Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Keimfreimachen von Klärschlamm und nicht sedimentierte Verunreinigungen enthaltenden Flüssigkeiten, insbesondere Abwässern, mittels ionisierender Strahlen.
Es ist bekannt, den Klärschlamm von Abwässerreinigungsanlagen unter Einsatz von Wärmeanlagen einer Pasteurisation bzw. Hygienisierung zwecks Bekämpfung der Salmonellen und der Wurmabtötung zu unterziehen. Diese Behandlungsweise drängt sich dann speziell auf, wenn der Schlamm für den Einsatz innerhalb der Landwirtschaft benützt wird.
Die Wärmebehandlung von Klärschlamm, die zwar zu dem gewünschten Effekt führt, zeigt auf der anderen Seite gewisse Nachteile. Einer der wesentlichen Nachteile besteht darin, dass der so behandelte Klärschlamm kurze Zeit nach seiner Abkühlung ausserordentlich unangenehm und störend hinsichtlich seines Geruchs empfunden wird. Beim Austragen des Schlammes auf Grünflächen oder Ackerfelder wird dadurch die gesamte Umgebung sehr stark belästigt.
Es ist ferner bekannt, die Pasteurisierung von Abwasser mit Hilfe von Gammastrahlen durchzuführen, wobei der gewünschte Hygienisierungseffekt erreicht wird, ohne dass eine störende Geruchsbelästigung eintritt. Die Verwendung von Gammastrahlen hat jedoch den Nachteil, dass wegen der relativ starken Eindringtiefe dieser Strahlen umfangreiche und kostspielige Schutzanlagen errichtet werden müssen. Zudem ist es eine Forderung des Marktes, dass die Verwendung von radioaktiven Materialien, welche als Gammastrahlenquellen benützt werden, innerhalb der Abwasserbehandlung vermieden werden sollte. Ausserdem wird von den Interessenten verlangt, dass die Bestrahlungseinheit abgestellt werden kann und von diesem Moment an keine Strahlung mehr abgibt. Diese Forderung kann unter Einsatz von radioaktivem Material nicht erfüllt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Keimfreimachen von Klärschlamm bzw. nicht sedimentierte Verunreinigungen enthaltenden Flüssigkeiten zu schaffen, mittels welchem die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Keimfreimachen mittels beschleunigter Elektronen mit einer Teilchenenergie zwischen 0,3 und 7 MeV erfolgt.
Durch diese Behandlung wird die Düngewirkung von Klärschlamm in keiner Weise verändert, und es konnten auch keinerlei Anzeichen dafür gefunden werden, dass irgendwelche toxischen Substanzen gebildet werden, die das Pflanzenwachstum in irgendeiner Form beeinträchtigen. Der Einsatz beschleunigter Elektronen ermöglicht die Verwendung elektrischer Maschinen, d. h. Elektronenbeschleunigern, die nach den Erfordernissen eingeschaltet und abgestellt werden wie andere elektrische Einrichtungen. Bei abgeschalteter Vorrichtung besteht keine Strahlenwirkung. Ausserdem sind keine so umfangreichen Sicherheitsanlagen wie für Gammastrahlen erforderlich, d. h. es kann z. B. die Dicke des Mauerwerks reduziert werden, wodurch eine Verbilligung der Installation erzielt wird.
Die erfindungsgemässe Behandlung kann vorzugsweise bei Raumtemperatur erfolgen. Bei der Behandlung von Klärschlamm kann vorzugsweise eine totale Strahlungsdosis zwischen 200 und 400 krad in das Behandlungsgut eingestrahlt werden. Bei der Behandlung nicht sedimentierte Verunreinigungen enthaltender Flüssigkeiten, wie z. B. Abwässer, kann vorzugsweise eine Strahlungsdosis von 200 krad bis 1 Mrad eingestrahlt werden. Sollen neben Bakterien auch Viren abgetötet werden, so kann die Dosis bis zu 2 Mrad betragen.
Das Behandlungsgut kann ferner unter gleichzeitiger Durchmischung der Bestrahlung unterworfen werden. Bekanntlich werden bei Einwirkung ionisierender Strahlen in wässrigen Flüssigkeiten auch Reaktionen mit dem Wasser ausgelöst, indem z. B. OH-Radikale gebildet werden. Durch die Durchmischung des Behandlungsguts können die OH-Radikale mit den Bakterien und Wurmeiern in Kontakt kommen und zusätzliche Reaktionen in Richtung auf die Hygienisierung auslösen. Die Durchmischung kann mittels eines Druckmediums, z. B. Druckluft, oder mittels eines Rührwerks erfolgen. Wesentlich für die Bildung von OH-Radikalen ist, dass das Behandlungsgut genügend Wasser enthält; vorteilhaft ist ein Wassergehalt von mindestens 90 Gew. %.
