DE102011013034A1

DE102011013034A1 - Gewinnung von verwertbaren Stoffen aus Müllverbrennungsasche

Info

Publication number: DE102011013034A1
Application number: DE201110013034
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Wilhelm Evers; Alexandra Beckmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Mdsu Mitteldeutsche Schlacken Union & Co De GmbH; Schauenburg Maschinen- und Anlagen-Bau De GmbH
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-06
Also published as: WO2012119738A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphaten aus Müllverbrennungsasche, insbesondere aus Hausmüllverbrennungsasche, bei dem zur Rücklösung der Phosphate die Asche mit einer sauren wässrigen Lösung behandelt wird und anschließend die in der Lösung enthaltenen Phosphate isoliert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von verwertbaren Stoffen aus Müllverbrennungsasche, insbesondere von Hausmüllverbrennungsasche (HMVA).
Bei der Verbrennung von Müll, insbesondere von Hausmüll oder Gewerbemüll, in Müllverbrennungsanlagen entsteht früher auch als Schlacke bezeichnete Asche, die mit Schadstoffen belastet ist. Aufgrund dieser Schadstoffbelastung und geltender einschlägiger gesetzlicher Bestimmungen kann diese Asche nicht ohne weiteres einer Wiederverwertung zugeführt werden. Die Betreiber von Müllverbrennungsanlagen gehen daher bislang meist so vor, dass sie die Asche vollständig auf Deponien lagern oder unter hohen Auflagen z. B. als Baustoff verwerten, was allerdings mit relativ hohen Kosten verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zu schaffen, zumindest einen Teil der Müllverbrennungsasche wirtschaftlich zu nutzen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere durch ein Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphaten aus Müllverbrennungsasche, insbesondere aus Hausmüllverbrennungsasche (HMVA), bei dem zur Rücklösung der Phosphate die Asche mit einer sauren wässrigen Lösung behandelt wird und anschließend die in der Lösung enthaltenen Phosphate isoliert werden.
Die Erfindung nutzt den Umstand aus, dass die natürlichen Phosphatvorkommen zunehmend knapp werden und somit die Gewinnung dieser natürlichen Vorkommen mit immer höheren Kosten verbunden sein wird. Außerdem macht sich die Erfindung zunutze, dass in der bei der Müllverbrennung entstehenden Asche relevante Anteile an Phosphaten enthalten sind.
Demzufolge beruht die Erfindung auf der Idee, die Müllverbrennungsasche einer Aufbereitung zu unterziehen, bei der eine Rücklösung der in der Asche enthaltenen Phosphate durchgeführt und hierzu die Asche mit einer sauren wässrigen Lösung behandelt wird. Die in der Lösung enthaltenen Phosphate werden anschließend isoliert.
Die auf diese Weise rückgewonnenen Phosphate können verkauft werden, wobei Untersuchungen gezeigt haben, dass die hierbei erzielbaren Preise bereits zum gegenwärtigen Zeitpunkt insgesamt eine wirtschaftliche Aufbereitung von Müllverbrennungsasche gestatten.
Bei den wirtschaftlichen Überlegungen spielt auch eine Rolle, dass die Betreiber von Müllverbrennungsanlagen dazu bereit sind, für die Abnahme der bei der Verbrennung entstehenden Asche zu bezahlen, um das komplizierte Handling nicht selbst vornehmen zu müssen. Für den Betreiber des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also bereits die Beschaffung der zu verwertenden Asche mit Einnahmen verbunden sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird zur Herstellung der sauren wässrigen Lösung Wasser bereitgestellt und dem Wasser eine Säure zugeführt.
Insbesondere wird Citronensäure verwendet, da diese vergleichsweise preisgünstig erhältlich ist, wobei alternativ z. B. auch Schwefelsäure verwendet werden kann.
Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Rückgewinnungsverfahren derart ausgelegt, dass mit der Isolierung der Phosphate in Abhängigkeit von dem pH-Wert der sauren wässrigen Lösung begonnen wird.
Die Isolierung der Phosphate erfolgt insbesondere durch Rückfällung. Die hierfür einsetzbaren Verfahren und Einrichtungen sind an sich grundsätzlich bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Die erfindungsgemäße Phosphatgewinnung wird durch höhere Temperaturen der sauren wässrigen Lösung begünstigt. Es wurde gefunden, dass unter Berücksichtigung des für die Erwärmung der Lösung erforderlichen Energieeintrags eine insgesamt in wirtschaftlicher Hinsicht günstige Vorgehensweise bereits dann möglich ist, wenn die saure wässrige Lösung eine Temperatur im Bereich von 20 bis 40°C aufweist. Unter diesen Bedingungen kann eine bevorzugt zum Einsatz kommende Anlage, wie sie nachstehend beispielhaft näher erläutert wird, in einem wirtschaftlichen Optimalbereich betrieben werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Asche vor der Behandlung mit der sauren wässrigen Lösung einer mechanischen, insbesondere trockenen Vorbehandlung unterworfen, bei der aus der Asche Metallteile und unverbrannte Störstoffe entfernt werden. Dabei kann die Asche feucht sein.
Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Asche vor der Behandlung mit der sauren wässrigen Lösung derart vorbehandelt werden, dass die Asche mit einer Korngrößenverteilung bereitgestellt wird, deren Obergrenze nicht mehr als etwa 100 mm beträgt, wobei insbesondere die Obergrenze im Bereich von 40 bis 50 mm liegt und vorzugsweise etwa 45 mm beträgt.
Vorzugsweise erfolgt die Isolierung der Phosphate in einer Einrichtung, die von einer Einrichtung zur Behandlung der Asche mit der Lösung getrennt ist, wobei dieser Einrichtung die Lösung gemäß einer steuer- oder regelbaren Entnahme zuführbar ist. Die Steuerung bzw. Regelung der Entnahme kann insbesondere in Abhängigkeit von dem pH-Wert der Lösung erfolgen.
Es ist erfindungsgemäß möglich, dass eine permanente Entnahme der Lösung aus der Behandlungseinrichtung erfolgt. Alternativ ist es auch möglich, eine Entnahme nur zu bestimmten Zeitpunkten vorzunehmen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Rückgewinnungsverfahrens ist dieses mit einem weiteren Verfahren zur Aufbereitung der Asche kombiniert. Auf ein bevorzugtes Aufbereitungsverfahren für die Asche wird nachstehend näher eingegangen. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Behandlung der Asche mit der sauren wässrigen Lösung durch Mischen der Asche mit der Lösung erfolgt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Behandlung der Asche mit der sauren wässrigen Lösung im Rahmen einer Nassklassierung der Asche. Bei dem erwähnten weiteren Aufbereitungsverfahren der Asche kann es sich folglich um ein Verfahren handeln, bei welchem die Asche einer Nassklassierung unterworfen wird. Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, dass die Nassklassierung der Asche ohnehin das Zusammenwirken der Asche mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, beinhaltet. Insbesondere dann, wenn im Rahmen dieser Nassklassierung die Asche über einen relativ langen Zeitraum und vergleichsweise innig mit der Flüssigkeit zusammenwirkt, kann dies die Rücklösung der Phosphate aus der Asche begünstigen.
Vorzugsweise wird für die Nassklassierung der Asche ein im Wesentlichen geschlossener Kreislauf der sauren wässrigen Lösung verwendet. Ein geschlossener Kreislauf begünstigt aufgrund des lang andauernden und intensiven Kontakts der Asche mit der Flüssigkeit die Rücklösung der Phosphate.
Dem geschlossenen Kreislauf wird für die Isolierung der Phosphate zumindest ein Teil der sauren wässrigen Lösung zumindest vorübergehend entnommen. Insbesondere kann diese Entnahme bei laufender oder ausgesetzter Nassklassierung erfolgen. Demnach ist also entweder ein praktisch permanenter Parallelbetrieb oder ein insofern abwechselnder Betrieb möglich, als die Nassklassierung vorübergehend ausgesetzt und die gesamte Lösung zwecks Isolierung der Phosphate entnommen wird. Das die Nassklassierung beinhaltende Aufbereitungsverfahren für die Asche wird somit durch die erfindungsgemäße Phosphatrückgewinnung nicht. zwangsläufig beeinträchtigt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Nassklassierung im Rahmen eines Verfahrens zur Aufbereitung der Asche erfolgt, bei dem die Asche durch Nassklassierung und unter Anwendung kornschonender Klassierungsverfahren in wenigstens eine mit Schadstoffen belastete Feinfraktion und zumindest eine schadstoffarme oder schadstofffreie Grobfraktion klassiert wird. Hierdurch kann die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter erhöht werden, da die durch die Nassklassierung gewonnene schadstoffarme oder schadstofffreie Grobfraktion ebenfalls verwertet werden kann.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren in einer von einer der eigentlichen Müllverbrennung getrennten Anlage durchgeführt wird. Die Errichtung und der Betrieb einer für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehenen Anlage können somit vollkommen unabhängig von einer Müllverbrennungsanlage erfolgen, in welcher die aufzubereitende Asche anfällt, wobei dies aber nicht zwingend und grundsätzlich auch eine Integration in eine Müllverbrennungsanlage möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt außerdem durch eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Phosphaten aus Müllverbrennungsasche, insbesondere aus Hausmüllverbrennungsasche (HMVA), wobei die Vorrichtung eine Behandlungseinrichtung, in der zur Rücklösung der Phosphate die Asche mit einer sauren wässrigen Lösung behandelbar ist, und eine Isoliereinrichtung umfasst, in der die in der Lösung enthaltenen Phosphate isolierbar sind.
