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Verfahren zur Klärschlamm-Entwässerung und Gewinnung von HumusdiSlger
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klärschlammentwässerung durch
Eindicken, Flockung der Kolloide, Filtration und Trocknung des Filterkuchens, welcher
zu Hunusdünger weiterverarbeitet wird.
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Aus den kommunalen Abwässern, einer Mischung aus viel WassePt and
wenig Feststoffen, lassen sich die Schwebstoffe durch Sedimentation abtrennen, wobei
ein Schlamm anfällt, der mit 95-98 % Wasser noch einer weiteren Trennung bedarf.
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Es ist bekannt, dass man diesen Schlamm mit Hilfe der-anaeroben Faulung
in seiner Menge verringern kann, indem Bin Teil der organischen Substanzen durch
Mikroorganismen zu einfacheren Verbindungen im wesentlichen unter Bildung von Methan
und Kohlendioxid abgebaut wird. Die verbleibenden'Feststöffe sind weniger voluminös,
so dass sich im dann vorliegenden Faulschlemm der Feststoffgehalt Je nach brtlichen
Verhältnissen durch weitere Sedimentation auf etwa 6 - 15 % anreichern lässt.
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In den Kläranlagen wird der Faulschlamm heute noch vorwiegend in dränierten
Trockenbeeten weiter entwdssert und getrocknet (natürliches Verfahren), bis man
ein stichföstes Gut mit etwa 35 - 4o % Trockensubstnz erhält, das man der landwirtschaftlichen
Verwertung zuführt oder anderweitig beseitigt. Es sind auch maschinelle Schlammentwässerüngsverfahren
bekannt, die in der Hauptsache nach dem Filtrationsprinzip arbeiten.
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Einer aliSemeinen Verbreitung bei der Schlammaufbereitung standen
wohl her die verhältnismässig hohen Betriebskosten
entgegen, während
solche Verfahren sonst in der Technik weit verbreitet sind. Die hohen Betriebskosten
werden vor allem durch die unerlässliche chemische Vorbehandlung des Schlammes oder
durch die Verwendung von Filterhilfsschichtmitteln verursacht.
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Die Trennung Feststoffe/Wasser beim Klärschlamm sowohl bei den natürlichen
als auch den maschinellen Verfahren bietet deswegen Schwierigkeiten, weil das System
polydispers ist.
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Neben grobwahrnehmbaren Stoffen liegen alle Dispersionsgrade bis zu
den Kolloiden vor. Bei dieser Breite -der Teilchengrösse führt z.B. das Schleudern
nicht zu einem befriedigenden Ergebnis, da die Kolloide, zumindest im technischen
Massstab, nicht abgetrennt werden können. Während bei diesem Trennverfahren noch
ein kontinuierlicher Betrieb, wenn auch nur mit einem Teilerfolg, möglich ist wären
die Filtrationsverfahren praktisch gar nicht anwendbar, da sich die Filtermedien
nach kurzer Zeit verstopfen würden, wenn die Kollöidchemie nicht Wege gezeigt hätte,
wie man Kolloide zur Koagulation bringen kann. Praktische Anwendung hat in erster
Linie die Flockung mit Metallsalzen, d.h. insbesondere mit mehrwertigen Ionen, gefundene
Bekannt ist die Filockung mit Eisensalzen und Kalkhydrat sowie auch mit AluminiumsaIzen.-Der
Schlamm kommunaler Kläranlagen ist im allgemeinen nur mit einem verhältnismässig
hohen Aufwand and Koagulationsmitteln zu entwässern, wenn man ihn in dem Zustand
behandelt, wie er anfällt. Deshalb ging man stellenweise, vor allem in U.S.A.
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und Grossbritanien, dazu über, den Schlamm vor der Koagulation zu
waschen, d.h. eine ein- oder mehrmalige Dekantierung vorzunehmen. Man entfernt so
die kolloiden Bestandteile aüs dem Schlamm, hat sie aber damit grundsätzlich noch-nicht
beseitigt.
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Das Waschwasser muse wieder in den einlauf der Kläranlage gegeben
weden, was letztlich mit einer zusätzlichen Belastung der biologischen Stufe verbunden
ist. Das Wasch- oder Dekantierverfahren erfordert zudem besondere bauliche Massnahmen.
