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Verfahren zur Entwässerung von S chlämmen durch Erwärmen und
unter-Zugabe von Flockungsmitteln Beim heutigen Anfall von Klär- und Industrieschlämmen
wird deren Beseitigung immer schwierige re Nach der bisherigen Arbeitsweise wurde
der Schlamm gefault und auf Trockenbeeten entwässert» Da diese Arbeitsweise viel
Katz iind Zeit in Anspruch nimmt, wurden, immer mehr mechanische Entwässerungsverfahren
entwickelt.
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Beim Entwässern des Schlammes durch Filtration oder Zentrifugation
bereiten die Kolloide große Schwierigkeiten, die-außer durch Abdampfen des Wassers
kaum zu zerstören sind.
Es wurde beispielsweise versucht, Schlamm zu-zentritugieren.
Dabei erreicht man
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aber nur Restwassergehalte von
80 wenn man die
im Schlamm enthaltenen Restwassermengen auf die ursprüngliche Schlammtrockenaubatanz
bezieht. Ferner wurde der Schlamm filtriert. Auch bei der Filtration erhält man
nur geringe Entwässerungegrade und. geringe Filterleistungen. Außerdem muß man fast
in allen Fällen erhebliche Mengen an zusätzlichen Chemikalien dosieren. Der Restwassergehalt,
bezogen auf die ursprüngliche Schlammtrockenaubotanz, liegt-iiach der#Entwäseerung
bei etwa
70
Es wäre möglich, den Schlamm äinzudampfen und so -die Kolloide
| zu zerg Dieser im Prinzip durchführbare Prozeß benötigt |
aber einen so hohen Energiebedarfs daß-er in der-Praxis nicht
herangezogen
wird. Ferner ist bekannt geworden, den Schlamm nach dem Zimmermann-2rozeß in Gegenwart
von Luft bei Drucken von 84
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126 atü und Temperaturen von
2600C voll zu oxydieren. Auch dieser ]?rozeß ist sehr aufwendig.
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Bei einem anderen Verfahren wird eine Arbeitsweise gewählt, bei deM4er
Schlamm in einem Reaktor mit C02-haltigen heißen Abgasen behandelt wird.-Dabei wird
der Schlamm auf Temperaturen bis 60 0
erwärmt. Durch gleichzeitige Zugabe
von Kalk tritt eine chemische Reaktion ein,-bei der die Struktur der im Schlamm
enthaltenen Kolloide weitgehend verändert wird, so daß der Schlamm danach zentrifugierbar
und filtrierbar ist.
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Weiter sind kombinierte Verfahren bekannt, bei denen die Entwäseerung
auf physikalischem Wege mit Filtern und Zentrifugen unter Zusatz von Chemiläien
auf etwa 75 % Restfeuchte durchgeführt wird und danach die weitere Entwässerung
durch Verdampfen des Wassers, z. B. in einem Schneckenwärmeaustauscher, erfolgt.
In einem anderen Verfahren wird Faul- oder Frischschlamm auf eine Temperatur über
1750C erhitzt und 2 Stunden dabei belassen. Dem Schlamm wird bei dieser Arbeitsweise
keine Luft zugeführt und somit keine organische Substanz oxydiert, Durch Zerstöriing
der Kolloide bei'dieser Behandlung ist es möglich, die Schlämme ohne Chemikalienzugabe
auf einen Restwassergehalt-von 30 % zu entwässern. Bei diesem und den anderen
Wärmebehandlungsverfahren hat sich aber-gezeigt, daß der Gehalt an gelöster organischer
Substanz im abgetrennten Schlammwasser sehr erheblich zunimmt
(:Pe,rmanganatbeda-rf
des-Se«hlammwasserß 10 000 bis-30 000 mg/l) und .eine zusätzliche
Aufwendung an#Energie-in der biologischen Reinigungsstufe bei Rückführung dieser
Wässer-in die Kläranlage-erforderlich macht.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die Entwässerbarkeitvon
Industrie- und Klärschlammen, insbesondere von'Frisch- und Faulschlämmen sehr erheblich
verbessert werden kann, wen n der Schlamm nach der Zugabe von Flockungsmitteln in
weniger als 15
Minuten auf Temperaturen von 500 bis .10000 erwärmt-und
danach sofort mechanisch entwässert wird. Die Erhitzung des Schlammes soll in möglichst
kurzer Zeit durchgeführt,-wetden. Es-'ist-zweckmäßig" die gesamte Erhitzung des
Schlammes in 5 bis 10 Minuten durchzuführen.
