DE102018121238A1

DE102018121238A1 - Verfahren zur Verbesserung der Entwässerung von Klärschlamm

Info

Publication number: DE102018121238A1
Application number: DE102018121238.0A
Authority: DE
Inventors: Eva Opitz; Alexander Gottschall; Rainer SCHNEE
Original assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Current assignee: Remondis Aqua & Co Kg De GmbH
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-05
Also published as: WO2020043607A1

Abstract

Um ein verbessertes Verfahren zur Entwässerung von Klärschlamm bereit zu stellen, mit dem Klärschlamm mit möglichst geringem Restfeuchtegehalt erhalten werden kann, wird ein Verfahren zur Entwässerung von Klärschlamm vorgeschlagen, bei dem man(a) Klärschlamm in Wasser suspendiert, um eine wässrige Suspension des Klärschlamms zu erhalten,(b) Kohlenstoffdioxid in die in Stufe (a) erzeugte Suspension einleitet, um eine mit Kohlenstoffdioxid angereicherte Suspension zu erzeugen,(c) erhöhten Druck auf die mit Kohlenstoffdioxid angereicherte Suspension einwirken lässt und(d) einen Entwässerungsschritt zur Abtrennung von Wasser aus der mit Kohlenstoffdioxid angereicherten Suspension durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (b) und (c) in einem kontinuierlich betriebenen Reaktor durchgeführt werden, bis das Verhältnis monovalente/divalente Kationen, das durch die folgende Formel ausgedrückt wirdin der mit Kohlenstoffdioxid angereicherten Suspension im Vergleich zu der in Stufe (a) erhaltenen Suspension um wenigstens 10% abgenommen hat.

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Entwässerung von Klärschlamm sowie eine verfahrenstechnische Anlage, mit der dieses Verfahren ausgeführt werden kann.
HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Bei der Abwasserreinigung in Kläranlagen fällt als Abfall Klärschlamm an, der entsorgt wird. An den meisten Kläranlagen wird der Klärschlamm ausgefault. Dies geschieht unter Luftabschluss für ca. 30 Tage.
Klärschlamm ist im Ausgangszustand dünnflüssig und weist nach der Faulung einen Trockenmasse-Gehalt von ca. 3-5% auf. Die restliche Masse ist Wasser. Bevor der Klärschlamm entsorgt wird, nehmen viele Kläranlagen Behandlungsschritte vor, die den Wassergehalt verringern und den Trockenmasse-Gehalt erhöhen. Hintergrund ist die damit verbundene Einsparung von Entsorgungskosten. Diese beziehen sich nämlich auf die tatsächlich entsorgte Menge (Originalsubstanz=OS) und nicht auf die Trockenmasse.
Zur Erhöhung des Trockenmasseanteils an der OS sind verschiedene Maßnahmen aus dem Stand der Technik bekannt. Die an Kläranlagen am häufigsten eingesetzte Maßnahme ist die mechanische Entwässerung, z.B. Dekanter, Zentrifugen, Siebbandpressen, Kammer- & Schlauchfilterpressen und Schneckenpressen. Hierdurch ist je nach Klärschlamm ein Trockenmasse-Gehalt von bis zu 30% erzielbar, was eine erhebliche Mengenreduktion der OS bewirkt.
Unterstützend werden bei der mechanischen Entwässerung des Klärschlammes oft Flockungsmittel eingesetzt. Hierbei handelt es sich üblicherweise um Polymere, die die Bildung von Flocken im Klärschlamm begünstigen, da diese bei der mechanischen Entwässerung dann besser abgetrennt werden können.
Im nächsten Schritt kann eine Trocknung erfolgen, z.B. mittels Bandtrockner oder Solartrocknung. Hierbei ist ein Trockenmasse-Gehalt zwischen 75 und 90 % erreichbar.
Um die Menge an Klärschlamm noch weiter zu reduzieren, kann dieser verbrannt werden. Bezogen auf die Trockenmasse vor der Verbrennung bleiben anschließend ca. 50% mineralische Bestandteile in Form von Asche übrig.
Sowohl die Trocknung als auch die Verbrennung sind zeit- und energieaufwändige Prozesse und es besteht daher ein Bedarf nach einem Verfahren, mit dem man vor der Entsorgung des Klärschlamms einen noch höheren Entwässerungsgrad erreicht, als dies mit den bisher bekannten Verfahren möglich ist.
AUFGABE
Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zur Entwässerung von Klärschlamm bereit zu stellen, mit dem Klärschlamm mit möglichst geringem Restfeuchtegehalt erhalten werden kann.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Entwässerung von Klärschlamm, bei dem man

(a) Klärschlamm in Wasser suspendiert, um eine wässrige Suspension des Klärschlamms zu erhalten,
(b) Kohlenstoffdioxid in die in Stufe (a) erzeugte Suspension einleitet, um eine mit Kohlenstoffdioxid angereicherte Suspension zu erzeugen,
(c) erhöhten Druck auf die mit Kohlenstoffdioxid angereicherte Suspension einwirken lässt und
(d) einen Entwässerungsschritt zur Abtrennung von Wasser aus der mit Kohlenstoffdioxid angereicherten Suspension durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (b) und (c) in einem kontinuierlich betriebenen Reaktor durchgeführt werden, bis das Verhältnis monovalente/divalente Kationen, das durch die folgende Formel ausgedrückt wird [c (Na⁺) + c (K⁺) + c (NH₄ ⁺)] : [c (Ca²⁺) + c (Mg²⁺)] in der mit Kohlenstoffdioxid angereicherten Suspension im Vergleich zu der in Stufe (a) erhaltenen Suspension um wenigstens 10% abgenommen hat.

