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.
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.
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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.
Die Mischung aus den oben erwähnten Klärschlamm Arten werden Frischschlamm (FS) genannt.
Dieser Begriff bezieht sich auf nicht stabilisierten Schlamm.
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Parameter / Bezeichnung |
Primärschlamm / Rohschlamm |
Sekundärschlamm / Überschussschlamm |
Frischschlamm / Primär- und Sekundärschlamm |
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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 von Überschuss Schlamm in der «anaeroben» Faulung wird mit steigendem Schlammalter, in der biologischen Stufe beziehungsweise mit zunehmender simultaner «aerober» Stabilisierung, immer geringer.
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 hierfür ist die «anaerobe» Schlamm Stabilisierung (Schlammfaulung).
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 wird als Energie Träger für Heizungs Zwecke oder als Antriebs Energie für Gasmotoren oder Block Heiz Kraftwerke (BHKW) verwendet. Die dabei anfallende Wärme Energie wird für die Beheizung der Faulräume verwendet.
Der gut stabilisierte Schlamm gibt sein Wasser (Faulwasser) in der Regel leicht ab und lässt sich gut entwässern.
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Parameter / Bezeichnung |
Betriebsjahr 1997 |
Betriebsjahr 2002 |
Betriebsjahr 2007 |
Betriebsjahr 2012 |
Betriebsjahr 2017 |
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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.
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.
Die Hydrolyse von Biopolymeren:
- Proteinen
- Kohlenhydraten
- Fetten (Lipiden)
Fermentation von:
- Aminosäuren
- Zucker
Anaerobe Oxidation von:
- Fettsäuren
- Alkoholen
- Zwischenprodukten
Acetatabbau
Oxidation von Wasserstoff (H) zu Methan (CH4)
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.
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.
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.
Sowohl der Abbau von Butyrat als auch derjenige von Propionat sind langsame Prozesse, die für den Faulraum kritisch werden können.
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.
Aus dem Abbau von Wasserstoff (H) resultieren zirka 30% Methan (CH4) im Faulraum.
60 % CH4 Methan
35 % CO2 Kohlendioxid
5 % Restgase
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letztes Update: 08.04.2020
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