DE102018116196A1

DE102018116196A1 - Verfahren und Anordnung zur Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen, insbesondere von Klärschlamm unter Zugabe von Flockungsmitteln

Info

Publication number: DE102018116196A1
Application number: DE102018116196.4A
Authority: DE
Inventors: Jochen GASSMANN
Original assignee: BMA Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG
Current assignee: Awama De GmbH
Priority date: 2018-07-04
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2020-01-09
Also published as: EP3717410A1; WO2020007978A1; US20210261454A1

Abstract

Ein Verfahren zur Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen, insbesondere von Klärschlamm (K), arbeitet unter Zugabe von Flockungsmitteln (F1) und/oder Flockungshilfsmitteln. Mittels eines Sensors (S1) wird die Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), betrachtet. In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt die Zugabe von Flockungsmitteln (F1) und/oder Flockungshilfsmitteln in eine erste Mischstufe (M1), bis mittels des Sensors (S1) die Bildung erster Flocken festgestellt wird. Die Zugabe des Flockungsmittels (F1) und/oder des Flockungshilfsmittels wird dann unterbrochen, so dass die Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), in diesem Moment einen definierten, nämlich gerade erste Flocken aufweisenden Zustand aufweist. Die Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), wird nun einer weiteren Mischstufe (M2, MM) zugeführt. In dieser weiteren Mischstufe (M2, MM) wird das gleiche (F1) oder ein anderes (F2, F3) Flockungsmittel oder Flockungshilfsmittel in einer Menge zugesetzt, die vorbestimmt ist und ausgehend von dem definierten Zustand der Suspension, insbesondere des Klärschlamms (K) einen gewünschten Anteil an Flocken in der Suspension, insbesondere dem Klärschlamm (K) herbeiführt. Die entstehende Mischung wird dann mittelbar oder unmittelbar einer Fest-Flüssig-Trennung zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen, insbesondere von Klärschlamm unter Zugabe von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln, bei dem mittels eines Sensors die Suspension, insbesondere der Klärschlamm, betrachtet wird.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen, insbesondere von Klärschlamm, unter Zugabe von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln, mit einem Sensors, der die Suspension, insbesondere den Klärschlamm, betrachtet.
Sowohl im kommunalen wie auch im industriellen Bereich ist eine Vielzahl von Abwasserreinigungsanlagen im Einsatz. Beim Betrieb derartiger Abwasserreinigungsanlagen entsteht in großen Mengen Klärschlamm. Klärschlamm besteht aus organischen und anorganischen Bestandteilen, die in sehr unterschiedlichen Verhältnissen zueinander feste und gelöste Bestandteile sein können. Der Klärschlamm entsteht aus Abwasserinhaltsstoffen und auch als Folge von zusätzlichen Reaktionen in einer Überschussbiomasse in den Abwasserreinigungsanlagen. Meist liegt der Klärschlamm als eine Partikel und Kolloide enthaltende Suspension vor.
Der Klärschlamm muss nach seiner Entstehung in den Abwasserreinigungsanlagen in geeigneter Form entsorgt werden. Dabei kommt eine landwirtschaftliche oder thermische Verwertung, teilweise auch - je nach Region oder Land - eine Deponierung in Betracht.
Sinnvollerweise erfolgt zuvor eine Volumenreduzierung des Klärschlamms. Zu diesem Zweck wird eine Fest-Flüssig-Trennung des Klärschlamms vorgenommen. Darunter ist in vielen Fällen eine Entwässerung zu verstehen, also eine Abtrennung des Wasserbestandteils. Rein grundsätzlich können auch andere Flüssigkeiten als Wasser abgetrennt werden, um das Volumen zu reduzieren, in der Praxis ist der Wasseranteil allerdings der wichtigste.
Diese Fest-Flüssig-Trennung bzw. insbesondere Entwässerung erfolgt, um einen möglichst hohen Anteil des enthaltenen Wassers getrennt von den festen Bestandteilen auf einem der vorstehend genannten oder einem anderem Wege weiter behandeln zu können, insbesondere also diesen möglichst hohen Anteil an Wasser verwerten bzw. entsorgen zu können.
Für eine solche Fest-Flüssig-Trennung bzw. Entwässerung kommen eine Filtration oder Zentrifugation und andere mechanische Entwässerungsverfahren in Betracht. Diese mechanischen Verfahren sind durchweg wesentlich effektiver und kostengünstiger als eine auf anderem Wege vorgenommene Behandlung der verbleibenden Bestandteile des Klärschlamms.
Angestrebt wird daher durchweg eine Optimierung dieser mechanischen Entwässerungsverfahren, um insgesamt eine kostengünstigere und auch umweltfreundlichere Entsorgung des Klärschlamms aus den Abwasserreinigungsanlagen zu erhalten.
Eine Behandlung von Klärschlamm mit thermischen Verfahren wie beispielsweise einer Trocknung oder einer Verbrennung ist kostenintensiv und sollte daher möglichst mit nur zwingend auf diese Weise zu verarbeitenden Anteilen des Klärschlamms durchgeführt werden.
Es liegen bereits eine Reihe von Vorschlägen vor, um Klärschlamm so aufzubereiten, dass seine Entwässerbarkeit erhöht wird.
Eine erfolgreicher Vorschlag hierzu ist in der EP 1 373 145 B1 veröffentlicht worden. Die dort untersuchte Zugabe von Flockungs- und Flockungshilfsmitteln beeinflusst die Entwässerungseigenschaften des Klärschlamms positiv. Der Klärschlamm wird auf diese Weise „konditioniert“ und die Flockenbildung kann sehr gezielt vorgenommen werden.