Das Behandlungsgut kann auch im Dünnschichtdurchfluss, z. B. mittels eines nach der Art eines Bernoulli-Rohres im mittleren Teil verengten geschlossenen Behälters erfolgen.
Im weiteren kann der Hygienisierungseffekt durch Wirkgase, wie z. B. Stickstoffoxyde oder Sauerstoff, gefördert werden. Dabei kann auch als für die Durchmischung benötigtes Druckmedium ein Wirkgas verwendet werden.
Schliesslich ist es auch möglich, die Bestrahlung des Behandlungsgutes im Vakuum vorzunehmen oder ein Schutzgas, z. B. Stickstoff oder CO2 in das Behandlungsgut einzuleiten.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Klärschlamm aus einer Abwasserreinigungsanlage wurde einem quaderförmigen offenen Behälter zugeführt und trat durch eine Öffnung in der einen Stirnseite in diesen ein und verliess ihn durch eine Öffnung in der gegenüberliegenden Stirnseite. Der Behälter enthielt ein Rührwerk mit parallel zu den Längskanten des Behälters verlaufender Drehwelle.
Das Rührwerk wurde mit 300 Umdrehungen/Minute angetrieben und sorgte für eine innige Durchmischung des Schlammes. Die Durchströmungszeit innerhalb des Behälters betrug für jeden Kubikzentimeter Schlamm 15 Sekunden. Die von einem Beschleuniger mit 20 kW-Leistung erzeugte Elektronenstrahlung hatte eine Teilchenenergie von 0,4 MeV. Sie wurde in bekannter Weise durch einen Scanner, der die Länge des Behälters aufwies, in den Schlamm eingestrahlt. Die Bestrahlung erfolgte bei Raumtemperatur, und die eingestrahlte Dosis betrug 400 krad. Der Klärschlamm durchströmte den Behälter mit eine; Geschwindigkeit von 10 m3 pro Stunde, so dass eine Tagesleistung von ca. 240 m3 erzielt wurde.
Die Kontamination des Schlammes mit Bakterien, hauptsächlich pathogenen Keimen der Koli- und Salmonellenart, betrug vor der Bestrahlung 107 pro cm3, ausserdem enthielt der Schlamm ca. 10 000 Wurmeier pro cm3. Nach der Bestrahlung wies der Schlamm keine pathogenen Keime und keine lebenden Wurmeier mehr auf.
Die beschriebene Behandlung lässt sich auch bei höheren Durchströmungsgeschwindigkeiten durchführen, wobei jedoch die Teilchenenergie der Elektronenbestrahlung entsprechend erhöht werden muss. Bei einer Tagesleistung von ca. 500 m3 wäre z. B. eine Teilchenenergie von 1 MeV erforderlich, bei einer Tagesleistung von 1000 m3 eine solche von 3 MeV.
Beispiel 2
Nicht sedimentierte Verunreinigungen enthaltendes Abwasser aus der Kläranlage eines Spitals wurde einem geschlossenen Behälter zugeführt, der im mittleren Teil einen verflachten Querschnitt entsprechend einem Bernoulli-Rohr aufwies. Im mittleren Behälterteil wurde ein Dünnschichtdurchfluss der Flüssigkeit mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,3 m pro Sekunde erzielt. Die vom Elektronenbeschleuniger erzeugte Strahlung wies eine Teilchenenergie von 3 MeV auf.
Die durch das Titanfenster des Scanners austretenden Elektronen traten durch ein entsprechendes Fenster in den verengten Behälterteil ein. Die Bestrahlung erfolgte bei Raumtemperatur, und die eingestrahlte Dosis betrug 800 krad.
Das Abwasser, welches vor der Bestrahlung pro cm3 108 pathogene Keime enthielt, war nach der Bestrahlung völlig keimfrei. Es lassen sich auf die beschriebene Weise pro Tag 1000 m3 Abwasser keimfrei machen.
The invention relates to a method for sterilizing sewage sludge and liquids containing non-sedimented impurities, in particular waste water, by means of ionizing radiation.
It is known to subject the sewage sludge from sewage treatment plants to pasteurization or sanitization with the use of heating systems in order to combat salmonella and kill worms. This type of treatment is particularly important when the sludge is used for agricultural purposes.
On the other hand, the heat treatment of sewage sludge, which leads to the desired effect, has certain disadvantages. One of the main disadvantages is that the sewage sludge treated in this way is perceived as extremely unpleasant and annoying with regard to its odor shortly after it has been cooled. When the sludge is discharged onto green areas or arable fields, the entire area is very much nuisance.
