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Verfahren zur Entwässerung von Schlämmen Die Entwässerung von Industrieschlämmen auf mechanischem Wege mittels Filterpressen, Saugzellen- filter, Zentrifugen u. dgl. ist bekannt und im wesentlichen, je nach der angewendeten Methode und den angewendeten Mitteln, ohne erhebliche Schwierigkeiten mit beachtlichem Erfolg durchführbar.
Die Anwendung dieser bekannten Methoden und Mittel für die Entwässerung von Klärschlämmen aus häus- lich-städtischen Abwässern oder Gemischen von häuslich-städtischen Abwässern mitIndustrieabwässern war in der Praxis bisher regelmässig ein Misserfolg, so sehr man sich auch bemuhte, dasdringende Problem der Beseitigung des inKlärbecken, oder allgemein gesprochen, in mechanischer oder chemisch-mechanischen Kläranlagen anfallenden Schlammes zu lösen.
Frischschlamm aus häuslich-städtischen Abwässern ist ekelerregend in seinem ganzen Aussehen, riecht sllsslich fäkalisch, ist von schleimiger Konsistenz, enthält infolge des Gehaltes an Kolloiden 95% und mehr
Wasser und geht bei längerem Stehenlassen infolge bakteriellen Abbaues der Kohlenhydrate und Eiweissstoffe in Fäulnis über. Durchschnittlich fallen pro Kopf und Tag rund 1 Liter Frischschlamm an, so dass man schon bei einer Stadt von 50000 Einwohnern mit rund 50 mu pro Tag bzw. 18250 mS im Jahr an Frischschlamm zu rechnen hat, der beseitigt werden muss, wenn er nicht eine ständige Belästigung der Anwohner darstellen soll.
Die volle Entwässerung des Klärschlammes würde bei seinem erheblichen Wassergehalt zu einer geringen Feststoffmenge führen, die relativ leicht zu handhaben wäre. Die Bemühungen um die Entwässerung sind daher verständlich, jedoch ist z. B. bei üblichen Filterpressen, die mit 6 - 8 atü arbeiten, der Wassergehalt von Frischschlamm höchstens von 95 % auf 85 % zu reduzieren, mit üblichen Zentrifugen auf 70-75 %. Dabei kommt man aber mit diesen Maschinen auf keine befriedigende Leistung, denn die Filtertücher von Filterpressen, die Öffnungen von Schleudern usw. verschleimen und verstopfen sich. Zu ihrer Reinigung bedarf es aber erheblicher Arbeit und Geldaufwendungen. Das aus den bekannten mechanischen Einrichtungen ausfliefende Wasser ist ausserdem noch stark verschmutzt.
Seine Sauerstoffzehrung und die organische Belastung sind so hoch, dass man es in diesem Zustand dem Vorfluter nicht ohne weiteres übergeben kann. Reinigungsversuche führten zu keinem Erfolg, so dass letztlich alle obengenannten Verfahren an dieser Qualität des Ablaufes scheiterten. Soweit man nicht die Möglichkeit der Verschiffung und Entladung ins Meer, des Verbrennens, der Unterbringung in Schlammteichen, der Kompostierung u. dgl. hat, wählt man dieEntwässerung desFrischschlammes auf Schlammboden und das Schlammfaulverfahren, insbesondere mit der Gewinnung von Gas und Dünger in Faulräumen. Die Wahl der letzteren Verfahren ist eine Frage des zur Verfügung stehenden Raumes und der von einer Stadt zu tragenden Kosten.
Die Ausfaulung führt für einen Teil der ursprünglichen organischen Substanz zur Mineralisierung. Diese Reaktion kann jedoch in den Faultürmen nicht bis zu Ende geführt werden, weil die Fauldauer und damit der zu bauende Faulraum aus wirtschaftlichen Gründen begrenzt ist. Daher enthält der Faulschlamm immer noch beachtliche Mengen organischer Substanzen und zeigt eine hohe Sauerstoffzehrung. Dies gilt sowohl für seinen festen Anteil als auch die flüssige Phase, die mit etwa 88% zu veranschlagen ist. Seine Aufbereitung bietet deshalb die gleichen Schwierigkeiten wie diejenige des oben erwähnten Frischschlammes.
