DE1642850A1 - Verfahren zur Entwaesserung von organischen Schlaemmen durch Zentrifugation - Google Patents

Description

METAIjLGSSELLSGHAFT Prankfurt/Main, den 11. Mai 1967

Aktiengesellschaft -DrEu/HSz-

Hr. 5297

Verfahren zur Entwässerung von organischen Schlämmen durch Zentrifugation.

Bei der Aufbereitung von organisch verschmutzten Abwässern fallen Feststoffe als Schlamm an. Die weitere Behandlung derartiger Schlämme, die einen hohen Gehalt an organischer Substanz aufweisen, wurde bisher z. B. durch Ausfaulen der organischen Substanz in gesonderten Faulanlagen durchgeführt. Der durch den Faulprozeß entstehende Faulschlamm wurde auf Trockenbeete gebracht und dort bis zur Stichfestigkeit entwässert. Das so entwässerte Material konnte ohne weiteres als Düngemittel verwendet werden. Durch das rasche Wachsen der Großstädte und der Industrie erweist sich in zahlreichen Fällen die bisherige Verarbeitung und Beseitigung als nicht mehr ausreichend .

Das bisherige Verfahren der Entwässerung dieser Schlämme durch Einwirkung von Luft und Sonne auf Trockenfelder wird mit den stark anwachsenden Schlammengen vor allem deshalb unwirtschaftlich, weil der Platzbedarf für diese Art der Trocknung zu groß werden würde. Aus diesem Grund ist man immer mehr dazu übergegangen, neue raumsparende Entwässerungsverfaliren, wie z. B. Filtern, Zentrifugieren lind Sieben, heranzuziehen.

Eine Filtration von organischen Schlämmen, insbesondere Klärschläm-Μβη, erfordert hohe Anlage- und Betriebskosten. Die Schwierigkeiten liegen in der meiet schlechten Filtritrbarkeltj die auf den Gehalt Mkouot- 109811/1631

dal en Stoffen in den Schlämmen zurückzuführen ist. Durch Zugabe, von Chemikalien kann man diese Schwierigkeiten teilweise beheben. Setzt man dem Klärschlamm üisen-II-, yisen-III-oalze, Kalk oder Kombinationen dieser Chemikalien zu, so tritt ein Ausflocken der Kolloide und ein Zusammenballen der ausgeflockten Feststoffe ein. Der so behandelte Schlamm zeigt dann bessere Bntwässerungseigenschaften. Verwendet man anstelle der Chemikalien eine Filterhilfsschicht, so wird zwar das Filtertuch geschont und ein häufiges Waschen nicht erforderlich, aber die Betriebskosten liegen bei dieser Art der Behandlung praktisch in gleicher Höhe wie bei der Chemikalienbehandlung.

Anstatt den Schlamm zu filtrieren, kann man ihn auch zentrifugieren oder sieben. Diese Verfahren besitzen gegenüber der Filtration den Nachteil, nicht alle im Schlamm enthaltenen Feststoffe zur Abscheidung zu bringen. Etwa 30 bis 60 $ der gesamten Feststoffe, verbleiben je nach den Schlammeigenschaften des zu entwässernden Schlammes· im Überlauf der Zentrifuge oder im Ablauf des Siebes. Bei dieser Art der Entwässerung hat das teilentwässerte Material meistens einen höheren Feststoffgehalt als der bei der Filtration erhaltene Filterkuchen. Führt man die·· noch feststoffhaltigen, abgetrennten Wässer wieder in die mechanische Vorrichtung der Kläranlage zurück, so tritt durch die Kreislaufführung der Feststoffe eine zusätzliche Belastung der nachgeschalteten Aufbereitungsstufen ein. Zur Ver meidung dieser Kreislaufführung wurde schon vorgeschlagen, den Überlauf der Zentrifuge oder den Siebdurchlauf auf. einem nachgeschaltete^in Filter unter Zusatz von Chemikalien von Peststoffen zu befreien, jedoch werden dadurch keine nennenswerten Vorteile gegenüber der direkten Filtration erzielt.

