DE19506195C2 - Verfahren zur Behandlung von Schlämmen, insbesondere kommunalen oder industriellen Klärschlämmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Schlämmen, ins­ besondere kommunalen oder industriellen Klärschlämmen, durch Mischen ei­ nes Schlamms mit einem körnigen, tonmineralhaltigen Material.

Schlämme, insbesondere kommunale oder industrielle Klärschlämme, sind häufig mit Schwermetallen beladen, die eine Rückführung derartiger Se­ kundärrohstoffe in den Kreislauf der Natur durch Abgabe an den Landbau oder in einen Produktionsprozeß behindern. Die Schwermetallfracht macht diese Sekundärrohstoffe zu Abfällen, die dann einer entsprechenden Be­ seitigung, z. B. durch Verbrennen oder Deponieren, zugeführt werden müs­ sen. Der Wertstoffgehalt der Schlämme geht dadurch verloren. Auch treten im Zusammenhang mit einer solchen Beseitigung der Schlämme zunehmend Probleme auf, da das vorhandene Deponievolumen beschränkt ist und die beim Verbrennen unvermeidbaren atmosphärischen Emissionen ein hohes Ge­ fahrenpotential für die Umwelt darstellen.

Aus der DE 41 11 725 A1 ist ein Verfahren zur Inertisierung von in Klär­ schlamm oder industriellen und/oder kommunalen Abwasser-Schlämmen ent­ haltenen Schadstoffen bekannt, bei dem zunächst im zu behandelnden Klär- oder Abwasser-Schlamm der Prozentsatz an silikationsfähigen Bestandtei­ len ermittelt wird. Wenn dieser Prozentsatz bestimmt ist, kann entschie­ den werden, ob der Klärschlamm-Masse entweder ein weiteres Additiv und/ oder weitere Füllstoffe beigemengt werden muß, um den für den betreffen­ den Klärschlamm erforderlichen Prozentsatz an silikationsfähigen Be­ standteilen zu erhalten. Aus dieser Mischung wird eine formbare Masse für einen Form-Rohkörper hergestellt, die dann eine vorbestimmte Menge an schmelzebildenden bzw. silikationsfähigen Materialien enthält. Die hieraus gebildeten Formkörper werden mit einem vorbestimmten Temperatur­ profil thermisch behandelt, so daß schließlich ein Formkörper entsteht. Die zu inertisierenden Schadstoffe sind vollständig von der schmelzebil­ denden Substanz überzogen und dementsprechend in eine nicht-lösliche Form übergeführt. Ein derartiges Verfahren verlangt eine thermische Be­ handlung über beispielsweise 10 bis 20 Stunden in einem Temperaturbe­ reich von etwa 1000 bis 1400°C, um eine hundertprozentige Ummantelung der umweltschädlichen Schadstoffe zu erzielen. Das Verfahren ist demzu­ folge aufwendig und teuer. Darüber hinaus ist dem Produkt die Organik völlig entzogen, wodurch das Wertstoffpotential des Klärschlamms weit­ gehend vernichtet ist.

Aus der DE 32 05 717 C2 ist ein Verfahren zum Fixieren von in kommunalen oder industriellen Klärschlämmen enthaltenen Schadstoffen, insbesondere Schwermetallen, bekannt, bei dem dem Gemisch von Klärschlämmen und glim­ merartigen Tonmineralien bzw. Tonmineralgemischen noch Sand und Kies derart zugemischt wird, daß das Gesamtgemisch aus etwa 20 Vol.-% Ton­ mineralien bzw. Tonmineralgemischen, etwa 30 Vol.-% Klärschlamm und etwa 50 Vol.-% Sand und Kies besteht. Die in den Klärschlämmen enthaltenen Schadstoffe werden hierbei an die Tonminerale gebunden, und die Zugabe von etwa 50 Vol.-% Sand und Kies gibt dem Gemisch eine Standsicherheit und ein Drainageverhalten, so daß das Gemisch insbesondere als Rekulti­ vierungsmaterial geeignet ist. Ein wesentlicher Nachteil besteht jedoch darin, daß dieses Gemisch nur bedingt lagerfähig ist und daß die ent­ haltenen Schadstoffe in dem Rekultivierungsmaterial verbleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Behandlung von Schlämmen, insbesondere kommunalen oder industriellen Klärschlämmen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das eine Entfernung von Schwermetallen aus den Schlämmen erlaubt.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ge­ löst.