Auch hier ist man in der Praxis mit der Anwendung der bekannten Mittel zu einer technisch befriedigenden Entwässerung nicht gekommen. Es liegt die Schwierigkeit wieder in der sehr schlechten Qualität des flüssigen Ablaufes.
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Vor einigen Jahren glaubte man, durch die Anwendung der Schwingungsprizipien in der Klärtechnik dasProblem der Schlammentwässerung lösen zu können und erhebliche technische und wirtschaftliche Vor-
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be einzudicken und im Anschluss hieran die Entwässerung mittels einer aus rotierenden Walzen bestehenden Quetsche fortzusetzen. Man war der Meinung, dass die kolloidalen Verbindungen im Wasser sich mit Hilfe von Schwingungen soweit zerstören liessen, dass der Schlamm beim Pressen das Restwasser nach Belieben abgibt, wonach die Weiterverarbeitung durch Brikettierung, Heissvergären zur Humusbereitung oder durch andere Verfahren leicht möglich ist. Es sei dahingestellt, ob und inwieweit man den Schlamm durch die Einwirkung von Schwingungen und die anschliessende Verpressung entwässern kann.
Sicher ist, dass das
Zell- und Kapillarwasser mit seinen gelösten Inhaltstoffen und seiner hohen Sauerstoffzehrung in den Ablauf hineingebracht wird und dieser Ablauf von extrem schlechter Qualität zur Zeit nicht aufbereitet werden kann. Sein Ablassen in Reinigungsanlagen bzw. in den Vorfluter belastet diese so erheblich, dass auch dieser neue Versuch wie alle bisherigen Verfahren am Ablauf bzw. Filtrat, wie man ihn zu bezeichnen pflegt, scheitert.
Das seit Jahrzehnten anstehendeproblem wird nach der'vorliegenden Erfindung dadurch gelöst und die Nachteile der bekannten Entwässeruqgsverfahren dadurch vermieden, dass die Aufbereitung des Schlammes dreistufig durchgeführt wird ; in der ersten Stufe wird der Schlamm mittels mechanischer Trennvorrichtungen, wieFiltern, SieDen, Schleudernu.dgl., auf mechanischem Wege in einen feuchten Feststoffanteil und einenFlUssigkeitsanteil Ablauf), der von dem grössten Teil seines mechanisch abscheidbaren Feststoffes befreit ist, aufgeteilt, der Ablauf in einer zweiten Stufe einer chemischen Behandlung mit Komplexsalzen, welche freie Restvalenzen aufweisen, oder mit heteropolaren Kolloiden unterworfen und schliesslich der derart chemisch vorbehandelte Ablauf in einer dritten Stufe, z.
B. mittels einer gleichartigen Behandlung wie der Ausgangsschlamm, mechanisch geklärt.
Anzustreben ist bei der mechanischen Trennung von fester Phase und flüssiger Phase des Schlammes trotz weitgehender Entwässerung des zu gewinnenden festen Anteiles der Einsatz solcher mechanischer Trennmethoden, die gewährleisten, dass der Feststoffanteil im Ablauf möglichst gering ist, damit durch ihn nicht noch zusätzlich die vom Erfinder erkannte Kolloidreaktion in der nachfolgenden Behandlung erschwert und letzten Endes die Entwässerung von Klärschlamm überhaupt in Frage gestellt ist. Daher wird nach der Erfindung für diese erste Stufe bevorzugt eine Sedimentierschleuder eingesetzt, die etwa nur 10% desFeststoffanteilesdes aufzubereitenden Schlammes in den Ablauf treten lässt, während bei den sonst üblichen Verfahren und Einrichtungen 50% und mehr die Regel waren.
