Faulraum 1 Schlammbehandlung

Faulraum 1973 - 2018

Faulraum Umwälzung 1973 - 1985

Faulraum 2

Nacheindicker Umbau Faulraum 2019

Stapel Behälter

Was hat der Faulraum für eine Aufgabe

Faulräume sind Bauwerke aus Beton, Spannbeton oder Stahl, die in Abwasser Reinigungs Anlagen eingesetzt werden. Dieser Anlagenteil ist für den Abbau des organischen Trocken Rückstandes zuständig. Durch den Abbau wird der organisch abgebaute Frischschlamm anaeroben stabilisiert.

Zusammensetzung Frischschlamm

Frischschlamm besteht aus Primärschlamm aus der mechanischen Reinigung (Vorklärung) und Sekundärschlamm (Überschussschlamm) aus der biologischen Reinigungsstufe. Frischschlamm bietet sich an aufgrund des hohen Gehalts an organischer Substanz. Der hohe Gehalt organischer Fracht wird genutzt für die Gewinnung des Energieträgers Biogas.

Primärschlamm

Partikuläre Bestandteile des Abwassers setzen sich in der Vorklärung von bis zu 50 bis 60 % ab. Die Abgesetzte Fracht erhält die Bezeichnung Primärschlamm.

Primärschlamm weist gute statische Eindick Eigenschaften auf. Die Eindickung auf einen Trocken Rückstand von 2 - 4% TR im Absetzt Trichter des Vorklärbecken ist ein üblicher Wert. Aufgrund des hohen Gehalts an organischer, leicht, faulfähiger, Substanz gehen intensive Geruchs Emissionen vom Primärschlamm aus, vorallem wenn er turbulent bewegt wird.

Sekundärschlamm

Beim Abbau der gelösten Abwasser Inhaltsstoffe 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 Belebt Schlammfracht auf einem konstanten Wert gehalten werden kann, wird die darüber hinaus neu bebildete Biologische Sekundärschlamm Fracht aus dem System abgetrennt. Diese abgetrennte Schlammfracht bekommt den zutreffenden Namensbegriff Überschussschlamm.

Überschussschlamm

Diese aus der biologischen Reinigungstufe abgetrennte Schlamm Fracht, der sogenannte Überschussschlamm enthält neben der reinen Bakterien Masse auch die inerte partikuläre Substanz aus dem Zulauf der Vorklärung.

Anaerobe Abbaubarkeit von Frischschlamm

Die Mischung aus den oben erwähnten Klärschlamm Arten werden Frischschlamm (FS) genannt.

Dieser Begriff bezieht sich auf nicht stabilisierten Schlamm.

Zusammensetzung Frischschlamm Betriebsjahr 2017

Bezeichnung / Parameter

Prozent
Anteil

Volumen
Menge

Trocken
Rückstand

Fracht

Organik


Primärschlamm:
Rohschlamm aus Vorklärbecken


72.4%


35.2m3


3.20% TR


1.120t TR


81.82% org. TR


Sekundärschlamm:
Überschusschlamm aus Biologie


27.6%


13.4m3


8.01% TR


1.070t TR


67.85% org. TR


Frischschlamm:
Primärschlamm und Sekundärschlamm


100%


48.6m3


4.50% TR


2.190t TR


75.33% org. TR

Abbaubarkeit von Klärschlamm

Parameter / Bezeichnung

Primärschlamm
Rohschlamm

Sekundärschlamm
Überschussschlamm

Frischschlamm
Primär- und Sekundärschlamm


Trockenrückstand org. Abbau in %


70% org. TR


35% org. TR


50% org. TR


Trocken RückstandAnteil in %


50% TR


25% TR


30% TR

Schlammarten

Alle 3 Schlamm Arten unterscheiden sich jedoch, wie im vorhergehenden Kapitel beschrieben, erheblich in ihrer Zusammensetzung und damit in ihrer anaeroben Abbaubarkeit.

Aus Schlamm Bilanzen der anaeroben Faulungen mit Primär- und unstabilisiertem Überschuss Schlamm ergeben sich folgende mögliche Abbaugrade in einer mesophilen Schlamm Faulung:

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

Frischschlamm Stabilisierung

In hochbelasteten Abwasser Reinigungs Anlagen fallen täglich frische Abwasser Schlämme mit hohem Gehalt an organischen Substrat an. Die Verwertung dieser Schlämme setzt eine Schlamm Stabilisierung voraus. Übliches Verfahren hierzu ist die anaerobe Schlamm Stabilisierung (Schlammfaulung).

