DE19511750A1

DE19511750A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Klärschlamm

Info

Publication number: DE19511750A1
Application number: DE1995111750
Authority: DE
Inventors: Frans Van Dijen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-02

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver arbeitung von Klärschlamm.

Bei der Reinigung von Abwasser fallen große Mengen von Klärschlamm an. Diese Klärschlämme werden entweder depo niert, landwirtschaftlich genutzt oder verbrannt. Oft werden die Klärschlämme zuerst mechanisch entwässert und oft an schließend getrocknet. Vorteile dieser zwei letzten Ver fahrensschritte sind große Volumen- und Gewichtsreduzierun gen. Dies führt zu geringeren Transportkosten, geringerem Deponievolumen und einem höheren Heizwert des Schlammes.

Bei der Verbrennung von Klärschlamm fällt Asche an. Diese Asche wird deponiert. In Kontakt mit Wasser gehen schädliche Komponenten, wie Schwermetalle, in Lösung. Daher müssen hohe Anforderungen an die Deponierung für Klärschlammasche ge stellt werden. Oft wird die Klärschlammasche deswegen als Sondermüll betrachtet.

Es wurden schon früh Anstrengungen unternommen, die beste Vorgehensweise zur Entsorgung von Klärschlamm zu ermitteln. In Deutschland wird die landwirtschaftliche Nutzung und die Deponierung immer weiter eingeschränkt. Somit bleibt nur die thermische Behandlung, wie z. B. die Verbrennung. Durch Ver glasung der Asche wird der Rest an organischen Stoffen in der Asche ausgebrannt, die vorhandenen Schwermetalle werden im Glas unlöslich eingebaut und Salze werden entweder auch im Glas eingebaut oder dampfen aus. Somit ist die Asche inertisiert und kann entweder deponiert werden oder als Baustoff (ähnlich Sand oder Kies) mit niedriger Wert schöpfung verwertet werden.

Bekannt ist auch die Beigabe von Klärschlamm in die Produk tion von Blähton (K.J. Thome-Kozmiensky, U. Scholl, (Hrsg), Recycling von Klärschlamm 1, EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik, Berlin (1987) ISBN 3-924511-18-7, ab Seite 84) als Ersatz z. B. für das Schweröl. Die Beigabe beträgt nur wenige Gew.-%. Die organischen Bestandteile fördern das Blähen oder machen das Blähen erst möglich.

Bekannt ist auch die Produktion von Blähton aus einer Mi schung von Klärschlamm und Ton, wobei die umweltgerechte Entsorgung des Schlammes und nicht die Herstellung von Blähton im Vordergrund steht (P:/KETTENBA/ALLGEMEI/VORGE/- BESCHREI/NEU/KONTSCHL.DOCak 32, 10/94, Prospekt der Firma Kettenbauer GmbH & Co Verfahrens- und Umwelttechnik, kvm, Seite 2). Hierbei beträgt das Gewichtsverhältnis Schlamm:Ton ca. 1 : 1, auf Trockenbasis. Es wird ein Klärschlamm/Ton- Granulat hergestellt. Das Granulat wird anschließend ge trocknet, pyrolysiert, gebläht und gekühlt. Das Pyrolysegas und die Rauchgase werden mittels Nachverbrennung, Kühlung, Entstaubung und Waschung der sauren Rauchgaskomponente umweltgerecht entsorgt. Die Vorteile dieses Verfahrens sind folgende: Die Asche ist inertisiert, die Wertschöpfung ist hoch, der organische Teil des Klärschlammes wird verbrannt und für die Blähung wird keine oder nur wenig zusätzliche Energie gebraucht. Damit ist das Gesamtverfahren, inklusive Schlammtrocknung, energetisch autark. Statt blähen kann man das Granulat in der Anlage auch sintern. Das gesinterte Granulat ist auch inert, aber die Wertschöpfung des Produk tes (ähnlich wie Kies) ist gering. Weil in dieses Verfahren für die Blähung oder Sinterung keine Fremdenergie notwendig ist, ist dieses Verfahren zur Inertisierung der Asche bedeu tend wirtschaftlicher als die Verglasung.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß es nicht für alle Klärschlämme geeignet ist. Je nach Klärschlamm entstehen beim Trocknen von Schlamm/Ton-Granulat Risse. Diese Risse sind wahrscheinlich auf den hohen Wassergehalt von bis zu 40 Gew.-% und die geringe Porengröße zurückzuführen. Probleme gibt es vor allem bei Schlämmen mit einem hohen Anteil an organischen Bestandteilen, vor allem in Kombination mit einem sehr feinen Ton.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, dieses bekannte Verfahren zur Schlammentsorgung in Kombination mit der Produktion von Blähton zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Es wurde überraschenderweise gefun den, daß es durch eine neue Kombination der an sich bekann ten Verfahrensschritte möglich ist, das bekannte Verfahren hinsichtlich des Tonverbrauchs, Flexibilität und Dimensionen der einzelnen Aggretate zu verbessern.