Darüber hinaus sind Verfahren bekannt geworden, die Entwässerbarkeit des Schlammes durch Erhitzen auf Siedetemperatur und darüber zu verbessern, um so Anlage- und Betriebskosten einzusparen. Auch ist nan bestrebt, durch ITaßoxidation des Frischschalmmes ohne die hohen An?Lagekosten für ÜFaulanlagen auszukommen und in einem Schritt einen besne-r cntwlloserbci-en Schlamm zu erhalten.

v/eiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen die Entwässerung von Prisen- und Faulschlamm mit Zentrifugen allein durchgeführt wird, jedoch die Zentrifugatfeststoffe nicht im Kreislauf über die Kläranlage, sondern nach Behandlung mit Kalk und Kohlensäure über einen getrennt angeordneten Eindicker abgeschieden werden. Die eingedickten Zentrifugatfeststoffe werden wieder "zentrifugiert. Dieses Verfahren hat ebenfalls einen hohen Energiebedarf wegen des mehrmaligen Durchgangs über d-ie Zentrifuge und einen beträchtlichen verfahrensbedingten und von der Schlammzusammensetsung abhängigen Ohemikalienbedarf in Form von Kalk und GO₂*

Es wurde nun gefunden, daß die vorgenannten Schwierigkeiten vermieden werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Ent-Wässerung von voreingedickten organischen Schlämmen durch Zentrifugation, wobei ein so hoher Abscheidegrad erhalten wird, daß damit ein praktisch feststofffreies Zentrat vorliegt. Erfindungsgemäß wird der voreingedickte Schlamm mit einem Flockungsmittel vermischt, durch schonendes Rühren geflockt, danach unter Vermeidung mechanischer . Beanspruchung der Zentrifuge zugeführt und dabei mit einem Flockungshilfsmittel versetzt.

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Als Flockungsmittel können Eisenchlorid, Eisensulfat, Aluminiumsalze, Kalk und dergleichen verwendet werden oder auch eine Kombination von Kalk und COp. Auch Kombinationen von verschiedenen Flockungsmitteln können angewandt werden. Vorteilhafterweise wird eine Kombination von Eisensulfat und Kalk verwendet. Bei der Verwendung von Kalk in Verbindung mit einem anderen Flockungsmittel ist es zweckmäßig, zuerst das andere Flockungsmittel, z. B. Eisensulfat, und erst danach den Kalk zum Schlamm zu geben. Wird als Flockungsmittel Eisensulfat benutzt, dann wird zweckmäßigerweise anschließend noch so viel Kalk zugegeben, daß der pH-Wert mindestens 11 beträgt. Die Flockung wird unter schonendem Rühren, zweckmäßigerweise in einem besonderen Reaktionsbehälter, durchgeführt. Die Flockungsdauer nach Zugabe des letzten Flockungsmittels soll 6 Minuten nicht übersteigen. Vorzugsweise beträgt die Flc-okungsdauer nach Zugabe des letzten Flockungsmittels weniger als eine Minute. Der geflockte Schlamm wird dann unter Vermeidung mechanischer Beanspruchung, vorzugsweise im freien Gefälle, in die Zentrifuge geführt. Kann der geflockte Schlamm nicht im freien Gefälle in die Zentrifuge geleitet werden, dann müssen solche Fördereinrichtungen für den Transport des geflockten Schlammes verwendet werden, die den Schlamm mechanisch möglichst wenig beanspruchen. Möglich sind z. B. langsam laufende Schneckenpumpen. Dagegen können beispielsweise schnellaufende Zentrifugalpumpen nicht benutzt werden* Auf dem Wege zur Zentrifuge wird dem geflockten Schlamm noch ein Flookungshilfsmittel, gegebenenfalls an mehreren Stellen, zugefügt. Als Fl okkungshilfsmittel können z. B. aktivierte Kieselsäure oder synthetische makromolekulare Flockungshilfsmittel wie z. B. Polyacrylamide, Polyvinylalkohole, Polyacrylate oder dergleichen verwendet

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werden. Pro Gramm Trockensubstanz des Schlammes werden im allgemeinen 0,0005 bis 0,004 g organisches Flockungshilfsmittel zugesetzt. Der Bedarf an Flockungsmittel beträgt dann z. B. 0,05 bis 0,4 g Eisensulfat und 0,1 bis 1,0 g Kalk pro Gramm Trockensubstanz des Schlammes.

'Als Zentrifuge wird zweckmäßigerweise eine Dekantierzentrifuge mit einer Differenzdrehzahl zwischen 10 und 40 verwendet.

Eine Verminderung des Ohemikalienbedarfs bei gleichzeitiger beträchtlicher Steigerung des Durchsatzes durch die Zentrifuge läßt sich erzielen, wenn der Schlamm vor der Flockung erwärmt wird. So läßt sich bei gleichguten Abscheidegraden die Durchsatzlei-

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stung auf über 150 °/o steigern, wenn der Schlamm auf 50 bis 55 C vorgewärmt wird. Die für die Schlammvorrichtung benötigte Energie steht z. B. in Faulanlagen zur Verfügung.

Hach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Schlämme mit einem hohen Gehalt an organischer Substanz entwässert werden, wie sie btl der Aufbereitung häuslicher und industrieller Abwässer in der mechanischen, biologischen und gegebenenfalls einer Nachklärstufe oder in Faulanlagen anfallen.

