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Bei
dieser Erfindung handelt es sich um eine Trocknungsanlage für Klärschlamm
mit einem gebräuchlichen
Betonmischer oder Trommelmischer. Dabei kann die in vielen Kläranlagen
vorhandene Wärmeenergie
in einfacher Weise genutzt werden, indem man diese in einen Trockenmischer
(Betonmischer – Trommelmischer)
hineinleitet. In diesem Trockenmischer wird der vorentwässerte Klärschlamm und
die eingeleitete Warmluft zusammengemischt. Dieses geschieht mit
einem angepassten Intervallprogramm, je nach Klärschlamm und Volumen. Hier wird
ein spezielles Steuerungskonzept verwendet mit überlagertem Prozessleitsystem.
Durch die Erwärmung
des Klärschlamms
verdampft das noch enthaltene Wasser, wodurch sich der Trockensubstanzgehalt
des Klärschlamms
erhöht.
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Bereits
Mitte des vergangenen Jahrhunderts wurde Solarenergie zur Trocknung
und Entwässerung
von Klärschlamm
in Schlammbeeten genutzt. Zur Verringerung der Witterungsabhängigkeit
wurden diese Schlammbeete seit den sechziger Jahren vereinzelt auch
mit offenen Glas- oder Folienkonstruktionen überdacht. Ferner wurde der
Schlamm zur Verbesserung der Trocknungsleistung und Gleichmäßigkeit
der Trocknung verschiedentlich in unregelmäßigen Abständen gewendet. Aufgrund der
in Verbindung mit zu geringen Wendeintervallen häufig auftretenden Geruchsemissionen,
sowie dem hohen Arbeitszeitbedarf sind derartige Lösungen bis
heute aber nur vereinzelt anzutreffen. Spätere Überlegungen, konventionelle
Bandtrockner mit vorgewärmter Luft
aus Solarkollektoren zu versorgen, haben sich aus Kostengründen in
der Praxis bislang nicht durchsetzen können. Um einen nennenswerten
Anteil am thermischen Energiebedarf aus solarer Strahlung zu decken,
wären erhebliche
zusätzliche
Investitionen für
die erforderlichen Kollektoren unvermeidlich.
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Im
Unterschied zu überdachten
Schlammbeeten, ist bei Solartrocknungsanlagen nach der hier zugrundegelegten
Definition der Wendevorgang des Schlammes mechanisiert bzw. automatisiert.
Witterungs- und schlammfeuchteabhängige Wendehäufigkeiten
von 0,5 bis 12 mal täglich
sind üblich.
Auch in Bezug auf den Schlammeintrag und -austrag werden verschiedene
Mechanisierungslösungen
angeboten. Ferner wurde bei verschiedenen Anlagen eine Nutzung von
Abwärme
aus Klärgasverstromungs- oder
Schlammverbrennungsprozessen realisiert. Dementsprechend ist auch
die in allen Verfahren eingesetzte, transparente Gebäudehülle gemäß den Anforderungen
optimiert. Generell ist der überwiegende
Teil der zur Trocknung erforderlichen Energie solaren Ursprungs.
Abgesehen von meist sehr individuell zugeschnittenen Einzellösungen sind
heute im wesentlichen drei solare Trocknungsverfahren auf dem Markt
vertreten. Die Verfahren unterscheiden sich vor allem hinsichtlich
der Regelungstechnik sowie des maschinentechnischen Aufwandes für das erforderliche
Wenden und Mischen des Schlammes.
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Basis
aller Verfahren ist eine befestigte Grundfläche mit einer darüber angeordneten,
transparenten Bauhülle.
Innerhalb dieses Gebäudes
wird der Schlamm unter regelmäßigem Mischen
und Wenden getrocknet. Den unterschiedlichen Anlagen für das Schlammwenden
entsprechend: Förderbänder in
zwei Etagen beim Ratus-Verfahren, ein über die ganze Anlagenbreite
reichender Schubwender beim IST-Verfahren, und ein im Verhältnis der
zu bearbeitenden Fläche
sehr kleiner Wenderoboter, das genannte "elektrische Schwein" bei Thermo-System, stellen die Verfahren
allerdings unterschiedliche Anforderungen an die Schlammbeschaffenheit.
Die höchsten
Anforderungen stellt das IST-Verfahren. Hier
muss der Schlamm vor der Trocknung auf mindestens 20–25% TR
(Trockensubstanz) vorentwässert,
oder mit trockenem Schlamm aufgemischt werden, um ein Verkleben
des Schubwenders während des
Wendevorganges zu verhindern. Beim Ratus-Verfahren genügt eine
mechanische Vorentwässerung
mit einem in die Anlage integrierbaren Siebband auf ca. 10–12% TR
(Trockensubstanz).