Als organische Komplexe für die chemische Behandlung benutzt man auch solche Verbindungen, die gleichzeitig die Fähigkeit zum Ionenaustausch besitzen :
Solche sind z. B. : a) Carboxy- oder Oxäthyl - Methylcellulosen, Celluloseglykolate als heteropolare Kolloide, b) Sulfosierte phenolische Körper vom Typ der synthetischen Grobstoffe, wie sie z. B. als Tanigane bekannt sind. c) Ionenaustauscher (z. B. Permutitbzw. höhere Silikate, Kunststoffe usw.).
Als anorganische Komplexsalze lassen sich solche Salze verwenden, die als Zentral-Atom ein dreiwertiges Schwermetall enthalten, z. B. anorganische Gerbmittel (Salze des 3-wertigen Chroms, des Aluminiums, des Eisens usw.). Namentlich genannt seien : Tetraquo-Hexaquoferrichlorid.
Schliesslich kann man noch Kombinationen bzw. Verbindungen anorganischer Komplexsalze mit organischen Gruppen einsetzen. Solche sind beispielsweise diejenigen, welche Zuckermoleküle Aminogruppen usw. im Chromkomplex enthalten.
Der Einsatz dieser Salze richtet sich vornehmlich nach dem Feststoffanteil im Ablauf und nach der Wirtschaftlichkeit. Man wird danach trachten, jeweils die Komplexsalze einzusetzen, die auf billigstem Wege den Feststoffgehalt im Ablauf sicher niederschlagen.
Der chemisch behandelte Ablauf ist sedimentierfähig-und kann jetzt in der angegebenen Weise mechanisch aufbereitet werden, wobei ein von Feststoffen völlig befreiter Ablauf entsteht, dessen Sauerstoffzehrung zu über 90 - 950/0 beseitigt ist. In diesem Zustand kann er dem Vorfluter übergeben werden.
Der in der beschriebenen Weise sedimentierfähig gemachte Ablauf kann auch in die Kläranlage zurückgeführt werden, wo ebenfalls in befriedigender Weise die Trennung der flüssigen von der festen Phase erfolgt, ohne dass die Kläranlage eine erhöhte Belastung erfährt.
Das Verfahren nach der Erfindung bietet eine zweifache Möglichkeit insofern, als die chemische und anschliessend mechanische Behandlung nicht nur auf einen bewusst gewonnenen Ablauf mit geringem Fest-
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stoffgehalt anwendbar ist, sondern auch auf einen Ablauf mit hohem Feststoffgehalt, wie er bei den bis- herigen Entwässerungsmethoden von Frisch-, insbesondere aber Faulschlamm anfiel. Freilich ist hier der
Aufwand ar Chemikalien bedeutend höher.
Der Erfolg des Verfahrens nach der Erfindung ist überraschend, denn es gelingt, mit einem Aufwand von Chemikalien, der in der Grössenordnung von 1 %0 des Ausgangsschlammes liegt, das anstehende Prob- lem der Beseitigung des lästigen Ablaufes bzw. Filtrats aus der Schlammentwässerung, genau genommen, überhaupt das seit Jahrzehnten offenstehende Problem der Schlammentwässerung zu lösen.
Würde man mit der gleichen Menge Chemikalien den Ausgangsschlamm behandeln, dann hätte man gar keinen Erfolg, bei einer Erhöhung des Chemikalienzusatzes scheitert wiederum die Lösung des Problems nicht nur an den hohen Kosten der Chemikalien, sondern auch an der durch den Chemikalienzusatz entstehenden teigi- gen Schlammasse, die gerade noch mit Filterpressen entwässert werden kann und wiederum hohe Kosten für die Reinigung der FilterpressenLeile. insbesonderederFiltertücher, erfordert. Zudem kann aber auch der Ablauf aus der Filterpresse und das Waschwasser, das man zur Reinigung verwendet hat, mit den In- haltstoffen ebenfalls lästig sein.
Die Erfindung sei an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zahlenangaben sind ab- gerund et.