Durch das erfindungagemäße Verfahren wird ein praktisch feststoff- freies Zentrat erhalten, so daß ein Kreislauf der in der Abwasserauf b er ei tung$ anlage abgetrennten Feststoffe vermieden wird und minimale Magen- und Betriebskosten gewährleistet werden. Das :? praktisch feitatofffreie Zentrat kann direkt in die Kläranlage imrückgeftihrt wtrden. Der erhaltene Mokatoff fällt in transport-IOrm an.

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Der zentrifugierte Schlamm kann auch verbrannt werden. In diesem lall wird das teilentwässerte Material direkt der Yerbrennungsanlage zugeführt. Wegen des hohen Heizwertes ist zur Verbrennung lediglich ein Stützfeuer erforderlich, für das bei einer vorhandenen Faulanlage auch das Faulgas benutzt werden kann. Eine Ausfaulung kann wegen des Fehlens rückgeführter Feststoffe mit bestem Wirkungsgrad betrieben werden. Das bei anschließendem Verbrennen durch Mischen von Asche und teilentwässertem Schlamm erhaltene Mischgut kann durch Granulieren und Pelletisieren in eine für Düngemittel handliche Form gebracht werden.

In der Figur ist ein Fließschema einer Anlage zur Entwässerung von Faulschlamm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise und schematisch dargestellt. Die Anlage besteht im wesentlichen aus dem Faul turm 2, dem Eindicker 4, dem Reaktionsbehälter 8 und der Zentrifuge 12. Der aus der Kläranlage anfallende Frischschlamm wird eavtwaciar über Leitung 1 dem Faul turm 2 zugegeben und dort ausgefault. Der erhaltene Faulschlamm wird dann über Leitung 3 in den Eindicker 4 angeführt. Bei ausschließlicher Frischschlammbehandlung kann der Fris chschlamm direkt über Leitung 17 in den Eindicker 4 gegeben werden. Das beim Eindick·» j freiwerdende Dekantat wird über Leitung 5 in die Torklärung zurückgeführt. Der erhaltene Picks ohlamm wird direkt dem Realetionsbehälter 8 zugeleitet, in welchem sieh ein Floekungsrührer befindet. Auf dem Wege dahin wird der Schlamm euvor über Leitung mit Eisensulfat versetzt, ttbaar -ltitusif 9 wir* aus der Dosier·*»-

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BAD ORfGINAL

richtung Kalk in den Reaktionsbehälter 8 zugeführt. Der geflockte Schlamm fließt in freiem Gefälle über Leitung 11 der Zentrifuge zu. Auf diesem V/eg, eventuell auch in der Zentrifuge, wird noch ein organisches Ji¹Iockungshilfsmittel zugesetzt. Das bei der Zen*· trifugation anfallende praktisch feststofffreie Zentrat wird über Leitung 14 und 16 zur Vorklärung oder über Leitung 14 und 15 in den Eindicker 4 zurückgeführt. Dabei werden die noch im Zentrat enthaltenen flockend wirkenden Substanzen zum Flocken des zugeführten Schlammes ausgenutzt. Der Zentrifugen-Dickstoff wird über Austrag Y-j abgeführt. λ

Die. Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die nachstehenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1

Ein Faulschlamm mit einem Feststoffgehä/fc von 55 g/l wurde in einer zylindrisch-konischen Dekantierzentrifuge mit einer Drehzahl von 4 000 Upm und einer Differenzdrehzahl von 25 "öpm bei einem Durchsatz von 2,5 m /h entwässert. Ss wurden folgende Y/erte erhalten:

Feststoffgehalt des Zentrates: 37 g/l

Feststoffgehalt des Zentrifugenrückstandes: 35 Gew. ^aß> (

Abscheidegrad der Feststoffe: 37 $

(bezogen auf die zugeführten Schlammfeststoffe).

Beispiel 2

Demselben Faulschlamm wie in Beispiel 1 wurden pro m"' erfindungsgemäß 9,3 kg Eisensulfat und danach 28 kg Kalk zugefügt. Der geflockte Schlamm wurde im freien Gefälle der Zentrifuge zuge führt. Auf dem V/eg zur Zentrifuge wurden noch 114 g organisches (Purifloc A 2£)

FlockungsmittelVpro nr Schlamm zugegeben. Die übrigen Versuchs-

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"bedingungen waren wie in Beispiel 1. Es wurden folgende Werte erhalten:

Feststoffgehalt des Zentrates: 1 g/l

Feststoffgehalt des Zentrifugenrückstandes: 32,5 Gew.^

Abscheidegrad der Feststoffe: 98 fo.