Insbesondere ist die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens der hier angegebenen Art ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Isoliereinrichtung von der Behandlungseinrichtung getrennt. Der Isoliereinrichtung ist die saure wässrige Lösung aus der Behandlungseinrichtung mittels einer steuer- oder regelbaren Entnahmeeinrichtung zuführbar. Die Steuerung bzw. Regelung der Entnahmeeinrichtung kann insbesondere in Abhängigkeit von dem pH-Wert der sauren wässrigen Lösung erfolgen.
Insbesondere im Hinblick auf eine mögliche und vorteilhafte, jedoch nicht zwingende Kombination der erfindungsgemäßen Phosphatrückgewinnung mit einer weiteren Aufbereitung der Müllverbrennungsasche kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest teilweise in eine Aufbereitungsanlage für die Asche integriert sein.
Die Aufbereitungsanlage kann insbesondere zu einer Nassklassierung der Asche ausgebildet sein. Hierdurch kann die bei der Nassklassierung zum Einsatz kommende Flüssigkeit gleichzeitig zur für die Rücklösung der Phosphate dienenden Behandlung der Asche eingesetzt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die zur Nassklassierung ausgebildete Aufbereitungsanlage kornschonende Klassierungseinrichtungen umfasst und derart ausgelegt ist, dass die Asche in wenigstens eine mit Schadstoffen belastete Feinfraktion und zumindest eine schadstoffarme oder schadstofffreie Grobfraktion klassierbar ist.
Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, alternativ oder zusätzlich zu Phosphaten andere Stoffe aus der Verbrennungsasche zu gewinnen. Auch hierbei kann eine Nassklassierung der Asche und somit der Umstand ausgenutzt werden, dass aufgrund des ohnehin erfolgenden intensiven Kontakts der Asche mit einer Flüssigkeit eine Rücklösung von in der Asche enthaltenen Stoffen erfolgt, wobei erforderlichenfalls die bei der Nassklassierung verwendete Flüssigkeit in geeigneter Weise angereichert wird. Allgemein stellt die Gewinnung von verwertbaren Stoffen aus mit einer geeigneten Flüssigkeit behandelter Müllverbrennungsasche auch unabhängig von einer Nassklassierung oder sonstigen Aufbereitung der Asche einen selbständigen, separat beanspruchbaren Aspekt der Erfindung dar, d. h. die Erfindung ist nicht auf die Rückgewinnung von Phosphaten beschränkt.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Aufbereitungsanlage 11 mit verschiedenen Einrichtungen, die nachstehend näher beschrieben wird. Die Aufbereitungsanlage 11 ist von einer Müllverbrennungsanlage unabhängig. Insbesondere kann die Aufbereitungsanlage 11 an einem beliebigen Ort errichtet und von einer Müllverbrennungsanlage getrennt betrieben werden, wobei dies aber nicht zwingend und grundsätzlich auch eine Integration in eine Müllverbrennungsanlage möglich ist.
Mit der erfindungsgemäßen Anlage 11 ist es möglich, die Verbrennungsasche so, wie sie bei der Müllverbrennung entsteht, in der nachstehend erläuterten Weise aufzubereiten. Insbesondere ist eine wie auch immer geartete Vorbehandlung oder vorbereitende Aufbereitung der Asche A nicht zwingend erforderlich. Gleichwohl sieht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung vor, dass die Müllverbrennungsasche vor dem Einbringen in die Aufbereitungsanlage 11 einer mechanischen, insbesondere trockenen Vorbehandlung unterworfen wird, bei der aus der Asche Metallteile und unverbrannte Störstoffe entfernt werden.
Das erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren und die erfindungsgemäße Aufbereitungsanlage 11 eignen sich insbesondere für die Aufbereitung von Hausmüllverbrennungsasche. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. So ist es grundsätzlich auch möglich, andere Verbrennungsrückstände in der erfindungsgemäßen Art und Weise aufzubereiten, beispielsweise Asche oder Schlacke, die bei der Verbrennung von Gewerbemüll entsteht.
Bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die in eine Mischstufe 21 der Anlage 11 eingebrachte, zuvor von Metallteilen und unverbrannten Störstoffen befreite Asche A in drei Fraktionen I, II und III getrennt, nämlich in eine Feinfraktion I sowie in zwei Grobfraktionen II und III. Die Grobfraktionen II und III sind nicht mit Schadstoffen belastet und können auf Halden 29, 31 gelagert werden, bevor sie einer Verwertung zugeführt werden. Die ursprünglich in der Asche A enthaltenen Schadstoffe befinden sich in der Feinfraktion I, die nicht ohne weiteres verwertet werden kann und beispielsweise auf einer Deponie 33 gelagert wird.
