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Bei
dieser Erfindung handelt es sich um eine Trocknungsanlage für Klärschlamm
mit einem Trommelmischer. Dabei kann die in vielen Kläranlagen vorhandene
Wärmeenergie
in einfacher Weiser 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
Klärschlammkörner mit
Heißluft
und Umluft in Kontakt, so dass die Oberfläche der Körner vorgetrocknet wird und
somit eine Vortrocknung erreicht wird. Vorteil der Vortrocknung ist
die Verbesserung der Trommeltrocknung und Verminderung der Klebrigkeit
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 und/oder unten in den Container einströmt. Bei
diesem Prozess nimmt 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 des hohen Arbeitszeitbedarfs 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.
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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 sogenannte „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 vorentwässerter
als auch nicht vorentwässerter
Flüssigschlamm
getrocknet werden. Wobei die Trocknung von Flüssigschlamm aus Kostengründen insbesondere
für kleine
Anlagen unter 10000 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- und 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.
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Der
Stand der Technik mit allen bekannten Verfahren mit ihren Schwächen und
Nachteilen:
- • hohe Investitionskosten
- • hohe
Geruchsbildung
- • Trocknungsleistung
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 und
DE 10 2006 054 566 B3 beschreibt die Trocknung von
Klärschlamm
im Betonmischer, gibt jedoch keine detaillierten Informationen zur
Vermeidung der Leimphase. Die Druckschrift
DE 295 06 049 U1 und die Druckschrift
DE 91 00 341 U1 beschreibt
die Vorrichtung zur Trocknung feuchter Schüttgüter. 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,
Sonnenenergie, Abwärme
vom Verbrennungsprozess und BHKW-Anlagen mit direkter Nutzung des
Gasanfalles. Bei einer Kläranlage
mit Belebtschlammverfahren 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
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 heraus gelenkt 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.
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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. Wenn diese
gewonnene Energie (Heißluft)
nicht ausreicht, kann man vor der Trocknung ein elektrisches Heizregister,
einen Gasbrenner oder eine BHKW-Anlage installieren. Dadurch wird
die benötigte
Temperatur (Energie) erreicht.
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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.
Bei der Vortrocknung wird zusätzlich
Heißluft und
Umluft durch Luftleitungen in die untere Öffnung der Förderschnecke
eingeführt.
Während
der Förderzeit
kommen die entwässerten
Klärschlammkörner mit
Heißluft
und Umluft in Kontakt, so dass die Oberfläche der Körner vorgetrocknet wird und
wir somit eine Vortrocknung erreichen. Vorteil der Vortrocknung
ist die Verbesserung der Trommeltrocknung und Verminderung der Klebrigkeit
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 müssen 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 Eigenschaften der verschiedenen Klärschlämme) in
Rotation gebracht. Dann beginnt eine speziell ermittelte Pausezeit
für die
Rotation. Die Warmluft wird jedoch weiterhin kontinuierlich eingeblasen.
In dieser Pausezeit bilden die Körner
des Klärschlammes
eine trockene Oberfläche.
Dadurch wird das Zusammenbacken zu großen Schlammbällen verhindert.
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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 die Restfeuchtigkeit aufnimmt und man bis 95% TR-Gehalt erreicht.
Kontinuierlich messen wir mit Messdosen, die unten an dem Container
angebracht sind, das Gewicht. So bestimmen wir den TR-Gehalt oder Trocknungsgrad.
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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
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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.
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Im
Folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 Gesamtdarstellung
des Trommelmischers mit Vortrocknung und Nachtrocknung für Klärschlamm
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1 zeigt
die schematische Darstellung der neuen Trocknungsanlage mit Vortrocknung
und Nachtrocknung für
Klärschlamm.
Jede Kläranlage mit
Belebtschlammverfahren benötigt
im Belebungsbecken Sauerstoff. Um diesen Sauerstoff in das Belebungsbecken
einzublasen, besitzt die Kläranlage einen
Gebläseraum,
in dem je nach Größe der Kläranlage
ein oder mehrere Gebläse
untergebracht ist. Die Gebläse
saugen die frische Außenluft
an, verdichten und pressen sie durch ein Leitungssystem 11 in
das Belebungsbecken. Bei diesem Verdichten und Reiben der Luft erhitzt
sich diese und es entsteht in der Luftleitung 11 eine höhere Temperatur
(Heißluft). Diese
Luftleitung 11 kann mit BHKW 5 (Blockheizkraftwerk-Abwärme) und
Kreuzstromwärmetauscher 7 als
auch nur mit BHKW 5 eingebaut werden. 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
Klärschlammkörner 17 mit
Heißluft 12,
Umluft 25 und Restluft 27 in Kontakt, so dass
die Oberfläche
der Körner
vorgetrocknet wird und wir somit eine Vortrocknung erreichen. Vorteil
der Vortrocknung ist die Verbesserung der Trommeltrocknung und Verminderung
der Klebrigkeit 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 Minuten, 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 bilden die Körner 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,
wobei mit 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 einen bestimmten Winkel Alpha, Beta
eingestellt. Das Entleeren des getrockneten Klärschlamms 19 erfolgt
einfach durch Ändern
der Drehrichtung y durch Spiralbleche 23 in bereitgestellte
Container 4. Beim Entleeren des getrockneten Klärschlamms 19 vom
Trommeltrockner 2 zum Container 4 öffnet sich
die Klappe oder Schieber 29, wo die Förderschnecke 37 den
getrockneten Klärschlamm 19 in
den Container 4 verteilt. Es folgt die Nachtrocknung. Bei
der Nachtrocknung haben wir einen luftdichten, gekapselten Container 4,
wo die Heißluft 12 und
Umluft 25 von der oberen Öffnung 26 und/oder
der unteren Öffnung 27 in
den Container 4 durch den getrockneten Klärschlamm 19 einströmt. Die
Heißluft 12 und
Umluft 25 wird in den Container 4 von der oberen Öffnung 26 und/oder
der unteren Öffnung 27 mit
Hilfe eines Schiebers 34 gesteuert. Oberhalb des Containerbodens
befindet sich ein Spaltsieb, gelochtes Blech oder Filter 30,
wo die Heißluft 12 und
die Umluft 25 durchströmt
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 Klärschlämmen ist der
Luftaustritt 27 unten, so dass die Heißluft 12 und Umluft 25 durch
einen extra eingebauten Filter 33 gefiltert und oben durch
den Luftaustritt 28 austreten kann. Bei diesem Prozess
nimmt die Umluft 25 und Heißluft 12 die Restfeuchtigkeit
auf, man erreicht bis 95% TS-Gehalt. Kontinuierlich messen wir mit
Messdosen 24, die unten an dem Container 4 angebracht sind,
das Gewicht. So bestimmen wir den TS-Gehalt oder Trocknungsgrad.
Wenn der gewünschte
TS-Gehalt erreicht ist, kann der getrocknete Klärschlamm 35 mit Hilfe
einer Förderschnecke 32 in
den bereitgestellten Container, Bigbag oder Silo gefördert werden.