CH663016A5

CH663016A5 - Verfahren und vorrichtung zur trocknung von vorentwaessertem klaerschlaemmen.

Info

Publication number: CH663016A5
Application number: CH2628/83A
Authority: CH
Inventors: Heiner Dipl-Ing Kreyenberg
Original assignee: Kreyenberg Heiner
Priority date: 1982-05-14
Filing date: 1983-05-13
Publication date: 1987-11-13
Also published as: DE3234362C2; DE3234362A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von vorentwässerten Klärschlämmen.

Ein wichtiger Teil der Behandlung kommunaler und industrieller Abwässer ist die Beseitigung der im Laufe der Abwasserbehandlung aus dem Abwasser abgetrennten Stoffe. Diese liegen in Form stark wasserhaltiger Schlämme mit 95 bis 99% Wassergehalt vor. Allgemein wird von Klärschlämmen gesprochen, die aus Vorklär- und Nachklärbecken biologischer Kläranlagen, Belebungsbecken, Fällungsstufen und dgl. Abwasserreinigungsanlagen stammen. Für eine rationelle Beseitigimg dieser Schlämme ist eine wesentliche Herabsetzung des Wassergehalts zur Verringerung des Schlammvolumens und zur Änderung der Konsistenz erforderlich. Als Schlammbehandlungsmassnahmen zur Reduzierung des Wassergehaltes unterscheidet man die Eindickung, die Entwässerung und die Trocknung. So lässt sich der Wassergehalt von ausgefaultem Klärschlamm aus kommunalen Abwässern durch Eindickung bis auf etwa 95 bis 90%, durch Entwässerung je nach dem angewandten Verfahren bis auf etwa 40 bis 75% und durch Trocknung bis auf ca. 40 bis 30% reduzieren. Heute werden die mit diesen Entwässerungsverfahren erreichbaren Endwassergehalte von Klärschlamm als zu gering angesehen, da keine ausreichende Zahl von Deponiefreiräumen mehr vorhanden ist. Die Deponierung stellt heute sowohl ein wirtschaftlich/technisches als auch ökologisches Problem dar. Als Problemlösung bietet sich eine weitere Entwässerung des Klärschlamms im Wege der Schlammtrocknung mit nachfolgenden Kompostie-rungs- und Verbrennungsverfahren an. So ist beispielsweise die Trocknung mittels eines Drehrohrtrommeltrockners bekannt, der jedoch nachteiligerweise vor allem im Hinblick auf umweltschädliche Emissionen einen hohen technischen Aufwand fordert. Auch ist bei diesem Verfahren die aufzubringende erforderliche Energie nur extensiv nutzbar. Die entstehenden Brüden müssen über entsprechende Waschanlagen, die gewaltigen Rauchgasmengen über wirksame Entstaubungsanlagen gereinigt werden.

Die andererseits als Problemlösung mögliche Schlammverbrennung hat ebenfalls den wesentlichen Nachteil, dass Zusatzbrennstoffe erforderlich sind, wobei der zu leistende Aufwand vom Wassergehalt und Heizwert des Abwasserschlammes abhängt. Der beispielsweise als Ofentyp häufig benutzte Wirbelschichtofen arbeitet mit Temperaturen zwischen 450 °C und 1150 °C, so dass ein erheblicher Einsatz von Erdgas oder Heizöl als Zusatzbrennstoff erforderlich ist. Nachteilig ist darüber hinaus der hohe apparative Aufwand. Viele Anlagenteile sind feuerbeständig oder feuerfest zu erstellen und es sind komplizierte Vorwärmeinrichtungen, Anströmböden mit Spezialdüsen, Einrichtungen zur Luftverteilung, Nachbrennräume und Rekuperatoren erforderlich. Der apparative Aufwand ist eine zwangsläufige Folge der nach dem Stand der Technik nur unvollkommenen Vorentwässerung und Trocknung der Klärschlämme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mechanisch vorentwässerte Klärschlämme unter Meidung oben genannter Nachteile in einfacher und wirtschaftlicher Weise bis gegen 100% Trockensubstanz (TS) unter Aufbrechen der Kapillarkräfte der Feststoffzellen restzuentwässern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der vorentwässerte Klärschlamm in einer ersten Verfahrensstufe unter kontinuierlicher Massenumwälzung gerührt, gewalkt und/oder geknetet wird und gleichzeitig die Produkttemperatur etwa auf den Siedepunkt des Gemisches erhöht wird, dass in einer zweiten Verfahrensstufe die einerseits erhaltenen Brüden kondensiert werden und dass in einer dritten Verfahrensstufe die andererseits erhaltene Trockensubstanz zur Gewinnung von Prozesswärme für die Erhöhung der Produkttemperatur verbrannt wird. Mit diesem Verfahren nach der Erfindung lässt sich vorentwässerter Klärschlamm bis gegen 100% Trockensubstanz (TS) restentwässern. Dabei wird nicht nur durch die mechanische Entwässerung das angelagerte Oberflächenwasser abgeschieden, sondern auch das verbleibende zellgebundene Wasser, welches bisher für alle Dekantersysteme ein unlösbares Problem darstellt. Durch die kombinierte Einwirkung des Rühr-, Walk-und/oder Knetvorgangs, einer Arbeitstemperatur etwa auf der Höhe des Siedepunkts des Gemisches und ggf. der Zu5