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Bei. dem bisherigen Bestreben den Schlamm vor Zuführung zur Filtration
möglichst weitgehend an Feststoff anzureichern, muss mit einer Peptisation, also
einer Zunahme der kolloiden Bestandteile, gerechnet werden. Gleichzeitig tritt auch
teilweise Gelbildung ein. Aus beiden Gründen-wird der Koagulationsmittelaufwand
höher. Die geflockten Schiammteilchen sind noch stark hydratisiert und besitzen
teilweise thixotrope Eigenschaften. Deswegen vermied man es auch bisher, den behandelten
Schlamm starken mechanischen Beanspruchungen aus zur setzen, wie sie z.B beim Rühren
oder Pumpen auftreten.
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Nach einem älteren Verfahren gelingt es, den durch die Peptisation
bewirkten nachteiligen Erscheinungen entgegenzuwirken, wenn man unter Verzicht auf
Vorgänge, wie sie beim Waschen oder Dekantieren durchgeführt werden, den Klärschlamm
vor der Koagulation mit Wasser verdünnte Unter "Wasser" ist hier sswor Frischwasser
als auch der gereinigte Ablauf der Itläranlagen.
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zu verstehen. Die zum Verdünnen benötigte Wassermenge schwankt je
nach örtlichen Verhältnissen im Bereich von lo % bis zu loo % der Schlammenge. Die
natürliche Schlammentwässerung lässt dabei mehr Spielraum als die maschinelle. Die
sofort nach dem Verdünnen vorgenommene Koagulation mit chemischen Mitteln erfordert
weniger Stoffaufwand als bei Flockung des unverdünnten Originalschlammes, beschleunigt
den Trennvorgang und führt zu einem wasserarmeren Filtrationsprodukt. Ferner sind
die koagulierten Bestandteile unempfindlicher gegenüber mechanischen Beanspruchungen,
d.h. sie sind weniger thixotrop. Bei den maschinellen Filtrationsverfahren kann
so trotz der durch den Wasserzusatz bedingten grösseren Menge an zu filtrierendem
Gut die Filterleistung, bezogen auf die eingesetzte Menge an Schlamm erhöht werden.
Der Filterkuchen selbst wird wasserrmer* Der anfallende Klärschlamin wird nun getrocknet
und kann als Düngemittiverwertet oder z.B. auch durch Verbrennung beseitigt werden.
Infolge der sehr unterschiedlichen Zusammensetzung
der Abwässer
können nicht alle Klärschlamme der landwirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden,
90 dass man in vielen Fällen die Verbrennung vorzieht.
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Die-Beseltigung-bzw. Verwertung der in den kommunalen Kläranlagen
anfallenden Schlammfeststoffe stellt daher heute ein Problem dar, da diese Schlammfeststoffe
- in welcher Form auch immer .sie die Kläranlage verlassen - hygienisch einwandfrei
sein sollen und keine Gefahr für das Grundwasser darstellen dürfen. Es ist dabei
wohl nicht von der Hand zu weisen, dass die organischen Feststoffe des Schlammes
als Humusdiinger eine volkswirtschaftliche Aufgabe erfüllen können. Sie zu verbrennen,
ist daher eigentlich nicht zu verantworten. Neue Probleme ergeben sich dann bei
der Unterbringung der Schlammasche, da man keinen Landwirt dazu gewinnen wird* sie
als Dünger auf seinen Acker zu geben. Dagegen sollte ein humushaltiges Produkt in
streufähiger Form willkommen sein.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, den aus der Kläranlage anfallenden
Klärschlamm in wirtschaftlich anwendbarer Verfahrensweise zu entwässern und zu einem
humushaltigen, streufähigen Produkt zu verarbeiten, welches ohne Nachteile der landwirtschaftlichen
Nutzung zugeführt werden kann.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren
zur Klärschlamm-Entwässerung durch Eindicken, thermische Behandlung, Flockung der
Kolloide, Filtration und Trocknung des Filterkuchens und Gewinnung von Humusdünger
anzugeben, mittels welchem Produkte erhalten werden, welche sowohl hygienisch einwandfrei
und als Düngemittel verwendbar sind und in streufähiger Form vorliegen.
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Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Fauln
oder Frischschlamm nach der Filterung zu einem Teil getrocknet und zum anderen Teil
verbrannt wird, wobei die
bei der Trocknung und Verbrennung entstehenden
Abgase zusammen mit den bei der Verbrennung entstehenden Asche während der thermischen
Behandlung, welche bei Temperaturen bis maximal-100° C,erfolgt,dem Schlamm zugeführt
werden.
