Kürzlich hat sich die ernste Schwierigkeit ergeben, Schlamm zu behandeln, welcher organische Stoffe enthält, und zwar an den Endbehandlungsanlagen des Schlamms von Flüssen, Häfen, Sedimentationsteichen; Klär- und Kanalisationsanlagen. Es sind bereits viele Behandlungsmethoden vorgeschlagen worden, eine brauchbare Methode ist aber bis jetzt noch nicht entwickelt worden. Obwohl es ganz allgemein nicht so schwierig ist, Schlamm zu verbrennen, ist eine befriedigende Lösung bisher noch nicht gefunden worden, da sich sehr ernsthafte Schwierigkeiten dabei ergeben, wie z.B. die Entwässerung des Schlamms, die Behandlung der verbrannten Asche, die Geruchlosmachung des Verbrennungsabgases usw.
Die durch Verbrennung von Schlamm erzeugte Asche besteht aus einem feinen Pulver, dessen Hauptbestandteil gewöhnlich Siliciumdioxid ist. Eine solche Asche staubt aber während der Lagerung und während des Transports. Da die Asche ferner organische Bestandteile enthält, gibt es für sie noch keine Nutzanwendungen. Wenn Wasser auf die Asche gesprüht wird, verwandelt sie sich in eine tonartige Masse, die noch schwieriger zu handhaben ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbrennung von organische Bestandteile enthaltendem Schlamm zu schaffen, bei dem die obengenannten Nachteile nicht auftreten.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man den Schlamm zuerst trocknet und pulverisiert, das so gewonnene Schlammpulver einer Verbrennungskammer zuführt, wo es in suspendierter Form verbrannt wird, dass man die Verbrennungskammer mindestens auf einer Temperatur hält, die dem Schmelzpunkt der beim Verbrennen anfallenden Asche entspricht, und dass man letztere in schmelzflüssigem Zustande austrägt.
Unter Schlammpulver wird die pulverisierte Trockensubstanz eines Schlamms verstanden.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Einrichtung zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens in schematischer Darstellung und
Fig. 2 in ähnlicher Darstellungsweise eine zweite Einrichtung, bei der die Trocknung durch indirekte Heizung erfolgt.
Der aus einem Sedimentationsteich oder dergleichen gewonnene Schlamm enthält 95% oder mehr Wasser und ausserdem organische Bestandteile; dieser Schlamm wird gefiltert und entwässert, wodurch ein Filterkuchen mit 60 bis 80% Wasser entsteht. Der Filterkuchen wird dann mittels einer Fördereinrichtung 1 in eine Trockenanlage 2 eingeführt und dann mit den heissen Abgasen von einer weiter unten näher erläuterten Verbrennungskammer 6 getrocknet. Wenn der Filterkuchen zuviel Wasser enthält, dann wird er mit Hilfe des Verbrennungsgases eines Hilfs-Brennstoffs getrocknet, bis der Wassergehalt des Filterkuchens weniger als 10% beträgt. Für den genannten Zweck kann jede Trockenanlage 2 benutzt werden.
Falls man jedoch mit indirekter Heizung arbeitet, so kann die Menge des Abgases verringert werden, u. das Abgas kann in vorteilhafter Weise in den nachfolgenden Arbeitsschritten weiterbehandelt werden. Der so getrocknete Filterkuchen wird dann mittels einer Pulverisiervorrichtung pulverisiert und das Schlammpulver in einem Speichertank 3 gespeichert.
Der im Abgas der Trockenanlage 2 enthaltene Staub wird mittels eines nicht dargestellten Zyklons gesammelt und dein Speichertank 3 zugeführt. Das Abgas des Zyklons wird dann mit Wasser gewaschen und das mit Staub verunreinigte Wasser wird in den Sedimentationsteich oder dergleichen geleitet.
Das so gewonnene Schlammpulver ist dann fast vollständig trocken und wird der Verbrennnungskammer 6 mittels einer pneumatischen Fördereinrichtung 5 zugeführt und anschliessend in suspendierter Form in der Verbrennungskammer 6 verbrannt.
