CZ20012586A3

CZ20012586A3 - Způsob zpracování organických kalů

Info

Publication number: CZ20012586A3
Application number: CZ20012586A
Authority: CZ
Inventors: Štefan Ing. Omaník; Václav Ing. Horčička
Original assignee: Štefan Ing. Omaník; Václav Ing. Horčička
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2003-03-12
Also published as: CZ296312B6

Description

Vynález se týká zpracování odvodněných organických kalů z čistíren odpadních vod a z průmyslové a zemědělské výroby.

Dosavadní stav techniky

Organické kaly z čistíren odpadních vod, případně z průmyslové nebo zemědělské výroby, mají sušinu o relativní vlhkosti přibližně 25 až 35 %. Protože mohou být zdravotně závadné a navíc rozbory na jejich infekčnost jsou zdlouhavé, je nutné je do zjištění výsledků skladovat. Je žádoucí, aby tyto čistírenské kaly byly likvidovány bezprostředně po jejich vyprodukování. To se provádí tepelnou cestou, jejich sušením na více než 90 % hmotnostního obsahu sušiny při teplotách sušicího média (vzduchu, spalin) pod 200° C. Tento postup se používá proto, že při teplotách nad 200° C dochází k samovznícení kalů při jejich sušení. Dále sušení kalů při vyšších teplotách způsobuje spékání hmoty do hrudek, ve kterých je vlhkost podstatně vyšší než v uvolněném materiálu. V těchto hrudkách a hroudách se vlhkost udržuje a bez dalšího mechanického rozrušení hrud je obtížné se jí zbavit. Usušený materiál je proto nehomogenní co do rozložení vlhkosti. Tyto vlhké hroudy zároveň v sobě po delší dobu udržují vysokou teplotu a při jejich skladování dochází k samovznícení kalu. Z těchto důvodů se sušení provádí déle a při nižších teplotách, pod 200° C. Nevýhodou je vysoká spotřeba energie na sušení, používá se převážně zemní plyn a elektřina. S touto technologií jsou rovněž spojeny vysoké pořizovací investiční náklady. Cílem tohoto vynálezu je energeticky úsporné zpracování kalů a jejich hospodárné následné využití.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo zpracováním odvodněných organických kalů, jehož podstata spočívá v tom, že kaly se vystaví teplotě nad 600° C, s výhodou v rozmezí od 700 do 900° C, při které se suší v redukčním prostředí. Při těchto teplotách dochází k prudkému odpaření vody z kalu a teplota nad 600° C sama o sobě vytváří pro kal redukční prostředí, které zabraňuje vznícení kalu. Tímto způsobem prováděné sušení kalu trvá přibližně polovinu doby ve srovnání se současnými způsoby sušení kalu při teplotách pod 200° C. Znamená to též přibližně poloviční i

♦♦·

9 49 «9 99 • 9 9 9 9 9 9 * 9 9 9 ·

9 9 · 9 9 9

99 99 9 99 9 spotřebu energie na srovnatelné množství usušeného kalu ve srovnání se stávajícími technologiemi zpracování.

Část kalů, které se během sušení spékají do hrudek, se následně třídí, mechanicky rozmělňuje a poté dosouší na obsah sušiny nad 90 % hmotnostních. Výstupní kaly se po dosušení dále rozmělňují a homogenizují tak, že se vystaví současnému působení mechanických nárazů článků roztáčených řetězů, vzdušné turbulence a vzduchových tlakových rázů, vznikajících v pracovní komoře při obvodové rychlosti volných konců řetězů v oblasti rychlosti zvuku. Tím dochází k rozpadu kalu do prachové konzistence, jeho současnému zahřívání nad teplotu 100° C a tak uvolnění vody vázané v buněčné struktuře organického substrátu. Výhodou tohoto postupu je skutečnost, že zpracovávaný kal je velmi jemně rozmělněn a homogenizován, na zrnitost nižší než 200 pm. Při destrukci kalu do prachové konzistence dochází při jeho zahřívání jednak k odpařování zbytkové vody v kalu a jednak ke zničení mikroorganizmů (bakterií) v kalu.