Die üblicherweise in Hausmüllverbrennungsasche (im Folgenden kurz: HMVA) enthaltenen Schadstoffe sind grundsätzlich bekannt. Als Beispiele seien hier Sulfat, Chlorid, Anhydrid und TOC (gesamter organischer Kohlenstoff) erwähnt. Hinsichtlich des Anhydrids ist zu erwähnen, dass es im Hinblick auf eine mögliche Wiederverwertung von HMVA, beispielsweise im Straßenbau, hier auch deshalb zu den Schadstoffen gezählt wird, da es durch Aufnahme von Wasser sein Volumen erheblich vergrößert, d. h. aufquillt, und folglich sprengende Wirkung entfalten kann, was zur Zerstörung der betreffenden Bauwerke führen kann.
In der erfindungsgemäßen Anlage 11 erfolgt die Aufbereitung der Asche A durch Nassklassierung.
Hierzu wird die Asche A in der Mischstufe 21 mit einer Flüssigkeit gemischt. Bevorzugt wird als Flüssigkeit Wasser W verwendet. Im Hinblick auf eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aufbereitung, auf die nachstehend näher eingegangen wird, wird als Flüssigkeit eine bestimmte wässrige Lösung verwendet, nämlich eine saure wässrige Lösung. Der Einfachheit halber wird die hier verwendete Flüssigkeit nachstehend auch einfach als ”Wasser” oder ”Lösung” bezeichnet.
Das Mischen der Asche A mit dem Wasser kann im Sinne eines Einweichens oder Einmaischens erfolgen. Dementsprechend kann die Mischstufe 21 auch als ein Einweicher oder Einmaischer bezeichnet werden.
Das Mischen der Asche A in der Mischstufe 21 erfolgt in kornschonender Weise, um eine Zerkleinerung der eingebrachten Aschepartikel zumindest weitgehend zu vermeiden. Sofern überhaupt vorgesehen, kann eine mechanische Einwirkung auf die Asche A in der Mischstufe beispielsweise mittels eines Vibrationstellers erfolgen.
Eine kornschonende Behandlung der Asche A erfolgt nicht nur in der Mischstufe 21. Vielmehr ist die gesamte Anlage 11 für eine kornschonende Ascheaufbereitung ausgelegt. Wie eingangs bereits erwähnt, ist dem Fachmann der Begriff der ”Kornschonung” bekannt. Insbesondere wird hierunter verstanden, dass solche Einrichtungen bzw. Verfahrensschritte weder bewusst eingesetzt noch in Kauf genommen werden, bei denen die Aschepartikel zerkleinert werden. Eine kornschonende Behandlung schließt freilich nicht aus, dass ursprünglich lediglich aneinander haftende Aschepartikel voneinander getrennt werden.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass dem Fachmann zwar grundsätzlich verschiedene Nassklassierungsmethoden bekannt sind, die als kornschonend bezeichnet werden können, dass der Fachmann darüber hinaus aber auch solche im Rahmen einer Nassklassierung einsetzbaren Methoden kennt, die eine Zerkleinerung der zu klassierenden Partikel bewusst herbeiführen sollen oder in Kauf nehmen. Beispielhaft sei diesbezüglich die so genannte Schwertwäsche erwähnt. Der Einsatz derartiger nicht-kornschonender Methoden der Nassklassierung erfolgt erfindungsgemäß bewusst nicht.
Das der Mischstufe 21 zugeführte Wasser wird von einem geschlossenen Wasserkreislauf W bereitgestellt. Die Bezeichnung als ”geschlossen” schließt freilich nicht aus, dass verbrauchte Flüssigkeit ersetzt und – sofern wie in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen – Flüssigkeit für eine nachstehend erläuterte zusätzliche Rückgewinnung von Phosphaten P auch ohne Rückführung in den Kreislauf W entnommen werden kann.
Zur Herstellung des erwähnten sauren Milieus wird der Mischstufe 21 außerdem eine Säure S zugeführt, bei der es sich insbesondere um vergleichsweise kostengünstig erhältliche Citronensäure oder um Schwefelsäure handelt. Bei dem erwähnten Flüssigkeitskreislauf W handelt es sich in dem hier erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung also um einen Kreislauf einer sauren wässrigen Lösung. Für die erfindungsgemäße Nassklassierung an sich ist ein saures Milieu weder zwingend erforderlich noch nachteilig, da alle relevanten Anlagenteile problemlos säurefest ausgelegt werden können.
Die mit dem Wasser gemischte, d. h. die eingeweichte oder eingemaischte Asche A, die noch alle drei eingangs erwähnten Fraktionen I, II und III enthält, wird anschließend einer ersten Klassierstufe 17 zugeführt, bei der es sich um eine Siebeinrichtung handelt, die derart ausgelegt ist, dass alle Aschepartikel mit einer Korngröße von mehr als 4 mm abgetrennt werden.