Bei der obengenannten Verbrennung kann der Schmelzpunkt der Asche durch Zugabe einer geringen Menge von Natrium- oder Calciumsalzen zum im Speichertank 3 gespeicherten Schlammpulver gesenkt werden, wenn der Schmelzpunkt der bei der Verbrennung des Schlamms anfallenden Asche hoch ist.
Dafür eignen sich beispielsweise Calciumoxid, Calciumcarbonat, gelöschter Kalk und Natriumsulfat. Der Schmelzpunkt des Siliciumdioxids beträgt im allgemeinen 1500 bis 17000C. Es ist jedoch zu beachten, dass Siliciumdioxid mit verschiedener Kristallform auch einen unterschiedlichen Schmelzpunkt aufweisen kann. Da das Hauptziel des beschriebenen Verfahrens darin besteht, das Siliciumdioxid in geschmolzenem Zustande auszutragen, so ist es vom technischen Standpunkt aus schwierig, Siliciumdioxid auf eine Temperatur über 1500 bis 17000C zu erhitzen. Es ist daher notwendig, Alkali mit dem Schlammpulver zu vermischen. Wenn gelöschter Kalk dem Schlamm bereits während der Filtration beigemischt wird, wie es beispielsweise bei der Behandlung von Klärschlamm und dergleichen der Fall ist, kann jedoch der obengenannte Arbeitsschritt entfallen.
Das mit Alkali vermischte Schlammpulver wird dann der Verbrennungskammer 6 zugeführt, die mittels eines Brenners 8 auf 12000C oder höher vorerhitzt ist. Die Verbrennungstemperatur der organischen Bestandteile des Schlamms beträgt im allgemeinen 5000C oder weniger. Ausserdem enthalten die organischen Bestandteile praktisch kein Wasser. Daher werden die organischen Bestandteile in der suspendierten Form so rasch in Brand gesetzt, wie sie der Verbrennungskammer 6 zugeführt werden; auf diese Weise steigt die Temperatur der Verbrennungskammer auf 13000C od. mehr. Wesentlich ist da¯ bei, dass die Verbrennungswärme des Schlammpulvers diese Temperatur beizubehalten gestattet, ohne dass zusätzlicher Brennstoff benötigt wird.
Der Brenner 8 kann also nach dem Ingangsetzen des Verfahrens abgeschaltet werden.
In diesem Fall solle der Anteil des Schlammpulvers u. der Luft gleichzeitig so eingestellt werden, dass der Anteil der zugeführten Luft theoretisch ausreicht, um das Schlammpulver zu verbrennen, um die Temperatur der Verbrennungskammer 6 über dem Schmelzpunkt der Asche, d.h. also praktisch über etwa 1200 C, zu halten. Der Schlamm.enthaltje- doch Arten organischer Bestandteile, und es ist im Einzelfall sehr schwierig, den theoretischen Luftbedarf zu berechnen, und zwar selbst nach sorgRattiger'Analyse der organischen Bestandteile. Daher ist es vorzuzielien, die Menge der zugeführten Luft so einzustellen, dass der Gehalt an Restsauerstoff im Verbrennungsabgas bezogen auf trockenes Gas 5% oder weniger beträgt.
Durch die obenerwähnte Einstellung der zuzuführenden Luft verbleibt die Asche am Boden der Verbrennungskammer 6. Es ist jedoch möglich, dass die geschmolzene Asche nicht gegen die Wand der Verbrennungskammer 6 prallt und das Teilchen der geschmolzenen Asche nicht miteinander zusammenprallen.
Daher ist es ratsam, einen Rauchfang 9 vorzusehen, um Abgas von der Seite des Bodenteils der Verbrennungskammer 6 einzuführen, das die geschmolzene Asche da hindurchleitet, sowie eine Ausflussöffnung 10 für die geschmolzene Asche an einer Stelle des Rauchfangs 9, um die geschmolzene Asche auszutragen. Durch diese Bauweise wird kleinteilige geschmolzene Asche, welche im Abgas schwebt, infolge der heftigen Gasumwälzung wird die gesamte geschmolzene Asche fast vollständig eingefangen, so dass ein Strom von geschmolzener Asche gebildet wird.