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Beim
Thermo-System-Verfahren kann sowohl mechanisch vorentwässert als
auch nicht vorentwässerter
Flüssigschlamm
getrocknet werden. Wobei die Trocknung von Flüssigschlamm aus Kostengründen insbesondere
für kleine
Anlagen unter 10 000 EW interessant ist. Bei größeren Anlagen ist eine mechanische
Vorentwässerung
meist wirtschaftlich, da die pro Einwohnerwert erforderliche Anlagefläche dadurch
erheblich sinkt. Unterschiede zwischen den Verfahren bestehen aber
auch in Bezug auf den Wasseraustrag. Während IST und Ratus in erster
Linie auf einen Wasseraustrag mit natürlichem Luftaustausch durch
freie Konvektion setzen verfügt
die Standardanlage vom Thermo-System über ein sensorgesteuertes Be-
Entlüftungskonzept
mit Klappen und zeitweise zugeschalteten Ventilatoren für Luftaustausch
und -umwälzung.
Ziel ist es, günstige Trocknungsbedingungen
durch einen hohen Luftaustausch möglichst optimal auszunutzen
und feuchte Grenzschichten von der Schlammoberfläche abzulösen. Der Trocknungsvorgang
selbst ist bei Ratus und Thermo-System wollständig automatisiert. Bei IST muss
der Vorschub des Schubwenders vom Betreiber in Abhängigkeit
von den Witterungsbedingungen eingestellt bzw. angepasst werden,
da der Schlamm beim Wendevorgang gleichzeitig durch die Halle gefördert wird.
In Bezug auf den Mechanisierungsgrad von Schlammein und -austrag,
bestehen bei allen drei Herstellern sehr weitreichende Möglichkeiten. Aus
Gründen
der Wirtschaftlichkeit wird aber meist eine Beschickung per Radlader,
Container oder Verteilwagen einer weitergehenden Mechanisierung
vorgezogen.
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Der
Stand der Technik mit allen bekannten Verfähren mit ihren Schwächen und
Nachteilen:
- – hohe Investitionskosten
- – hohe
Geruchsbildung
- – Trockhungsleistung
abhängig
vom Wetter
- – hoher
Arbeits- und Wartungsaufwand
- – großer Flächenbedarf
- – hoher
Personalbedarf
- – Staubbelastung
- – längere Trocknungszeit
- – Filtratwassersammelbehälter oder
-becken werden benötigt
- – Verwertung
weiterer kommunaler Abfälle
(Rechengut, Sandgut usw.) nicht möglich
- – hoher
Energieaufwand
- – hohe
Planungskosten
- – zusätzliche
Transportgeräte,
z.B. Radlader
- – Maßnahmen
zum Explosionsschutz erforderlich
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Die
Druckschrift
DE
10 2004 036 081 A1 beschreibt die Trocknung von Klärschlamm
im Betonmischer, gibt jedoch keine detaillierten Informationen zur
Vermeidung der Leimphase. Das in der
DE 197 53 389 A1 beschriebene Verfahren betrifft
die Trocknung von Schlämmen
jeglicher Art (darunter auch Klärschlamm)
unter Zumischung einer reaktiven Komponente zur Verbesserung der
Lagerfähigkeit.
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Diese
Erfindung verwendet vorhandene Wärmeenergie
der Kläranlagen
und fördert
sie in einen offenen Trommelmischer (Betonmischer). Als vorhandene
Energie gibt es auf der Kläranlage
Abwärme
durch die Gebläseverdichter,
BHKW-Anlagen oder direkte Nutzung des Gasanfalles. Bei einer Kläranlage
mit Belebschlammverfahren benötigt
man Sauerstoff für
das Belebungsbecken um die Schmutzstoffe abzubauen. Dieser Sauerstoff
wird mit einem oder mehreren Gebläsen in das Belebungsbecken
gefördert.
Bei diesem Verdichtungsprozess entsteht Wärme in der Luftleitung von
ca 108°C
(abhängig
von Anzahl und Drehzahl der Gebläse).
Zusätzlich
entsteht Abwärme
im Gebläseraum.
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Die
Nutzung der Wärme
aus der Luftleitung geschieht mit einem Plattenwärmetauscher. Der Plattenwärmetauscher
besteht aus vier Tauschermodulen die in ein Edelstahlgehäuse mit
zwei angeformten Kanalanschlussflanschen eingeschweißt sind.