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gäbe eines aromatische und/oder aliphatische Kohlenwasserstoffe enthaltenden Lösungsmittels in der zweiten Verfahrensstufe, werden die Kapillarkräfte der Feststoffzellen aufgebrochen, so dass auch dieser Wassergehalt abscheidbar wird.

Zweckmässigerweise findet die Vorentwässerung mechanisch auf Trockensubstanzwerte von 25% TS bis 50% TS statt, so dass der erfindungsgemässen Behandlung eine pastose Masse zugrundeliegt.

Gemäss einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgeschlagen, die Behandlung des Klärschlamms unter Vakuumbedingungen durchzuführen. Durch die Beaufschlagung mit Unterdruck wird die erforderliche Siedetemperatur deutlich abgesenkt, so dass sich wirtschaftliche Vorteile ergeben, ohne dass der Erfolg der kombinierten Einwirkung von mechanischer Behandlung, Temperatur und ggf. Lösungsmittel in Frage gestellt wird. Durch eine Unterdruckbehandlung wird die Energiebilanz in erheblichem Umfange verbessert. In Abhängigkeit von der Art des Lösungsmittels aus der Gruppe der aromatischen und/oder aliphatischen Kohlenwasserstoffe sowie der Höhe des angewendeten Vakuums können Produkttemperaturen des Gemisches zwischen 60 C und 200 C zweckmässig sein.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Trocknungsverfahrens ist gekennzeichnet durch ein Re-aktorgefäss mit einer Zuführung für den Klärschlamm, ggf. einer Zuführung für das Lösungsmittel, einer Heizeinrichtung, einem Rührwerk, einer Ableitung für die Brüden in eine Destillationsvorlage sowie einen Austrag für das entwässerte Produkt. Zweckmässigerweise erfolgt die Führung der Brüden zur thermischen Vorkonditionierung über Mantelrohre der Klärschlammzufuhrleitung, so dass unter Ausnutzung des Wärmeinhalts der Klärschlamm vor der Einführung in den Reaktor in einfacher Weise temperiert werden kann.

Zwischen dem Reaktor und der Destillationsvorlage kann ein Wärmeaustauscher angeordnet sein, dessen Wärmeträger, insbesondere Wärmeträger-Öl, im Umlauf zu einem Röhrenofen mit Mehrstoffbrenner steht, an den ggf. ein Verdampfer für das Lösungsmittel angeschlossen ist. Damit erfolgt die Entwässerung des Klärschlamms apparativ in einem geschlossenen System und sind Umweltbelastungen im Reaktorbereich vollständig ausgeschlossen. Das freigesetzte Wasser wird abgeschieden und kann als Brauchwasser genutzt oder in beliebige Vorflute eingeleitet werden, während das Lösungsmittel im Dauerzyklus eingesetzt ist, um die Wirkstoffverluste zu minimieren. Der Einsatz des entwässerten Produkts im Röhrenofen ist u.a. deshalb vorteilhaft, weil alle im Feststoff verbliebenen Restmengen an Lösungsmittel in den Brennraum des Ofens gelangen und dort verbrannt werden, so dass gemäss Energiebilanz nur für das Anfahren der Anlage zusätzlich Primärenergie eingesetzt werden muss.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ferner eine Vakuumeinrichtung vorgesehen und ist die Heizeinrichtung des Reaktors ebenfalls an den Röhrenofen angeschlossen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der schematisch eine erfindungsgemässe Anlage zur Trocknung von vorentwässerten Klärschlämmen dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Klärschlamm-Trocknungsanlage in Form eines Fliessschemas,

Fig. 2 die Anlage der Fig. 1 als Fliessschema in Draufsicht und

Fig. 3 einen Reaktor im Längsschnitt und

Fig. 4 zeigt ein Anlagenschema.