Die aus der Ausflussöffnung 10 des Rauchfangs 9 ausfliessende Asche f#ällt in strömendes Wasser, wodurch Körnchen gebildet werden, oder aber sie wird in einem Gefäss aufgefan gen, um nach Abkühlung einen Block zu bilden. Andererseits ist es wirtschaftlich, das Abgas mittels einer Leitung 14 der
Trocknungsanlage 2 zuzuführen, um es zur Trocknung des
Schlammkuchens zu verwenden da die Temperatur des Ab gases des Rauchfangs 12000C oder mehr beträgt. In der Fig. 1 sind ein Drehschieber 4, ein Gebläse 7, ein Vorerhitzungs brenner 8, ein Wassertank 11, eine Rührvorrichtung 12, eine
Gasentnahmeöffnung 13, eine Leitung 14, eine Transport antriebseinheit 15, eine Auslassöffnung für Abgas 16 und schliesslich ein Zuführungskanal 17 für ein Medium, wie z.B.
Calciumoxid, dargestellt.
Beispiel I
Der aus einem Sedimentationsteich stammende, organi sche Bestandteile enthaltende Schlamm wurde gefiltert und entwässert; der Filterkuchen enthielt 70% Wasser und wurde der Trockenanlage 2 mittels der Fördervorichtung 1 mit einer
Geschwindigkeit von 200 kg/h zugeführt. Im Endergebnis wurden 60 kg Trockenschlamm mit 1% oder weniger Wasser gehalt erhalten. Der so erhaltene Trockenschlamm wurde im
Speichertank 3 gespeichert und mit gelöschtem Kalk mit einer
Geschwindigkeit von 20 kg/h vermischt.
Das getrocknete Schlammpulver wurde dann vom Boden teil des Speichertanks 3 mittels des Drehschiebers 4 ausgetra gen und dem Oberteil der Verbreifnungskammer 6 zugeführt; das erfolgt so, dass der Schlamm in Abwärtsrichtung an der
Innenseite der Verbrennungskammer 6 ausgesprüht worden ist, und zwar mittels einer Druckluftleitung 5 mit einer Ge schwindigkeit von 80 kg/h u. mit Hilfe der mit einer Qeschwin- digkeit von 60 m3/h zugeführten Luft. Der Heizwert des ge trockneten Schlammpulvers betrug etwa 3000 kcal/kg. Die
Verbrennungskammer 6 bestand in einem senkrecht stehen den Zylinder von 560 mm Durchmesser und 1500 mm Höhe; sie war thermisch isoliert, um die Strahlungsverluste so klein wie möglich zu machen. Ein Kilogramm des getrockneten
Schlammpulvers erforderte eine Luftmenge von etwa 3,5 m3.
Da die mittels der Leitung 5 zugeführte Luft nicht aus reichte, wurde der Verbrennungskammer 6 Sekundärluft mit tels des Gebläses 7 zugeführt. Die Verbrennungskammer 6 wurde auf 12000C oder darüber mittels des Vorerhitzungs brenners 8 erhitzt: Nachdem das getrocknete Schlammpulver in die Verbrennungskammer 6 eingeführt, worden ist, wird der oben erwähnte Vorerhitzungsbrenner 8 überflüssig, weil die
Temperatur in der Verbrennungskammer 6 1300C bis 13500C erreicht. Nachdem die Verbrennung des Schlammpulvers begonnen hat, tritt die geschmolzene Asche, welche durch den
Rauchfang 9 ausfliesst, zusammen mit dem Abgas aus, und zwar aus der Ausflussöffnung 10.
Die ausgeflossene geschmol zene Asche fällt in den Wassertank 11, der unterhalb der
Ausflussöffnung 10 angeordnet ist; auf diese Weise erfolgt die Erstarrung unter Bildung von Körnchen mit 2 bis 3 mm
Durchmesser.
Die im Wassertank 11 angeordnete Rührvorrichtung 12 hat den Zweck, eine Explosion des Tanks bei ungleichmässi ger Erhitzung des darin enthaltenen Wassers zu verhindern.
