Schlammentwässerung und Wasserbindevermögen

von Faulschlämmen und Gärsubstraten

Beurteilung von Flockungs- und Koagulationsprozessen. Die Schlammfaulung wird im DWA-Merkblatt M 368 behandelt. In Bild sind die wesentlichen Einflussgrößen auf die Entwässerbarkeit von Faulschlamm dargestellt.

Die  nachfolgende Grafik soll an dieser Stelle lediglich einen Eindruck der Zusammenhänge vermitteln. Fast alle Änderungen der Parameter wirken mehr oder wenige auf das Wasserbindevermögen des Faulschlammes ein und somit auf das Entwässerungsergebnis.

Die Grafik und die Erläuterungen sollen die Notwendigkeit zur ganzheitlichen Betrachtung des Systems anregen, möglichst schon vor der Einführung neuer Technologien. Labor- und Technikumsversuche machen die zusammenhänge deutlich und vermeiden unerwünschte Effekte.

Zusammenhang und Interaktionen der Schlammkennwerte in einem Faulschlamm (Quelle: DWA/Ewert 2006)

Einige Erläuterungen zur Grafik

Zunächst liegt Rohschlamm als Substrat vor 1. Durch Umsetzung abbaubarer organischer Anteile entstehen Kohlendioxid (CO2), das mit gelöstem Hydrogencarbonat (HCO32 im thermodynamischen Gleichgewicht steht, Ammonium (NH4+3 sowie Methan (CH46. Ammonium steht im Gleichgewicht mit Ammoniak (NH3); bei üblichen pH-Werten ist das Gleichgewicht weit zum NH4+ verschoben. Bei hohem pH-Wert (>8,0), hoher Temperatur und hoher N-Konzentration im Schlamm kann allerdings eine erhebliche NH3-Konzentration auftreten. Da NH3 toxisch auf die Anaerobbakterien wirkt, kann es zu einer Hemmung des Faulprozesses oder sogar zu seiner Vergiftung kommen (Kapp 1984).

Der überwiegende Teil des gebildeten CO2 wird gemeinsam mit dem Methan als Gas ausgetragen, der Rest bleibt gelöst, überwiegend als HCO3. Zusammen mit dem NH4bildet es das primäre Ammonium-Hydrogencarbonat-Puffer-system 4, das maßgeblich ist für die Einstellung des pH-Werts im neutralen bis schwach alkalischen Bereich 5.

Die Ionenkonzentration, gemessen als elektrische Leitfähigkeit, beeinflusst bereits die Entwässerbarkeit 7. Bei sehr hohen Leitfähigkeiten kann die Flockenbildung beeinträchtigt werden, wobei die Ionenart zu berücksichtigen ist. Auch pH-Werte über 7,5 führen zu einer Beeinträchtigung der Flockenbildung, was den FHM-Bedarf erhöht.

Höhere ortho-Phosphat-Konzentrationen (PO43-8 entstehen durch die Spaltung von biologisch und chemisch gebundenen Polyphosphaten. Bei PO4-P-Gehalten von über 50 mg/L in Verbindung mit Ca2+ und Mg2+ 9 kann es zu störenden Ausfällungen, insbesondere von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) kommen.

Durch den Abbau der Substrate, insbesondere des Überschussschlamms, entsteht ein mehr oder weniger ausgeprägtes kolloidales und stark wasserbindendes System 10, insbesondere aus Proteinen und Polysacchariden. Die Wasserbindung solcher Hydrogele wird durch PO43- 8 und einen hohen pH-Wert  5 erhöht.

Eine Erhöhung der Wasserbindung und somit Verschlechterung der Entwässerbarkeit kann auch durch die Ausfällung von Calciumhydroxophosphaten (8 + 9) entstehen. Diese anorganischen Salze können ebenso wie Eisen- oder Aluminiumhydroxide größere Mengen Hydratwasser binden.

Bei verstärkter biologischer Phosphatelimination ist das Wasserbindevermögen größer 13 und die Entwässerbarkeit schlechter 14.

Die Wirkung der organischen Feststoffe 11 und der anorganischen Feststoffe 12 auf das Entwässerungsverhalten ist primär physikalischer Art. Von Bedeutung sind das spezifische Gewicht, die Hydrophobie der Oberflächen sowie die Form und Größe der Schlammpartikel.

Durch das komplexe Zusammenwirken der einzelnen Parameter und die Instabilität der Gleichgewichte ist das System hochsensibel und dynamisch. Wird z. B. Rohschlamm stärker eingedickt, hat das Auswirkungen auf das Puffersystem, den pH-Wert und auf das Wasserbindevermögen; es kann auch zu unerwünschte Ausfällungen kommen.

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