Ausgegangen wird von einem ausgefaulten Schlamm, der folgende Teile enthält :
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<tb>
<tb> 84,0 <SEP> Teile <SEP> Wasser
<tb> 0, <SEP> 5. <SEP> gelöste <SEP> Substanzen
<tb> 13, <SEP> 5 <SEP> " <SEP> Feststoffe <SEP>
<tb> 2, <SEP> 0 <SEP> " <SEP> organische <SEP> Kolloide
<tb>
Der Schlamm wurde einer mechanischen Behandlung in einer Sedimentiertschleuder unterworfen.
Es fallen an : a) Ein Trockenschlamm mit 6 Teilen Wasser und 8 Teilen Feststoff. b) Ein schwarzer Ablauf mit : 96, 4 Teile Wasser
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<tb>
<tb> 0, <SEP> 6"gelöste <SEP> Substanzen
<tb> 1, <SEP> " <SEP> Feststoffe <SEP>
<tb> 1, <SEP> 9"organische <SEP> Kolloide. <SEP>
<tb>
Dieser Ablauf zeigt mit über 12000 mg/l KMnO.-Wert zwar gegenüber dem Ausgangsschlamm (mit 168000 mg/l KMnO-Wert) eine Reduzierung dieser Zahl um zirka 93%. Der Absolutwert bleibt jedoch immer noch in einer für den Vorfluter unzumutbaren Höhe.
Der Trockenschlamm kann nach der üblichen Behandlung als Düngemittel verwendet werden.
Dem schwarzen Ablauf werden nun die eingangs genannten chemischen Zusätze gemäss der von den Kolloiden benötigten Entladungsenergie oder/und entsprechend dem Ausfaulungsgrad des Schlammes beigegeben. Die Menge der Chemikalien liegt in der Grössenordnung 1 % o des Ausgangsschlammes. Es entsteht dabei ein zweiter Schlamm, der auf mechanischem Wege, z. B. mittels einer Sedimentierschleuder, abgetrennt wird, und ein klarer Ablauf. Dieser zweite Schlamm wird dem ersten Trockenschlamm beigegeben. Der zweite gewonnene Ablauf kann jetzt dem Vorfluter übergeben werden, weil er völlig klar ist und nur noch zirka 400 mg/l KMnO-Wert, d. h. : 0,24% des Ausgangsschlammes enthält.
InAbänderung des eben angegebenen Weges kann auch der erste chemische vorbehandelte Ablauf der Kläranlage zugeführt werden, in der die Trennung der flüssigen von der festen Phase erfolgt.
Geht man von dem gleichen Schlamm aus und belässt man im Ablauf 20% der Feststoffe, dann erhält man im Endergebnis ebenfalls einen farblosen klaren Ablauf, jedoch sind dann Mengen von Chemikalien notwendig, die in der Grössenordnung von 3 % o des Ausgangsschlammes liegen.
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Process for dewatering sludge The dewatering of industrial sludge by mechanical means using filter presses, suction cell filters, centrifuges, etc. The like. Is known and essentially, depending on the method and means used, can be carried out without significant difficulties with considerable success.
The application of these known methods and means for the dewatering of sewage sludge from domestic-urban wastewater or mixtures of domestic-urban wastewater with industrial wastewater has been a regular failure in practice, no matter how hard one tried to solve the urgent problem of eliminating the or, generally speaking, to solve the sludge produced in mechanical or chemical-mechanical sewage treatment plants.
Fresh sludge from domestic and urban sewage is disgusting in its entire appearance, smells entirely fecal, has a slimy consistency, contains 95% and more due to its colloid content
Water and, if left standing for a long time, goes into putrefaction as a result of bacterial breakdown of carbohydrates and proteins. On average, around 1 liter of fresh sludge is produced per person and day, so that in a city with 50,000 inhabitants, you have to reckon with around 50 mu per day or 18,250 mS per year of fresh sludge, which must be removed if it is not a permanent one Intended to represent harassment of local residents.