Anaerobe Schlamm Stabilisierung

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

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

Das entstehende Klärgas kann als Energie Träger für Heizungs Zwecke oder als Antriebs Energie für Gasmotoren oder Block Heiz Kraftwerke (BHKW) verwendet werden. Die dabei anfallende Wärme Energie wird für die Beheizung der Faulräume verwendet.

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

Kennzahlen Schlamm Behandlung ARA Untermarch im 5 Jahre Vergleich 1997 / 2002 / 2007 / 2012 / 2017

Parameter / Bezeichnung

Betriebsjahr 1997

Betriebsjahr 2002

Betriebsjahr 2007

Betriebsjahr 2012

Betriebsjahr 2017


Frischschlamm Menge (FS Q)


42.3 m3/Tag


40.5 m3/Tag


44.6 m3/Tag


42.9 m3/Tag


48.6 m3/Tag


Frischschlamm Trocken Rückstand (FS TR)


5.14 % TR


5.33 % TR


4.61 % TR


4.60 % TR


4.50 % TR


Frischschlamm Fracht (TR Tot.)


2'170 kg TR/Tag


2'150 kg TR/Tag


2'040 kg TR/Tag


1'970 kg TR/Tag


2'190 kg TR/Tag


Organische Tagesfracht (TR org.)


1'590 kg TR/Tag


1'570 kg TR/Tag


1'530 kg TR/Tag


1'500 kg TR/Tag


1'710 kg TR/Tag


Anorganische Tagesfracht (TR anorg.)


580 kg TR/Tag


580 kg TR/Tag


510 kg TR/Tag


470 kg TR/Tag


480 kg TR/Tag


Aufenthaltszeit im Faulraum


23.7 Tage


24.7 Tage


22.6 Tage


23.4 Tage


20.6 Tage


Temperatur im Faulraum


32.6 °C


33.1 °C


37.2 °C


38.6 °C


38.7 °C


Gasproduktion


928 m3/Tag


818 m3/Tag


826 m3/Tag


905 m3/Tag


1'027 m3/Tag


Energie im Klärgas


5'939 kWh/Tag


5'235 kWh/Tag


5'286 kWh/Tag


5'792 kWh/Tag


6'573 kWh/Tag


Organische Abbau Leistung im Faulraum


62.9 %


62.8 %


57.2 %


55.8 %


55.2 %


Organischer Glüh Verlust vor der Entsorgung


50.5 % org. TR


48.4 % org. TR


51.1 % org. TR


53.1 % org. TR


55.6 % 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. Entstehungs Orte sind Abwasser Reinigungs Anlagen, Deponien und die Landwirtschaft. Die Möglichkeit, mit Biogas den Anteil regenerativer (erneuerbarer) Energie Träger an der Strom Erzeugung zu erhöhen und gleichzeitig Verwertung Probleme zu lösen, haben Biogas in den letzten Jahren zu immer grösserer Bedeutung verholfen. Abwasser Reinigungs Anlagen können durch eine effektive Biogas Nutzung einen grossen Teil des Energie Bedarfs selbst decken.

Entstehung von Faulgas

Faulgas entsteht aus dem Abbau Prozess 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 Faulgas Produktion erforderlich

  1. Die Hydrolyse von Biopolymeren

    1. Hydrolyse von Proteinen

    2. Hydrolyse von Kohlenhydraten

    3. Hydrolyse von Fetten (Lipiden)

  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 von Mikro Organismen als Substrate aufgenommen werden können. Chemisch betrachtet ist die Hydrolyse die Spaltung einer chemischen Verbindung unter Anlagerung eines Wassermoleküls. Im Bereich der Abwasser Reinigungs Anlagen wird darunter die Zerkleinerung partikulärer organischer Substanzen durch Einwirkung von Mikro Organismen 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 Abbau Produkte 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 Säure Bildungs Vermögen 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 Zwischen Produkten

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 Methan Gases im Faulraum wird im Zuge Acetat Spaltung 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% Methan (CH4) im Faulraum.

Die typische Zusammensetzung von Klärgas

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letztes Update:  16.09.2019

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