Der erfindungsgemäß zu entwässernde „Klärschlamm“ bezeichnet die Mischung aus Wasser und organischen und mineralischen Stoffen, die als Abfall aus der Behandlung von Abwasser in Abwasserbehandlungsanlagen (Kläranlagen) entsteht.
Erfindungsgemäß wird eine wässrige Suspension des Klärschlamms unter erhöhtem Druck mit Kohlenstoffdioxid behandelt, bevor der endgültige Entwässerungsschritt erfolgt, und ein wesentlicher Vorteil, der sich bei der Ausführung des Entwässerungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung einstellt, ist eine starke relative Absenkung des Verhältnisses der Summe der Konzentrationen der monovalenten Kationen Na⁺, K⁺ und NH⁺ zu der Summe der Konzentrationen der divalenten Kationen Ca²⁺ und Mg²⁺ (im folgenden Verhältnis monovalente/divalente Kationen) in der mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension im Vergleich zu der unbehandelten Ausgangssuspension. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich herausgefunden, dass eine signifikante Verbesserung der Entwässerung erreicht wird, wenn das Verhältnis monovalente/divalente Kationen um über 10% abgesenkt wird. Noch bevorzugter ist eine Absenkung des Verhältnisses monovalente/divalente Kationen um 15% und mehr. Besonders bevorzugt ist eine Absenkung des Verhältnisses monovalente/divalente Kationen um 20% und mehr.
Der vorgenannte Vorteil wird insbesondere dadurch erreicht, dass man in den Stufen (b) und (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens Kohlenstoffdioxid in den zu behandelnden Klärschlamm einleitet und auf diesen einwirken läßt. Erfindungsgemäß werden diese Verfahrensschritte in einem kontinuierlich betriebenen Reaktor durchgeführt. Als besonders geeignet hat sich in dieser Hinsicht die Verwendung eines Rohrreaktors herausgestellt.
Das Merkmal „kontinuierlich betrieben“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung wie folgt zu verstehen. Beim kontinuierlichen Betrieb wird der Reaktor an einer Stelle kontinuierlich mit neuer Klärschlammsuspension befüllt, und an anderer Stelle wird die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension kontinuierlich entnommen. Im Gegensatz dazu wird beim diskontinuierlichen Betrieb ein Reaktor einmalig mit neuer Klärschlammsuspension befüllt, und nach Abschluss der Reaktion wird die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension einmalig entnommen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann der Begriff „kontinuierlich betrieben“ auch „quasikontinuierlich“ betriebene Ausführungsformen umfassen, bei denen kein vollständig kontiuierlicher Betrieb sondern nur ein nahezu ununterbrochener Betrieb realisiert ist. Bei besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem „kontinuierlich“ betriebenen Reaktor entweder um einen im Engen Sinne kontinuierlich, d.h. ununterbrochen, betriebenen Reaktor oder um einen Reaktor der „quasikontinuierlich“ betrieben wird.
Der Begriff „Rohrreaktor“ bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung einen nach dem „Plug-Flow“-Prinzip arbeitenden rohrförmigen Reaktor, bei dem die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension von einem Ende (proximales Ende) des Rohres, an dem noch nicht mit Kohlenstoffdioxid behandelte Klärschlammsuspension in den Reaktor eingeleitet wird, zum anderen Ende (distales Ende) des Rohres, an dem mit Kohlenstoffdioxid behandelter Klärschlamm aus dem Reaktor entnommen wird, transportiert wird. Hier finden die Stoffumwandlungen entlang des Transportweges durch das Reaktorrohr statt. Der Rohrreaktor zeichnet sich insbesondere durch einen rohrförmigen Reaktorraum aus, dessen Länge wesentlich größer als sein Durchmesser ist.
Unter dem „Durchmesser“ eines Rohrreaktors im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der durchschnittliche Innendurchmesser des Reaktionsraums des Rohrreaktors zu verstehen. Der Begriff „Reaktionsraum“ bezeichnet dabei den Bereich, in dem die für die Durchführung der Reaktion erforderlichen Reaktionsbedingungen vorliegen.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein Rohrreaktor zum Einsatz kommt, liegt der Durchmesser des Rohrreaktors im Bereich von 5 bis 100 cm, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 50 cm und noch bevorzugter im Bereich von 10 bis 25 cm.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung beträgt das Verhältnis Länge des Reaktorinnenraums zu Durchmesser des Reaktorinnenraums mindestens 50:1, mindestens 100:1, mindestens 200:1, mindestens 300:1, mindestens 400:1 oder gar mindestens 500:1. Manche Ausführungsformen haben ein Verhältnis Länge zu Durchmesser von bis zu 1.000:1, manche besonderen Ausführungsformen können jedoch auch ein Verhältnis von bis zu 2.000:1, bis zu 5.000:1 oder gar bis zu 10.000:1 aufweisen.
Für den Transport und/oder die Durchmischung der mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension durch den Reaktor sind bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung Mischeinrichtungen vorgesehen. Beispielsweise ist bei bestimmten Ausführungsformen am proximalen Ende des Reaktors eine Exzenterschneckenpumpe vorgesehen. Alternativ oder ergänzend können auch an einer längs durch den Reaktor verlaufenden Welle angeordnete Mischpaddel vorgesehen und/oder eine in Längsrichtung durch den Reaktor verlaufende Förderschnecke und/oder statische oder dynamische Mischer vorgesehen sein.