The full dewatering of the sewage sludge would lead to a small amount of solids with its considerable water content, which would be relatively easy to handle. The efforts to drainage are therefore understandable, but z. B. With conventional filter presses that work at 6 - 8 atmospheres, the water content of fresh sludge is reduced from a maximum of 95% to 85%, with conventional centrifuges to 70-75%. However, these machines do not achieve a satisfactory performance because the filter cloths of filter presses, the openings of centrifuges, etc. become slimy and clogged. However, it requires considerable work and money to clean them. The water flowing out of the known mechanical devices is also still heavily polluted.
Its oxygen consumption and organic pollution are so high that it cannot be handed over to the receiving water in this condition. Attempts at cleaning were unsuccessful, so that ultimately all the above-mentioned processes failed due to this quality of the process. Unless you have the option of shipping and unloading into the sea, burning, placing in sludge ponds, composting and the like. The like., one chooses the dewatering of the fresh sludge on the sludge floor and the sludge digestion process, in particular with the extraction of gas and fertilizer in digesters. The choice of the latter method is a question of the space available and the cost to be borne by a city.
The digestion leads to mineralization for part of the original organic matter. However, this reaction cannot be carried out to the end in the digestion towers because the digestion period and thus the digester space to be built is limited for economic reasons. Therefore, the digested sludge still contains considerable amounts of organic substances and shows a high consumption of oxygen. This applies to both its solid part and the liquid phase, which is estimated at around 88%. Its preparation therefore presents the same difficulties as that of the fresh sludge mentioned above.
Here too, technically satisfactory dewatering has not been achieved in practice using the known means. The difficulty lies again in the very poor quality of the liquid process.
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A few years ago it was believed that the application of the principles of vibration in sewage technology could solve the problem of sludge dewatering and that considerable technical and economic advantages
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be thickened and then continue the dewatering by means of a pinch consisting of rotating rollers. It was believed that the colloidal compounds in the water could be destroyed with the help of vibrations to such an extent that the sludge releases the remaining water at will during pressing, after which further processing by briquetting, hot fermentation for humus preparation or other processes is easily possible. It remains to be seen whether and to what extent the sludge can be dewatered by the action of vibrations and the subsequent compression.
What is certain is that
Cell and capillary water with its dissolved contents and its high oxygen consumption is brought into the drain and this drain of extremely poor quality cannot be processed at the moment. Being drained into cleaning systems or into the receiving water loads them so considerably that this new attempt, like all previous methods, fails with the drainage or filtrate, as it is known to be called.
The problem that has been pending for decades is solved according to the present invention and the disadvantages of the known dewatering processes are avoided in that the sludge is processed in three stages; In the first stage, the sludge is mechanically separated by means of mechanical separation devices, such as filters, sieves, centrifuges, etc., into a moist solid fraction and a liquid fraction, which has been freed from most of its mechanically separable solids second stage of a chemical treatment with complex salts which have free residual valences, or with heteropolar colloids, and finally the process chemically pretreated in this way in a third stage, e.g.
B. mechanically clarified by means of a similar treatment as the starting sludge.
In the mechanical separation of the solid phase and the liquid phase of the sludge, despite extensive dewatering of the solid fraction to be recovered, the aim is to use mechanical separation methods that ensure that the solids fraction in the process is as low as possible so that it does not additionally identify the inventor Colloid reaction in the subsequent treatment is made more difficult and ultimately the dewatering of sewage sludge is questioned at all. Therefore, according to the invention, a sediment centrifuge is preferably used for this first stage, which allows only about 10% of the solids content of the sludge to be treated to enter the drain, whereas 50% and more were the rule with the otherwise usual methods and devices.
The organic complexes used for chemical treatment are those compounds that also have the ability to exchange ions:
Such are z. B.: a) carboxy or oxethyl - methyl celluloses, cellulose glycolates as heteropolar colloids, b) sulfated phenolic bodies of the type of synthetic coarse materials, as they are, for. B. known as Tanigane. c) Ion exchangers (e.g. permutite or higher silicates, plastics, etc.).