Die Flockungsmittel ändern allerdings nichts daran, dass die Eigenschaften des Klärschlamms nicht nur von Anlage zu Anlage, sondern auch jahreszeit- und tageszeitabhängig sehr großen Schwankungen unterworfen sind, da sie von vielen Einflussgrößen abhängen. Der Klärschlamm in Abwasserreinigungsanlagen wird natürlich auch von den Eigenschaften der zugeführten und zu reinigenden Abwässer beeinflusst, die den Anteil an organischer Trockensubstanz vorgeben. Die Materialeigenschaften beeinflussen auch das Ladungspotenzial, die Oberflächeneigenschaften, den Anteil feiner Partikel und weitere Einflussgrößen.
In der EP 1 373 145 B1 wird nun vorgeschlagen, durch fotooptische Auflichtmessungen eine Klärschlammaufsicht quer zur Strömungsrichtung des strömenden Klärschlamms zu schaffen und aus den Grauwertverläufen dieser Klärschlammaufsicht die Flockenstruktur näher zu untersuchen. Durch ein näher beschriebenes mathematisches Verfahren werden Anhaltspunkte über einen Aufkonzentrierungsfaktor geschaffen.
Dieser Aufkonzentrierungsfaktor kann nun zur Bestimmung einer Zielkonzentration für den entwässerten Klärschlamm genutzt werden und es wird möglich, eine bedarfsgerechte Flockungsmittelzugabe praktisch online zu regeln. Dadurch soll die Menge an zugegebenem Flockungsmittel möglichst optimal geregelt werden können, um die Entwässerbarkeit des zu behandelnden Klärschlamms möglichst durch optimale Wahl dieses Flockungsmittels ihrerseits zu optimieren.
Diese entwickelten Gedanken sind durchaus vielversprechend. Allerdings setzen sie voraus, dass die ausgebildeten Flocken des Klärschlamms Strukturen entsprechen, die man als vorhanden annimmt. Besitzen die Flocken nicht diese angenommene Struktur, so wird auch die daraus bestimmte Menge an benötigten und zuzugebenden Flockungsmitteln unrichtig bestimmt.
Tendenziell führt die Anwendung des in der EP 1 373 145 B1 beschriebenen Verfahrens zu einer Zugabe von zu hohen Anteilen an Flockungsmitteln. Korrekturen sind allerdings schwierig.
Ein weiterer Vorschlag für eine Verbesserung der Entwässerbarkeit von Klärschlamm aus Abwasseraufbereitungsanlagen und auch von anderen Suspensionen ist in der EP 1 432 502 B1 veröffentlicht. Auch hier wird mit einem Flockungsapparat gearbeitet und ein Flockungsmittel und/oder Flockungshilfsmittel mit einem Mischer in einer Suspension durch turbulente Strömungsbewegungen dispergiert. Dadurch entstehen Flocken in und aus der Suspension. Untersucht wird auch bereits, dass in dem Flockenapparat durch Scherkräfte und Flockenerosion die Flocken pelletiert und abgerundet werden. Die Entwässerungsfähigkeit des Klärschlamms kann dadurch nochmals verbessert werden. Zu beachten ist, dass die Scherkräfte nicht so groß werden dürfen, dass die Flocken wieder zerstört werden und so die gewünschten Eigenschaften wieder abnehmen.
Es besteht daher der Wunsch, die Optimierung des Entwässerungsverhaltens von Klärschlämmen weiter zu verbessern. Dabei sollen auch Flockungs- und Flockungshilfsmittel eingesetzt werden, jedoch eine Verfahrensweise gewählt werden, die zu noch günstigeren und die Volumenreduzierung des Klärschlamms durch Entwässerung optimierenden Ergebnissen führt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Anordnung in dieser Form weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass in einem ersten Verfahrensschritt die Zugabe von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln in eine erste Mischstufe erfolgt, bis mittels des Sensors die Bildung erster Flocken festgestellt wird, dass die Zugabe des Flockungsmittels und/oder des Flockungshilfsmittels dann unterbrochen wird, so dass die Suspension, insbesondere der Klärschlamm, in diesem Moment einen definierten, nämlich gerade erste Flocken aufweisenden Zustand aufweist, dass die Suspension, insbesondere der Klärschlamm, nun einer weiteren Mischstufe zugeführt wird, dass in dieser weiteren Mischstufe das gleiche oder ein anderes Flockungsmittel oder Flockungshilfsmittel in einer Menge zugesetzt wird, die vorbestimmt ist und ausgehend von dem definierten Zustand der Suspension, insbesondere des Klärschlamms einen gewünschten Anteil an Flocken in der Suspension, insbesondere dem Klärschlamm herbeiführt, und dass die entstehende Mischung dann mittelbar oder unmittelbar einer Entwässerung zugeführt wird.
Bei einer gattungsgemäßen Anordnung wird die Aufgabe mittels der Erfindung dadurch gelöst, dass eine erste Mischstufe vorgesehen ist, in welche in einem ersten Verfahrensschritt die Zugabe von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln erfolgt, bis mittels des Sensors die Bildung erster Flocken festgestellt wird, dass die Zugabe des Flockungsmittels und/oder des Flockungshilfsmittels dann unterbrochen wird, so dass die Suspension, insbesondere der Klärschlamm, in diesem Moment einen definierten, nämlich gerade erste Flocken aufweisenden Zustand aufweist, dass eine weitere Mischstufe vorgesehen ist, in welche die Suspension, insbesondere der Klärschlamm, zugeführt wird, dass in dieser weiteren Mischstufe das gleiche oder ein anderes Flockungsmittel oder Flockungshilfsmittel in einer Menge zugesetzt wird, die vorbestimmt ist und ausgehend von dem definierten Zustand der Suspension, insbesondere des Klärschlamms einen gewünschten Anteil an Flocken in der Suspension, insbesondere dem Klärschlamm herbeiführt, und dass die entstehende Mischung dann mittelbar oder unmittelbar einer Entwässerung zugeführt wird.