Rozmělněný a homogenizovaný kal se zrnitostí pod 1 mm se spaluje. Takto upravený jej lze s výhodou spalovat ve speciálních práškových hořácích, případně fluidních rotačních hořácích, a využívat jako zdroj energie pro vlastní zpracování. Zbývající množství zpracovaného kalu lze využít jako palivo, případně přídavek do zahradnického substrátu.

V alternativním provedení tohoto vynálezu se kaly vystaví teplotě v rozmezí od 700 do 900° C, při které se suší v redukčním prostředí, spečené hrudky kalu o velikosti nad 10 mm se následně třídí na sítech, mechanicky rozmělňují a homogenizují tak, že se vystaví současnému působení mechanických nárazů článků roztáčených řetězů, vzdušné turbulence a vzduchových tlakových rázů, vznikajících v pracovní komoře při obvodové rychlosti volných konců řetězů v oblasti rychlosti zvuku, čímž dochází k rozpadu kalu do prachové konzistence s velikostí zrn do 200 pm, jeho současnému zahřívání nad teplotu 100° C, k odpařování zbytkové vody v kalu a zničení mikroorganizmů v něm přítomných a uvolnění vody vázané v buněčné struktuře jeho organického substrátu.

• ·♦·· ·« ·»·· ·· • 9 999 ♦ · · *

9 9 9* 9 « • 99 9· ·♦ * *· ·♦·

Příklady provedení vynálezu

Čistírenské kaly se plynule zavádějí do bubnové nebo pásové pece, sušícím médiem je ohřátý vzduch nebo směs vzduchu a spalin při teplotě na vstupu toku kalu v rozmezí od 600 do 900° C, s výhodou od 800 do 900° C. Při této teplotě dochází k prudkému odpaření vody z kalu. Teplota nad 600° C vytváří redukční prostředí, které zabraňuje vznícení kalu. Tímto způsobem prováděné sušení trvá přibližně polovinu doby než dosavadní metody sušení při teplotách pod 200° C. To znamená poloviční spotřebu energie na srovnatelné množství usušeného kalu jeho sušením při teplotách pod 200° C.

I při sušení na vysokých teplotách 600 až 900° C však dochází ke spékání kalu do hrudek. Hrudky o velikosti přibližně nad 10 mm jsou proto tříděny na sítech, následně jsou mechanicky rozmělněny a dosoušeny, alternativně mohou být i vraceny zpět do vstupního kalu. Po opětovném dosušení dochází k jejich rozpadu na zrnitost přibližně do 5 mm.

Na výstupu pece je nyní jemný kal (v množství nad 80 % z celkového výstupu po sušení) se zrnitostí do 5 mm s homogenním obsahem sušiny (nad 90 % hmotnostních) a vytříděné hrudky o velikosti nad 5 mm. Ty jsou následně mechanicky rozrušeny a znovu dosoušeny na obsah sušiny nad 90 % hmotnostních.

Jako zdroj energie pro sušení kalu lze s výhodou využít vlastní usušený kal s více než 90 % hmotn. sušiny. Tento kal je spalován s výhodou ve speciálních práškových, případně fluidních rotačních hořácích. Protože kal na výstupu sušárny má vyšší zrnitost než je pro tyto hořáky vhodné (to je nad 1 mm), usušený kal se před spalováním rozmělňuje a homogenizuje se, až na zrnitost jemnější než uhelný prach, to je menší než 1 mm, s výhodou menší než 200 pm.

Rozmělňování a homogenizace výstupního kalu se zrnitostí převážně nad 1 mm, tak aby odpovídal zrnitostí přibližně uhelnému prachu, případně aby byl ještě jemnější a dobře se spaloval ve fluidních hořácích, se provádí s výhodou následovně. Kal se vystaví současnému působení mechanických nárazů článků roztáčených řetězů, *♦ ΦΦ·· • ··· φφ · • φ φ · φ φ · · φφ • φ ··· φφφ φ φφφφφ φφφ · φφφ φφφ φφφ φφφ φφ φφ · ·* ·Φ· vzdušné turbulence a vzduchových tlakových rázů, vznikajících v pracovní komoře při obvodové rychlosti volných konců řetězů v oblasti rychlosti zvuku.

