. TR

53.1 % org. TR

Klärgas, Faulgas, Biogas

Biogas ist das gasförmige Produkt des anaeroben Abbaues (Faulung oder Gärung) und kann aus nahezu allen organischen Abfällen hergestellt werden. Entstehungsorte sind Abwasserreinigungsanlagen, Deponien und die Landwirtschaft. Die Möglichkeit, mit Biogas den Anteil regenerativer (erneuerbarer) Energieträger an der Stromerzeugung zu erhöhen und gleichzeitig Entsorgungsprobleme zu lösen, haben Biogas in den letzten Jahren zu immer grösserer Bedeutung verholfen. Abwasserreinigungsanlagen können durch eine effektive Biogasnutzung einen grossen Teil des Energiebedarfs selbst decken.

Entstehung von Faulgas

Faulgas entsteht aus dem Abbauprozess von organischem partikulärem Material im Klärschlamm. Dem Faulraum werden vor allem partikuläre Stoffe (Schlamm, bestehend aus Biopolymeren, zum Beispiel Proteine, Kohlenhydrate und Fette) zugeführt.

Folgende sechs Prozesse sind für die Faulgasproduktion erforderlich:

1. Die Hydrolyse von Biopolymeren

2. Fermentation Aminosäuren und Zucker

3. Anaerobe Oxidation von Fettsäuren und Alkoholen

4. Anaerobe Oxidation von Zwischenprodukten

5. Acetatabbau

6. Oxidation von Wasserstoff (H) zu Methan (CH4)

1. Hydrolyse von Biopolymeren

Im ersten Schritt werden die partikulären Stoffe hydrolisiert, das heisst sie werden in lösliche Stoffe überführt, die dann von Mikroorganismen als Substrate aufgenommen werden können. Chemisch betrachtet ist die Hydrolyse die Spaltung einer chemischen Verbindung unter Anlagerung eines Wassermoleküls. Im Bereich der Abwasserreinigung wird darunter die Zerkleinerung partikulärer organischer Substanzen durch Einwirkung von Mikroorganismen verstanden. Viele organische Stoffe im Abwasser liegen in Form von Kolloiden oder hochmolekularen Verbindungen vor, die von den Bakterien nicht direkt aufgenommen und abgebaut werden können. Sie scheiden deshalb Enzyme aus, die diese Stoffe in ihre einzelnen, wasserlöslichen Bausteine zerlegen und sie damit für den Abbau verfügbar machen. Dieser Prozess der Auflösung ist sehr komplex. Er ist abhängig von Temperatur, pH-Wert und einer intensiven Durchmischung.

2. Fermentation

Zucker und Aminosäuren werden durch Fermentation (Gärung) in einfache Abbauprodukte überführt. Dieser Prozess läuft recht schnell und vollständig ab. Beim Abbau von Aminosäuren wird Ammoniak (NH3) freigesetzt, das mit Kohlensäure (CO2) reagiert. Dadurch wird im Faulraum ein beträchtliches Säurebildungsvermögen gebildet, das den grossen Vorteil hat das im Normalfall der pH-Wert im Vorfaulraum stabil bleibt.

3. Anaerobe Oxidation

Fettsäuren werden durch anaerobe Oxidation abgebaut. Anaerob oxidierende Bakterien wachsen nur langsam, was zu Problemen im Faulraum führen kann. Da bei diesem Prozess Wasserstoff (H) produziert wird, sind diese Bakterien darauf angewiesen, dass andere Bakterien laufend den produzierten Wasserstoff entfernen. Wasserstoff oxidierende Bakterien sind also unbedingt notwendig.

4. Abbau von Zwischenprodukten

Sowohl der Abbau von Butyrat als auch derjenige von Propionat sind langsame Prozesse, die für den Faulraum kritisch werden können.

5. Acetatabbau

Der grösste Teil des Methangases im Faulraum wird im Zuge Acetatspaltung gebildet (zirka 70%). Es sind vor allem 2 Gruppen von Bakterien, die diese Reaktion durchführen. In schwach belasteten Systemen mit langer Aufenthaltszeit von mehr als 15 Tagen reichert sich vor allem Methanotrix im Faulraum an. In hoch belasteten Systemen mit kurzer Aufenthaltszeit von weniger als 10 Tagen reichert sich vor allem Methanosaricina im Faulraum an.

6. Oxidation von Wasserstoff zu Methan

Aus dem Abbau von Wasserstoff (H) resultieren zirka 30% (CH4) Methan im Faulraum.

Zusammensetzung von Klärgas:

Die typische Zusammensetzung von Klärgas im Durchschnitt: 60% CH4 Methan    35% CO2 Kohlendioxid und 5% Restgasen.

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Seite erstellt:  29.12.2005

letztes Update:  09.03.2017