Bis zu einem gewissen Grad kann eine homogene Mischung der Suspension auch dadurch erreicht werden, dass bei einem Rohrreaktor das Rohr mehrere Wendungen aufweist. Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung weist das Rohr des Rohrreaktors daher wenigstens 5, wenigstens 10, wenigstens 20 oder gar wenigstens 30 Wendungen auf, bei denen der Verlauf des Rohres in Transportrichtung einen Winkel im Bereich von 90° bis 180° beschreibt. Besonders vorteilhaft können Ausführungsformen mit möglichst vielen Wendungen um 180° sein, beispielsweise wenigstens 5, wenigstens 10, wenigstens 20 oder gar wenigstens 30 Wendungen um 180°.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird entweder gasförmiges oder flüssiges Kohlenstoffdioxid eingeleitet. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben herausgefunden, dass bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung eine höhere Ausbeute erzielt werden kann, wenn nicht gasförmiges Kohlenstoffdioxid zur Entwässerung in die Klärschlammsuspension eingeleitet wird, sondern flüssiges Kohlenstoffdioxid.
Entscheidend für dieses Merkmal ist dabei der Aggregatzustand des Kohlenstoffdioxids in der Zuleitung, durch die das Kohlenstoffdioxid geführt wird, d.h. bis zu dem Zeitpunkt zu dem das Kohlenstoffdioxid durch die Öffnung der Zuleitung in den Reaktor eintritt. Je nachdem wie die konkreten Verfahrensbedingungen im Reaktor sind (insbesondere Druck und Temperatur), kann sich der Aggregatzustand des eingeleiteten Kohlenstoffdioxids ändern, nachdem es in den Reaktorraum eingetreten ist. Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann eine noch höhere Ausbeute erzielt werden, wenn sowohl gasförmiges als auch flüssiges Kohlenstoffdioxid zur Entwässerung in die Klärschlammsuspension eingeleitet wird.
Bei den Ausführungsformen, bei denen sowohl gasförmiges als auch flüssiges Kohlenstoffdioxid zugeführt wird, kann das Stoffmengen-Verhältnis des Kohlenstoffdioxids in diesen beiden Aggregatzuständen erfindungsgemäß variiert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen liegt das Stoffmengen-Verhältnis von zugeführtem gasförmigem zu zugeführtem flüssigem Kohlenstoffdioxid im Bereich von 90:10 bis 10:90. Vorzugsweise liegt der prozentuale Stoffmengenanteil an flüssigem Kohlenstoffdioxid bezogen auf die Gesamtmenge an zugeführtem Kohlenstoffdioxid bei wenigstens 30%, bei wenigstens 40%, bei wenigstens 50%, bei wenigstens 60%, bei wenigstens 70%, oder gar bei wenigstens 80%.
Die Einleitung von sowohl gasförmigem als auch flüssigem Kohlenstoffdioxid ist mit dem Vorteil verbunden, dass hierdurch eine homogenere Verteilung des für die Behandlung des Klärschlamms eingesetzten Kohlenstoffdioxids in der Klärschlammsuspension erreicht werden kann. Ohne dass die Erfinder sich hierauf festlegen lassen wollen, könnte eine mögliche Erklärung hierfür sein, dass sich flüssiges Kohlenstoffdioxid in der Klärschlammsuspension besser verteilt als gasförmiges Kohlenstoffdioxid.
Alternativ oder ergänzend zu den oben beschriebenen Maßnahmen kann eine homogenere Verteilung des Kohlenstoffdioxids in der Klärschlammsuspension bei bestimmten Ausführungsformen auch dadurch erreicht werden, dass die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension mit Ultraschall (Frequenz >16 kHz) beaufschlagt wird. Bei bestimmten Ausführungsformen liegt die Ultraschallfrequenz im Bereich von 20 kHz bis 1 GHz. Bei bestimmten Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, dass die Ultraschallfrequenz maximal 300 kHz oder nur 250 kHz beträgt.
Von der vorliegenden Erfindung umfasst sind sowohl solche Ausführungsformen, bei denen die Einleitung des flüssigen Kohlenstoffdioxids und des gasförmigen Kohlenstoffdioxids über ein und dieselbe Zuleitung erfolgt, als auch solche Ausführungsformen, bei denen die Einleitung des gasförmigen Kohlenstoffdioxids und die Einleitung des flüssigen Kohlenstoffdioxids über separate Zuleitungen erfolgt.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Einleitung des gasförmigen Kohlenstoffdioxids über wenigstens eine erste Zuleitung und die Einleitung des flüssigen Kohlenstoffdioxids über wenigstens eine zweite Zuleitung. Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung liegt die erste Zuleitung in Verfahrensrichtung, d.h. in der Richtung, in der sich die Mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension durch den Reaktor bewegt, vor der zweiten Zuleitung. Bei einer alternativen Ausführungsform liegt die zweite Zuleitung in Verfahrensrichtung vor der ersten Zuleitung. Bei bestimmten Ausführungsformen können die wenigstens eine erste Zuleitung und die wenigstens zweite Zuleitung auch auf gleicher Höhe bezogen auf die Verfahrensrichtung liegen.
Bei besonderen Ausführungsformen der Erfindung gibt es mehrere erste und mehrere zweite Zuleitungen, die entweder gruppenweise oder alternierend angeordnet sind. Bei bestimmten Ausführungsformen sind die ersten und/oder zweiten Zuleitungen alle auf der Oberseite oder Unterseite eines in Längsrichtung horizontal ausgerichteten Reaktors angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen sind die ersten und/oder zweiten Zuleitungen über den Kreisumfang des quer geschnittenen Reaktors verteilt angeordnet.