Bei der beschiiebenen Ausführungsform ist eine solche Rühr einrichtung 12 nicht notwendig, da nur eine kleine Menge geschmolzener Asche ausfliesst. Um die Verbrennungskam mer 6 in der beschriebenen Ausführungsform im industriellen
Massstab herzustellen, ist es vorteilhalft, statt des Wassertanks
11 z.B. einen Trog vorzusehen, durch den das Wasser fliesst.
Nachdem die geschmolzene Asche ausgeflossen ist, wird das Abgas über die Gasentnahmeöffnung 13 abgezogen, um den durch das Gebläse 7 zuzuführenden Luftbedarf zu bestimmen damit der Restsauerstoffgehalt im Abgas 5% oder weniger, bezogen auf das trockene Gas beträgt. Obwohl eine derartige
Steuerung der Luftzufuhr bei der beschriebenen Ausführungsform von Hand durchgeführt wird, kann sie bei einer Verbren- nungskammer im industriellen Massstab sehr leicht automatisch durchgeführt werden. Das Abgas wird der Trockenvorrichtung 2 mittels der Leitung 14 zugeführt, um es zur Trocknung des Filterkuchens auszunutzen. Bei der beschriebenen Ausführungsform war es notweding, eine kleine Menge von Hilfs-Brennstoff zu verbrennen.
Der Grund für die Verbrennungdes H ilfs-Brennstoffs besteht jedoch darin. dass dadurch die Wärmeabstrahlung von der Trockenanlage 2 verringert werden soll, die der Kleinheit der Verbrennungskammer 6 zuzuschreiben ist. Daher soll die Wärmeabstrahlung einer Verbrennungskammer von industriellem Massstabe verringert werden, und zwar bis nahezu auf den theoretischen Wert der Wärmebilanz, und der Filterkuchen des vorliegenden Beispiels kann auch ohne die Verbrennung von Hilfs-Brennstoff getrocknet werden.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 wird eine Trocknungsanlage 2 vom indirekten Typ benutzt, um die Erzeugung von Abgas bei einem Trocknungsverfahren für Schlamm zu verringern; das heisst, dass eine Drehscheibe 18 vorzusehen ist, wenn die Trocknungsanlage 2 im Innern der Verbrennungsanlage eingebaut wird und der Dampf der Drehscheibe 18 zugeführt wird, um den Schlamm zu trocknen, der mit seiner Oberfläche in Berührung kommt. Wenn eine Trocknungsanlage vom indirekten Typ benutzt wird, werden ungefähr 1,4 m3, das sind ungefähr 1,9 kg, von nichtkondensierbarem Abgas je Kilogramm Dampf erzeugt. Wenn andererseits eine Trocknungsanlage 2 vom indirekten Typ benutzt wird, braucht nur 0,05 m 3, das sind ungefähr 0,07 kg, Abgas je kg Dampf erzeugt zu werden.
Wenn trockenes Abgas von der Trocknungsanlage 2 vom indirekten Typ in eine Kondensiervorrichtung eingeführt wird, so wird der Dampf kondensiert; das Abgas des Kondensators war vollständig geruchsfrei.
Anstatt des oben beschriebenen gelöschten Kalks kann auch dieselbe Menge von Calciumoxid, Calciumcarbonat oder Natriumsulfat dem Schlamm zugesetzt werden. Alle diese Beispiele führten zu den gleichen Ergebnissen.