Es wurde somit ein Verfahren entwickelt,

1) das für alle Klärschlämme geeignet ist,
2) wobei die Abmessungen der einzelnen Aggregate reduziert sind und
3) wobei pro kg zu entsorgender Schlamm der Tonbedarf gerin ger ist.

Vorzugsweise wird auf 1 kg Klärschlamm (trocken) weniger als 500 g (0 bis 500 g) Ton (trocken) verwendet.

Es ist weiter bevorzugt, daß der Koks mit Ton und Wasser gemischt wird.

Ferner ist es bevorzugt, daß der Koks entweder vorzerklei nert wird oder während der Mischung mit Ton und/oder Wasser zerkleinert wird.

Der Aschegehalt des Schlammes beträgt zwischen 30 und 50 Gew.-%. Der getrocknete Klärschlamm ist üblicherweise granu liert. Die Korngröße beträgt meistens bis zu 3 mm. Vorzugs weise wird der getrocknete Klärschlamm zuerst bei ca. 400 bis 800°C während ca. einer Stunde pyrolysiert. Dabei ent steht Koks. Die Ausbeute beträgt etwas 40 bis 70 Gew.-% Koks. Dieser Koks wird mit Ton und meistens etwas Wasser gemischt. Sehr wichtig ist eine gute Zerkleinerung des Kokses und Mischung mit dem Ton. Das Gewichtsverhältnis Ton:Koks beträgt zweckmäßig ca. 1 : 1 auf Trockenbasis. Übli cherweise wird feuchter Ton mit einem Wassergehalt von ca. 25 Gew.-% verwendet. Es wird vorzugsweise ca. 500 g Wasser auf 1 kg Koks zugemischt. Durch den Ton entsteht eine pla stische Masse. Anschließend wird das Koks/Ton-Gemisch granu liert. Die Granulatgröße beträgt üblicherweise 5 bis 20 mm. Das Granulat, wird vorzugsweise auf weniger als 1 Gew.-% Restfeuchte getrocknet. Das getrocknete Granulat wird dann entweder bei ca. 1200°C während ca. 45 Minuten gebläht oder bei ca. 1150°C während ca. 60 Minuten gesintert. Dabei wird der Anteil an organischen Bestandteilen des Granulats weit gehend ausgebrannt. Durch den hohen Heizwert des Kokses im Koks/Ton-Granulat ist ein zusätzlicher Brennstoff nicht oder in geringem Maße notwendig. Nach Blähen oder Sintern wird das Granulat auf eine Temperatur von z. B. ca. 60°C gekühlt.

Das Pyrolysegas und die Rauchgase werden in der thermischen Nachbrennkammer vollständig ausgebrannt.

