-
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. Bei der Vortrocknung wird zusätzlich,
Heißluft und Umluft durch Luftleitungen in die untere Öffnung
der Förderschnecke eingeführt. Während
der Förderzeit, kommen die entwässerten Klärschlammkörnungen
mit Heißluft und Umluft in Kontakt, so dass die Oberfläche
der Körnungen vorgetrocknet werden und somit wir eine Vortrocknung
erreichen, Vorteil der Vortrocknung ist, die Verbesserung des Trommeltrocknung
und Verminderung der Kleblichkeit und Verleimung. Nach der Trommeltrocknung
wird der getrocknete Klärschlamm in einen Container entleert.
Es folgt die Nachtrocknung. Bei der Nachtrocknung haben wir einen
luftdichten, gekapselten Container, wo die Heißluft und
Umluft von oben oder unten in den Container einströmt.
Bei diesem Prozess, entnimmt die Umluft und Heißluft die
Restfeuchtigkeit auf, man erreicht bis 95% TR-Gehalt. Kontinuierlich
messen wir mit Messdosen, die unten an dem Container angebracht
sind, das Gewicht. So bestimmen wir den TR-Gehalt oder Trocknungsgrad.
-
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. 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.
-
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).
-
Beim
Thermo-System-Verfahren kann sowohl mechanisch vorentwässerter
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 vollständig
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.
-
Der
Stand der Technik mit allen bekannten Verfahren mit ihren Schwächen
und Nachteilen:
- – hohe Investitionskosten
- – hohe Geruchsbildung
- – Trocknungsleistung abhängig vom Wetter
- – hohe Arbeits- und Wartungsaufwand
- – große 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
- – ...
-
Die
Druckschrift
DE
10 2004 036 081 A1 und
DE 10 2006 054 566 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.
-
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, Sonnenenergie, Abwärme
vom Verbrennungsprozess und BHKW-Anlagen 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.
-
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 versehene 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 Rundrohranschlüssen.
Bedingt durch die spezielle Prägestruktur der Tauscherplatten
erreichen wir hervorragende Wärmeübertragungswerte.
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 Kanalanschlussflanschen an die der Luftkanal für
die Klärschlammtrockner Zuluft angeschlossen werden kann.
Diese Warmluft (Sekundär-Zuluft) wird kontinuierlich in
den Trommelmischer eingeblasen. Wenn diese gewonnene Energie (Heißluft)
nicht ausreicht, kann man vor der Trocknung einen elektrischen Heizregister
installieren. Durch diesen Heizregister wird die benötigte Temperatur
erreicht.
-
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.
Bei der Vortrocknung wird zusätzlich, Heißluft und
Umluft durch Luftleitungen in die untere Öffnung der Förderschnecke
eingeführt. Während der Förderzeit, kommen
die entwässerten Klärschlammkörnungen
mit Heißluft und Umluft in Kontakt, so dass die Oberfläche
der Körnungen vorgetrocknet werden und somit wir eine Vortrocknung
erreichen, Vorteil der Vortrocknung ist, die Verbesserung des Trommeltrocknung
und Verminderung der Kleblichkeit und Verleimung. 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 (angepasst an die spezifischen Eigen-schaften
der verschiedenen Klärschlämme) in Rotation gebracht.
Dann beginnt eine spezielle ermittelte Pausezeit für die
Rotation. Die Warmluft wird jedoch weiterhin kontinuierlich eingeblasen.
In dieser Pausezeit bildet die Körnung des Klärschlammes eine
trockene Oberfläche. Dadurch wird das Zusammenbacken zu
großen Schlammbällen verhindert.
-
Ist
der gewünschte Trockensubstanzgehalt erreicht, wird die
Drehrichtung des Trommelmischers reversiert, und der getrocknete
Klärschlamm wird herausgefordert. Es folgt die Nachtrocknung.
Bei der Nachtrocknung haben wir einen luftdichten, gekapselten Container,
wo die Heißluft und Umluft von oben oder unten in den Container
einströmt. Bei diesem Prozess, entnimmt die Umluft und
Heißluft die Restfeuchtigkeit auf, man erreicht bis 95%
TR-Gehalt. Kontinuierlich messen wir mit Messdosen, die unten an
dem Container angebracht sind, das Gewicht. So bestimmen wir den
TR-Gehalt oder Trocknungsgrad.
-
Herausragende
Eigenschaften des neuen Trocknungskonzepts (Trocknungs-Anlage) für
Klärschlamm:
- – 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 95% TR
- – keine Verleimung
- – keine Ex-Anlage
- – die Entleerung durch die Flügel des Mischers
ist einfach
-
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:
-
1 Gesamtdarstellung
des Trockenkonzepts
-
2 Detaildarstellung
der Vortrocknung (Schnecken-Trocknung)
-
3 Detaildarstellung
der Nachtrocknung (Container-Trocknung)
-
4 Detaildarstellung
altennative Nachtrocknung (Container-Trocknung)
-
1, 2, 3 und 4 zeigen
die schematische Darstellung des neuen Trocknungskonzepts (Trocknungsanlage)
für Klärschlamm. Jede Kläranlage mit
Belebschlammverfahren benötigt im Belebungsbecken 8 Sauerstoff.
