Schlammverdickungssysteme für Trinkwasseraufbereitungsanlagen (TWRA)

• 1. Die Notwendigkeit, den Schlamm in einer Trinkwasseraufbereitungsanlage zu reduzieren
• 2. Einsatz der DAF-Technologie zur Schlammeindickung in Trinkwasseraufbereitungsanlagen.
• 3. Laboruntersuchungen bei SIGMALAB.
• 4. Steuerung mit SIGMADAF-Ausrüstung.
• 5. Schlussfolgerungen.

1. Schlammabbau in einer Trinkwasseraufbereitungsanlage (TWRA)

Das von einer Trinkwasseraufbereitungsanlage (TWRA) in das Abwassernetz eingeleitete Abwasser stammt aus der Schlammbehandlungsanlage, insbesondere aus den Phasen der Eindickung, Trocknung und Entwässerung.

Durch die Optimierung der Effizienz der Schlammeindickung in einer Trinkwasseraufbereitungsanlage lässt sich das Abwasservolumen um mehr als 50 % reduzieren.

In dem Fall, den wir untersuchen werden, sucht der Betreiber der Trinkwasseraufbereitungsanlage nach einer technischen Lösung, die die Schadstoffbelastung der Einleitungen in das Abwassernetz verringert und deren Volumen minimiert.

Es wird ein Verfahren zur Schlammabscheidung mittels Dissolved-Air-Flotation (DAF) mit minimaler Zugabe eines Flockungsmittels vorgeschlagen, bei dem es sich um ein Produkt auf Stärkebasis handeln muss, das für den menschlichen Verzehr geeignet ist.

Um diesen Prozess zu testen, bieten wir Vorversuche im Labor sowie einen industriellen Pilotbetrieb an, um die Wirksamkeit eines unserer DAF-Systeme zur Behandlung von Klärschlamm aus der Trinkwasseraufbereitungsanlage nachzuweisen.

2. Flotationssysteme mit gelöstem Luft zur Schlammverdickung in Trinkwasseraufbereitungsanlagen

Die DAF-Systeme , die zur Eindickung von biologischem Schlamm eingesetzt werden, umfassen geneigte Platten und einen speziell konstruierten „Schaber“.

Unsere DAF-Systeme erzielen eine Schlammeindickung mit einem Trockensubstanzgehalt, der drei- bis viermal höher ist als bei herkömmlichen Systemen.

Dies sind die Vorteile, die unsere DAF-Systeme für die Schlammeindickung bieten :

• Erhöhte Eindickungseffizienz: Es wird eine sehr hohe Trockenmassekonzentration im entwässerten Schlamm erreicht.
• Die Abtrennung der festen Phase erfolgt sehr schnell.
• DAF-Systeme benötigen weniger Platz als Schwerkraft- oder herkömmliche Eindickungsanlagen.

3. Laboruntersuchungen bei SIGMALAB

Die Schlammprobe wird von der Trinkwasseraufbereitungsanlage angeliefert. Es handelt sich um bereits ausgeflockten Schlamm, der aus der physikalisch-chemischen Aufbereitung der Wasserleitung stammt.

Der Kunde möchte die Einleitung von Wasser aus seiner Schlammleitung in das Abwassernetz auf ein Minimum reduzieren. Dabei ist zu beachten, dass dieser Schlamm größtenteils aus der Eindickungsstufe stammt.

Damit wird ein doppeltes Ziel verfolgt:

• Eine möglichst hohe Konzentration des eingedickten Schlamms erzielen
• So viel geklärtes Wasser wie möglich in das Wasserversorgungsnetz zurückzuführen, damit es anschließend zu Trinkwasser aufbereitet werden kann.

Um die Dosierung des stärkehaltigen Flockungsmittels zu ermitteln, werden Laborversuche durchgeführt, die den DAF-Flockungs- und Klärungsprozess simulieren :

• Flockungsversuche in einem Jar-Test-Laborgerät.
• Versuche zur Flotation mittels Mikrobläscheninjektion, um die Flotierbarkeit der gebildeten Flocken zu ermitteln.

Als Flockungsmittel wird ein anionisches Naturpolymer auf Stärkebasis verwendet. Es handelt sich um dasselbe Polymer, das bereits im Wasseraufbereitungsbereich der Trinkwasseraufbereitungsanlage zum Einsatz kommt und für den menschlichen Verzehr zugelassen ist.

Auf eine Probe des Abwassers wird das Flockungsmittel dosiert, und das Verhalten der Feststoffe wird beobachtet. Die folgende Abbildung zeigt die Flockenbildung für jede der getesteten Dosierungen: für die sichere Rückführung in den Prozess.

Wird kein Flockungsmittel zugesetzt, verläuft die Sedimentation äußerst langsam. In Versuchen, bei denen Flockungsmittel zugesetzt wird, lässt sich beobachten, dass die Flocken mit steigender Polymerdosierung eine schwammartige und lockere Struktur bilden.

Die Entfernung von Gesamt-Schwebstoffen im Klärbecken ist unabhängig von der eingesetzten Polymerdosis praktisch gleich und liegt bei über 99 %.