Als Pyrolyseofen kommt z. B. eine indirekt beheizte Drehrohr trommel in Frage. Diese Drehrohrtrommel kann man z. B. mit den Abgasen des Bläh- oder Sinterofens oder mit dem Pyroly segas beheizen. Den Koks kann man eventuell zuerst feinmah len. Zum Mischen von Koks, Ton und Wasser kann man einen Kastenbeschicker mit anschließendem Feinwalzwerk und einen Zweiwellenmischer verwenden. Zum Granulieren kann man z. B. einen Eirich-Granulator oder eine Brikettierwalze benutzen. Als Trockner kann man z. B. einen Trommeltrockner oder einen Bandtrockner verwenden. Diese Trockner kann man z. B. mit den Abgasen nach dem Pyrolyseofen oder mit der Energie der Rauchgase nach der thermischen Nachbrennkammer beheizen. Zum Blähen oder Sintern nimmt man vorzugsweise einen ausgemauer ten Drehrohrofen. Zum Kühlen oder Sintern kann man z. B. einen Wirbelschichtkühler oder einen Trommelkühler verwen den. Diese Kühler werden vorzugsweise mit Kühlluft betrie ben, aber auch eine indirekte Wasserkühlung ist möglich. Die aufgewärmte Kühlluft kann man als Verbrennungsluft für den Bläh- oder Sinterofen verwenden. Die Energie der heißen Gase nach der thermischen Nachbrennkammer kann man für den Koks/ Ton-Granulattrockner oder den Schlammtrockner verwenden, z. B. mittels eines Luft/Luft-Wärmetauschers oder über einen Thermalölkreislauf. Man kann auch mit den heißen Rauchgasen den Pyrolyseofen beheizen.

Beispiel 1

Getrockneter kommunaler Klärschlamm und feuchter Ton wurden von der Firma Spitz Rohstoff und Recycling GmbH, Wilhelms haven (D) geliefert. Der Klärschlamm hat einen Aschegehalt von 30 Gew.-%. Der Ton hat eine Feuchte von 30 Gew.-%. Es wurden 600 g getrockneter Klärschlamm während 30 Minuten bei 700°C pyrolysiert. Die Koksausbeute betrug 42 Gew.-%. Die 250 g Koks wurden mit 125 g Wasser und 400 g feuchtem Ton im Extruder gemischt. Die Mischung wurde von Hand granuliert. Das Granulat wurde während einer Nacht bei 120°C im Trocken schrank getrocknet. Das getrocknete Granulat wurde 30 Minu ten bei 1200°C im Kammerofen ausgebrannt und gesintert. Das Granulat wurde direkt von Raumtemperatur in den 600°C heißen Ofen gebracht und in 30 Minuten aufgeheizt. Das Granulat wurde nach 30 Minuten aus dem heißen Ofen genommen. Das Schüttgewicht des Granulats betrug 0,80 kg/l.

Für die Auslegung des Pyrolyseofens gilt:
Energie für die Pyrolyse und das Aufheizen von 1 kg Schlamm bis 700°C: 350 + 600 = 950 kJ/kg Schlamm. Der Pyrolyseofen wird ausgelegt nach: Q = U × A × (T2-T1) mit Q als die benötigte Energie pro Sekunde, U als der overall Wärmeüber tragungskoeffizient, T2 als die Heizgastemperatur, T1 als die Produkttemperatur im Ofen und A als die Wärmeaustausch fläche oder Oberfläche des Drehrohrofenmantels. Bei einem Durchsatz von 1 kg/s Schlamm, Q = 950.000 J/s, T2-T1 = 600°C, U = 40 W/(m s) und A = 40 m². Dies wäre eine Trommel mit einer beheizten Länge von 11 m und einem Durchmesser von 1,2 m.