Um diesen Sauerstoff in das Belebungsbecken 8 einzublasen,
besitzt die Kläranlage einen Gebläseraum 6,
in den je nach Größe der Kläranlage ein
oder mehrere Gebläse 10 unterbracht sind. Die
Gebläse 10 saugen die frische Außenluft 9 an,
verdichten 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 (Heißluft). In diese Luftleitung 11 wird
ein Kreuzstromwärmetauscher 7 (Luft gegen Luft)
eingebaut. Dadurch wird nutzbare Heißluft 12 gewonnen. Die
nutzbare Heißluft 12 wird mit einem regelbaren Ventilator 14 durch
eine Luftleitung zum Trommelmischer 2 geleitet. Der Ventilator 14 saugt
die vorgewärmte Luft 15 von der Gebläseraum 6 an.
-
Der
entwässerte Klärschlamm 17, mit einer Trockensubstanz
bis zu 35%, wird nach der Entwässerungsmaschine mit einer
Förderschnecke 3, in den Trockenmischer 2 eingebracht.
Die nutzbare Heißluft 12, Umluft (Wasserdampf
mit Staub) 25 oder Restluft 27 wird in die untere Öffnung
(Lufteintritt) 31 der Förderschnecke 3 eingeblasen.
Während der Förderzeit, kommen die entwässerten
Klärschlammkörnungen 17 mit Heißluft 12,
Umluft 25 und Restluft 27 in Kontakt, so dass
die Oberfläche der Körnungen vorgetrocknet werden
und somit wir eine Vortrocknung erreichen, Vorteil der Vortrocknung
ist, die Verbesserung des Trommeltrocknung und Verminderung der Kleblichkeit
und Verleimung. Die nutzbare Heißluft 12 wird
von oben in die Öffnung des Trockenmischers 2 eingeblasen.
Nach dem Befüllen mit Klärschlamm 17 dreht
sich der Trockenmischer 2 in Mischrichtung x nach einem
abgestimmten Steuerungsprogramm. Nach dem Befüllen mit
Schlamm wird der Trommeltrockner 2 nur eine bestimmte Zeit
(5 bis 480 Sekunden angepasst an die spezifischen Eigenschaften der
verschiedenen Klärschlämme) in Rotation gebracht.
Dann beginnt eine speziell ermittelte Pausezeit (3 bis 480 Minuten)
für die Rotation, die Warmluft 12 wird jedoch
weiterhin kontinuierlich eingeblasen. In dieser Pausezeit bildet
die Körnung des Klärschlammes 17 eine
trockene Oberfläche. Dadurch wird das Zusammenbacken verhindert.
Dadurch, dass der entwässerte Klärschlamm 17 in
dem erwärmten Trockenmischer 2 kontinuierlich
mit der Warmluft oder Trockenluft 12 durchmischt wird,
entweicht das Wasser aus dem Klärschlamm in Form von Wasserdampf 18,
mit der Hilfe eines Ventilators 22 Wasserdampf mit Staub
(Umluft) 25 durch einen Filter 20 und einen Entfeuchter 21 wieder
zurück in die Einfüllöffnung als Kreislauf
geführt wird. 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. Es folgt die Nachtrocknung.
Bei der Nachtrocknung haben wir einen luftdichten, gekapselten Container 4, wo
die Heißluft 12 und Umluft 25 von oben
oder unten in den Container 4 durch getrocknete Klärschlamms 19 einströmt.
-
Die
Heißluft 12 und Umluft 25 werden in den Container 4 von
oben nach unten geströmt. Unterhalb des Containerbodens
befindet sich ein Sieb oder Filter 30 wodurch die Umluft 25 gefiltert
wird und mit Hilfe eines Gebläses 22 die Restluft 27 vom
Container 4 durch den Luftaustritt 28 verlässt.
Der im Container 4 getrocknete Klärschlamm 19 dient
gleichzeitig als Filter. Bei manchen getrockneten Klärschlämme
ist der Lufteintritt 26 unten, so dass die Heißluft 12 und
Umluft 25 durch einen extra eingebautem Filter 33 von
unten nach oben Luftaustritt 28 austreten kann. Bei diesem
Vorgang wird die Restluft 27 mit Hilfe einer Gebläse 22 in
den Container 4 eingeblasen. Bei diesem Prozess, entnimmt
die Umluft 25 und Heißluft 12 die Restfeuchtigkeit
auf, man erreicht bis 95% TR-Gehalt. Kontinuierlich messen wir mit
Messdosen 24, die unten an dem Container 4 angebracht sind,
das Gewicht. So bestimmen wir den TR-Gehalt oder Trocknungsgrad.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004036081
A1 [0007]
- - DE 102006054566 A1 [0007]
- - DE 19753389 A1 [0007]