Die Erfindung ist in erster Linie eine Verbesserung bei Verfahren, die eine Entwässerung von Klärschlamm als Ziel haben. Möglich ist eine Anwendung der Erfindung aber auch auf andere Verfahren, die mit der Zugabe von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln arbeiten und Flockungsprozesse zur Suspensionsflockung beinhalten. Neben Klärschlamm kann es sich auch um Sedimentschlamm, sonstige Arten von Schlamm oder auch ganz andere Vorgänge handeln, bei denen unter dem Zusatz von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln Fest-Flüssig-Trennungsvorgänge vorgenommen werden sollen.
Tests haben bereits gezeigt, dass durch den Einsatz der Erfindung mit einer zweistufigen Zugabe und Mischung von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln in Suspensionen die Verfahren erheblich effektiver als bei einer nur einstufigen Zugabe sind.
Die Vorteile der Erfindung bestehen nicht nur darin, dass die Ausgaben für die Beschaffung von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln reduziert sind, sondern auch darin, dass zu viel zugegebene Flockungsmittel und/oder Flockungshilfsmittel auch nicht wieder in anderer Form aus dem Verfahren entzogen werden müssen oder ihrerseits die Gesamtmenge des zu entsorgenden Abwassers mit Inhaltsstoffen erhöhen. Durch die optimale Ermittlung und Zugabe der Mengen an Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln wird auch der Fest-Flüssig-Trennungsvorgang selbst optimiert, mit den entsprechenden positiven Folgen.
Die Erfindung nutzt mit Vorteil die nähere Betrachtung des Vorgangs der eigentlichen Flockenbildung. Betrachtet man nämlich den Beginn der Zugabe eines Flockungsmittels und/oder Flockungshilfsmittels in den Klärschlamm mit einem Mischer, so bilden sich zunächst für einen bestimmten Zeitraum noch keine Flocken, da die bis dahin zugegebenen wenigen Flockungsmittel noch nicht den Effekt der Anziehungseigenschaften der verschiedenen Polymere groß genug werden lassen.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt, der von der Eigenschaft des Klärschlamms abhängt, setzt dann relativ spontan eine Flockenbildung ein. Diese Flockenbildung ist herkömmlich nicht stetig und kontinuierlich, sondern sie verläuft bei bekannten Verfahren in einer mehrfach gezackten Form aufwärts und abwärts. Der Grund dafür liegt darin, dass beim Einmischen des Flockungsmittels und/oder Flockenhilfsmittels in den Klärschlamm zunächst einmal die Tendenz zur Bildung von Flocken ständig zunimmt, zugleich aber ab der Bildung erster Flocken auch der Effekt eintritt, dass der zum Einmischen des Flockungsmittels und/oder Flockungshilfsmittels eingesetzte Mischer die sich gerade bildenden Flocken auch wieder zerkleinert oder zerschlägt.
Tendenziell nimmt während dieser Zeit jedoch die Flockenbildung zu, wenn auch ineffektiv und nicht proportional zur Menge des eingesetzten Flockungsmittels und/oder Flockungshilfsmittels.
Ganz zu Beginn können allerdings noch keine Flocken zerschlagen werden, da sich noch keine gebildet haben. Die Zahl und Größe der Flocken nimmt bei weiterer Zugabe des Flockungsmittels und/oder Flockungshilfsmittels allerdings weiter zu. Ab einem bestimmten Zeitpunkt aber, zu dem sich eine hinreichende Menge an Flocken gebildet hat, werden mehr Flocken durch die Wirkung des Mischers zerschlagen, als sich neu bilden können. Das führt dazu, dass der Einfluss des Mischers ab einer bestimmten Menge an Flocken nicht mehr positiv ist und sogar dazu führt, dass von diesem Zeitpunkt an die Größe der Flocken wieder abnimmt.
Es bildet sich also ein maximaler Wert, auf dem dann die Flockenzahl und Flockengröße ungefähr konstant ist, bis sie dann wieder abnimmt.
Die Erfindung setzt nun eine genauere Betrachtung dieses Effekts dazu ein, im Gesamtkonzept zu einer überraschenden und ausgezeichnet wirkenden Verfahrenssteuerung zu kommen.
Die erfinderische Idee teilt nämlich das Verfahren anders als bisher gehandhabt in zwei grundlegend getrennte Schritte auf. Der erste Verfahrensschritt arbeitet zunächst wie herkömmlich damit, dem Klärschlamm ein Flockungsmittel und/oder Flockungshilfsmittel zuzusetzen und die Reaktion zu beobachten. Die zugesetzte Menge an Flockungsmittel und/oder Flockungshilfsmittel wird allerdings bewusst relativ gering gehalten. Der Klärschlamm mit den zugesetzten Mitteln und dem dabei eingesetzten Mischer wird mit einer Kamera beobachtet. Beobachtet werden jetzt allerdings anders als im Stand der Technik nach der EP 1 373 145 B1 nicht die Größe oder die Form der Flocken oder eine Häufigkeitsverteilung, sondern statt dessen der Moment, an dem die ersten Flocken entstehen.
Hierfür kann eine ganz andere Form eines Sensors eingesetzt werden, da lediglich genau dieser Moment präzise festgestellt werden soll, keine anderen quantitativen Werte sind relevant. Eine bildanalytische Messung dieses Sensors wird dabei bevorzugt. In dem Moment, in dem die ersten Flocken beobachtet werden, wird die weitere Zufuhr des Flockungsmittels und/oder Flockungshilfsmittels an dieser Stelle gestoppt. oder bei kontinuierlich ablaufenden Prozessen, die Zufuhr an Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln nicht weiter erhöht.