Beispiel 2

Getrockneter Gerbereischlamm kam von der Kläranlage Castel franco (I). Der feuchte Ton (Gutton K) kam von der Firma Feuerfestwerke Wetro, Wetro (D). Die Koksausbeute des ge trockneten Schlamms betrug 64 Gew.-% und der Aschegehalt 45 Gew.-%. Die Feuchte des Tons betrug 25 Gew.-%. Es wurden 600 g Schlamm während 30 Minuten bei 700°C pyrolysiert. Die 384 g Koks wurden mit 400 g feuchtem Ton und 190 g Wasser im Extruder gemischt. Die Mischung wurde im Eirich-Granulator granuliert. Das Granulat wurde während einer Nacht bei 120°C im Trockenschrank getrocknet. Das getrocknete Granulat wurde während 30 Minuten bei 1200°C im Kammerofen ausgebrannt und gesintert. Das Granulat wurde direkt von Raumtemperatur in den 600°C heißen Ofen gebracht, in 30 Minuten aufgeheizt und nach 30 Minuten wieder aus dem Ofen entfernt. Das Schütt gewicht des Materials betrug 0,80 kg/l.

Vergleichsbeispiel 1 zu Beispiel 1

Getrockneter kommunaler Klärschlamm und feuchter Ton wurden von der Firma Spitz Rohstoff und Recycling GmbH, Wilhelms haven (D) geliefert. Der Klärschlamm hatte einen Aschegehalt von 30 Gew.-% und eine Koksausbeute von 42 Gew.-%. Der Ton hatte eine Feuchte von 30 Gew.-%. Es wurden 600 g getrock neter Schlamm mit 860 g feuchtem Ton und 600 g Wasser im Extruder gemischt. Die Mischung wurde von Hand granuliert. Das Granulat wurde während einer Nacht bei 120°C im Trocken schrank getrocknet. Nach der Trocknung war das Granulat sehr rissig und teilweise zerfallen. Das Granulat wurde während einer Nacht bei 110°C im Trockenschrank getrocknet. Es wurde gleichzeitig eine Schüssel mit Wasser in den Trockenschrank gestellt. Nach der Trocknung war das Granulat rissig und vereinzelte Granulate waren zerfallen. Dieses Granulat wurde während 30 Minuten bei 700°C pyrolysiert. Nach der Pyrolyse war beim Granulat kaum Festigkeit vorhanden und das Granulat war noch rissig. Nach der Pyrolyse wurde das Granulat wäh rend 30 Minuten bei 1200°C im Kammerofen ausgebrannt und gebläht. Das Granulat wurde direkt von Raumtemperatur in den 600°C heißen Ofen gebracht, in 30 Minuten aufgeheizt und nach 30 Minuten Verweilzeit bei 1200°C wieder aus dem Ofen genommen. Das Granulat war mehr oder weniger geschmolzen. Nach der Pyrolyse wurde das Granulat während 30 Minuten bei 1130°C im Kammerofen ausgebrannt und gebläht. Das Granulat wurde direkt von Raumtemperatur in den 600°C heißen Ofen gebracht, in 30 Minuten aufgeheizt und nach 30 Minuten Verweilzeit bei 1130°C wieder herausgenommen. Das Granulat war noch etwas zu hoch erhitzt worden. Das Schüttgewicht des Materials betrug 0,50 kg/l.

Für die Auslegung des Pyrolyseofens gilt:
Energie für die Pyrolyse und das Aufheizen von 1 kg Schlamm bis 700°C plus Energie für die Kalzination und das Aufheizen von 1 kg Ton bis 700°C: 350 + 600 + 650 + 600 = 2200 kJ/kg Schlamm. Wenn T2-T1 und U wie im Beispiel 1 sind, muß A jetzt 230% größer sein, weil Q 230% größer ist. Also kann der Pyrolyseofen im Beispiel 1 viel kleiner sein als in diesem Vergleichsbeispiel, alles bei gleichem Schlammdurchsatz. Bei einem Durchsatz von 1 kg/s Schlamm, Q = 2.200.000 J/s, T2-T1 = 600°C, U 40 W/(m² s) und A = 92 m². Dies wäre eine Trommel mit einer beheizten Länge von 17 m und einem Durchmesser von 1,8 m.