The inorganic complex salts that can be used are those which contain a trivalent heavy metal as the central atom, e.g. B. inorganic tanning agents (salts of trivalent chromium, aluminum, iron, etc.). Mention should be made of: Tetraquo-Hexaquoferrichlorid.
Finally, combinations or compounds of inorganic complex salts with organic groups can also be used. Such are, for example, those which sugar molecules contain amino groups etc. in the chromium complex.
The use of these salts depends primarily on the solids content in the drain and on the economic efficiency. Attempts will be made to use the complex salts that reliably reduce the solids content in the drain in the cheapest way.
The chemically treated drain is capable of sedimentation and can now be mechanically processed in the manner indicated, resulting in a drain completely freed from solids, the oxygen consumption of which has been eliminated to more than 90-950/0. In this condition it can be handed over to the receiving water.
The process, made sedimentable in the manner described, can also be returned to the sewage treatment plant, where the liquid and solid phases are also separated in a satisfactory manner, without the sewage treatment plant experiencing an increased load.
The method according to the invention offers a twofold possibility insofar as the chemical and subsequent mechanical treatment not only on a consciously obtained process with low solidity
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material content is applicable, but also to a drain with a high solids content, as was incurred in the previous dewatering methods of fresh, but especially digested sludge. Of course this is the one here
Effort ar chemicals significantly higher.
The success of the method according to the invention is surprising, because it succeeds, with an expenditure of chemicals in the order of magnitude of 1% of the starting sludge, the pending problem of eliminating the annoying drainage or filtrate from the sludge dewatering, exactly taken to solve the problem of sludge dewatering that has been open for decades.
If the starting sludge were treated with the same amount of chemicals, then there would be no success at all; if the addition of chemicals is increased, the solution to the problem fails not only because of the high costs of the chemicals, but also because of the doughy sludge mass created by the addition of chemicals that can just about be dewatered with filter presses and, in turn, high costs for cleaning the filter press parts. especially the filter cloths. In addition, however, the drainage from the filter press and the washing water that was used for cleaning can also be a nuisance with the ingredients.
The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The figures are rounded off.
It is assumed that the sludge is digested and contains the following parts:
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<tb>
<tb> 84.0 <SEP> parts <SEP> water
<tb> 0, <SEP> 5. <SEP> dissolved <SEP> substances
<tb> 13, <SEP> 5 <SEP> "<SEP> solids <SEP>
<tb> 2, <SEP> 0 <SEP> "<SEP> organic <SEP> colloids
<tb>
The sludge was subjected to mechanical treatment in a centrifugal sedimentation machine.
The result is: a) A dry sludge with 6 parts of water and 8 parts of solid. b) A black drain with: 96.4 parts of water
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<tb>
<tb> 0, <SEP> 6 "dissolved <SEP> substances
<tb> 1, <SEP> "<SEP> solids <SEP>
<tb> 1, <SEP> 9 "organic <SEP> colloids. <SEP>
<tb>
With over 12,000 mg / l KMnO. Value, this process shows a reduction in this number of around 93% compared to the initial sludge (with 168,000 mg / l KMnO value). However, the absolute value still remains at an unacceptable level for the receiving water.
The dry sludge can be used as a fertilizer after the usual treatment.
The chemical additives mentioned at the beginning are now added to the black drain according to the discharge energy required by the colloids and / or the degree of digestion of the sludge. The amount of chemicals is in the order of 1% of the starting sludge. It creates a second sludge, which is mechanically, z. B. is separated by means of a sediment centrifuge, and a clear process. This second sludge is added to the first dry sludge. The second drain can now be transferred to the receiving water, because it is completely clear and only about 400 mg / l KMnO value, i.e. H. : Contains 0.24% of the starting sludge.
In a modification of the route just given, the first chemically pretreated process can also be fed to the sewage treatment plant, in which the liquid phase is separated from the solid phase.
Assuming the same sludge and leaving 20% of the solids in the drain, the end result is also a colorless, clear drain, but then quantities of chemicals are necessary that are in the order of 3% of the starting sludge.
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