Beispiel 3

Sin anderer Schlamm mit einem Feststoff gehalt von 55 g/l wurde erfindungsgemäß mit folgenden Mengen an Flockungsmitteln und

3 Flockungshilfsmittel pro m "behandelt:

4,5 kg Eisensulfat

23 kg Kalk

147 g organisches Flockungshilfsmittel(Purifloc A 22) Die übrigen Yersuchsbedingungen waren wie in Beispiel Peststoffgehalt des Zentrates: 1 g/l Peststoffgehalt des Zentrifugenrückstandes: 30 Gew.f> Abscheidegrad der Feststoffe: 98 fo

Beis'piel 4

"iTird der Schlamm in Beispiel 3 nicht in freiem Gefälle zur Zentrifuge geführt, sondern zur Zentrifuge gepumpt, dann werden bei im übrigen konstanten Bedingungen folgende Ergebnisse erhalten:

Feststoffgehalt des Zentrates: 10 g/l Feststoffgehalt des Zentrifugenrückstandes: 25 Gew.fo Abscheidegrad der Feststoffe: 82 °ß>.

Beispiel 5

Derselbe Schlamm wie in Beispiel 3 und 4 wurde pro m mit 3»6 kg

(Purifloc 4I22},

Eisensulfat, 19 kg Kalk und 95 g organischem FlockungsmittejyDehandelt. Die Drehzahlen und der Durchsatz der Zentrifuge waren wie bei den vorhergehenden Beispielen konstant und entsprachen den

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in Beispiel 1 angegebenen Werten. Bei freiem Zulauf des geflockten Schlammes zur Zentrifuge ergab sich ein Abscheidegrad von 98 ^.

Beispiel 6

Derselbe Schlamm wie in den Beispielen 3 bis 5 wur*de-auf 52° 0 erwärmt und dann mit den in Beispiel 5 genannten Chemikalienmengen versetzt. Bei im übrigen gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 wurde der Durchsatz der Zentrifuge von 2,5 m/h auf 4,5 m/h.gesteigert. '

Feststoffgehalt des Zentrates: 1g/l

Feststoffgehalt des Zentrifugenrückstandes: 32 $

Abscheidegrad der Feststoffe: 98 fo.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert bei geringem apparativem Aufwand geringe Betriebskosten und ist an den Schlammanfall anpassungsfähig. Es ermöglicht die Einsparung zusätzlicher Faulanlagen.

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Claims (11)

- ίο - Patentansprüche

1) Verfahren zur Entwässerung von eingedickten organischen Schlämmen durch Zusatz von Chemikalien und anschließende Zentrifugation, dadurch gekennzeichnet,«daß der Schlamm nach Vermischen mit einem Flockungsmittel durch schonendes Rühren geflockt und danach unter Vermeidung mechanischer Beanspruchung der Zentrifuge zugeführt und dabei mit Flockungshilfsmitteln versetzt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flockungsmittel Eisensulfat, Eisenchlorid, Aluminiumsalze, Kalk oder Kombinationen derselben verwendet werden.

3) Verfahren nach einem oder beiden Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flockungshilfsmittel aktivierte Kieselsäure, organische Polymere wie Polyacrylamide, Polyvinylalkohole, Polyacrylate verwendet werden.

4) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche "| bis 3, ! dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung eines Flockungs- j mittels in Kombination mit Kalk,der Kalk nach der Zugabe des anderen Flockungsmittels zugefügt wird.

5) Verfahren nach einem oder, mehreren der Ansprüche 1 bis 4t

IJ dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung -von Eiaensulfat luad j j Kalk als Flockungsmittel der Kalk in solchen Kengen zugesetst wird, dal der pH-Wert des 8ο!*1@®»#« miMeet«»B 11 tetvigt«

- 11 BAD ORIGINAL

6) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß 0,05 "bis 0,4 g Eisensulfat, 0,1 "bis 1,0 g Kalk und 0,0005 Ms 0,004 g organische Flockungshilfsmittel, jeweils je g Trockensubstanz des Schlammes, zugesetzt werden.

7) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flockungsdauer nach Zugabe des Flockungsmittels nicht über 6 Minuten, vorzugsweise weniger als 1 Minute, beträgt.

8) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Plockungshilfsmittel an verschiedenen Stellen zwischen Flockung und Zentrifugation zugesetzt werden.

9) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Dekantierzentrifugen mit einer Differenzdrehzahl zwischen 10 und 40, vorzugsweise bei 25, verwendet werden.

10) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9» i dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm vor der blockung erwärmt wird.

11) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm auf 5ο bis 55° 0 erwärmt wird.

»AD ORiQfNAL 109811/1631

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