Wesentlicher Teil der Anlage sind sechs parallelgeschaltete Reaktoren 6, 6a; 7, 7a; 8, 8a, die im einzelnen gemäss Fig. 3 der Zeichnung aufgebaut sind. Die Reaktoren 6 bis 8 weisen im oberen Bereich Anschlüsse 14 auf, die die Verbindung zu einer Haupt-Pumpleitung 16 herstellen, durch die Klärschlamm von einem Wagen 17 über eine Transportleitung 5 zu den Reaktoren gepumpt wird. Je nach Konsistenz kann zur Beschickung mit Klärschlamm auch eine Transportschnecke Verwendung finden. Im Ausführungsbeispiel wird jedoch eine Pumpleitung 16 angewandt, die als Mantelrohr ausgebildet ist und die Möglichkeit aufweist, unter Nutzung des Wärmeinhalts des aus den Reaktoren austretenden dampfförmigen Wasser-Lösungsmittelgemisches den Klärschlamm vorzuwärmen.

Im unteren Bereich jedes Reaktors 6 bis 8 befindet sich ein Anschluss 18 für die Zuführung eines Lösungsmittels, das aus aromatischen und/oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen besteht. Hierzu sind nicht näher dargestellte Einspritzdüsen im Boden jedes Reaktors vorgesehen. Das Lösungsmittel wird über Pumpeinrichtungen und eine Rohrleitung 19 aus einem Tank 4 entnommen. In einem Verdampfer 3 wird das Lösungsmittel über seine Siedetemperatur auf etwa 150 C erhitzt und damit in Form eines Lösungsmitteldampfs durch den Reaktorboden injiziert. Der Verdampfer 3 ist an einen Röhrenofen 2 angeschlossen, der in Rohrschlangen ein aus einem Ausdehnungsbehälter 1 stammendes Wär-meträgeröl enthält. Dies Wärmeträgeröl wird nicht nur zur Beheizung des Verdampfers 3, sondern auch für die Heizeinrichtung der Reaktoren benutzt. Der geschlossene Kreislauf des Wärmeträgeröls ist dem Fliessschema durch mit Pfeilen versehene Striche, die Rohrleitungen darstellen, entnehmbar. Es wird demnach unten in das als Heizmantel ausgebildete Reaktorgehäuse eingeführt und im oberen Bereich wieder entnommen.

Jeder Reaktor 6 bis 8 enthält weiter ein Rührwerk zur ständigen Massenumwälzung bis zur vollständigen Entwässerung des eingesetzten Klärschlamms. Als Rührwerk finden vorzugsweise Kreuzbalkenrührer 20 mit Randabstreifer Verwendung.

Für die Abführung der Behandlungsprodukte sind an jedem Reaktor zwei weitere Anschlüsse ausgebildet. Zentrisch im Boden befinden sich Bodenauslässe 21, über die das entwässerte Produkt mittels Förderschnecken in einen Vorlagebehälter 13 transportiert werden kann. Da der so entwässerte Klärschlamm mit dem an ihm haftenden Rest an Lösungsmittel einen ausreichenden Heizwert aufweist, um verbrannt zu werden, ist der Vorlagebehälter 13 an den Röhrenofen 2 angeschlossen, um im Mehrstoffbrenner verbrannt die Wärmemenge zu erzeugen, die zur Aufheizung des Wärmeträgeröls benötigt wird. Da die Inbetriebnahme der Anlage und auch Heizwertschwankungen unter Umständen den Einsatz von Primärenergie erfordern, ist dem Vorlagebehälter 13 ein Mischer 15 nachgeschaltet, indem mit Kohlenstaub eine Heizwerterhöhung der aus dem Klärschlamm stammenden Trockensubstanz durchgeführt werden kann.

Aus jedem Reaktor 6 bis 8 ist ferner ein Wasserdampf-Lösungsmittel-Gemisch abzuführen. Hierzu sind Rohrleitungsanschlüsse 22 im Deckelbereich jedes Reaktors vorgesehen, die das Wasserdampf-Lösungsmittel-Gemisch über einen Wärmeaustauscher 9 in eine Destillationsvorlage 10 leiten. Diese Rohrleitung ist als Mantelrohr kombiniert mit der Pumpleitung 16 zwecks Vorwärmung des vorentwässerten Klärschlamms. Im Wärmeaustauscher 9 kondensiert das Wasserdampf-Lösungsmittel-Gemisch. In der Destillationsvorlage 10 findet die Trennung der beiden Bestandteile statt, so dass einerseits Lösungsmittel von dort aus dem Tank 4 zugeführt wird und andererseits Wasser über einen Wasserabscheider 11 zu einem Vorfluter gelangt. Mittels der rechts in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Vakuumpumpe 12 ist

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es möglich, die Gesamtanlage auf 20% at zu vakuumieren, so dass die Anlage mit vgl. niedrigen Temperaturen gefahren werden kann.

Die beschriebene Anlage wird mit einem Ausgangsprodukt versorgt, das in den meisten Fällen ein Klärschlamm mit Trockensubstanzwerten zwischen 1 und 10% TS ist. Diese Klärschlämme sind mechanisch vorzuentwässern, so dass eine pastose Masse von 25 bis 50% TS vorliegt.