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Die Anwendung des Verfahrens ist sowohl für Faul- als auch für frischscoffärmeres
vorgesehen und gliedert sich in die Verfahrensstufen Eindickung, thermische und
chemische Behandlung, Filtration oder Zentrifugierung, thermische Trocknung und
Verbrennung.
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Gegenüber den bekannten Verfahren sind als besondere Merkmale hervorzuheben,
dass die Verbrennungsabgase samt Asche direkt in den Schlamm eingeleitet werden,
wobei die gewünschte Verdünnung des Schlammes zwecks Schaffung besserer Flockungsbedingungen
fürdie nachfolgende chemische Behandlung durch den kondensierenden Wasserdampf erreicht
wird; dass durch die nur kurzzeitige Erwärmung bis höchstens 100° C keine organischen
Bestandteile in Lösung gebracht werden; dass durch die thermische Behandlung und
Zuführung der Verbrennungsasche als Filterhilfs-' mittel eine wesentlich bessere
Filtration ermöglicht bzw. bei der Zentrifugierung ein feststoffärmeres Zentrifugat
erhalten wird, wobei das Filtrat von Vakuumfilter oder Filterpresse praktisch nicht
die biologische Aufbereitung des Abwassers belastet und dass der Flockungsmittelaufwand
geringer als beim konventionellenVerfahren bei normaler Arbeitstemperatur ist.
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Durch den kombinierten Trocknungs- und Verbrennungsprozess, -welchem
der Filterkuchen unterworfen wird, fällt der aus dem Kreislauf abzuziehende im Trockenschlamm
enthaltende Asche überschuss nicht als Asche selbst, sondern als aschehaltiges Humusprodukt
an.
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Je nachdem, ob Frisch- oder Fa'uischla- zu behandeln ist, wird man
zweckmässigerweise die Eindickung unterschiedlich gestalten, währejid all. anderen
Verfahrensstufen gleich sind. Für frischschlamm
ist die normale
Schwerkrafteindickung zu wählen. Das Dekantat entspricht dabei ungefähr dem betreffenden
vorgereinigten Abwasser. Für Fanlschlamm ist die Wascheindickung zu empfchlen, und
zwar wegen des oft sehr hohen Gehaltes des Schlammes an Kolloiden, der bei der Waschung
herabgesetzt, wird. Die Kolloide sind wirtschaftlicher auf biologischem Wege als
mit Flockungsmitteln zu entfernen.
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Im thermischen Reaktor wird der Klärscblamm durch. die Abgase der
Verbrennungs- und Trocknungsanlage auf max. 100° C erwärit, indem sie direkt eingeieltet
werden, Die Asche von der Verbrennungsanlage soll dabei miteingebracht werden. Sie
dient als Filterhilfsmittel bei der nachflogenden Filtration. Erwärmung und Ascheverwendung
bringen gegenüber der Filtration bei normaler Temperatur die Vorteile eines geringezwiVerbrauches
an Flockungsmitteln, einer erhöhtes Filterleistung und eines trockeneren Filterkuchens
(bezogen auf die eigentlichen Schlammfeststoffe)', wodurch die Filterkuchenabnahme
vereinfacht wird.
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Der Asche-Umlauf kann nach freier Wahl gesteuert werden und ist nur
dadurch begrenzt, dass der behandelte Schlamm seine Fliessfählgkeit behalen muss.
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Nach der Erwärmung, die so geführt wird, dass der Schlamm nur kurzzeitig
auf der gewünschten Endtemperatur bleibt erfolgt die automatische Flockungsmitteld'osierung.
Der geflockte Schlamm läuft mit freiem Gefälle der nachfolgenden Behandlungsstufe
zu. Sie ist ganz allgemein als Trennprozess vorgeschen, wobei in der Hauptsache
an die herkömmlichen Filtrationsverfahren mit Vakuumfilter oder Filterpresse gedacht
ist, da sie gegenüber der Zentrifuge den besseren Trenneffekt bieten.
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Aber auch die Zentrifuge liefert nach dem erfindungsgemässen Verfahren
bessere Resultate als sie bisher bekannt wurden.