Was den CSB betrifft, so lässt sich ein klarer Trend beobachten: Je mehr Polymer dosiert wird, desto höher steigt der CSB-Wert im Klärgut:

• Bei 30 ppm werden 96,3 % des CSB entfernt.
• Bei 60 ppm werden 88,9 % des CSB entfernt.
• Bei 144 ppm werden 74,1 % des CSB entfernt.

Dies deutet darauf hin, dass wir zu viel dosieren, wenn wir 30 ppm Flockungsmittel überschreiten; das heißt, ein Teil des Flockungsmittels, der nicht auf die suspendierten Feststoffe einwirkt, gelangt in die flüssige Phase. Modifizierte Stärke trägt zum CSB bei, weshalb eine Dosierung von mehr als 30 ppm Polymer nicht empfohlen wird.

Die optimale Dosierung unter Laborbedingungen beträgt 30 ppm Polymer. Diese Dosierung wird während der industriellen Pilotphase und der Inbetriebnahme der Industrieanlagen angepasst.

Es ist zu beobachten, dass die Flocken eine hohe Schwimmfähigkeit aufweisen und zusammenhalten, wenn mit Mikrobläschen gesättigte Luft eingeleitet wird. Das Klärwasser ist vollkommen klar, mit einer Trübung von weniger als 10 NTU.

4. Steuerung mit SIGMADAF-Ausrüstung

Nachdem die Machbarkeit des physikalisch-chemischen Verfahrens im Labor nachgewiesen wurde, wird in der Trinkwasseraufbereitungsanlage ein Pilotversuch durchgeführt, um das Verfahren im industriellen Maßstab zu validieren. Der Pilotversuch wird mit einem SIGMA DAF COMPACTdurchgeführt.

SIGMADAF liefert ein kompaktes Flotationssystem mit aufgelöster Luft, das alle erforderlichen Komponenten umfasst:

• Der Flockungsapparat.
• Der Polyelektrolyt-Anbereitungsbehälter.
• Pumpen und Messsonden.
• Die Flotationsanlage mit gelöstem Luft.

Es erfolgt die Installation und Inbetriebnahme, die Folgendes umfasst:

• Die Einstellung des Luftsättigungssystems.
• Die Einstellung der Durchflussmengen.
• Versuche mit und ohne Polyelektrolyt.
• Die Anpassung der Anlage an die Schlammbedingungen in der Trinkwasseraufbereitungsanlage.

Ohne Zugabe von Flockungsmittel sieht das geklärte Wasser nicht gut aus, da es Schwebstoffe enthält, seine Trübung über 20 NTU liegt und sich der Schlamm nicht ausreichend zusammenballt.

Bei einer Polymerdosierung von 30 ppm (entspricht der optimalen Labordosierung) ist eine deutliche Verbesserung der Klärung zu beobachten, mit Trübungswerten unter 5 NTU.

Die Dosierung wird weiter angepasst, und es wird festgestellt, dass der optimale Bereich zwischen 35 und 45 ppm Polymer liegt (abhängig von leichten Schwankungen im Zulaufschlamm). Es werden Proben des konzentrierten Schlamms zur Analyse entnommen.

Der eingedickte Schlamm im DAF-System weist eine deutlich dunklere Farbe auf als der Schlamm aus der Trinkwasseraufbereitungsanlage, da er dichter und kompakter ist. Die Trübung des Klärwassers, also des Wassers, das in die Anlage zurückgeführt werden soll, beträgt 3,99 NTU.

• Die SST-Konzentration im Schlamm der Trinkwasseraufbereitungsanlage beträgt 0,475 g/l.
• Die SST-Konzentration im eingedickten Schlamm der DAF-Anlage beträgt 17,8 g/l, wenn zwischen 35 und 45 ppm Stärkepolymer eingesetzt werden.
• Die täglich anfallende Menge an konzentriertem Schlamm wird um mehr als 96 % reduziert. Dies bedeutet, dass eine wesentlich größere Wassermenge in den Wasserkreislauf zurückgeführt werden kann und dass weniger Abwasser in das Kanalisationsnetz eingeleitet wird.

5. Schlussfolgerungen

Anhand der gewonnenen Daten lässt sich feststellen, dass die Eindickung des Schlamms aus dem Wasserkreislauf mittels DAF-Flotation eine optimale Lösung darstellt, da dadurch die Einleitung in das Abwassernetz drastisch reduziert werden kann und ein Klärgut entsteht, das aufgrund seiner minimalen Trübung wieder in den Wasserkreislauf zurückgeführt werden kann.

Die Ergebnisse zeigen, dass das Volumen des geklärten Wassers mehr als 96 % des bei der physikalisch-chemischen Aufbereitung der Wasserleitung anfallenden Schlammvolumens ausmacht.

Unter diesen Umständen wird die Einleitung in das Abwassernetz um denselben Prozentsatz reduziert, und es erfolgen Einleitungen lediglich aus der Entwässerungsstufe des eingedickten Schlamms.