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,Der Schlamm wird im allgemeinen auf Temperaturen von
70 bis 95 0
erwärmt. Als Flockungsmittel können Eiseneulfat, Eisenchlorid,
Aluminiumsalzei Abfallsäuren, Kalk und andere bekannte Flockungsmittel einzeln oder
in Kombinationen angewendet werden. Bei dem-Arfindungsgemäßen Verfahren liefert
überraschenderweise auch der Zusatz von metallfreier Abfallsäure, beispielsweise--von
Schwefel-Säure, gute Ergebnisse. Es können jedoch auch metallhaltig.e,
beispielsweise eisenhaltige-Abfallsäuren, verwendet werdenel Werden als Flockungsmittel
EiBensal.ze-und Kalk verwendet, dann wird der-Kalkzusatz Bo bemessen, daß Dein pH-Wert
kleiner als-10 ist, Im all-gemeinen ist es jedoch zweckmäßig, soviel Flockungsmittel.zuzusetzen,
daß der pH-Wert im Bereich zwischen 6 und- 7 liegt, Es ist
vorteilhaft, bei der Zugabe von Kalk diaen'nach der Eimmisöhung
der
anderen Flockungsmittel dem zu behandelnden Soblamm zuzumischen.
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Der besondere Vorteil des erfindungegemäßen Verfahrens liegt darin..daß
in dem anfallenden Schlammwasser nur ein geringer Zuwachs an gelöster organischer
Substanz, z. B. ausgedrückt als BSB 5 -Wert oder im Kalium-permanganatbedarf,-eintritt.-Dadurch
ist keine zusätzliche Aufbereitung des anfallenden Schlammwassers notwendig. Es
entfällt dadurch auch eine zusätzliche Belastung der biologischen Reinigungestufe
bei der Rückführung dieses Schlammwassers. Da man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
nicht auf lange Verweilzeiten in der Wärmebehandlungestufe angewiesen ist, benötigt
man auch keine großen Reaktioneräume. Das gesamte Schlammbehandlungsverfahren wird
dadurch wesentlich vereinfacht. Die für die Abtö'tung der Keime, Wurmeierg Salmonellen
und anderen schädlichen Stoffen notwendige Verweilzeit wird durch lagern des entwässerten
heißen Schlammes erreicht, so daß auch bei einer nicht vorgesehenen Verbrennung
ein hygienisch-einwandfreies Material als Endprodukt anfällt.
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Die rasche Erwärmung des Schlamms kann z. B. durch Tauchbrenner, durch
direkte Dampfeinleftung oder durch Erwärmung in hintereinandergeschalteten Wärmeaustauschern
erfolgen. Da bei der Anwendung von Tauchbrennern oder bei.der direkten Dampfeinleitung
keine Wärmeaustauschflächen vorhanden sindj sind auch keine Inkrustationen möglich.
Bei der Anwendung von Wärmeauetauschern zur Erhitzung des Schlammes werden diese
mit-hohen Geschwindigkeiten durchströmtg so daß in den Wärmeaustauschern ebenso
wie in den
Rohrleitungen und in den Behältern eine Inkr-Ustationsgefahr
vermieden wirdi die bei-einer Behandlung des Schlamms mit Kalk allein oft eintreten
würde. Die Erwärmung des Schlamms durch Tauchbrenner oder direkte Einleitung von
Dampf bietet den Vorteil, die bei-der Erwärmung eintretende Entgasung störungsfrei
von statten gehen zu lassen.
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Die Zugabe von Flockungsmitteln kann auch während der Erhitzung des
Schlammes erfolgen. Als Flockungsmittel haben s.ichinebeeondere Eisenverbindungen
bewährt. Bei Zugabe von Eisensalzen hat sich geze-igtp daß das dreiwertige Eisenehlorid
die besten Effekte gibt. Dann folgt das d:reiwertige Eiseneulfat, dann die zweiwertigen
Eisenverbindungen. Auch Abfallsäuren mit oder ohne Gehalten an Flockungsmitteln.führen
zu guten Effekten. Es wurde ferner gefunden, daß ein--kurzzeitiges Erwärmen
im alkalischen Bereich., beispielsweise; durch Zugabe von Kalk und Eisen oder 'von
Kalk allein, eine gute Entwässerbarkeit des Schlamms hervorhöhere ruft.,-wenn auch
dadurch eine etwas X=e organische Belastung des Schlammwassers hervorgerufen wird.
Dieoe-organische Belastung des Schlammwassers ist jedoch bei dieser Arbeitsweise
immer noch sehr viel geringer als die bei den bekannten Schlammentwässerungeverfahren,
die mit einer,längeren Verweilzeit arbeiten.