In dieser ersten Klassierstufe 17 wird die Asche mit aus dem erwähnten Kreislauf stammenden Wasser W bebraust und bei den genannten 4 mm abgesiebt.
Was die in Zusammenhang mit der Erläuterung dieses Ausführungsbeispiels erwähnten Korngrößen der Aschepartikel anbetrifft, so ist hier vorgesehen, dass bei einer mechanischen, insbesondere trockenen Vorbehandlung der von der Müllverbrennungsanlage stammenden Asche Metallteile und unverbrannte Störstoffe entfernt werden, wobei diese Vorbehandlung derart erfolgt, dass die Korngrößenverteilung der in die Mischstufe 21 eingebrachten Asche A eine Obergrenze von etwa 45 mm aufweist.
Die mittels der ersten Klassierstufe 17 abgetrennte erste Grobfraktion III besitzt somit eine Korngrößenverteilung von etwa 4 bis 45 mm. Diese Grobfraktion III wird aus der Anlage 11 herausgeführt und auf der bereits erwähnten Halde 29 gelagert.
Der verbleibende Ascheanteil mit einer Korngrößenverteilung von etwa 0 bis 4 mm, der somit die eingangs erwähnte Feinfraktion I und die weitere Grobfraktion II enthält, wird anschließend einer zweiten Klassierstufe zugeführt, die einen Aufstromklassierer 15 mit vorgeschaltetem Hydrozyklon 13 umfasst. Derartige Anordnungen sind grundsätzlich bekannt, so dass auf Aufbau und Funktionsweise dieser zweiten Klassierstufe nicht näher eingegangen wird. Hervorzuheben ist, dass sowohl in einem Hydrozyklon als auch in einem Aufstromklassierer die zu klassierenden Partikel äußerst schonend behandelt werden. Dies bedeutet, dass die Korngrößenverteilung des von der ersten Klassierstufe 17 kommenden Ascheanteils auch durch die zweite Klassierstufe 13, 15 praktisch nicht verändert wird.
In dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel ist die zweite Klassierstufe 13, 15 derart ausgelegt bzw. eingestellt, dass aus dem eingebrachten Produkt eine zweite Grobfraktion II abgetrennt wird, die eine Korngrößenverteilung etwa im Bereich von 0,25 mm bis 4 mm aufweist. Diese Grobfraktion II wird einer Siebeinrichtung 35 zugeführt, bei der es sich beispielsweise um ein so genanntes ”E-Sieb” handeln kann, das zwei Siebdecks umfasst, wobei das Material auf dem oberen Siebdeck mit Wasser W bebraust und auf dem unteren Siebdeck entwässert wird. Hierbei wird das Wasser W dem erwähnten Kreislauf entnommen und diesem Kreislauf auch wieder zugeführt.
Auch die auf diese Weise entwässerte weitere Grobfraktion II wird anschließend aus der Anlage 11 herausgeführt und auf der bereits erwähnten Halde 31 gelagert.
Wie vorstehend erwähnt, ist die zweite Klassierstufe 13, 15 derart eingestellt, dass nach dem Abtrennen der zweiten Grobfraktion II die verbleibende Feinfraktion I eine Obergrenze der Korngröße von etwa 0,25 mm, also von etwa 250 μm, aufweist. Die Auslegung der Anlage 11 und insbesondere der zweiten Klassierstufe 13, 15 derart, dass diese Obergrenze für die Korngröße der Feinfraktion I exakt eingehalten wird, ist nicht zwingend. Insbesondere in Abhängigkeit von der eingebrachten Asche A und insbesondere von Art und Menge der darin enthaltenen, in der Feinfraktion I zu konzentrierenden Schadstoffen ist die Obergrenze für die Korngröße der Feinfraktion I derart gewählt, dass sichergestellt ist, dass sich – gegebenenfalls bis auf einen insbesondere hinsichtlich geltender gesetzlicher Bestimmungen tolerierbaren Rest – alle relevanten Schadstoffe an die die Feinfraktion I bildenden Partikel binden. Insbesondere wird diese Obergrenze derart gewählt, dass sie weder zu niedrig ist, da ansonsten auch die nächsthöhere Grobfraktion in nicht mehr tolerierbarem Umfang mit Schadstoffen belastet ist, noch zu hoch ist, da ansonsten der Trockengewichtsanteil der Feinfraktion I an der eingebrachten Asche A unnötig groß ist.
Auf diese Weise wird erreicht, dass sich alle relevanten Schadstoffe der in die Anlage 11 eingebrachten Asche A in der Feinfraktion I befinden, die außerdem hinsichtlich ihres Trockengewichtsanteils an der eingebrachten Asche A minimiert ist. Die aufgehaldeten Grobfraktionen III und II sind insofern von zumindest einem Großteil der Schadstoffe befreit und können im Einklang mit den jeweils geltenden gesetzlichen Vorschriften einer Wiederverwertung, beispielsweise im Straßenbau, zugeführt werden.