Hierdurch wird ein Verfahren zur Behandlung von Schlämmen, insbesondere kommunalen oder industriellen Klärschlämmen, geschaffen, bei dem ein tonmineralhaltiges Material mit einem zumindest teilweise calcinierten Tonmineralbestandteil zugesetzt wird, d. h. die Tonmineralien haben durch Brennen zumindest teilweise ihr Kristallwasser verloren. Solche zumin­ dest graduell calcinierten Tone besitzen aufgrund noch vorhandener Reak­ tionsfläche eine Schwermetalladsorptionsfähigkeit. Andererseits ist die Quellfähigkeit reduziert. Durch ein Mischen des Gesamtgutes kann die Ad­ sorptionskraft der Tonminerale des tonmineralhaltigen Materials voll ge­ nutzt werden.

Wird weiterhin das tonmineralhaltige Material in einem heißen Zustand von mindestens etwa 250°C zugesetzt, so bilden die Tonmineralien nicht nur ein Adsorptions- oder Trägermittel nach Art eines Molekularsiebes, sondern sind auch von dem entstandenen Gesamtgut wieder abtrennbar. Die heiße Zugabe des tonmineralhaltigen Materials hat zur Folge, daß ein An­ haften der Feststoffe des Schlamms an den Tonmineralkörnern vermieden wird, was die Möglichkeit eines Separierens eröffnet. Insbesondere das organische Zellgefüge eines kommunalen Klärschlamms wird durch das heiße tonmineralhaltige Material schockartig geöffnet und nimmt eine nachhal­ tige Krümeligkeit (pH-Wert um 6,8 bis 7,0 garantiert diese Nachhaltig­ keit) an.

Wird schließlich der Tonmineralbestandteil mit einer wählbaren Körnung von mindestens 60% zwischen 1 und 10 mm zugesetzt, dann ist zumindest der Hauptbestandteil des Adsorptionsmittel derart gewählt, daß es eine gegenüber den Feststoffen der Schlämme, insbesondere Schlämmen von Abwasserbehandlungsanlagen, größere Körnung und/oder anderes spezifi­ sches Gewicht besitzt. Eine Abtrennung eines Grobkornanteils des Gesamt­ gutes von mindestens 1 mm führt zu einer Abtrennung von Tonmineralien mit adsorbierten Schwermetallen und gegebenenfalls adsorbierten organi­ schen Schadstoffen. Das erfindungsgemäß erhaltene Gut besitzt dann einen wesentlich reduzierten Schadstoffgehalt.

Bei Klärschlämmen bleibt dabei das hohe Wertstoffpotential an Makro- und Mikronährelementen erhalten, so daß durch deren Rückführung in den Kreislauf der Natur dieses Wertstoffpotential einer Wiederverwertung zu­ geführt wird.

Das Zusetzen eines heißen Materials kann weiterhin durch eine Abtötung gegebenenfalls vorhandener Bakterien eine Hygienisierung der Schlämme bewirken.

Auch auf den Vorgang der Faulung von Klärschlämmen und damit deren Sta­ bilisierung kann über das Zusetzen eines heißen tonmineralhaltigen Roh­ stoffs Einfluß genommen werden, um beispielsweise Konditionierungszu­ satzstoffe, wie z. B. Polymere, Feinkohle, Branntkalk, die negativ auf die organische Matrix von Klärschlämmen wirken, vermeiden zu können. Dies gilt um so mehr, als das Zusetzen des heißen tonmineralhaltigen Mate­ rials bei Klärschlämmen mit einem hohen Wassergehalt, d. h. nur etwa 5% Trockensubstanzgehalt, erfolgen kann.

Vorzugsweise wird ein zumindest teilweise calcinierter Tonmineralbe­ standteil verwendet, bei dem die Tonmineralien während des Brennens zu­ mindest teilweise ihr Kristallwasser verloren haben, ohne daß ein we­ sentlicher Sintergrad entstanden ist. Üblicherweise kann hierzu ein Schrühbrand dienen, d. h. ein Brand bei vorzugsweise mittleren Temperatu­ ren, insbesondere 500 bis 700°C. Dieser Schrühton kann unmittelbar aus dem Brennvorgang kommend oder nach Durchlaufen einer Kühlstrecke dem Schlamm zugesetzt werden. Eine nachträgliche Erhitzung kann dann entfal­ len.