Es wurden auch Versuche durchgeführt, um den Schmelzpunkt der verbrannten Asche durch Hinzufügung von Calcium- und Natriumsalzen zu senken. Dabei wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Beispiel 2
Nacheinander wurden vier Proben von Abwasserschlamm je Kilogramm Asche 600 g Calciumoxid, Calciumhydroxid, Natriumsulfat Und Natriumcarbonat hinzugefügt, deren Schmelzpunkt l4500C war; dann wurde der Schmelzpunkt der die oben genannten Calcium- und Natriumsalze enthaltenden Aschen bestimmt. Der Schmelzpunkt der Asche, die Calciumoxid, Calciumhydroxid, Natriumsulfat bzw. Calciumcarbonat enthielt, betrug 1290, 1250, 1220 bzw. 1320 C. Diese Ergebnisse zeigen, dass der Schmelzpunkt der im Schlamm enthaltenen Asche wirksam durch Hinzufügung von Natriumoder Calciumsalzen zum Schlamm gesenkt werden kann.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der Schlamm mit seiner eigenen Verbrennungswärme oder der Verbrennungswärme von zusätzlichem Brennstoff getrocknet, um Schlammpulver zu erhalten; dieses wird einer Verbrennungskammer zugeführt, in der es in suspendiertem Zustande verbrannt wird; dann wird die Asche in geschmolzenem Zustande aus der Verbrennungskammer ausgetragen, deren Innentemperatur über der Schmelztemperatur der Asche gehalten wird; letztere wird dann zur Erstarrung gebracht. Bei der oben genannten Verbrennung wurden Natrium- oder Calciumsalze zur Senkung des Schmelzpunkts hinzugefügt, wenn der Schmelzpunkt der bei der Verbrennung des Schlamms anfallenden Asche hoch ist.
Daher haben die beschriebenen Einrichtungen die Vorteile, dass sie die sonst allgemein üblichen komplizierten Austragungs- und Transportvorrichtungen überflüssig machen; ferner ist der grosse Vorteil zu beachten, dass die Umwelt nicht durch die verstäubte Asche verschmutzt wird, dass die Asche leicht zu transportieren ist und für Strassenbeläge und deren Wiederherstellung benutzt werden kann und dass die Beseitigung des Schlamms auf sehr wirtschaftliche Weise und mit geringem Aufwand durchgeführt werden kann.
Das beschriebene Verfahren hat auch den grossen Vorteil, dass der Schlamm erst durch Filterung und Entwässerung in einen Filterkuchen verwandelt wird, der in eine Trocknungsanlage eingebracht wird; die Trocknung erfolgt infolge der eigenen Verbrennungswärme, gegebenenfalls zusätzlich mit Unterstützung der Verbrennungswärme von Hilfs-Brennstoff.
Danach wird der getrocknete Filterkuchen pulverisiert und in einem Speichrtank gelagert; das gespeicherte Schlammpulver wird dann der Verbrennungskammer mittels einer pneumatischen Fördervorrrichtung oder dergleichen der Verbrennungskammer zugeführt, in der es in suspendiertem Zustande verbrannt wird. In diesem Falle wird die Luftzufuhr ungefähr auf den theoretischen Wert eingestellt, um die Temperatur in der Verbrennungskammer über dem Schmelzpunkt der bei der Verbrennung des Schlamms anfallenden Asche zu halten.
Wenn der Schmelzpunkt der Asche hoch ist, dann wird er durch Hinzufügen von Natrium- oder Calciumsalzen gesenkt, und zwar zu dem Schlammpulver, das im Speichertank gespeichert ist. Das Schlammpulver wird dann in der Verbrennungskammer verbrannt, deren Temperatur über dem Schmelzpunkt der Asche gehalten wird; die Asche wird dann von einer Seite des Bodens der Verbrennungskammer in geschmolzenem Zustand ausgetragen, um sie danach abzukühlen und zur Erstarrung zu bringen. Das Verbrennungsabgas wird der Trockenanlage zugeführt und so zur Trocknung des Schlammkuchens herangezogen.
Der im Abgas enthaltene Staub wird mittels eines Zyklons oder dergleichen gesammelt. Der gesammelte Staub wird auch dem Speichertank zugeführt. Das Abgas vom Zyklon und dergleichen wird mit Wasser gewaschen, und das mit Staub verunreinigte-Wasser wird wieder dem Sedimentationsteich oder dergleichen zugeführt.
Es ist möglich, die geschmolzene Asche entweder zu gra zuliegen oder zu einem Block zu giessen, wonach sie weites- transportiert und beispielsweise als Strassenbelag verwendet werden kann.
Der Hauptvorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die Umwelt bei der Beseitigung des Schlamms wirksam geschützt wird, was in der Vergangenheit nicht immer der Fall gewesen ist.
Schliesslich besteht der Umweltschutz auch darin, dass die Geruchsbelästigung durch die Verbrennungsabgase auf ein Mindestmass verringert wird, was in der Vergangenheit auch nicht überall der Fall gewesen ist.