Der Moment, in dem dies der Fall ist, kann in einem Regelkreis auch wieder auf den Beginn des Verfahrens rückgekoppelt werden, so dass von vornherein eine auf die erwarteten Verhaltensweisen hin ausgelegte und optimierte Zufuhr von Flockungsmitteln und/oder Flockenhilfsmitteln stattfinden kann.
Auf diese Weise wird vermieden, dass durch eine vielleicht zu Beginn schon zu starke und zu intensive Zufuhr von Flockungsmitteln ein Überschwingen des Zustandes der ersten entstehenden Flocken herbeigeführt wird. Zugleich kann die in diesem Verfahrensschritt eingesetzte Menge an Flockungsmitteln bzw. Flockungshilfsmitteln deutlich reduziert werden.
Man kann die Menge an eingesetztem Flockungsmittel und/oder Flockungshilfsmittel oder anders ausgedrückt, die für den Beginn einer Flockung in der Suspension beziehungsweise dem Klärschlamm auch mit dem Begriff „minimaler Flockungsmittelbedarf“ umschreiben. Mit den getroffenen Maßnahmen und der Beobachtung des Beginns der Flockung wird damit der Beginn der Wechselwirkungen zwischen den Partikeln der Suspension beziehungsweise des Klärschlamms erfasst. Dieser Beginn der Wechselwirkungen zwischen den Partikeln erfolgt bereits bei Dosiermengen des zugegebenen Flockungsmittels beziehungsweise Flockungshilfsmittels, die unterhalb des Ladungsneutralpunktes der Flüssigphase liegen.
Der Zeitpunkt ist ein physikalisch sehr gut erfassbarer und beschreibbarer Moment, in dem sich die Suspension beziehungsweise der Klärschlamm in einem genau definierten Zustand befinden.
Die Menge der bis zu diesem Zeitpunkt zugegebenen Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel liegt damit bereits deutlich unter derjenigen Menge, die bei jedem anderen Verfahren erreicht werden kann.
Die Suspension bzw. der Klärschlamm mit den bereits zugeführten Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln, in der sich keine oder nur wenige Flocken befinden, strömt jetzt weiter bis zu einem zweiten Abschnitt der Aggregate und zu einem zweiten Verfahrensschritt. Hier ist ein zweiter Mischer vorgesehen und führt eine weitere Menge an Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln zu.
Diese Menge ist in einer ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens konstant und berücksichtigt den Umstand, dass die diesem zweiten Verfahrensabschnitt zugeführte Menge an Klärschlamm mit dem darin bereits zugegebenen und somit enthaltenen Flockungsmittel einen sehr definierten Zustand hat. Es wird nun in diesem zweiten Verfahrensschritt also genau die Menge an Flockungsmitteln zugegeben, die von dem Zustand soeben entstehender erster Flocken zu einem beabsichtigten Zustand eines bestimmten maximalen Anteils an Flocken in dem Klärschlamm und den Zusatzstoffen führt.
Auch für diesen Verfahrensschritt werden also vergleichsweise geringe Mengen an Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln benötigt, die noch dazu optimal abgemessen im Hinblick auf den Anwendungsfall sind.
Es ist nicht mehr erforderlich, wie bei herkömmlichen Verfahren ständig Maßnahmen gegen das Zerschlagen der entstehenden Flocken zu treffen, da lediglich genau vorhersehbare Reaktionen und Entwicklungen ablaufen.
Möglich ist es auch, die Dosierung der im zweiten Verfahrensabschnitt zugegebenen Menge von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln gestützt auf die Menge zu bestimmen, die bei der Vorgehensweise im ersten Verfahrensschritt sich als passend herausgestellt hat.
Diese Vorgehensweise ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn im zweiten Verfahrensschritt ein Zentrifugendekanter selbst eingesetzt wird. In diesem Fall kann die Mischenergie auf der Basis der Rotationsbeschleunigung des Schlamms genutzt werden.
In einer dritten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens wird keine vorgegebene und/oder konstante Menge an Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln zugegeben, sondern hier wird eine weitere Optimierung durch ein anderes Verfahren eingeschaltet. In Betracht kommt beispielsweise für diesen zweiten Abschnitt eine Vorgehensweise ähnlich dem in der EP 1 373 145 B1 vorgeschlagenen Verfahrens, also mit einer die jetzt im zweiten Verfahrensschritt tatsächlich entstehenden Flocken qualitativ näher betrachtenden Verfahrensweise, um hier noch eine weitere Optimierung vorzunehmen.
Möglich ist es auch, kurzerhand bestimmte Partikelgrößenklassen der entstehenden Flocken in anderer Form zu untersuchen und als Kriterium für die genaue Dosierung der Zugabe von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln auszuwählen.
Die Aufteilung des Vorgehens auf zwei Verfahrensabschnitte und zwei getrennt ablaufende Mischvorgänge ermöglicht es natürlich auch, hier zwei unterschiedliche Mischer zu verwenden, die jeweils genau auf den Verfahrensschnitt abgestimmt sind, in dem sie arbeiten sollen.