Der von der zweiten Klassierstufe 13, 15 kommenden Feinfraktion I wird anschließend in einem Rundeindicker 23 Flüssigkeit entzogen.
Anschließend wird die Feinfraktion I mittels einer Exzenterpumpe 25 einer Kammerfilterpresse 19 zugeführt. Anstelle einer Kammerfilterpresse kann beispielsweise auch ein Zyklon vorgesehen sein, um die Feinfraktion I weiter zu entwässern. Die Verwendung einer Kammerfilterpresse hat sich bislang allerdings als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Die aus dieser von dem Rundeindicker 23, der Exzenterpumpe 25 und der Kammerfilterpresse 19 gebildeten Entfeuchtungsstufe herausgeführte Feinfraktion I ist derart weit entfeuchtet worden, dass sie stichfest ist und somit deponiert werden kann. Das in dieser Entfeuchtungsstufe anfallende Wasser W wird dem Kreislauf wieder zugeführt.
Versuche haben ergeben, dass die hier beschriebene Art und Weise einer Nassklassierung von HMVA mit einer Obergrenze der ursprünglichen Korngrößenverteilung von etwa 45 mm eine Feinfraktion I mit Korngrößen bis zu 0,25 mm ergibt, wobei die Feinfraktion I zum einen alle relevanten Schadstoffe enthält und zum anderen nur etwa 10% des Trockengewichts der in die Anlage 11 eingebrachten Asche A darstellt. Dies bedeutet, dass mit den beiden entstehenden Grobfraktionen III und II ein Trockengewichtsanteil von etwa 90% der in die Anlage 11 eingebrachten Asche A problemlos verwertet werden kann, da diese Grobfraktionen III und II schadstoffarm oder schadstofffrei sind.
Bereits aufgrund dieser bislang nicht für realisierbar gehaltenen Verwertungsmöglichkeit für Müllverbrennungsasche ist die praktische Realisierung der Erfindung trotz der Kosten für die Errichtung und den Betrieb der erfindungsgemäßen Aufbereitungsanlage 11 wirtschaftlich in hohem Maße interessant. Hinzu kommt, dass die Betreiber von Müllverbrennungsanlagen ein Interesse daran haben, nicht selbst für eine vorschriftsmäßige Entsorgung der Verbrennungsasche sorgen zu müssen, denn bislang erfolgt diese Entsorgung durch Deponieren oder mit hohen Auflagen verbundenes Verwerten der gesamten bei der Müllverbrennung entstehenden Asche, was aufgrund der enthaltenen Schadstoffe und der diesbezüglichen gesetzlichen Bestimmungen mit hohen Kosten verbunden ist. Folglich sind die Betreiber von Müllverbrennungsanlagen dazu bereit, für die Abnahme der Verbrennungsasche zu bezahlen. Die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Ascheaufbereitung wird dadurch weiter erhöht, da bereits die Annahme der in die Aufbereitungsanlage 11 einzubringenden Asche A mit Einnahmen verbunden ist. Sofern die erwähnte Vorbehandlung der aus der Müllverbrennungsanlage stammenden Asche zum Entfernen von Metallteilen und/oder unverbrannten Störstoffen überhaupt durchgeführt wird, steht diese Vorbehandlung der Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nicht entgegen.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird darüber hinaus die Wirtschaftlichkeit der Ascheaufbereitung weiter dadurch gesteigert, dass aus der in die Anlage 11 eingebrachten Asche A Stoffe gewonnen werden, die wiederum einer Verwertung zugeführt werden können. Diese Nutzung der Asche A, insbesondere die nachstehend erläuterte Rückgewinnung von Phosphaten, stellt unabhängig von der Nassklassierung der Asche A einen selbständigen, separat beanspruchbaren Aspekt der Erfindung dar.
Wie erwähnt, betrifft diese weitere Nutzung der Verbrennungsasche in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die Rückgewinnung von Phosphaten P. Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, dass bei der vorstehend beschriebenen Nassklassierung die Asche A ohnehin mit einer Flüssigkeit zusammenwirkt. Insbesondere der geschlossene Flüssigkeitskreislauf W hat zur Folge, dass die Flüssigkeit relativ lange und intensiv mit der Asche A zusammenwirken kann, was erfindungsgemäß ausgenutzt wird.
Durch eine geeignete Wahl der Flüssigkeit kann somit eine Rücklösung von in der eingebrachten Asche A enthaltenen Phosphaten P erfolgen, wobei diese Phosphate P in einem weiteren Verfahrensschritt wieder isoliert werden können.