It is also known to pasteurize wastewater with the aid of gamma rays, the desired hygienizing effect being achieved without the occurrence of an unpleasant odor. The use of gamma rays, however, has the disadvantage that extensive and expensive protective systems have to be built because of the relatively strong penetration depth of these rays. In addition, it is a market requirement that the use of radioactive materials, which are used as gamma ray sources, should be avoided in wastewater treatment. In addition, interested parties are required to be able to turn off the irradiation unit and not emit any more radiation from this moment on. This requirement cannot be met using radioactive material.
The invention is based on the object of creating a method for sterilizing sewage sludge or liquids containing non-sedimented impurities, by means of which the disadvantages of the known methods are avoided.
According to the invention, this object is achieved in that the sterility is carried out by means of accelerated electrons with a particle energy between 0.3 and 7 MeV.
This treatment does not change the fertilizing effect of sewage sludge in any way, and no indications whatsoever have been found that any toxic substances are formed which impair plant growth in any way. The use of accelerated electrons enables the use of electrical machines, i. H. Electron accelerators that are switched on and off as required, like other electrical devices. When the device is switched off, there is no radiation effect. In addition, security systems as extensive as those for gamma rays are not required; H. it can e.g. B. the thickness of the masonry can be reduced, whereby a cheaper installation is achieved.
The treatment according to the invention can preferably take place at room temperature. When treating sewage sludge, a total radiation dose between 200 and 400 krad can preferably be radiated into the material to be treated. In the treatment of non-sedimented impurities containing liquids such. B. sewage, a radiation dose of 200 krad to 1 Mrad can preferably be irradiated. If viruses are to be killed in addition to bacteria, the dose can be up to 2 Mrad.
The material to be treated can also be subjected to the irradiation with simultaneous thorough mixing. It is known that reactions with the water are triggered when exposed to ionizing radiation in aqueous liquids by z. B. OH radicals are formed. By mixing the material to be treated, the OH radicals can come into contact with the bacteria and worm eggs and trigger additional reactions in the direction of hygienization. The mixing can be carried out by means of a pressure medium, e.g. B. compressed air, or by means of an agitator. It is essential for the formation of OH radicals that the material to be treated contains sufficient water; A water content of at least 90% by weight is advantageous.
The material to be treated can also be applied in a thin film flow, e.g. B. by means of a narrowed container in the manner of a Bernoulli tube in the middle part.
In addition, the hygienizing effect can be achieved by active gases such. B. nitrogen oxides or oxygen are promoted. An active gas can also be used as the pressure medium required for mixing.
Finally, it is also possible to irradiate the material to be treated in a vacuum or to use a protective gas, e.g. B. to introduce nitrogen or CO2 into the material to be treated.
The invention is explained in more detail below with the aid of some exemplary embodiments.
example 1
Sewage sludge from a wastewater treatment plant was fed to a cuboid open container and entered through an opening in one end and left it through an opening in the opposite end. The container contained an agitator with a rotating shaft running parallel to the longitudinal edges of the container.
The stirrer was driven at 300 revolutions / minute and ensured that the sludge was thoroughly mixed. The flow-through time inside the container was 15 seconds for each cubic centimeter of sludge. The electron radiation generated by an accelerator with a power of 20 kW had a particle energy of 0.4 MeV. It was radiated into the mud in a known manner by a scanner that had the length of the container. The irradiation took place at room temperature and the irradiated dose was 400 krad. The sewage sludge flowed through the container with a; Speed of 10 m3 per hour, so that a daily output of approx. 240 m3 was achieved.
The contamination of the sludge with bacteria, mainly pathogenic germs of the coli and salmonella species, was 107 per cm3 before the irradiation, and the sludge also contained approx. 10,000 worm eggs per cm3. After the irradiation, the sludge no longer showed any pathogenic germs and no living worm eggs.
The treatment described can also be carried out at higher flow rates, but the particle energy of the electron irradiation must be increased accordingly. With a daily output of approx. 500 m3, z. For example, a particle energy of 1 MeV is required, with a daily output of 1000 m3 it is 3 MeV.
Example 2
Wastewater from the sewage treatment plant of a hospital, which did not contain sedimented impurities, was fed to a closed container, the central part of which had a flattened cross-section corresponding to a Bernoulli pipe. In the middle part of the container, a thin-layer flow of the liquid was achieved at a flow rate of 0.3 m per second. The radiation generated by the electron accelerator had a particle energy of 3 MeV.
The electrons exiting through the titanium window of the scanner entered the narrowed part of the container through a corresponding window. The irradiation took place at room temperature and the irradiated dose was 800 krad.
The wastewater, which before the irradiation contained 108 pathogenic germs per cm3, was completely germ-free after the irradiation. 1000 m3 of wastewater can be made sterile per day in the manner described.