Die Erfindung mit ihrer zweistufigen Verfahrensweise mit zweistufiger Dosierung und zweistufiger Mischung führt gegenüber den herkömmlichen einstufigen Vorgehensweisen zu einer besonders vorteilhaften Verbesserung der Trenneigenschaften der geflockten Partikel bei der Sedimentation, der Filtration und der Zentrifugation. Auch der Mengenverbrauch an Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln sinkt drastisch. Im Einzelnen ergeben sich beispielsweise auch erhöhte Sedimentationsgeschwindigkeiten mit verbesserten Eindickgraden mit einer höheren Trockensubstanz im eingedickten Schlamm, mit einer erhöhten Filtrationsgeschwindigkeit mit höheren Anteilen an Trockensubstanz in entwässerten oder eingedickten Schlammanteilen und mit einer erhöhten Scherfestigkeit der gebildeten Flocken mit einem erhöhten Feststoffgehalt (bestimmt mittels der Trockensubstanz) im entwässerten bzw. eingedickten Schlamm bei der Zentrifugation.
Besonders vorteilhaft ist auch die gezielte Steuerung der Menge an zugegebenem Polymer, also an zugebenen Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln in dem ersten Verfahrensabschnitt mit der ersten Dosier- und ersten Mischstufe. Diese gezielte Steuerung führt zu einer Dosis, die man als Minimaldosis bezeichnen kann und die auch den Beginn der Flockung kennzeichnet, der zu ihrer Bestimmung genutzt wird.
Bei Tests hat sich überraschenderweise schon gezeigt, dass Unterschreitungen und Überschreitungen dieser Minimaldosis gegenüber einer punktgenauen Dosierung zu schlechteren Trenneigenschaften der Flocken führt. Dies gilt auch schon für verhältnismäßig geringfügige Unterschreitungen bzw. Überschreitungen.
In einer weiteren Ausführungsform ist darüber hinaus vorgesehen, noch einen mittleren Verfahrensabschnitt zwischen den ersten und den zweiten Verfahrensabschnitt einzuschieben. Auch in diesem mittleren Verfahrensabschnitt wird mit einer Mischstufe gearbeitet und es wird ein Flockungsmittel und/oder Flockungshilfsmittel zugeführt.
In diesem dazwischengeschobenen Verfahrensabschnitt könnte man mit einem anderen Flockungsmittel arbeiten, um bestimmte Effekte hervorzurufen. Dadurch kann die im ersten Verfahrensabschnitt auf soeben entstehende Flocken abgestimmte Vorgehensweise fortgesetzt werden, indem durch das andere Flockungsmittel physikalische oder chemische Reaktionen mit dem ersten Flockungsmittel und mit dem Klärschlamm einsetzen und Verhaltensweisen der Suspension herbeiführen, die für die Entwässerung sinnvoll erscheinen. In anderem Zusammenhang wird eine derartige Vorgehensweise mit zwei verschiedenen Flockungsmitteln auch als Dualflockung bezeichnet.
Auch das Ergebnis dieses zwischengeschalteten mittleren Verfahrensschritts kann wiederum mit einem weiteren, insbesondere bildanalytisch arbeitenden Sensor und/oder einer Kamera beobachtet werden, um die Zugabe des zweiten Flockungsmittels zu steuern und dann in dem als „zweiten“ bezeichneten, zeitlich aber dritten Verfahrensschritt mit dem zweiten Mischer die ursprüngliche zweite Verfahrenshälfte ablaufen zu lassen.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren für eine Prozessregelung bei Betriebsschwankungen in den Eigenschaften zu behandelnden Klärschlamms. Erfindungsgemäß kann eine automatisierte Anpassung der Menge an Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln an den Beginn der tatsächlich eintretenden Flockung in dem Klärschlamm erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei einer insgesamt betrachtet kontinuierlichen Verfahrensführung wie auch bei einer diskontinuierlichen Verfahrensführung mit Erfolg eingesetzt werden. Es ist also möglich, bei einem Batch-weisen Betrieb die Zugabe von Klärschlamm in eine Anlage diskontinuierlich vorzunehmen, bei dem eine bestimmte Menge eines zu behandelnden Klärschlamms bzw. einer anderen Suspension in einer Anlage vollständig behandelt wird, ehe eine weitere Menge dann in der gleichen Anlage behandelt wird.
Ebenso ist es aber alternativ auch möglich, eine kontinuierliche Verfahrensführung erfindungsgemäß zu modifizieren, bei der also kontinuierlich Klärschlamm oder eine andere zu behandelnde Suspension der Anlage zugeführt wird, um dort den verschiedenen Verfahrensschritten unterworfen zu werden.
Die verschiedenen Beispiele sind vorstehend in erster Linie im Hinblick auf eine Entwässerung eines Klärschlamms beschrieben worden. Wie bereits eingangs ausgeführt, ist aber grundsätzlich auch eine andere Fest-Flüssig-Trennung möglich, wenn die zu behandelnden Suspensionen eine solche andere Form der Trennung aus bestimmten Gründen angezeigt sein lassen.
Weitere bevorzugte Merkmale und Vorgehensweisen sind in Unteransprüchen und der beigefügten Figurenbeschreibung beschrieben.
Es werden anhand der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahrensführung erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Alternative eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine zweite Alternative eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 einen Vergleich einer einmaligen und einer zweimaligen Zugabe von Flockungsmitteln zu einer Klärschlammsuspension (Polymereinsatz in kg/t TR)

Das erfindungsgemäße Verfahren dient in einer ersten dargestellten Ausführungsform zur Aufbereitung von Klärschlamm K mittels Flockungsmitteln F1 und/oder F2.
In der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Klärschlamm K in Form einer Suspension mit einem erheblichen Wasseranteil einem Mischer bzw. einer Mischstufe M1 zugeführt. Der Mischstufe M1 wird zugleich ein Flockungsmittel F1 zugeführt, beispielsweise ein Polymer.