Wie vorstehend bereits erwähnt, wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Flüssigkeit für die Nassklassierung Wasser W verwendet, das in der Mischstufe 21 mit Säure S, insbesondere mit Citronensäure oder Schwefelsäure, angereichert wird. Das bei der Nassklassierung erfolgende Mischen bzw. Einweichen oder Einmaischen der Asche A mit der Flüssigkeit stellt somit gleichzeitig eine Behandlung der Asche A mit einer sauren wässrigen Lösung dar, die eine Rücklösung der in der Asche A enthaltenen Phosphate P zur Folge hat.
Im Rahmen der hier beschriebenen Nassklassierung der Asche A, für die ein saures Milieu nicht zwingend, aber auch nicht von Nachteil ist, da alle relevanten Anlagenteile säurefest ausgelegt sind, ist diese Art der Rückgewinnung von Phosphaten P besonders vorteilhaft, da das Mischen der Asche A mit dem Wasser bzw. der sauren wässrigen Lösung und insbesondere der geschlossene Flüssigkeitskreislauf eine besonders lang andauernde und innige Reaktion der Asche A mit der sauren wässrigen Lösung ermöglicht. Allgemein stellt diese Kombination – schlagwortartig ausgedrückt also die Nassklassierung von Müllverbrennungsasche mit integrierter Rückgewinnung von verwertbaren Stoffen, insbesondere Phosphaten – ebenfalls einen unabhängigen, selbständigen und separat beanspruchbaren Aspekt der Erfindung dar.
Die Rücklösung der Phosphate P wird durch eine höhere Temperatur der sauren wässrigen Lösung begünstigt, ohne hierdurch die Nassklassierung zu beeinträchtigen. Unter Berücksichtigung des für die Erwärmung der Flüssigkeit erforderlichen Energieeintrags und der damit verbundenen Kosten wird die Temperatur derart gewählt, dass die Anlage insgesamt in einem wirtschaftlichen Optimalbereich gefahren werden kann. Es wurde gefunden, dass dies bereits bei einer Temperatur der sauren wässrigen Lösung in dem geschlossenen Kreislauf im Bereich von 20 bis 40°C möglich ist.
Die Entnahme von Flüssigkeit einschließlich der darin rückgelösten Phosphate P, nachstehend auch als Lösung L bezeichnet, kann problemlos während des laufenden Nassklassierungsbetriebs erfolgen.
Grundsätzlich ist eine laufende Entnahme der Lösung L möglich. Alternativ kann vorgesehen sein, dass nur zu bestimmten Zeitpunkten eine bestimmte Menge der Lösung L dem Kreislauf W entnommen wird. Diese Zeitpunkte können insbesondere in Abhängigkeit von dem pH-Wert der umlaufenden Flüssigkeit gewählt werden.
Die Entnahme der die rückgelösten Phosphate P enthaltenen Lösung L kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle des Flüssigkeitskreislaufs W erfolgen. Hierzu kann eine Entnahmeeinrichtung vorgesehen sein, die in Abhängigkeit von dem pH-Wert der Lösung L steuer- bzw. regelbar ist.
Die Lösung L wird einer Isoliereinrichtung 27 zugeführt, in welcher auf grundsätzlich bekannte Art und Weise eine Rückfällung der Phosphate P erfolgt. Die nach der Isolierung der Phosphate P verbleibende Flüssigkeit wird wieder dem Kreislauf W zugeführt.
Auf diese Weise entsteht mit den Phosphaten P, die aus der dem Kreislauf W entnommenen Lösung L isoliert werden, ein wertvoller Rohstoff, der wiederum einer gewinnbringenden Verwertung zugeführt werden kann.
Da die Rückfällung von Phosphaten aus einer Lösung einschließlich dabei einzusetzender Verfahren und Einrichtungen an sich grundsätzlich bekannt ist, wird an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen.
Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, alternativ oder zusätzlich zu Phosphaten andere Stoffe aus der Verbrennungsasche zu gewinnen, indem die Nassklassierung und somit der Umstand ausgenutzt wird, dass aufgrund des ohnehin erfolgenden intensiven Kontaktes der Asche mit einer Flüssigkeit eine Rücklösung von in der Asche enthaltenen Stoffen erfolgt, wobei erforderlichenfalls die bei der Nassklassierung verwendete Flüssigkeit in geeigneter Weise angereichert wird. Diese Gewinnung von verwertbaren Stoffen aus mit einer geeigneten Flüssigkeit behandelter Müllverbrennungsasche stellt auch unabhängig von einer Nassklassierung der Asche einen selbständigen, separat beanspruchbaren Aspekt der Erfindung dar.