Účinkem mechanických nárazů a víření, znásobeného efektem zvukových vln v oblasti rychlosti zvuku a jejich interferencemi dochází k rozpadu kalu do prachové konzistence, se zrny o velikosti do 200 pm. Při tomto rozpadu dochází k zahřívání prachového kalu na teploty nad 100° C, a tím jednak k odpařování zbytkové vody v kalu a jednak ke zničení mikroorganizmů (bakterií) v něm přítomných. Sušícího účinku je dosahováno kromě uvedeného zahřívání také působením odstředivé síly rotujícího členu na buněčné struktury organického substrátu a následným uvolněním vody vázané v buňkách.

Takto získaný jemný kal pak slouží jako zdroj energie pro vlastní proces sušení kalu (méně než 50 % sušeného kalu), zbývající množství jemného kalu lze využít jako energetický zdroj - palivo - pro jiné účely, případně jako přídavek pro zahradnické substráty.

Průmyslová využitelnost

Způsob likvidace a následného využití organických kalů podle tohoto vynálezu je určen pro organické kaly z čistíren odpadních vod, z průmyslové a zemědělské výroby. Přibližně polovina ze zpracovaných kalů slouží jako zdroj energie pro vlastní zpracovávání kalů, zbývající část jako palivo, případně jako doplněk pro zahradnické substráty.

··*· •

·

9« «♦»·

9 9 • 99 • 99

9 ·

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zpracování organických kalů, zejména z čistíren odpadních vod a z průmyslové a zemědělské výroby, vyznačující se tím, že kaly se vystaví teplotě nad 600° C, při které se suší v redukčním prostředí.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kaly se vystaví teplotě v rozmezí od 700 do 900° C.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že část kalů, které se během sušení spékají do hrudek, se následně třídí, mechanicky rozmělňuje a poté dosouší na obsah sušiny nad 90 % hmotnostních.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že výstupní kaly se po dosušení dále rozmělňují a homogenizují tak, že se vystaví současnému působení mechanických nárazů článků roztáčených řetězů, vzdušné turbulence a vzduchových tlakových rázů, vznikajících v pracovní komoře při obvodové rychlosti volných konců řetězů v oblasti rychlosti zvuku, čímž dochází k rozpadu kalu do prachové konzistence s velikostí zrn pod 200 pm, jeho současnému zahřívání nad teplotu 100° C a tak uvolnění vody vázané v buněčné struktuře organického substrátu.
5. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že rozmělněný a homogenizovaný kal se zrnitostí pod 1 mm se spaluje, případně se použije jako doplněk do zahradnického substrátu.
6. Způsob zpracování organických kalů, zejména z čistíren odpadních vod a z průmyslové a zemědělské výroby, vyznačující se tím, že kaly se vystaví teplotě v rozmezí od 700 do 900° C, při které se suší v redukčním prostředí, načež se mechanicky rozrušují a znovu dosouší na obsah sušiny nad 90 % hmotnostních, výstupní kaly se po dosušení dále rozmělňují a homogenizují tak, že se vystaví současnému působení mechanických nárazů článků roztáčených řetězů,

4 »*♦· • 4 4

4* 4**4 ·· .·

4 4 4 · 4 44

4 4 444 4 4 4 • 44444 *4 4 ·

444 444 4 « ·

444 44 44 4 «4 ··* vzdušné turbulence a vzduchových tlakových rázů, vznikajících v pracovní komoře při obvodové rychlosti volných konců řetězů v oblasti rychlosti zvuku, čímž dochází k rozpadu kalu do prachové konzistence s velikostí zrn pod 200 pm, jeho současnému zahřívání nad teplotu 100° C, k odpařování zbytkové vody v kalu a zničení mikroorganizmů v něm přítomných a uvolnění vody vázané v buněčné struktuře jeho organického substrátu.