An diese Mischstufe M1 ist ein Sensor S1 angeschlossen, der bevorzugt bildanalytisch arbeitet und hierzu eine Kamera aufweist. Der Sensor S1 beobachtet, ob bei der Zugabe des Flockungsmittels F1 bereits Flocken in der Suspension aus dem Klärschlamm K in der Mischstufe M1 entstehen oder ob dies noch nicht der Fall ist. Nähere Untersuchungen über die Art der Flocken nimmt der Sensor S1 daher nicht bzw. nicht zwingend vor. Es kommt lediglich darauf an, ob die Existenz von Flocken bereits bejaht werden kann.
Ist dies der Fall, so bricht der Sensor S1 die weitere Zugabe von Flockungsmittel F1 an die Mischstufe M1 ab und/oder meldet diesen Umstand einer (nicht dargestellten) Steuerungseinrichtung, welche für die nächste Charge oder die nächsten Abschnitte einer kontinuierlich zugeführten Menge an Klärschlamm K die Dosierung und Menge des zugeführten Flockungsmittels F1 regelt.
Jedenfalls wird nach dieser Beobachtung der Suspension aus dem Klärschlamm K die in der Mischstufe M1 entstandene und keine bzw. nur eine sehr geringe Menge an Flocken enthaltende neue Mischung einer zweiten Mischstufe M2 zugeführt. Der Sensor S1 kann bei einer kontinuierlichen Verfahrensführung auch auf der Förderstrecke des Klärschlamms K von der Mischstufe M1 zur Mischstufe M2 angeordnet sein und von dort seine Beobachtung des strömenden Klärschlamms K mit den gerade entstehenden Flocken zur Steuerung der weiteren Zufuhr des Flockungsmittels F1 nutzen.
Der Mischstufe M2 wird zugleich auch weiteres Flockungsmittel F1 (oder in bestimmten Anwendungsfällen auch ein anderes Flockungsmittel F2) zugeführt. Die Menge an Flockungsmittel F1 oder F2, die der Mischstufe M2 zugeführt wird, ist in der dargestellten Ausführungsform genau vorausberechnet, da die genauen Flockungsanteile der zugeführten Suspension bekannt sind und somit bei der Zugabe von weiterem Flockungsmittel F1 in vielen Fällen exakt vorherzusehende oder zumindest hinreichend exakt vorherzusehende Flockungsbildungseffekte eintreten.
Nach der Zugabe dieses Flockungsmittels zur Mischstufe M2 und der Bildung der genau beabsichtigten, optimierten Zahl an Flocken wird die entstehende Suspension K_F aus dem Klärschlamm, dem darin enthaltenen Wasser und den geflockten Partikeln einer weiteren Verarbeitungsstufe (nicht dargestellt) zur Entwässerung zugeführt.
Bei Tests hat sich herausgestellt, dass sich mit einer derartigen Vorgehensweise sehr gute Ergebnisse erzielen lassen. Eine zweistufige Dosierung und Mischung führt zu sehr vorteilhaften Dosierungsmöglichkeiten der Minimaldosis in der ersten Mischstufe im Vergleich zu einer herkömmlichen einstufigen Dosierung und Mischung. Die Tests wurden am Beispiel einer Entwässerung eines Faulschlamms durchgeführt.
Bei dem getesteten Faulschlamm haben sich als Werte für eine zuzuführende Menge des Flockungsmittels F1 Werte von etwa 3 kg Wirksubstanz pro einer Tonne Trockensubstanz herausgestellt.
Bei herkömmlichen, einstufig durchgeführten Verfahren betrug die Menge an einzusetzendem Flockungsmittel F1 etwa 18 kg Wirksubstanz pro 1 Tonne Trockensubstanz. Dies ist diejenige Menge an Flockungsmittel F1, bei dem bei herkömmlichen Verfahren die höchsten Entwässerungsergebnisse erzielt wurden.
Bei einer erfindungsgemäßen Verfahrensführung mit einer zweistufigen Konzeption aus zwei Mischstufen und zwei Zugaben von Flockungsmitteln konnte die Gesamtmenge an zuzugebendem Flockungsmittel auf 11,25 kg Wirksubstanz pro 1 Tonne Trockensubstanz reduziert werden.
Die Tests zeigten auch schon, dass die Minimaldosis weder unterschritten noch überschritten werden sollte, da sich in beiden Fällen die Entwässerungsergebnisse gegenüber einer genauen Dosierung verschlechtern.
Dies bestätigt die Vorteile der Erfindung, bei der eine in der ersten Mischstufe M1 einzustellende Minimaldosis für das zuzugebende Flockungsmittel F1 sehr wesentlich für das Funktionieren des zwei- oder mehrfachen Mischverfahrens ist.
Gegenüber herkömmlichen Verfahren entsteht eine Gesamtreduzierung des Flockungsmittelverbrauchs, also der Summe sämtlicher Flockungsmittelmengen aus der ersten Mischstufe und der zweiten Mischstufe. Ferner ergibt sich eine Verbesserung des Eindick- und Entwässerungsergebnisses bzw. der Fest-Flüssig-Trenneigenschaften.
Für den Sensor S1 hat sich ein Sensor mit einer bildanalytischen Bewertung von fotooptisch aufgenommenen Bildern einer CCD-Kamera als besonders geeignet herausgestellt. Dadurch lässt sich besonders gut der Beginn der Flockung feststellen, auf den es ankommt.
Um konkrete Werte für eine Steuerungseinrichtung zu bestimmen, kann beispielsweise eine Zunahme der Anzahl detektierter Flocken mit Durchmessern von mehr als 500 µm und/oder die Abnahme detektierter Flocken mit einem Durchmesser von weniger als 500 µm oder weniger als 125 µm gewählt werden.