Bezugszeichenliste

11: Aufbereitungsanlage
13: Hydrozyklon
15: Aufstromklassierer
17: Siebeinrichtung
19: Kammerfilterpresse
21: Mischstufe
23: Rundeindicker
25: Exzenterpumpe
27: Isoliereinrichtung
29: Halde
31: Halde
33: Deponie
35: Siebeinrichtung
A: Asche
I: Feinfraktion
II: Grobfraktion
III: Grobfraktion
W: Wasser, Wasserkreislauf
L: wässrige Lösung
S: Säure
P: Phosphate

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphaten (P) aus Müllverbrennungsasche (A), insbesondere aus Hausmüllverbrennungsasche (HMVA), bei dem zur Rücklösung der Phosphate (P) die Asche (A) mit einer sauren wässrigen Lösung (L) behandelt wird und anschließend die in der Lösung (L) enthaltenen Phosphate (P) isoliert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der sauren wässrigen Lösung (L) Wasser (W) bereitgestellt und dem Wasser (W) eine Säure (S) zugeführt wird, insbesondere Citronensäure oder Schwefelsäure.
Verfahren Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Isolierung der Phosphate (P) in Abhängigkeit von dem ph-Wert der sauren wässrigen Lösung (L) begonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphate (P) durch Rückfällung isoliert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die saure wässrige Lösung (L) eine Temperatur im Bereich von 20 bis 40°C aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Asche (A) vor der Behandlung mit der sauren wässrigen Lösung (L) einer mechanischen, insbesondere trockenen Vorbehandlung unterworfen wird, bei der aus der Asche (A) Metallteile und unverbrannte Störstoffe entfernt werden, und/oder dass die Asche (A) vor der Behandlung mit der sauren wässrigen Lösung (L) derart vorbehandelt wird, dass die Asche (A) mit einer Korngrößenverteilung bereitgestellt wird, deren Obergrenze nicht mehr als etwa 100 mm beträgt, wobei insbesondere die Obergrenze im Bereich von 40 bis 50 mm liegt und bevorzugt etwa 45 mm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung der Phosphate (P) in einer Einrichtung (27) erfolgt, die von einer Einrichtung (21) zur Behandlung der Asche (A) mit der Lösung (L) getrennt und der die Lösung (L) gemäß einer, insbesondere in Abhängigkeit von dem ph-Wert der sauren wässrigen Lösung (L), steuer- oder regelbaren Entnahme zuführbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem Verfahren zur Aufbereitung der Asche (A) kombiniert ist, wobei insbesondere die Behandlung der Asche (A) mit der sauren wässrigen Lösung (L) durch Mischen der Asche (A) mit der Lösung (L) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Asche (A) mit der sauren wässrigen Lösung (L) im Rahmen einer Nassklassierung der Asche (A) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Nassklassierung der Asche (A) ein im Wesentlichen geschlossener Kreislauf der sauren wässrigen Lösung (L) verwendet wird, dem für die Isolierung der Phosphate (P) zumindest ein Teil der sauren wässrigen Lösung (L), zumindest vorübergehend, entnommen wird, wobei insbesondere die Entnahme bei laufender oder ausgesetzter Nassklassierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nassklassierung im Rahmen eines Verfahrens zur Aufbereitung der Asche (A) erfolgt, bei dem die Asche (A) durch Nassklassierung und unter Anwendung kornschonender Klassierungsverfahren in wenigstens eine mit Schadstoffen belastete Feinfraktion (I) und zumindest eine schadstoffarme oder schadstofffreie Grobfraktion (II, III) klassiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer von der eigentlichen Müllverbrennung getrennten Anlage (11) durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Rückgewinnung von Phosphaten (P) aus Müllverbrennungsasche (A), insbesondere aus Hausmüllverbrennungsasche (HMVA), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Behandlungseinrichtung (21), in der zur Rücklösung der Phosphate (P) die Asche (A) mit einer sauren wässrigen Lösung (L) behandelbar ist, und mit einer Isoliereinrichtung (27), in der die in der Lösung (L) enthaltenen Phosphate (P) isolierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliereinrichtung (27) von der Behandlungseinrichtung (21) getrennt ist, wobei der Isoliereinrichtung (27) die saure wässrige Lösung (L) aus der Behandlungseinrichtung (21) mittels einer, insbesondere in Abhängigkeit von dem ph-Wert der sauren wässrigen Lösung (L), steuer- oder regelbaren Entnahmeeinrichtung zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest teilweise in eine Aufbereitungsanlage (11) für die Asche (A) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitungsanlage (11) zu einer Nassklassierung der Asche (A) ausgebildet ist, kornschonende Klassierungseinrichtungen (17, 13, 15) umfasst und derart ausgelegt ist, dass die Asche (A) in wenigstens eine mit Schadstoffen belastete Feinfraktion (I) und zumindest eine schadstoffarme oder schadstofffreie Grobfraktion (II, III) klassierbar ist.