Bei bestimmten Ausführungsformen ist die Zuleitung bzw. sind die Zuleitungen in Längsrichtung des Rohreaktors nur gleich am Anfang, d.h. innerhalb der ersten 10% der Reaktorinnenraumlänge angeordnet. Bei bestimmten Ausführungsformen finden sich nur im ersten Viertel, nur im ersten Drittel, nur in der ersten Hälfte oder in den ersten beiden Dritteln der Reaktorinnenraumlänge erste und/oder zweite Zuleitungen für Kohlenstoffdioxid.
Bei bestimmten Ausführungsformen hat jede erste und/oder zweite Zuleitung einen eigenen Mengenregler mit davon angesteuertem Einlassventil. Bei anderen Ausführungsformen wird die Menge an zugeführtem Kohlenstoffdioxid über die ersten und/oder zweiten Zuleitungen über einen gemeinsamen Mengenregler gesteuert. Bei manchen Ausführungsformen sind mehrere erste und/oder zweite Zuleitungen gruppenweise einem gemeinsamen Mengenregler zugeordnet.
Die Behandlung des Klärschlamms erfolgt unter einem erhöhten Druck (Stufe c)). Bei bestimmten Ausführungsformen liegt der erhöhte Druck im Reaktor im Bereich von 2 bis 100 bar, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 50 bar, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 bar und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 16 bar. Bei speziellen Ausführungsformen erfolgt der Entwässerungsschritt bei einem Druck im Reaktor von mindestens 6 bar oder gar mindestens 8 bar. Der maximale Druck im Reaktor beträgt bei bestimmten Ausführungsformen 25 bar, 20 bar oder gar nur 16 bar. Die konkrete Auswahl eines spezifischen Druckes hängt insbesondere von den spezifischen Eigenschaften des aufzuschließenden Klärschlamms, der genauen Zusammensetzung des ausgewählten Suspensionsmittels, der Verfahrenstemperatur und dem Stoffmengen-Verhältnis von gasförmigem zu flüssigem Kohlenstoffdioxid ab.
Die Behandlung des Klärschlamms mit Kohlenstoffdioxid erfolgt bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 100°C. Bei speziellen Ausführungsformen erfolgt die Behandlung bei einer Temperatur im Reaktor von mindestens 10°C oder gar mindestens 15°C. Die maximale Temperatur im Reaktor beträgt bei bestimmten Ausführungsformen 75°C, 50°C oder 40°C. Ein besonders bevorzugter Temperaturbereich ist von 20 bis 35°C. Die konkrete Auswahl einer spezifischen Temperatur hängt insbesondere von den spezifischen Eigenschaften des aufzuschließenden Klärschlamms, der genauen Zusammensetzung des ausgewählten Suspensionsmittels, der Verfahrenstemperatur und dem Stoffmengen-Verhältnis von gasförmigem zu flüssigem Kohlenstoffdioxid ab.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird der in Stufe c) erhöhte Druck zwischen den Stufe c) und d) abgesenkt. Die Druckabsenkung hat den Vorteil, dass unter vermindertem bzw. normalisiertem Druck für die nachfolgende Entwässerung auch solche Methoden angewandt werden können, die sich besser unter nicht erhöhten Druckbedingungen durchführen lassen. Bei manchen Ausführungsformen erfolgt die Druckabsenkung auf einen Druck im Bereich von unter 1 bar. Die konkrete Auswahl des Druckes erfolgt je nachdem welche Methode zur Entwässerung sich anschließt.
Die Druckabsenkung kann entweder am Ende des Verfahrensweges im letzten Abschnitt des Reaktors erfolgen oder in einem separaten Entspannungsbehälter, der sich an den Reaktor anschließt. Die Druckabsenkung kann in einem Schritt erfolgen oder zwei- oder mehrstufig in einem nach dem Reaktor angeordneten Entspannungsbehälter oder in zwei oder mehreren nacheinander angeordneten Entspannungsbehältem erfolgen.
In einem Entspannungsbehälter sind Einrichtungen zur Schaumzerstörung vorgesehen, da unter vermindertem Druck insbesondere das gasförmig in die Suspension eingebrachte Kohlenstoffdioxid ausgast und damit eine teils erhebliche Schaumbildung einhergeht. Beispiele für Einrichtungen zur Schaumzerstörung sind ohne Beschränkung hierauf Düsen zum Versprühen von Flüssigkeit (z.B. Wasser), Mischvorrichtungen (Rührer), Zuleitungen für oberflächenaktive Mittel, spezielle Einbauten (z.B. Schaumsiebe) und Ultraschallquellen.
In der Stufe d) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt Entwässerung, in dem ungelöste Feststoffe aus der Suspension abgetrennt werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abtrennung der ungelösten Feststoffe durch wenigstens ein Sieb und/oder wenigstens einen Filter (z.B. Filterpresse, Vakuumbandfilter). Bei einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Abtrennung der ungelösten Feststoffe aus der Suspension durch Zentrifugation.
Bei bestimmten Ausführungsformen werden verschiedene Methoden zur Abtrennung von ungelösten Feststoffen aus der Suspension miteinander kombiniert. In solchen Fällen werden daher vorzugsweise wenigstens eine Zentrifugation und wenigstens eine Filtration durchgeführt. Besonders bevorzugt wird ein erster Filtrationsschritt durchgeführt, anschließend eine Zentrifugation und schließlich ein zweiter Filtrationsschritt. Vorzugweise handelt es sich bei dem zweiten Filtrationsschritt um eine Mikrofiltration (Porengröße > 100 nm bis 100 µm), Ultrafiltration (Porengröße 2 - 100 nm) oder Nanofiltration (Porengröße < 2 nm).
Zur Optimierung der Entwässerung können ergänzend verschiedene Vorbehandlungsmethoden zum Einsatz kommen, insbesondere um den Klärschlamm zu desintegrieren, wobei Desintegration des Klärschlamms bedeutet, dass die enthaltenen Zellen von Mikroorganismen aufgeschlossen werden.
Grundsätzlich kann die Desintegration der Zellstrukturen sowohl vor als auch nach der Klärschlammfaulung erfolgen, und hierbei können verschiedene chemische und/oder physikalische Methoden realisiert werden, wie z.B.:

- Vermahlen des Klärschlammes, z.B. in einer Nassmühle (Perlmühle),
- Behandlung des Klärschlamms mit Druck (im Bereich 10 - 120 bar),
- thermische Vorbehandlung bei Temperaturen zwischen 30 und 150 °C,
- Vorbehandlung bei einem Druck zwischen 10 und 120 bar und Temperaturen zwischen 30 und 250 °C (Thermo-Druck-Hydrolyse (TDH®-Verfahren)) und/oder
- Ultraschallbehandlung des Klärschlammes vor oder während der CO₂-Zugabe.

Methoden zur Entspannung des Klärschlammes nach der CO₂-Behandlung können ebenfalls zur Desintegration der Zellen im Klärschlamm führen. Insbesondere eine schlagartige Entspannung und das Leiten des Klärschlamms gegen eine Prallscheibe ist in dieser Hinsicht zu nennen, da hierdurch die Zellstrukturen besonders effektiv zerstört werden (Desintegration/Hydrolyse).
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die Restfeuchte in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Klärschlamm erstaunlich gering ist, was aus Sicht des Kläranlagenbetreibers als sehr vorteilhaft zu bewerten ist, da somit das Gewicht des zu entsorgenden Klärschlammes deutlich geringer ausfällt als bei höheren Restfeuchtegehalten. Da die Entsorgungskosten sich nach dem Gewicht des zu entsorgenden Klärschlammes richten, bedeutet eine geringere Restfeuchte also gleichsam auch geringere Entsorgungskosten.
Im Übrigen müssen für die besonders effektive Entwässerung des Klärschlamms nach dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich geringere Mengen an Flockungsmittel eingesetzt werden, was eine weitere signifikante Kostenersparnis für die Anlagenbetreiber mit sich bringt. Beispiele für Flockungsmittel, die bei der Abtrennung von Feststoffen aus dem Klärschlamm zum Einsatz kommen können, sind dem Fachmann bekannt. Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß Flockungsmittel auf Stärkebasis.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Bereitstellung einer verfahrenstechnischen Anlage zur Entwässerung von Klärschlamm durch Behandlung mit Kohlenstoffdioxid, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Insbesondere weist die Anlage hierfür folgende Einrichtungen auf:

- einen Reaktor für die Behandlung der Klärschlammsuspension mit Kohlenstoffdioxid,
- eine Einrichtung zum Einleiten von Kohlenstoffdioxid in den Reaktor,
- eine Einrichtung zum Einstellen eines erhöhten Drucks im Reaktor,
- eine Einrichtung zum Abtrennen von Feststoffen aus der extrahierten Suspension,