Die stofflich-mineralogische Zusammensetzung des verwendeten körnigen, tonmineralhaltigen Materials ist wählbar. Je nach gewünschter Ad­ sorptionskraft können als Tonmineralbestandteil Zwei- und/oder Drei­ schichttonmineralien eingesetzt werden. Der Tonmineralbestandteil kann dabei den Hauptbestandteil des tonmineralhaltigen Materials ausmachen oder dieses vollständig bilden.

Soll aus Kostengründen auf Dreischichttonmineralien verzichtet und den­ noch Tone mit einer ordentlichen Adsorptionskraft verwendet werden, sind tonsteinartige Zweischichttonmineralien mit einem zumindest niedrigen Diagenesegrad, der zu Gitterfehlstellen geführt hat, bevorzugt.

Je nach Höhe des Schadstoffgehaltes eines Schlamms und Art der verwende­ ten Tonmineralien beträgt der Anteil des Tonmineralbestandteils am Ge­ samtgut aus Schlamm und tonmineralhaltigem Material etwa 10 bis 70 Gew.-%.

Die Körnung des Tonmineralbestandteils beträgt für mindestens 60% der Körnung vorzugsweise mindestens 3 mm. Eine Trennung des Adsorptions- und Trägermittels Tonmineral vom Gesamtgut durch Sieben wird dadurch in ein­ facher Weise möglich. Gleiches gilt für ein Windsichten. Andere Tren­ nungsverfahren wie Flotation oder Zentrifugieren stellen überwiegend auf das spezifische Gewicht ab, so daß für eine Trennung auf diese Weise eine Körnung des Tonmineralbestandteils von mindestens 60% mindestens 1 mm ausreichend ist. Ein gegebenenfalls verbleibender Restbestandteil an Tonmineralien mit einer Körnung kleiner 1 mm oder größer 10 mm ist ohne großen Einfluß auf die Schadstoffabtrennung, da die Körnung größer 10 mm im allgemeinen automatisch mit abgetrennt werden kann und nur geringe Adsorptionskraft besitzt. Der Anteil der Körnung kleiner 1 mm kann klein gehalten werden und ist dann auch ohne wesentliche Adsorptionskraft.

Ist eine im wesentlichen vollständige Abtrennung des Adsorptions- und Trägermittels Tonmineral gewünscht, kann der Tonmineralbestandteil mit einer Einheitskörnung oder mit einem Einheitskörnungsbereich zwischen 3 und 10 mm, insbesondere 4 bis 6 mm, verwendet werden.

Die Verwendung von Schlämmen mit Trockensubstanzgehalten bis zu 45%, insbesondere 5 bis 30% hat den Vorteil, daß das erhitzte tonmineralhal­ tige Material einem Schlamm zugesetzt wird, dessen Wassergehalt einen gewissen Löscheffekt als Reaktion auf das heiße Material ausübt.

Bevorzugte Temperaturen für das erhitzte tonmineralhaltige Material sind etwa 250° bis 650°. Dabei kann das erhitzte tonmineralhaltige Material in mehreren Stufen bei jeweils unterschiedlichen Temperaturen zugesetzt werden. Besonders bevorzugt sind die zwei Stufen gemäß Anspruch 14, wenn das tonmineralhaltige Material Schlämmen mit Trockengehalten von nur 5 bis 15% zugesetzt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschrei­ bung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Schlämmen, ins­ besondere kommunalen oder industriellen Klärschlämmen, um in Schlämmen enthaltene anorganische Schadstoffe, insbesondere Schwermetalle, wie Cadmium, Blei, Chrom, Kupfer, Zink, und/oder organische Schadstof­ fe, wie PAKs (polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe), PCBs (per­ sistente chlorierte Kohlenwasserstoffe), ganz oder zumindest teilweise zu entfernen.

Verarbeitet werden hierbei Schlämme mit einem Trockensubstanzgehalt TS bis zu 45%. Klärschlämme, die wegen eines großen Wasserbindevermögens hohe Wassergehalte von 93 bis 99,5% aufweisen können, sind auch ohne Eindickung oder Teilentwässerung behandelbar. Bevorzugt werden Klär­ schlämme verarbeitet, deren Zustand pump- und fließfähig, d. h. 0 bis 15% TS, oder stichfest schmierend, d. h. 15 bis 35% TS, ist.