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Es wurde ge:tunden, daß die beste Entwäonerbarkeit der Schlämme dann
vorliegt-i wenn die Entwässerung direkt nach der Erwärmung ausgeführt Wird.*Beim
Abkühlen des Schlammea'nach der Erwärmung tritt wieder eine Verschlechterung der
Entwäseerbarkeit ein. Auch hinsichtlich übler Gerüche, die bei anderen Verfahren
auftreten,
bietet das erfindungsgemäße Verfahren Vorteile, weil
dabei nur eine Veränderung', jedoch kein in Lösunggehen der organischen Substanz
eintritt.*Wegen derkurzen Verweilzeit beim Erhitzen und wegen des Arbeitens bei
pH-Werten klei-ier als 10,
vorzugsweise zwischen 6 und 7, gerinnen
die Eiweißverbindungen -aber eine schleimartige Struktur die erst durch längeres
Erhitzen eintrittl bleibt ausgeschlossen, so daß für die nachfolgende Entwässerung
keine zusätzlichen Chemikalien erforderlich sind. Auch die rasche Verstopfung der
Filtertücher durch Auskristallinationen und das Zuwachsen von Rohrleitungen und
Pumpen durch Inkrustationen wird vermieden.
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Die durch die erfindungsgemäße Behandlung erhaltenen Schlämme weisen
nicht nur eine bessere Entwässerbarkeit hinsichtlich einer Filtration aufg sondern
auch eine bessere Zentrifugierbarkeit, so daß dieses Verfahren als Vorstufe vor
jede-bekannte Entwässerungseinrichtung geschaltet werden kann. Zwischen Erhitzungsstufe
und Entwässerungsstufe soll keine Pumpe geschaltet werden, sondern die Zuführung
soll in-freiem Gefälle vorgenommen werden, weil sonst"die Entwässerbarkeit wieder
verschlechtert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der beiden Figuren näher
erläutert. Sie zeigen Fließschemata von Anlagen z-qr Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Bei der in F igur schematisch dargestellten Anlage wird
der auf einer Kläranlage anfallende Schlamm (Faul- oder Prischschlamm)
über
Leitung 1 in einen Pufferbehälter 2 gegeben, um,den üngestörten Betrieb der
vor- und nachgeschalteten Einrichtungen zu gewährleisten. Aus dem Pufferbehälter
wird der Schlamm mit der :Pu MPe 4 über Leitung 3 entnommen und über
Leitung 5 dem Wärmeaustauscher 6 zugeführt, wo 'er mit dem heißenp
abgeschiedenen Schlammwasser aus der.Entwässerungseinrichtung erwärmt wird. Vom
Wärmeaustauscher gelangt dqr Schlamm direkt über Leitung 7
in den Reaktionsbehälter
8, in dem er mit Chemikalien, vorzugeweise mit oxydiertem Eisensulfat oder
anderen Eisenverbindungen, über Leitung 20 behandelt und auf die für die Entwässerung
erforderliche Temperatur#durch"Zugabe von Wärmeenergie über Leitung 19 in
I£w kurzer Zelt, vorzugsweise weniger als -5 Xinuten, nacherhitzt wird. Der
so behandelte Schlamm fließt dann über Leitung 9 der Entwässerungseinrichtung
10 zu,%v er-ent*ässert wird. Das erhaltene Endprodukt steht dann über Leitung
11 der weiteren Verwendung, wie z,- B. Verbrennen, Lagerung auf Halde, Abtransport
im LKW u.a.m., zur Verfügung. Das beim Entwässern anfallende abgeschiedene Schlammwasser
wird über Leitung 12 in den Wärmeaustauscher 6 zum Vorerwärmen des Schlammes
zurückgeführt und fließt über Leitungen 13 und 14 in die Kläranlage zurück.
Der im Reaktlonebe hälter 8 und in der, Entwässerungseinrichtung
10 anfallende Brüden wird über die Leitungen 15
und 16 einer
Strahleinrie tung 17 zugeführt, Dort wird der Brüden niedergeschlagen und
ge.langt mit dem Strahlwaoser zusammen -über die Leitungen-18 und 14 in-die Kläranlage
zurück.
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Eine Alternative-des Verfahrens besteht daring daß die Ohemizkalienzugabe
und die Erwärmung In einer Stufe, z. B. mit einem
Tauchbrenner,
durchgeführt wird. Dabei wird folgender Verfahrensweg eingehalten (siehe Figur 2).