Vergleichsbeispiel 2 zu Beispiel 2

Getrockneter Gerbereischlamm kam von der Kläranlage Castel franco (I). Der feuchte Ton (Gutton K) kam von der Firma Feuerfestwerke Wetro, Wetro (D). Die Koksausbeute des ge trockneten Schlammes betrug 64 Gew.-% und der Aschegehalt betrug 45 Gew.-%. Die Feuchte des Tons betrug 25 Gew.-%. Es wurden 600 g getrockneter Schlamm, 533 g feuchter Ton und 250 g Wasser im Extruder gemischt. Die Mischung wurde im Eirich-Granulator granuliert. Das Granulat wurde während einer Nacht bei 120°C im Trockenschrank getrocknet. Das getrocknete Granulat wurde während 30 Minuten bei 700°C pyrolysiert. Nach der Pyrolyse wurde das Granulat während 30 Minuten bei 1130°C im Kammerofen ausgebrannt und gebläht. Das Granulat wurde direkt von Raumtemperatur in den 600°C heißen Ofen gebracht, in 30 Minuten aufgeheizt und nach 30 Minuten Verweilzeit bei 1130°C wieder herausgenommen. Das Schüttgewicht des Materials betrug 0,50 kg/l.

Vergleichsbeispiel 3

Es wurde verfahren wie im Beispiel 1, jedoch statt einer Mischung aus feuchtem Ton, Koks und Wasser wurde nur feuch ter Ton genommen und bei 1200°C gebläht. Das Schüttgewicht des Blähtons betrug 0,45 kg/l.

Vergleichsbeispiel

Es wurde verfahren wie in Beispiel 1, jedoch statt bei 1200°C wurde bei 1130°C ausgebrannt und gesintert. Das Schüttgewicht des Materials betrug 0,70 kg/l.

Vergleichsbeispiel 5

Es wurde verfahren wie im Vergleichsbeispiel 3, jedoch statt bei 1200°C wurde bei 1130°C gebläht. Das Schüttgewicht des Blähtons betrug 0,65 kg/l.

Vergleichsbeispiel 6

Es wurde verfahren wie im Beispiel 1. Statt ungemahlenem Koks wurde jedoch der Koks vorgemahlen. Koks, Ton und Wasser wurden nicht nur im Extruder, sondern auch in einem Walzwerk gemischt. Bei 1200°C wurde das Granulat ausgebrannt und gebläht statt gesintert. Das Granulat war noch etwas zu hoch erhitzt worden. Das Schüttgewicht des Materials betrug 0,60 kg/l.

Vergleichsbeispiel 7

Es wurde verfahren wie im Vergleichsbeispiel 6. Statt bei 1200 wurde bei 1130°C ausgebrannt und gesintert. Das Schütt gewicht des Materials betrug 1,20 kg/l.

Aus dem Vergleich der Beispiele 1 und des Vergleichsbei spiels 6 geht hervor, daß es sehr wichtig ist, den Ton und den Koks möglichst gut miteinander zu mischen. Eine Zer kleinerung des Kokses während der Mischung ist dazu eine Voraussetzung. Ansonsten muß man den Koks vorzerkleinern. Aus dem Vergleich des Beispiels 1 mit dem Vergleichsbeispiel 1 kommt man zu der gleichen Schlußfolgerung.

Claims

1. Verfahren zur Verarbeitung von Klärschlamm, wobei der Klärschlamm zuerst pyrolysiert, der so entstandene Koks mit Ton gemischt und granuliert wird und das Granulat anschlie ßend getrocknet, gesintert oder gebläht und gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf 1 kg Klärschlamm (trocken) weniger als 500 g (0 bis 500 g) Ton (trocken) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Koks mit Ton und Wasser gemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Koks entweder vorzerkleinert wird oder während der Mischung mit Ton und/oder Wasser zerklei nert wird.