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-Der entwässerte Schlamm, sei es in Form von Filterkuchen oder Dickstoff
der Zentrifuge, wird einer kombinierten Trocknung und Verbrennungsanlage zugeführt,
Es können dafür schon bekannte Anlageteile verwendet werden. Der erfindungsgemässe
Gedanke sieht die Bemessung der Anlage derart vor, dass letztlich nicht das Abfallprodukt
Asche anfällt1 sondern immer ein streufähiges humushaltiges Produkt mit mehr oder
weniger grossem Aschgehalt.
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In diesem Gut ist der Anteil der wasserlöslichen Aschebestandteile
stark herabgesetzt, da durch die mehrfache Kreislaufführung der Asche die löslichen
Bestandteile im thermischen Reaktor ausgelaugt werden. Sie finden sich zum überwiegenden
Teil im Filtrat oder Zentrifugat wieder, erscheinen also nicht als zu beseitigender
Feststoff auf der Kläranlage, sondern werden mit dem gereinigten Abwasser in einer
Konzentration abgeführt, die keine Gefahreff für den Vorfluter- bringt.
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Für den Betrieb der kombinierten Troc1Cnungs- und Verbrennungsanlage
gelten folgende allgemeine Formeln:
In den Formeln bedeuten: TSS = max. möglicher Feststoffgehalt des Schlammes nach
Zusatz von Asche, TSS = Feststoffgehalt des Ausgansschlammes, [%] Z = Anreicherungsfaktor,
bezogen auf TSS' [-] GVS = Glühverlust des Feststoffes des Ausgangsschlammes, [%]
GVFK = Glühverlust des Feststoffes des Filterkuchens, [%] Asche = Aschegehalt des
Feststoffes des Filterkuchens FK AscheS = Aschegehalt des Feststoffes des Ausgan
[%] schlammes A1 = aus dem Prozess abzuführender feuchter [kg/m³ Schlamm Filterkuchen.
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A2 =aus dem ?rozess abzuführende feuchte Filterkuchen [t/t TSS] TSmA
= Feststoffgehalt des Filterkuchens mit TSEP = Feststoffgehalt des Endproduktes
nach der Trocknung B = aus dem Prozess abzuführender getrockneter Filterkuchen Die
Werte für TSG und TSmA hängen vom Jeweiligen Schlamm und vom gewählten Trennverfahren
ab.
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Das Verfahren gemäss der Erfindung kann in Kläranlagen für alle anfallenden
Schlammarten, wie Frischschlamm, Belebtschlamm, Faulschalmm, sowie auch für Zentrifugat
in Kombination mit allen bekannten Flockungsmitteln mit gutem Erfolg benutzt werden.
Als Flockungsmittel hat sich Aluminium-Chlorhydrat besonders bewährt.
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Anhand des in der Zeichnung wiedergegebenen Schemas wird die Erfindung
näher erläutert.
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Aus einem Faulturm 1 bzw. alternativ aus einer Vorkläranlage 2 gelangt
der Faulschlamm bzw. der Frischschlamm in einen Eindicker 12 und von dert in einen
thermischen Reaktor 3, welcher vorzugsweise durch die Abgase @@@@ aus einer Verbrennungsanlage
5 und einer Trocknungsanlage 6 auf 6o bis maximal 100 C erhitzt wird. Gleichzeitig
wird dem thermischen Reaktor 3 aus der Verbrennungsanlagedie AscheSzugefUhrt. Nach
der thermischen Behandlung wird automatisch dis Flockungsmittel 31 zudosiert und
der Schlamm in einen Vakuumfilter oder eine Filterpresse 4 eingeleitet, wobei das
Filtrat 41 der Vorklärungsanlage 2 wieder zugeführt wird. Der Filterkuchenwgelangt
sodann zu Je einem Teil in die Verbrennungsanlage 5 und Trocknungsanlage 6. Aus
der Trocknungsanlage 6 wird dann der fertige Humusdünger 61 abgezogen.
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Der Prozess kann auch derartig geführt werden, dass die gesamte Menge
des Filterkuchens zuerst nur getrocknet und verbrannt wird, dann die Asche mehrmals
im Kreislauf zum thermischen Reaktor zurückgeführt wird und nach mehrmaligem Umlauf
dann das mit Asche angereicherte Trockengut insgesamt als Humusdünger abgezogen
wird; oder man zieht nur einen bestimmten Prozentsatz als Trockengut aus dem Kreislaufprozess
ab, während die andere Teilmenge dem Kreislauprozess als Asche wieder zugeführt
wird.