Jedes Tauschermodul besteht aus hundertdreiundsiebzig mit einer
speziellen Prägestruktur-versehenen
Edelstahlplatten, sowie einer dickeren Endplatte und einer dickeren
Anschlussplatte mit zwei angelöteten Rundrohr-Anschweissenden.
Die aufgeschichtete und zusammengepresste Einheit wird mit reinem Kupfer
in einem Vakuumofen hartgelötet.
Der Primär-Luftstrom
(Belebungsbecken-Zuluft) wird vierfach aufgeteilt und durch einen
der beiden angelöteten
Rundrohranschlußstutzen
in das Wärmetauschermodul
hinein, im Wärmetauscher
umgelenkt und durch den zweiten Rundrohranschluß wieder herausgelenkt und
zusammengeführt.
In diesem Falle sind es vier Module mit je zwei Rundrohranschlussen.
Bedingt durch die spezielle Prägestruktur
der Tauscherplatten werden hervorragende Wärmeübertragungswerte erreicht.
Ferner ergibt sich bei der Hartverlötung eine Struktur mit vielen
Lötpunkten
die dazu führen,
dass eine enorme Druckfestigkeit erreicht wird. Der Sekundär-Luftstrom
(Klärschlammtrockner-Zuluft)
wird quer zum Primär-Luftstrom durch
die Module, (zwei in einer Reihe und zwei parallel) die in einem
Edelstahlgehäuse
angeordnet sind, hindurchgeführt
und dabei vom Primär-Luftstrom
erwärmt.
Eine Vermischung von Sekundär- und
Primärluftstrom
ist dabei ausgeschlossen. Das Edelstahlgehäuse hat zwei angeformte Kanalanschlussflansche,
an die der Luftkanal für
die Klärschlammtrockner-Zuluft
angeschlossen werden kann. Diese Warmluft (Sekundär-Zuluft)
wird kontinuierlich in den Trommelmischer eingeblasen.
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Zur
Entwässerung
des Klärschlamms
gibt es drei Verfahren: (Siebbandpresse, Kammerfilterpresse und
Zentrifuge). Der entwässerte
Klärschlamm
mit einem Trockensubstanzgehalt von 12% bis 35% wird mit einem Fördersystem
in den Trockenmischer eingefüllt.
Das Problem beim Trommeltrockner besteht darin, dass durch die klebrige
Eigenschaft des Klärschlamms
bei kontinuierlicher Drehung des Trommeltrockners sich dadurch immer
grössere Schlammbälle bilden,
die ein gutes Trocknungsergebnis verhindern. Das bedeutet, das Befüllen und das
Drehen des Trommeltrockners muss nach einem ganz bestimmten Ablauf
erfolgen. Dieses Problem wird mit dieser Erfindung gelöst. Nach
dem Befüllen mit
Schlamm wird der Trommeltrockner nur eine bestimmte Zeit (angepaßst an die
spezifischen Eigenschaften der verschiedenen Klärschlämme) in Rotation gebracht.
Dann beginnt eine spezielle ermittelte Pausenzeit für die Rotation.
Die Warmluft wird jedoch weiterhin kontinuierlich eingeblasen. In
dieser Pausenzeit bildet die Körnung
des Klärschlammes
eine trockene Oberfläche.
Dadurch wird das Zusammenbacken zu großen Schlammbällen verhindert.
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Ist
der gewünschte
Trockensubstanzgehalt z.B. 90% erreicht, wird die Drehrichtung des
Trommelmischers reversiert, und der getrocknete Klärschlamm
wird herausgefördert.
Herausragende Eigenschaften des neuen Trocknungskonzepts (Trocknungs-Anlage)
für Klärschlamm:
- – Die
Energie ist in allen Kläranlagen
vorhanden
- – Die
nicht genutzte Energie in den Kläranlagen kann
durch dieses Trocknungskonzept verwendet werden
- – geringe
Investitionskosten
- – optimale
Trocknungsleistung unabhängig
vom Wetter
- – geringer
Arbeits- und Wartungsaufwand
- – kein
zusätzliches
Personal
- – kein
zusätzlicher
Flächenbedarf
- – homogene
Produktqualität
- – das
Trocknungskonzept kann vollautomatisch betrieben werden
- – keine
zusätzlichen
Gebäude
oder Bauwerke
- – wenig
Energieverbrauch des Trockenmischers
- – staubfreie
Trocknung bis 90% TS
- – keine
Verleimung
- – keine
Ex-Anlage
- – die
Entleerung durch die Flügel
des Mischers ist einfach
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Dieses
neue Trocknungskonzept (Trocknungsanlage) kann bei allen anfallenden
Abfällen
der Kläranlagen
(Sandgut, Rechengut, usw.), Industrieschlämmen Aufbereitungsreststoffen,
Schwimmstoffen und -schlämmen
eingesetzt werden. Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 Gesamtdarstellung
des Trockenkonzepts
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2 Detaildarstellung
der Energiegewinnung
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3 Detaildarstellung
der Trocknungsanlage
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4 ein
Schnitt quer zum Trommelmischer
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1, 2, 3 und 4 zeigen
die schematische Darstellung des neuen Trocknungskonzepts (Trocknungsanlage)
für Klärschlamm.