Der auf der Kläranlage anfallende Faul- oder Friechschlamm wird über Leitung
1 einem Puffer 2 zugeführt und mit einer Pumpe 4 über Leitung 3 dem
Puffer ent-.nommen und dem Reaktionebehälter 6 über Leitung 5 zugeführt.
In den Reaktionsbehälter 6 wird das Flockungsmittel, insbesondere Eisensalze,
über Leitung.16 eingetragen. Die für die Erwärmung erforderliche Energie wird über
Leitung 17 zugeführt. Das so erwärmte Material gelangt über Leitung
7 zur Entwässe:#ungseinrichtung 8 und wird als entwässertes Produkt
über Leitung 9
abgeführt. Das bei der Entwässerung anfallende Schlammwasser
wird über die Leitungen 10 und' 11 in die Kläranlage zurückgegeben.
Die beim Erhitzen und beim Entwässern anfallenden Brüden werden über Leitung
13 und 12 dem Strahler 14 zugeführt, dort niedergeschlagen und über Leitung
15 und 11 zur Kläranlage zurückgeführt.
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Anhand der nachfolgenden Beispiele werden die Vorteile des erfindungegemäßen
Verfahrens aufgezeigt: Beispiel 1
.Ein Faulachlamm mit einem Feetstoffgehalt
von.50 g/1 und einem Xaliumpermanganatbedärf im Schlammwasser von
132 mei wurde ,30 Minuten lang auf 95o0 erhitzt. Bei der nachfolgenden
Filtration betrug die Filterleistung 300 j/M2h. Der Kaliumpermanganatbedarf
im Schlammfiltrat lag bei 30 000 mg/10
Beispiel
2
Derselbe Faulschlamm wie im Beie piel-1 wurde innerhalb von 5
Minuten
auf 100 00 erhItzt..Bei der nachfolgenden Fil tration lag die Filterleistung
bei weniger als 50 1/m 2 h.
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Beispiel 3
Derselbe Faulschlamm wie in Beispiel
1 wurde mit 20 gll Eise'nsulfat ohne Erwärmen behandelt und filtriert.-Die-
Filterleistung lag bei weniger als 50 1/M 2h. Der Kaliumpermanganatbedarf
im Schlammfiltrat lag bei 300M9/1* Beispiel 4
Derselbe-F-aulach:Lamm wie in
Beispiel 1 wurde'Mit 10 gli Eisenchlorid und 10 g/1 Kalk ohne
Erwärmung behandelt und filtriert. Die Filterleistung lag bei 440 1/m2 h. Der Käliumpermanganatbedarf
im Schlammfiltrat lag bei 240 mg/i.
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Beispiel 5,
Demselben Faulschlamm wie in den vorhergehenden
Beispielen wurde erfindungsgemäß 20 g11 Eisensulfat zugefügt,und der Schlamm
anschließend innerhalb von 5 Minuten auf 9500 erwärmt,' Die-Pilterleistunglag
bei 830 i/M2h. Der Kaliumpermanganatbedarf lag bei 500 mg/10
Beispiel 6
Demselben Paulochlamm wie in den vorhergehenden Beispielen
wurden nach dem erfindungegemäßen Verfahren 10 g11 Bioenchlorid und
10 gll Kalk zugegeben und der-Sohlamm anschließend innerhalb
von
5 Minuten auf 9500 erwärmt und danach filtriert.
Die Filterleistung wurde zu 2200 l/M2h gemessen. Der Kallumpermanganatbedarf im
Filtrat lag bei 2000 m9/19 Beispiel 1
Frischschlamm mit einem Feststoffgehalt
von 50 g/1 und einem Kaliumpermanganatbedarf im Schlammwasser von 500.mg/1
wurde mit 20 g/1 Eisensulfat ohne Erwärmung behandelt. Die-Filterleistung
lag bei 200 1/m2 h. Der Kaliumpermanganatbedarf lag bei 600 mgli.
Beispiel 8
Derselbe Schlamm wie in-BeisPiel 7 wurde innerhalb
von 5 Minuten auf 950C erwärmt und anschließend filtriert. Die Filterleistung
betrug weniger als 50'1/m2h. Der Kaliumpermanganatbedarf lag bei 2500 mgli.
Beispiel 9
Derselbe Schlamm wie in den Beispielen 7 und
8 wurde nach dem erfindungegemä ßön Verfahren mit 20 g11 Eiseneulfat
versetzt und innerhalb von 5 Minuten auf 9500' erwärmt und anschließend
filtriert. Die Filterleistung lag bei 3300 1/m2h. Der Kaliumpermanganatbedarf
im Filtrat lag bei 900 mg/1.