Einem derartigen Schlamm wird ein körniges, tonmineralhaltiges Material in einem heißen auf mindestens 250°C erhitzten Zustand zugesetzt, das einen durch Brennen zumindest teilweise calcinierten Tonmineralbestand­ teil mit mindestens 60% der Körnung zwischen zwischen 1 und 10 mm auf­ weist.

Das körnige, tonmineralhaltige Material kann ein Natursteingranulat oder ein sonstiges Füllstoffmaterial mit einem Tonmineralbestandteil der ge­ nannten Art sein, wobei der Tonmineralbestandteil den Hauptbestandteil bilden kann. Alternativ kann das tonmineralhaltige Material im wesentli­ chen ganz aus Tonmineralien bestehen.

Der Tonmineralbestandteil kann aus einem oder mehreren Zwei- oder Drei­ schichttonmineralien bestehen, bzw. aus einem Gemisch derselben. Typi­ sche Dreischichttonmineralien sind, Illite, Smectite, Vermiculite, Ben­ tonite etc., die eine hohe Adsorptionskraft besitzen. Als Zweischicht­ tonminerale werden Kaolinittone bevorzugt, die einen zumindest niedrigen Diagenesegrad aufweisen, damit das Kationenaustauschvermögen aufgrund von Gitterfehlstellen gegenüber diagenetisch nicht verfestigtem Ton erhöht ist.

Eine Erhöhung des Schadstoffrückhaltevermögens, insbesondere durch Akti­ vierung der Tonmineraloberfläche bei Zweischichttonmineralien, kann wei­ terhin erreicht werden durch Zumischen eines geringfügigen Anteils (<7%) des Eisenminerals Siderit (FeCo₃) und/oder Fe₂O₃ und/oder Fe₂Cl₂.

Der Tonmineralbestandteil wird zum Erreichen des zumindest teilweise calcinierten Zustandes vorab gebrannt. Dieses Brennen erfolgt derart, daß durch das Brennen die Tonminerale ohne wesentlichen Sinterungsgrad zumindest teilweise ihr Kristallwasser verloren haben. Bevorzugt ist da­ bei, daß nach dem Brennen der Tonmineralbestandteil im wesentlichen cal­ ciniert ist. Hierzu durchläuft das tonmineralhaltige Material, zumin­ dest aber der Tonmineralbestand, vorzugsweise einen Schrühbrand, der be­ vorzugt bei Temperaturen zwischen 500° und 650°C durchgeführt wird.

Das tonmineralhaltige Material kann in diesem vom Brennen erhitzten Zustand dem Schlamm unmittelbar oder nach Durchlaufen einer Kühlstrecke zugesetzt werden. Alternativ kann das tonmineralhaltige Material vor dem Zusetzen erneut erhitzt werden. Die Temperatur des erhitzten tonmineral­ haltigen Materials beträgt bei Zusetzen zum Schlamm vorzugsweise zwi­ schen 250 bis 650°C. Dabei kann das erhitzte tonmineralhaltige Material in Anteilen mit unterschiedlicher Temperatur zugesetzt werden. Bei­ spielsweise kann ein erster Anteil des tonmineralhaltigen Materials mit einer Temperatur zwischen 250°C und 400°C und danach ein zweiter Anteil des tonmineralhaltigen Materials mit einer Temperatur zwischen 400° und 650°C zugesetzt werden.

Der zumindest teilweise calcinierte Tonmineralbestandteil wird mit min­ destens 60% der Körnung zwischen etwa 1 und 10 mm, vorzugsweise minde­ stens 3 mm, zugesetzt. Bei oder nach dem Brennen des tonmineralhaltigen Materials zur Herstellung eines zumindest teilweise calcinierten Tonmine­ ralbestandteils kann eine Klassierung, insbesondere Siebung, vorgenommen werden, so daß zumindest der Tonmineralbestandteil mit einer Einheits­ körnung zwischen 3 und 10 mm oder mit Einheitskörnungsbereich (d. h. kleiner Körnungsbereich), insbesondere 4 bis 6 mm zugesetzt werden. Sofern eine Klassierung des tonmineralhaltigen Materials, insbesondere des Tonmineralbestandteils, vor dem Zusetzen zum Schlamm erfolgt, können mindestens 90 bis 95% der Körnung des Tonmineralbestandteils zwischen 3 und 10 mm zugesetzt werden.