Jede Kläranlage
mit Belebtschlammverfahren benötigt
im Belebungsbecken 8 Sauerstoff, damit die Mikroorganismen
die Schmutzstoffe abbauen können.
Um diesen Sauerstoff in das
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Belebungsbecken 8 einzublasen,
besitzt die Kläranlage
einen Gebläseraum 6,
in dem je nach Größe der Anlage
ein oder mehrere Gebläse 10 untergebracht
sind. Die Gebläse 10 saugen
die frische Aussenluft 9 an, verdichten diese und pressen
sie durch ein Leitungssystem 11 in das Belebungsbecken 8.
Bei diesem Verdichten und Reiben der Luft, erhitzt sich diese und
es entsteht in der Luftleitung 11 eine Temperatur von 108°C bis zu
140°C (Anlagen sind
Drehzahl abhängig).
Durchschnittlich strömt 120°C heisse
Luft 12 in der Luftleitung 11. In diese Luftleitung 11 wird
ein Kreuzstromwärmetauscher 7 eingebaut.
Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers 7 liegt
bei mindestens 60%. Dadurch beträgt
die Temperatur der nutzbaren Heissluft 12 ca. 70°C. Die nutzbare
Heissluft 12 wird mit einem regelbaren Gebläse 14 oder
Ventilator 14 durch einen ausreichend dimensionierten Luftkanal
(Luftleitung) 16 zum Trommelmischer (Betonmischer) 2 geleitet.
Zusätzlich wird
in diesen Luftkanal 16 die von den Gebläsen 10 erzeugte warme Raumluft 15 (30°C–40°C) aus dem Gebläseraum 6 eingeleitet.
Der entwässerte
Klärschlamm,
mit einer Trockensubstanz (TS) bis zu 35%, wird nach der Entwässerungsmaschine 1 mit einer
Förderschnecke 3 oder
einem Förderband 3,
in den Trockenmischer 2 mit angepasstem Inhalt eingebracht.
Dazu wird nutzbare Heißluft 12 von
oben in die Öffnung
des Trockenmischers 2 eingeblasen. Dabei dreht sich der
Trockenmischer 2 in Mischrichtung x nach einem abgestimmten
Steuerungsprogramm. Das bedeutet, das Befüllen und das Drehen des Trommeltrockners 2 muss
nach einem ganz bestimmten Ablauf erfolgen. Nach dem Befüllen mit Schlamm
wird der Trommeltrockner 2 nur eine bestimmte Zeit (15
bis 180 Sekunden – angepasst
an die spezifischen Eigenschaften der verschiedenen Klärschlämme) in
Rotation gebracht. Dann beginnt eine speziell ermittelte Pausenzeit
(15 bis 120 Minuten) für
die Rotation, die Warmluft 12 wird jedoch weiterhin kontinuierlich
eingeblasen. In dieser Pausenzeit bildet die Körnung des Klärschlammes
eine trockene Oberfläche.
Dadurch wird das Zusammenbacken (zu großen Schlammbällen) verhindert.
Dadurch, dass der entwässerte
Klärschlamm 17 in
dem erwärmten
Trockenmischer 2 kontinuierlich mit der Warmluft oder Trockenluft
durchmischt wird, entweicht das Wasser aus dem Klärschlamm
in Form von Wasserdampf 18, der mit Hilfe eines Ventilators 22 durch
einen Filter 20 und einen Entfeuchter 21 wieder
zurück
in die Einfüllöffnung als
Kreislauf geführt
wird oder durch die Einfüllöffnung abzieht.
Während
der Entleerphase wird das Gewicht durch Messdosen 24 gemessen
und der Trommelmischer 2 auf einem bestimmten Winkel alpha,
beta eingestellt wird. Das Entleeren des getrockneten Klärschlamms 19 erfolgt
einfach durch Ändern
der Drehrichtung y durch Spiralbleche 23 in bereitgestellte
Container 4–5.