Das eingeleitete Kohlenstoffdioxid kann entweder „frisches“ Kohlenstoffdioxid sein oder aus sekundären Quellen stammen. Sekundäre Quellen sind z.B. Kraftwerksabgase, wie beispielsweise Abgase aus Blockheizkraftwerken, die an Kläranlagen sehr häufig zur Verbrennung des bei der Klärschlammfaulung entstehenden Methans eingesetzt werden. Die vor allem aus Kohlenstoffdioxid bestehenden Abgase müssen zur Verwendung im Prozess verdichtet und ggf. gereinigt und getrocknet werden. Hierfür können Aggregate nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist die verfahrenstechnische Anlage insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor, der für den kontinuierlichen Betrieb geeignet ist, wobei an dem Reaktor wenigstens eine Messstation angeordnet ist, mit dem im laufenden Betrieb das Verhältnis monovalente/divalente Kationen der in dem Reaktor befindlichen Suspension bestimmt werden kann.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist ein kontinuierlich betriebener Reaktor der hier beanspruchten Art mit den Vorteilen verbunden, die oben bereits ausführlich beschrieben wurden.
Um sicherzustellen, dass das für die Entwässerung des Klärschlamms optimale Verhältnis monovalente/divalente Kationen in der Suspension bereits erreicht worden ist (siehe oben), wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass an dem Reaktor wenigstens eine Messstation angeordnet ist, mit dem im laufenden Betrieb an einem oder mehreren Messpunkten das Verhältnis monovalente/divalente Kationen der in dem Reaktor befindlichen Suspension bestimmt werden kann. Zweckmäßigerweise befindet sich wenigstens ein Messpunkt am distalen Ende des Reaktors oder an einem distalen Ende eines Reaktorabschnitts.
Die Messstation dient der Kontrolle, ob in der Suspension am distalen Ende des Reaktors oder an einem distalen Ende eines Reaktorabschnitts, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verlangte Absenkung des Verhältnisses monovalente/divalente Kationen (wenigstens 10%) erreicht wurde. Ist dies der Fall muss an der Verfahrensführung keine Veränderung vorgenommen werden. Ist der Ziel-Wert noch nicht erreicht, muss entweder die Verfahrensführung geändert werden oder die Reaktionszeit muss verlängert werden.
Zur Bestimmung des Verhältnisses monovalente/divalente Kationen umfasst die Messstation eine Vorrichtung zur Abtrennung der Feststoffe aus der Klärschlammsuspension (z.B. Filter, Zentrifuge) sowie analytische Einrichtungen zur Bestimmung der Konzentration der für das Verhältnis monovalente/divalente Kationen relevanten Kationen in der nach Abtrennung der Feststoffe verbleibenden Flüssigkeit (z.B. AAS = Atomabsorptionsspektroskop).
Falls die Reaktionszeit verlängert werden muss, kann entweder die Durchflussrate durch den Reaktor verlangsamt werden oder die Länge der Strecke, welche die mit Kohlenstoffdioxid versetzte Suspension zurücklegen muss, muss verlängert werden, und für letzteres werden zwei verschiedene spezielle Ausführungsformen der Erfindung vorgeschlagen.
Die erste spezielle Ausführungsform sieht vor, dass die Suspension, deren Verhältnis monovalente/divalente Kationen noch nicht den gewünschten Schwellenwert erreicht hat, wenigstens zum Teil in den proximalen Abschnitt des Reaktors zurückgeführt wird, um den Reaktor wenigstens zum Teil noch einmal zu durchlaufen. Hierfür ist bei den entsprechenden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage am Reaktor ein Rückführ-Kreislauf vorgesehen, durch den wenigstens ein Teil der Suspension vom distalen Ende des Reaktors in den Abschnitt am proximalen Ende des Reaktors zurückgeführt wird. Vorzugsweise weist der Rückführ-Kreislauf einen Querschnitt auf, der wenigstens der Hälfte, noch bevorzugter wenigstens zwei Drittel, noch bevorzugter wenigstens 90% des Querschnitts des Reaktors entspricht. Besonders bevorzugt ist am Rückführ-Kreislauf eine Rückführ-Pumpe angeordnet, mit der die zurückzuführende Suspension durch den Rückführ-Kreislauf gepumpt wird.
Für die Rückführung der mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension an das proximale Ende des Reaktors gibt es verschiedene Möglichkeiten. Bei bestimmten Ausführungsformen wird die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension zurück in den Bereich des Rohrreaktors geleitet, der sich unmittelbar nach den Einlässen für die Einleitung von Kohlenstoffdioxid befindet. Bei anderen Ausführungsformen wird die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension in den Bereich des Reaktors zurückgeführt, der unmittelbar vor den Einlässen für die Einleitung von Kohlenstoffdioxid liegt. Die Entscheidung, welche der beiden genannten Rückführoptionen gewählt wird, hängt insbesondere davon ab, wie weit entfernt das Verhältnis monovalente/divalente Kationen der mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension von der Zielvorgabe abweicht und inwieweit dies die Einleitung von zusätzlichem Kohlenstoffdioxid erfordert.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform weist der Reaktor in Längsrichtung wenigstens zwei ineinander übergehende Abschnitte auf, wobei die Suspension, deren Verhältnis monovalente/divalente Kationen am Ende des ersten Abschnitts noch nicht den gewünschten Schwellenwert erreicht hat, in den sich anschließenden zweiten Abschnitt des Reaktors weitergeleitet wird, um auch diesen zweiten Abschnitt des Reaktors zu durchlaufen. Ist dagegen am Ende des ersten Abschnitts der gewünschte Schwellenwert erreicht, kann die Suspension zur Weiterverarbeitung nach den Stufen c) und d) an die nachgeordneten Anlagenteile, in denen diese Verfahrensstufen ausgeführt werden, weitergeleitet werden. Hierfür ist am Ende des ersten Reaktorabschnitts ein Auslass vorgesehen, über den mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension in einen Bypass-Kreislauf geleitet werden kann,
Bei bestimmten Varianten dieser Ausführungsformen ist am proximalen Ende des zweiten Reaktorabschnitts noch ein dritter Reaktorabschnitt angeordnet und wahlweise anschließend noch ein vierter, fünfter oder n-ter Reaktorabschnitt. Ist am Ende eines dieser zusätzlichen Abschnitt der gewünschte Schwellenwert erreicht, kann auch hier die Suspension jeweils über einen Bypass-Kreislauf zur Weiterverarbeitung nach den Stufen c) und d) an die nachgeordneten Anlagenteile, in denen diese Verfahrensstufen ausgeführt werden, weitergeleitet werden. Ist dies nicht der Fall geht die Suspension in den jeweils nachfolgenden Abschnitt über. Um gegebenenfalls den Anteil an Kohlenstoffdioxid noch einmal erhöhen zu können, sind bei bestimmten Ausführungsformen am proximalen Ende des zweiten, dritten, vierten, fünften oder n-ten Reaktorabschnitts weitere Zuleitungen für Kohlenstoffdioxid vorgesehen.
Bei bestimmten Ausführungsformen wird das Prinzip des Rückführ-Kreislaufs mit dem Prinzip der ineinander übergehenden Reaktorabschnitte, die jeweils Auslässe an ihren Enden aufweisen, über die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension in einen Bypass-Kreislauf geleitet werden kann, kombiniert.
Bei bestimmten Ausführungsformen weist der Reaktor für Zwecke der besseren Homogenisierung der mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension, d.h. insbesondere zu besseren Verteilung desKohlenstoffdioxids in der mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension, Mischeinrichtungen auf. Beispiele für diesen Zweck geeignete Mischeinrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Bei bestimmten Ausführungsformen handelt es sich bei den vorgesehenen Mischeinrichtungen um Paddel und/oder eine oder mehrere Fördererschnecken und/oder um statische oder dynamische Mischer.
Bei bestimmten Ausführungsformen weist die Anlage zu besseren Verteilung des Kohlenstoffdioxids in der mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension Einrichtungen zur wenigstens abschnittsweisen Beaufschlagung des Reaktors mit Ultraschall auf. Vorzugsweise erfolgt die Beaufschlagung mit Ultraschall insbesondere in dem Bereich, in dem das Kohlenstoffdioxid in den Reaktor eingeleitet wird.
Je nach Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Anlage auch noch eine oder mehrere der folgenden Komponenten aufweisen:

- eine Einrichtung zur Desintegration des Klärschlammes,
- eine Filtrationseinheit zur Abtrennung von Klärschlammpartikeln aus dem durch Zentrifugation erhaltenen Zentrat.

Da das erfindungsgemäße Verfahren jedenfalls bei der Verfahrensstufe, in der man das Kohlenstoffdioxid auf die Klärschlammsuspension einwirken lässt unter erhöhten Druckbedingungen durchgeführt wird, muss der Reaktor der hier beanspruchten verfahrenstechnischen Anlage mindestens für den Betrieb unter einem Druck in den oben genannten Bereichen geeignet sein.
Zum Einleiten von Kohlenstoffdioxid in den Reaktor sind bei manchen Ausführungsformen der Erfindung am Reaktor entweder Einrichtungen zum Einleiten von gasförmigem Kohlenstoffdioxid oder zum Einleiten von flüssigem Kohlenstoffdioxid angeordnet. Um auch die erfindungsgemäße Ausführungsformen des beanspruchten Verfahrens ausführen zu können, bei denen sowohl gasförmiges als auch flüssiges Kohlenstoffdioxid in die Klärschlammsuspension eingeleitet wird, weisen bestimmte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage eine Einrichtung auf, die sowohl zum Einleiten von gasförmigem Kohlenstoffdioxid als auch zum Einleiten von flüssigem Kohlenstoffdioxid in den Reaktor geeignet ist.
Bei bestimmten Ausführungsformen ist der Reaktor dadurch gekennzeichnet, dass er separate Zuleitungen zum Einleiten des gasförmigen Kohlenstoffdioxids auf der einen Seite und zum Einleiten des flüssigen Kohlenstoffdioxids auf der anderen Seite aufweist. Hierfür sind wenigstens eine erste Zuleitung zum Einleiten des gasförmigen Kohlenstoffdioxids und wenigstens eine zweite Zuleitung zum Einleiten des flüssigen Kohlenstoffdioxids vorgesehen. Verschiedene Ausführungsformen für die Anzahl und die Anordnung der Zuleitungen wurden bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
Ebenfalls oben ausführlich beschrieben wurde bereits, dass für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei bestimmten Ausführungsformen der hierzu eingesetzten verfahrenstechnischen Anlage ein vom Reaktorraum separater Entspannungsbehälter vorgesehen ist, indem der im Reaktorinnenraum vorherrschende Druck abgesenkt wird. Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung sind in diesem Entspannungsbehälter Einrichtungen zur Schaumzerstörung vorgesehen, wie sie bereits oben ausführlich beschrieben wurden.
Für die Abtrennung der nach der Kohlenstoffdioxid-Behandlung vorliegenden ungelösten Feststoffe aus der behandelten Suspension ist bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung nach dem Entspannungsbehälter wenigstens ein Sieb, ein Filter und/oder eine Zentrifuge vorgesehen. Für die optionale Abtrennung der aus der filtrierten Flüssigkeit gefällten Phosphate ist in der erfindungsgemäßen Anlage bei bestimmten Ausführungsformen ein Absetztrichter, ein Sieb, ein Filter, eine Zentrifuge oder ein Hydrozyklon oder Kombinationen davon vorgesehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bestimmter konkreter Ausführungsformen.
Beispielsweise zeigt 1 ein R&I-Fließschema des Reaktorbereichs einer verfahrenstechnischen Anlage, die zur Entwässerung einer Klärschlammsuspension nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist.
Schematisch dargestellt ist hier ein Rohrreaktor 9, an dessen distalem Ende 1 die Einleitung der zu entwässernden Klärschlammsuspension erfolgt. Diese Klärschlammsuspension wird über eine Schneckenpumpe 2 durch die Rohrleitung 3 transportiert und dort mit Kohlenstoffdioxid versetzt. Hierzu sind Injektoren 6, 7 vorgesehen, über die entweder gasförmiges Kohlenstoffdioxid 4 oder flüssiges Kohlenstoffdioxid 5 in die Rohrleitung 3 eingespeist werden kann. Ab der Stelle, an der in der durch Pfeile gekennzeichneten Fließrichtung der zu extrahierenden Suspension der erste Injektor für Kohlenstoffdioxid (hier Injektor 6 für gasförmiges Kohlenstoffdioxid 4) angeordnet ist, beginnt der eigentliche Rohrreaktor 9, in dessen weiterem Verlauf bei der hier dargestellten Ausführungsform ein statischer Mischer 8 angeordnet ist.
Der hier dargestellte Rohrreaktor ist ein sogenannter Schlaufenreaktor, der mehrere Wendungen um 90° 10, 11 und insbesondere eine ganze Reihe von Wendungen um 180° 12, 13, 14, 15 aufweist. Insgesamt sind bei der hier dargestellten Ausführungsform 16 Wendungen um 180° realisiert, auf die es für Zwecke der Durchmischung der mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension insbesondere ankommt. Die Schlaufen des hier dargestellten Reaktors sind in Längsrichtung in drei ineinander übergehende Abschnitte unterteilt, die jeweils etwa ein Drittel der Gesamtlänge der Schlaufen des Reaktors ausmachen. Am jeweils distalen Ende des jeweiligen Abschnittes ist bei der hier dargestellten Ausführungsform ein lonen-Messpunkt 16, 18, 20 angeordnet, über die der das Verhältnis monovalente/divalente Kationen in der mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension, die den vorangegangenen Abschnitt des Schlaufenreaktors passiert hat, bestimmt werden kann. Weist die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension an der besagten Stelle bereits das gewünschte Verhältnis monovalente/divalente Kationen auf, so können die Absperrvorrichtungen 29 bzw. 30 geöffnet werden, damit bei geschlossenen Absperrvorrichtungen 17 bzw. 19 die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension über den Bypass-Kreislauf 28, d.h. unter Umgehung der weiteren Abschnitte des Rohrreaktors, in Form der hinreichend mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension aus dem Reaktorteil 31 der Anlage abgeleitet werden.
Im Übrigen besteht bei der hier dargestellten Ausführungsform die Möglichkeit, die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension nach vollständigem Durchlaufen des Rohrreaktors 9 über den Rückführ-Kreislauf 22 vom distalen Ende des Rohrreaktors wieder an das proximale Ende des Rohrreaktors zurückzuführen. Dies geschieht, wenn an der Messstation 20 ein Verhältnis monovalente/divalente Kationen gemessen wird, der nicht der Zielvorgabe entspricht. Die Absperrvorrichtung 32 wird dann geschlossen, während gleichzeitig die Absperrvorrichtung 21 geöffnet wird, damit die Pumpe 23 die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension wieder an das proximale Ende des Reaktors pumpen kann.
Für die Rückführung der mit Kohlenstoffdioxid behandelten Suspension an das proximale Ende des Reaktors gibt es zwei Rückführoptionen 24 bzw. 26. Die erste Rückführoption 24 führt die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension bei geöffneter Absperrvorrichtung 25 zurück in den Bereich des Rohrreaktors unmittelbar nach den beiden Injektoren 6 und 7 für die Einleitung von Kohlenstoffdioxid. Die zweite Rückführoption 26 leitet die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension bei geschlossener Absperrvorrichtung 25 und geöffneter Absperrvorrichtung 27 in den Bereich des Reaktors zurück, der unmittelbar vor den Injektoren 6 und 7 für das Kohlenstoffdioxid liegt. Die Entscheidung, welche der beiden genannten Rückführoptionen gewählt wird, hängt insbesondere davon ab, wie weit entfernt der von der Messstation 20 gemessene Verhältnis monovalente/divalente Kationen von der Zielvorgabe abweicht und inwieweit dies die Einleitung von zusätzlichem Kohlenstoffdioxid erfordert.
Zeigt die Messung an den lonen-Messpunkte 20 an, dass die mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension das gewünschte Verhältnis monovalente/divalente Kationen aufweist, kann bei geschlossener Absperrvorrichtung 21 und bei geöffneter Absperrvorrichtung 32 die hinreichend mit Kohlenstoffdioxid behandelte mit Kohlenstoffdioxid behandelte Suspension über die Ableitung 31 den weiteren Behandlungsschritten zugeführt werden. Unmittelbar im Anschluss an den in 1 dargestellten Reaktorbereich erfolgt zunächst die Druckabsenkung in einem Entspannungsbehälter und anschließend dann die Abtrennung noch ungelöster Feststoffe, wobei die entsprechenden Einrichtungen in dem in 1 dargestellten Fließschema nicht dargestellt sind.
BEISPIELE
Es wurden Faulschlamm-Proben der Kläranlage Mainz (KA Mainz) und der Kläranlage Itzehoe (KA Itzehoe) untersucht. Hierfür wurden jeweils sowohl Proben des herkömmlichen, d.h. nicht mit Kohlenstoffdioxid behandelten, kommunalen Faulschlammes untersucht als auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Kohlenstoffdioxid behandelte Proben des gleichen Faulschlammes.
Zur Ermittlung des Verhältnisses monovalente/divalente Kationen wurden die Konzentrationen der einwertigen Kationen Ammonium, Natrium und Kalium sowie die der zweiwertigen Kationen Calcium und Magnesium bestimmt.
Durchführung von Versuchen an der Kläranlage Mainz
Das Verhältnis monovalente/divalente Kationen des Faulschlammes der KA Mainz (Referenz) betrug 25,40. Durch das Behandlungsverfahren wurde dieser Wert auf 19,40 verringert (vgl. Tabelle 1 unten), was einer Abnahme des Verhältnisses monovalente/divalente Kationen um 23,6% entspricht.
Bei dem nicht mit CO₂ behandelten Klärschlamm liegt der mittlere Trockenrückstand bei 25,2%TR. Bei dem mit CO₂ behandelten Klärschlamm liegt der mittlere Trockenrückstand bei 28,3%TR. Die Differenz zwischen dem nicht mit CO₂ behandelten Klärschlamm und dem mit CO₂ behandelten Klärschlamm beträgt somit 3,1 %, was einer relativen Erhöhung des Trockenrückstandes um 12,3% entspricht.
Durchführung von Versuchen an der Kläranlage Itzehoe
Das Verhältnis monovalente/divalente Kationen des Faulschlammes der KA Itzehoe (Referenz) betrug 50,54. Durch das Behandlungsverfahren wurde dieser Wert auf 19,90 verringert (vgl. Tabelle 1 unten), was einer Abnahme des Verhältnisses monovalente/divalente Kationen um 60,6% entspricht.