In der 2 wird eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
Der Beginn des Verfahrens verläuft hier wie in der ersten Ausführungsform. Klärschlamm K wird der Mischstufe M1 zugeführt. Dabei wird ihm Flockungsmittel F1 zugesetzt. Ein Sensor S1 stellt fest, ob während des Mischvorgangs Flocken entstehen und bricht bei den ersten entstehenden Flocken die weitere Zufuhr von Flockungsmittel F1 zur Mischstufe M1 ab.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform wird der Klärschlamm K mit dem zugesetzten Flockungsmittel F1 und den ersten entstehenden Flocken jetzt einer mittleren Mischstufe MM zugeführt. Hier findet jetzt die Zufuhr eines anderen, unterschiedlichen Flockungsmittels F2 statt. In dieser Mischstufe MM findet jetzt also eine Dualflockung statt. Dies ist eine Zugabe von unterschiedlichen Flockungsmitteln zu der gleichen Substanz, nämlich dem Klärschlamm K. Durch eine solche Dualflockung kann ausgenutzt werden, dass entgegengesetzt geladene Polymere bestimmte Anziehungseigenschaften besitzen.
Dadurch werden zusätzliche, für die Fest-Flüssig-Trennung sehr vorteilhafte Effekte erzielt. Bevorzugt wird man in dieser mittleren Mischstufe MM mit dem zugesetzten Flockungsmittel F2 eine bestimmte vorgegebene Dosis einsetzen.
Ein weiterer Sensor SM der mittleren Mischstufe MM stellt nun fest, wie sich die Zugabe des Flockungsmittels F2 auswirkt.
Dies hat den Vorteil, dass bei schwankenden Schlamm- und Wassereigenschaften des Klärschlamms K eine angepasste und somit optimale Steuerung der Dosiermenge möglich wird. Der Sensor SM kann mit einer bildanalytischen Flockungsanalyse arbeiten.
Denkbar sind eine Steuerung sowohl der Zugabe des Flockungsmittels F1 zur Mischstufe M1 wie auch des Flockungsmittels F2 zur Mischstufe MM.
Nach der bildanalytischen Flockungsanalyse in dem Sensor SM läuft der Klärschlamm K jetzt unter Zusatz der Flockungsmittel F1 und F2 wiederum zur zweiten Mischstufe M2. Diese zweite Mischstufe M2 ist jetzt aufgrund der Zwischenschaltung der mittleren Mischstufe MM in der Reihenfolge die dritte Mischstufe. Sie hat allerdings die Funktion der zweiten Mischstufe M2 aus dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass hier zur besseren Unterscheidung der Begriff zweite Mischstufe M2 verwendet wird.
Auch hier wird der Mischstufe M2 das Flockungsmittel F1 oder ggf. auch das Flockungsmittel F2 oder ein drittes Flockungsmittel F3 zugesetzt.
Die zweite Mischstufe M2 wird auch in diesem Fall von der entstehenden Suspension K_F verlassen.
In der 3 sind Messergebnisse und Laborversuche schematisch dargestellt, die im Wesentlichen der ersten Alternative eines erfindungsgemäßen Verfahrens der zweimaligen Dosierung entsprechen. Vergleichend ist die Kurve für die einmalige Dosierung von Flockungsmitteln dargestellt.
Nach rechts die Menge an Flockungsmitteln aufgetragen, und zwar beziehen sich die Zahlenwerte auf den Polymereinsatz in Kilogramm des Wirkstoffs bezogen auf die Menge an zu behandelnder Trockensubstanz in Tonnen.
Nach oben ist eine Prognose für den Wert der Flockungsbildungseffekte aufgetragen. Die Zahlenangaben beziehen sich auf die Trockensubstanz der Flockungsbildungseffekte in Prozent.
Dabei sind als Vergleich zwei Kurven eingezeichnet. Die untere, etwas heller dargestellte Kurve bezieht sich auf die herkömmliche einmalige Dosierung eines Flockungsmittels und die obere, etwas dunkler eingezeichnete Kurve bezieht sich auf die erfindungsgemäße zweimalige Dosierung.
Die Menge an Flockungsmittel F1 oder F2, die der Mischstufe M2 zugeführt wird, lässt sich mittels des dargestellten Kurvenverlaufs für die zweimalige Dosierung genau vorausberechnen, da die genauen Flockungsanteile der zugeführten Suspension bekannt sind und somit bei der Zugabe von weiterem Flockungsmittel F1 in vielen Fällen exakt vorherzusehende oder zumindest hinreichend exakt vorherzusehende Flockungsbildungseffekte eintreten.
