DE19506195C2 - Verfahren zur Behandlung von Schlämmen, insbesondere kommunalen oder industriellen Klärschlämmen - Google Patents
Verfahren zur Behandlung von Schlämmen, insbesondere kommunalen oder industriellen KlärschlämmenInfo
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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.
Priority Applications (2)
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EP95105992A EP0680936A1 (de) | 1994-05-02 | 1995-04-21 | Verfahren zum Verarbeiten von Klärschlamm |
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DE (1) | DE19506195C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023039648A1 (pt) * | 2021-09-20 | 2023-03-23 | Acef S.A. | Processo para tratamento de resíduos de esgoto utilizando polihexametileno guanida e polihexametileno biguanida e obtenção de biossóiido de aplicação agrícola |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3205717A1 (de) * | 1982-02-18 | 1983-09-01 | Baustoff-Prüf-Gesellschaft Bonn Hersel GmbH & Co KG, 5303 Bornheim | Verfahren zum fixieren von schadstoffen, insbesondere von schwermetallen, in klaerschlaemmen |
DE4111725C2 (de) * | 1991-04-10 | 1996-03-14 | Anton Grehl | Verfahren zur Inertisierung von in Schlämmen enthaltenen Schadstoffen und aus diesen Schlämmen hergestellter Formkörper sowie dessen Verwendung |
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1995
- 1995-02-23 DE DE19506195A patent/DE19506195C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE19506195A1 (de) | 1996-08-29 |
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