Dieses Produkt wird dann über das Transportband 5 der Thermodiffusionsanlage zugeführt und dort bis gegen 100% TS restentwässert. Diese Behandlung wird in den Reaktoren 6 bis 8 vorgenommen, die die kombinierte Anwendung von Lösungsmitteln auf aromatischer oder aliphatischer Kohlenwasserstoffbasis mit einer Arbeitstemperatur in Höhe des Siedepunkts des Gemisches ermöglichen. Dazu wird der vorentwässerte Klärschlamm über die Pumpleitung 16 in die Reaktorgefasse gefördert, wobei vor Eintritt des Produktes anteilig Lösungsmittel über eine Beimischdüse (nicht ersichtlich) eingespritzt werden kann.

Der Klärschlamm wird in den Reaktorgefässen zunächst über den Heizmantel unter ständigem Rühren auf eine Temperatur unter 140 °C, etwa auf Siedetemperatur des Gemisches, gebracht. Dabei wird die Anlage mittels der Vakuumpumpe 12 auf 20% at vakuumiert, wobei die Einspritzdüsen im Boden der Reaktoren dampfförmiges Lösungsmittel einbringen. Mit den Rührwerken wird die ständige Massenumwälzung bis zur vollständigen Entwässerung sichergestellt.

5 Der vom Reaktorboden jeweils injizierte Lösungsmitteldampf hebt die Kapillarkräfte innerhalb des vorentwässerten Klärschlammes auf, so dass das zellgebundene Wasser aufgeschlossen wird und gemeinsam mit dem Lösungsmitteldampf als Wasserdampf-Lösungsmittel-Gemisch abgeführt werden io kann. Es findet dann eine Kondensation des Gemisches im Wärmeaustauscher statt und schliesslich eine Trennung der beiden Bestandteile des Gemisches voneinander. Das verbleibende Lösungsmittel wird dem Prozess wieder zugeführt.

Das entwässerte Trockenprodukt wird nach erfolgtem 15 Druckausgleich der Reaktoren 6 bis 8 über die Bodenauslässe und Förderschnecken in den Vorlagebehälter 13 transportiert und schliesslich im Röhrenofen verbrannt. Als zu deponierendes Endprodukt verbleibt allein die Asche.

Die in Fig. 2 der Zeichnung dargestellte Anlage arbeitet 20 im Prinzip wie die bereits beschriebene, beinhaltet aber die Ausbaumöglichkeit auf ca. 70 000 Jahrestonnen Trockensubstanz durch die zusätzlich vorgesehenen Reaktoren 6a, 7a und 8a.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Trocknung von vorentwässertem Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in einer ersten Verfahrensstufe unter kontinuierlicher Massenumwälzung gerührt, gewalkt und/oder geknetet wird und gleichzeitig die Produkttemperatur auf den Siedepunkt erhöht wird und dass in einer zweiten Verfahrensstufe die einerseits erhaltenen Brüden kondensiert werden und in einer dritten Verfahrensstufe die andererseits erhaltene Trockensubstanz zur Gewinnung von Prozesswärme für die Erhöhung der Produkttemperatur verbrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Verfahrensstufe ein aromatische und/oder aliphatische Kohlenwasserstoffe enthaltendes Lösungsmittel zugesetzt wird, wobei in der zweiten Verfahrensstufe in Verbindung mit den Brüden kondensiert das Lösungsmittel wieder abgetrennt und dem Prozess erneut zugeführt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu trocknende Klärschlamm auf Trockensubstanzwerte von 25 Gew.-% TS bis 50 Gew.-% TS vorentwässert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Klärschlammes unter Vakuumbedingungen durchgeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Produkttemperaturen des Gemisches zwischen 60 °C und 200 °C eingestellt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 gekennzeichnet durch ein Reaktor-gefäss mit einer Zuführung (14) den Klärschlamm einer Heizeinrichtung, einem Rühr-, Walk- oder Knetwerk, einer Ableitung (22) für die Brüden in eine Destillationsvorlage (10) sowie einen Austrag (21) für das entwässerte Produkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung der Brüden über Mantelrohre der Klärschlammzufuhrleitung erfolgt.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reaktor und der Destillationsvorlage (10) ein Wärmeaustauscher (9) angeordnet ist, dessen Wärmeträger, insbesondere Wärmeträger Öl, im Umlauf zu einem Röhrenofen (2) mit Mehrstoffbrenner steht, an den ein Verdampfer (3) für das Lösungsmittel angeschlossen ist und dem zur Befeuerung das entwässerte Produkt zuführbar ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8 gekennzeichnet durch eine Vakuumeinrichtung.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung des Reaktors ebenfalls an den Röhrenofen (2) angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Lösungsmittels in den Reaktor über im Boden angeordnete Einspritzdüsen vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk ein Kreuzbalkenrührer (20) mit Randabstreifer ist.