Bei dem nicht mit CO₂ behandelten Klärschlamm liegt der mittlere Trockenrückstand bei 17,0%TR. Bei dem mit CO₂ behandelten Klärschlamm liegt der mittlere Trockenrückstand bei 20,4%TR. Die Differenz zwischen dem nicht mit CO₂ behandelten Klärschlamm und dem mit CO₂ behandelten Klärschlamm beträgt somit 3,4 %, was einer relativen Erhöhung des Trockenrückstandes um 19,5% entspricht. Tabelle 1: Ergebnisse der Versuche an den Kläranlagen Mainz und Itzehoe

Parameter	Einheit	Mainz ohne CO₂	mit CO₂	Itzehoe ohne CO₂	mit CO₂
Trockenrückstand (TR)	%	3,35	3,27	3,17	3,10
Natrium	mg/l	155,00	147,00	80,10	67,20
Calcium	mg/l	73,10	139,00	34,80	65,10
Polymerdosis	kg WS/t TR	12,30	11,20	19,30	17,20
pH-Wert		7,43	6,75	7,52	6,97
monovalente/divalente Kationen		25,40	19,40	50,54	19,90
Trockenrückstand nach Entwässerung	%	25,20	28,30	17,00	20,40

Bezugszeichenliste

1: Einleitung der zu entwässernden Klärschlammsuspension
2: Schneckenpumpe
3: Rohrleitung
4: Einleitung von Kohlenstoffdioxid (gasförmig)
5: Einleitung von Kohlenstoffdioxid (flüssig)
6: Injektor
7: Injektor
8: Statischer Mischer
9: Rohrreaktor
10: Wendung um 90°
11: Wendung um 90°
12: Wendung um 180°
13: Wendung um 180°
14: Wendung um 180°
15: Wendung um 180°
16: lonen-Messpunkt
17: Absperrvorrichtung
18: lonen-Messpunkt
19: Absperrvorrichtung
20: lonen-Messpunkt
21: Absperrvorrichtung
22: Rückführ-Kreislauf
23: Rückführpumpe
24: Rückführoption 1
25: Absperrvorrichtung
26: Rückführoption 2
27: Absperrvorrichtung
28: Bypass-Kreislauf
29: Absperrvorrichtung
30: Absperrvorrichtung
31: Ableitung von mit Kohlenstoffdioxid behandelter Suspension

Claims

Verfahren zur Entwässerung von Klärschlamm, bei dem man (a) Klärschlamm in Wasser suspendiert, um eine wässrige Suspension des Klärschlamms zu erhalten, (b) Kohlenstoffdioxid in die in Stufe (a) erzeugte Suspension einleitet, um eine mit Kohlenstoffdioxid angereicherte Suspension zu erzeugen, (c) erhöhten Druck auf die mit Kohlenstoffdioxid angereicherte Suspension einwirken lässt und (d) einen Entwässerungsschritt zur Abtrennung von Wasser aus der mit Kohlenstoffdioxid angereicherten Suspension durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (b) und (c) in einem kontinuierlich betriebenen Reaktor durchgeführt werden, bis das Verhältnis monovalente/divalente Kationen, das durch die folgende Formel ausgedrückt wird [c (Na⁺) + c (K⁺) + c (NH₄ ⁺)] : [c (Ca²⁺) + c (Mg²⁺)] in der mit Kohlenstoffdioxid angereicherten Suspension im Vergleich zu der in Stufe (a) erhaltenen Suspension um wenigstens 10% abgenommen hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kohlenstoffdioxid angereicherte Suspension, wenn deren Verhältnis monovalente/divalente Kationen am distalen Ende des Reaktors weniger als 10% abgenommen hat, wenigstens zum Teil in den proximalen Abschnitt des Reaktors zurückgeführt wird, um den Reaktor wenigstens zum Teil noch einmal zu durchlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kohlenstoffdioxid angereicherte Suspension, wenn deren Verhältnis monovalente/divalente Kationen am distalen Ende des Reaktors weniger als 10% abgenommen hat, in einen sich anschließenden zweiten Abschnitt des Reaktors weitergeleitet wird, um auch diesen zweiten Abschnitt des Reaktors zu durchlaufen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stufe a) entweder gasförmiges oder flüssiges Kohlenstoffdioxid eingeleitet wird oder sowohl gasförmiges als auch flüssiges Kohlenstoffdioxid eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stufe a) gasförmiges und flüssiges Kohlenstoffdioxid im Stoffmengen-Verhältnis 90:10 bis 10:90 zueinander eingeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stufe c) unter einem Druck im Bereich von 2 bis 100 bar, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 50 bar, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 16 bar durchgeführt wird.
Verfahrenstechnische Anlage zur Entwässerung einer Klärschlammsuspension durch Behandlung des Klärschlamms mit Kohlenstoffdioxid, wobei die Anlage - einen Reaktor für die Behandlung der Klärschlammsuspension mit Kohlenstoffdioxid, - eine Einrichtung zum Einleiten von Kohlenstoffdioxid in den Reaktor, - eine Einrichtung zum Einstellen eines erhöhten Drucks im Reaktor und - eine Einrichtung zum Abtrennen von Feststoffen aus der extrahierten, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor ein für den kontinuierlichen Betrieb geeigneter Reaktor ist und mit wenigstens einer Messstation verbunden ist, mit der im laufenden Betrieb das Verhältnis monovalente/divalente Kationen der in dem Reaktor befindlichen Suspension bestimmt werden kann.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am distalen Ende des Reaktors ein lonen-Messpunkt vorgesehen ist, an dem Suspension aus dem Reaktor entnommen und zu der Messstation geleitet werden kann, wobei die Anlage zusätzlich noch einen Rückführ-Kreislauf aufweist, durch den wenigstens ein Teil der Suspension vom distalen Ende des Reaktors an das proximale Ende des Reaktors zurückgeführt werden kann.
Anlage nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor in Längsrichtung wenigstens zwei ineinander übergehende Abschnitte aufweist, an deren jeweiligem distalen Ende jeweils ein lonen-Messpunkt vorgesehen ist, an dem Suspension aus dem Reaktor entnommen und zu der Messstation geleitet werden kann.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am proximalen Ende des zweiten, dritten, vierten, fünften oder n-ten Reaktorabschnitts weitere Zuleitungen für Kohlenstoffdioxid vorgesehen sind.
Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einleiten von Kohlenstoffdioxid in den Reaktor entweder zum Einleiten von gasförmigem Kohlenstoffdioxid oder zum Einleiten von flüssigem Kohlenstoffdioxid geeignet ist oder sowohl zum Einleiten von gasförmigem Kohlenstoffdioxid als auch zum Einleiten von flüssigem Kohlenstoffdioxid geeignet ist.
Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Länge des Reaktorinnenraums zu Durchmesser des Reaktorinnenraums im Bereich von 50:1 bis 10.000:1 liegt.
Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor in Form eines Rohres mit 5 bis 30 Wendungen im Bereich von 90° bis 180° vorliegt.
Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie a) einen dem Reaktorraum nachgeschalteten Entspannungsbehälter, b) ein Sieb, einen Filter und/oder eine Zentrifuge für die Abtrennung der nach der Kohlenstoffdioxidbehandlung vorliegenden ungelösten Feststoffe aus der Suspension und/oder c) einen Absetztrichter, ein Sieb, einen Filter, eine Zentrifuge oder ein Hydrozyklon im Fällungsreaktor aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 14 ausgeführt wird.