Bezugszeichenliste

F1: Flockungsmittel 1
F2: Flockungsmittel 2
F3: Flockungsmittel 3
K: Klärschlamm mit Wasseranteil
K_F: Klärschlamm mit Wasseranteil und geflockten Partikeln
M1: Mischer 1
M2: Mischer 2
MM: mittlere Mischstufe
S1: Sensor 1
SM: Sensor der mittleren Mischstufe MM
WS: Wirksubstanz
TR: Trockensubstanz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1373145 B1 [0011, 0013, 0016, 0031, 0044]
EP 1432502 B1 [0017]

Claims

Verfahren zur Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen, insbesondere von Klärschlamm (K), unter Zugabe von Flockungsmitteln (F1) und/oder Flockungshilfsmitteln, bei dem mittels eines Sensors (S1) die Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), betrachtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt die Zugabe von Flockungsmitteln (F1) und/oder Flockungshilfsmitteln in eine erste Mischstufe (M1) erfolgt, bis mittels des Sensors (S1) die Bildung erster Flocken festgestellt wird, dass die Zugabe des Flockungsmittels (F1) und/oder des Flockungshilfsmittels dann unterbrochen wird, so dass die Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), in diesem Moment einen definierten, nämlich gerade erste Flocken aufweisenden Zustand aufweist, dass die Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), nun einer weiteren Mischstufe (M2, MM) zugeführt wird, dass in dieser weiteren Mischstufe (M2, MM) das gleiche (F1) oder ein anderes (F2) Flockungsmittel oder Flockungshilfsmittel in einer Menge zugesetzt wird, die vorbestimmt ist und ausgehend von dem definierten Zustand der Suspension, insbesondere des Klärschlamms (K) einen gewünschten Anteil an Flocken in der Suspension, insbesondere dem Klärschlamm (K) herbeiführt, und dass die entstehende Mischung dann mittelbar oder unmittelbar einer Fest-Flüssig-Trennung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (S1) eine Kamera aufweist und/oder eine bildanalytische Messung der Suspension, insbesondere des Klärschlamms (K), durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der weiteren Mischstufe (M2) zugeführte Menge des Flockungsmittels (F1 oder F2) und/oder Flockungshilfsmittels konstant und im Voraus bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der weiteren Mischstufe (M2, MM) zugeführte Menge an Flockungsmitteln (F1 oder F2) und/oder Flockungshilfsmittel dadurch bestimmt wird, dass die Flockenstruktur in der Suspension, insbesondere dem Klärschlamm (K), durch eindimensionale fotooptische Auflichtmessung von Bildzeilen der Grauwertverläufe einer Aufsicht auf die Suspension, insbesondere den Klärschlamm (K), quer zur Strömungsrichtung vorgenommen wird, dass Sehnenlängen der erfassten Flockenstruktur aus den Grauwertverläufen bestimmt werden, wobei die Sehnenlänge der Abstand zwischen einem relativen Grauwert-Maximalwert und einem benachbarten relativen Grauwert-Minimalwert ist, wobei die Häufigkeit zur Erteilung der Sehnenlängen berechnet wird und ein Konzentrierungsfaktor in Abhängigkeit von Parametern bestimmt wird, die aus den Sehnenlängen unter Häufigkeitsverteilung der Sehnenlängen ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Mischstufe (MM) vorgesehen ist, die nach der Zugabe des gleichen oder eines anderen Flockungsmittels (F1 oder F2) und/oder Flockungshilfsmittels in der mittleren Mischstufe (MM) entstehende Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), mit einem weiteren Sensor (SM), insbesondere einer bildanalytisch arbeitenden Konzeption, insbesondere mit einer Kamera, betrachtet werden, um die Zugabe des Flockungsmittels zu steuern.
Anordnung zur Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen, insbesondere von Klärschlamm (K), unter Zugabe von Flockungsmitteln (F1) und/oder Flockungshilfsmitteln, mit einem Sensor (S1), der die Suspension, insbesondere den Klärschlamm (K) betrachtet, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Mischstufe (M1) vorgesehen ist, in welche in einem ersten Verfahrensschritt die Zugabe von Flockungsmitteln (F1) und/oder Flockungshilfsmitteln erfolgt, bis mittels des Sensors (S1) die Bildung erster Flocken festgestellt wird, dass die Zugabe des Flockungsmittels (F1) und/oder des Flockungshilfsmittels dann unterbrochen wird, so dass die Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), in diesem Moment einen definierten, nämlich gerade erste Flocken aufweisenden Zustand aufweist, dass eine weitere Mischstufe (M2, MM) vorgesehen ist, in welche die Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), zugeführt wird, dass in dieser weiteren Mischstufe (M2, MM) das gleiche (F1) oder ein anderes (F2) Flockungsmittel oder Flockungshilfsmittel in einer Menge zugesetzt wird, die vorbestimmt ist und ausgehend von dem definierten Zustand der Suspension, insbesondere des Klärschlamms (K) einen gewünschten Anteil an Flocken in der Suspension, insbesondere dem Klärschlamm (K) herbeiführt, und dass die entstehende Mischung dann mittelbar oder unmittelbar einer Fest-Flüssig-Trennung zugeführt wird.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (S1) eine Kamera aufweist und/oder eine bildanalytische Messung der Suspension, insbesondere des Klärschlamms (K) durchführt.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der weiteren Mischstufe (M2) zugeführte Menge des Flockungsmittels (F1 oder F2) und/oder Flockungshilfsmittels konstant und im Voraus bestimmt ist.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der weiteren Mischstufe (M2, MM) zugeführte Menge an Flockungsmitteln (F1 oder F2) und/oder Flockungshilfsmittel dadurch bestimmt wird, dass die Flockenstruktur in der Suspension, insbesondere dem Klärschlamm (K) durch eindimensionale fotooptische Auflichtmessung von Bildzeilen der Grauwertverläufe einer Aufsicht auf die Suspension, insbesondere den Klärschlamm (K), quer zur Strömungsrichtung vorgenommen wird, dass Sehnenlängen der erfassten Flockenstruktur aus den Grauwertverläufen bestimmt werden, wobei die Sehnenlänge der Abstand zwischen einem relativen Grauwert-Maximalwert und einem benachbarten relativen Grauwert-Minimalwert ist, wobei die Häufigkeit zur Erteilung der Sehnenlängen berechnet wird und ein Konzentrierungsfaktor in Abhängigkeit von Parametern bestimmt wird, die aus den Sehnenlängen unter Häufigkeitsverteilung der Sehnenlängen ermittelt werden.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Mischstufe (MM) vorgesehen ist, die nach der Zugabe des gleichen oder eines andern Flockungsmittels (F1 oder F2) und/oder Flockungshilfsmittels in der mittleren Mischstufe (MM) entstehende Suspension, insbesondere der Klärschlamm (K), mit einem weiteren Sensor (SM), insbesondere einer bildanalytisch arbeitenden Konzeption, insbesondere mit einer Kamera, betrachtet werden, um die Zugabe des Flockungsmittels zu steuern.