Je nach Höhe des Schadstoffgehaltes des Schlamms und Art der verwendeten Tonminerale kann der Tonmineralbestandteil mit einem Anteil von etwa 10 bis 70 Gew.-% zugesetzt werden.

Das aus Schlamm und zugesetztem erhitzten tonmineralhaltigen Material gemäß vorstehender Beschreibung entstehende Gesamtgut wird gemischt, um während des Mischens die Adsorptionskraft des Tonmineralbestandteils zu nutzen für eine Aufnahme von Schadstoffen durch die Tonminerale.

Danach wird ein Grobkornanteil des Gesamtgutes mit mindestens 1 mm abge­ trennt, wodurch mit einer Schadstofffracht belastete Tonminerale von dem Gesamtgut abgetrennt werden können. Die für eine Abtrennung des Grob­ kornanteils wählbare Mindestkorngröße ist vorzugsweise an die Körnung angepaßt, mit der der Tonmineralbestandteil zugesetzt wird.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die als Adsorptions- und Träger­ mittel zugesetzten Tonminerale wieder weitgehend abgetrennt werden.

Die Abtrennung eines Grobkornanteils kann trocken oder naß, insbesondere durch Sieben, Windsichten, Zentrifugieren und/oder Flotation, erfolgen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dekontaminierten Klärschlämme können als nährstoffbefrachteter Mutterboden(erde)ersatz direkt oder gegebenenfalls nach einer Kompostierung in den Kreislauf der Natur zurückgeführt werden.

Claims (14)

1. Verfahren zur Behandlung von Schlämmen, insbesondere kommunalen oder industriellen Klärschlämmen, durch Mischen eines Schlamms mit einem kör­ nigen, tonmineralhaltigen Material, dadurch gekennzeichnet, daß einem Schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von bis zu etwa 45% etwa 10 bis 70 Gew.-% des auf mindestens etwa 250°C erhitzten und einen durch Bren­ nen zumindest teilweise calcinierten Tonmineralbestandteil mit minde­ stens 60% der Körnung zwischen etwa 1 und 10 mm aufweisenden tonmine­ ralhaltigen Materials zugesetzt, das Gesamtgut gemischt und danach ein Grobkornanteil des Gesamtgutes größer gleich 1 mm abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest teilweise calcinierter Tonmineralbestandteil verwendet wird, bei dem durch Brennen die Tonminerale ohne wesentlichen Sinterungsgrad zumindest teilweise ihr Kristallwasser verloren haben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest teilweise calcinierter Tonmineralbestandteil verwendet wird, der aus einem Schrühbrand stammt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Tonmineralbestandteil ein solcher mit einem Hauptbestandteil an einem oder mehreren Dreischichttonmineralien verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Tonmineralbestandteil ein solcher mit einem Hauptbestandteil an Zweischichttonmineralien, deren Kationenaustauschkapazität aufgrund zu­ mindest niedrigen Diagenesegrades erhöht ist, verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als tonmineralhaltiges Material ein Material mit einem Hauptbestand­ teil an Zwei- und/oder Dreischichttonmineralien verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest teilweise calcinierter Tonmineralbestandteil mit min­ destens 60% der Körnung zwischen etwa 3 und 10 mm verwendet wird, und ein Grobkornanteil größer gleich 3 mm abgetrennt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach oder beim Brennen abgetrennter Siebüberlauf des Tonmineral­ bestandteils dem Schlamm zugesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa 5 bis 30% ver­ wendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobkornanteil des Gesamtgutes durch Sieben, Windsichten oder Zentrifugieren abgetrennt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobkornanteil des Gesamtgutes durch wäßrige Trennung abge­ trennt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das tonmineralhaltige Material mit einer Temperatur von 250° bis 650°C zugesetzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein erster Anteil des tonmineralhaltigen Materials mit einer Temperatur zwischen 250°C und 400°C und danach ein zweiter Anteil des tonmineralhaltigen Materials mit einer Temperatur zwischen 400°C und 650°C zugesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonmineralbestandteil mit einer Einheitskörnung im Bereich zwi­ schen 3 und 10 mm zugesetzt und die Grobkornabtrennung des Gesamtgutes entsprechend der gewählten Einheitskörnung des Tonmaterials erfolgt.