DE2103970C3 - Verfahren zur Konditionierung und anschließenden Entwässerung von Abwasserschlämmen aus Kläranlagen und Vorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konriitionierung und anschließenden Entwässerung von Abwässerschlämmen aus Kläranlagen, bei dem der Schlamm kurzzeitig bis auf max. 100°C erhitzt, dann mit Flockungsmittel versetzt und anschließend mechanisch entwässert wird.

Für die kommunale Abwasserwirtschaft gewinnt die Beseitigung der in Kläranlagen anfallenden Abwasserschlämme eine ständig wachsende Bedeutung. Es hat dementsprechend an Versuchen nicht gefehlt, die Beseitigung von Abwasserschlämmen aus kommunalen Kläranlagen in befriedigender Weise zu lösen, und es sind dementsprechend zahlreiche einschlägige Verfahren bekannt

Die vielfach angewandte Arbeitsweise, Abwasserschlämme in Faultürmen auszufaulen und anschließend auf Trockenbeeten zu entwässern oder in Schlammteichen einzustapeln und abtrocknen zu lassen, ist in industriellen Ballungsräumen wegen des erheblichen Flächenbedarfs meist nicht durchführbar. Deshalb müssen zunehmend mechanische Entwässerungsverfahren für die Klärschlammentwässerung eingesetzt werden.

Kommunale Abwasserschlämme enthalten neben anorganischen Feststoffen je nach Herkunft aus den Behandlungsstufen einer Kläranlage körpereigene, adsorptiv angelagerte und kolloidal bzw. echt gelöste organische Substanzen, die insbesondere bei biologischen Anlagen oder Klärwerken mit Schlammfaulung aus Eiweiß-Stoffen bestehen. Dabei ist besonders zu beachten, daß mit zunehmender Intensität, der Abwasserreinigung die Oberfläche der anfallenden Schlamm-Masse und damit auch ihr Wasserbindungsvermögen zunimmt, wodurch die mechanische Entwässerbarkeit erschwert wird.

Das eingangs genannte Verfahren ist aus der DE-OS 19 06 404 bekannt. Beim bekannten Verfahren kann der Klärschlamm im thermischen Reaktor z. B. durch die Abwärme der Verbrennungs- und Trocknungsanlage durch direktes Einleiten der Rauch- bzw. Abgase erhitzt werden. Die Asche von der Verbrennungsanlage soll dabei mit eingebracht werden, um als Filterhilfsmittel für die nachfolgende Filtration zu dienen. Über die Aufenthaltszeit des Schlamms im thermischen Reaktor macht die Offenlegungsschrift keine Angaben. Man muß aber davon ausgehen, daß die Erwärmung des Schlamms auf die Endtemperatur zwischen 60 und 100°C und das geforderte kurzzeitige Halten auf der gewünschten Endtemperatur nicht kurzfristiger als in einer halben Stunde durchführbar ist. Hierbei besteht die Gefahr, daß die an den Schlammflocken angelagerten, gelartigen, kolloidalen Verbindungen wieder abgespült, im Waschwasser dispergiert bis kolloidal rückgelöst werden. Bei der verhältnismäßig langen Wärmebehandlung können sich echte Lösungen bilden. Durch Waschen des Schlamms immer wieder zurückgeführte Kolloide können sehr schnell dazu beitragen, daß wegen des durch Überlastung hervorgerufenen Sauerstoffmangels die biologische Reinigungsstufe nicht mehr arbeiten kann. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens nach der DE-OS 19 06 404 ist in der großen Menge an Hilfsstoffen zu sehen. Der der Verbrennungsanlage zugeführte Filterkuchen hat einen hohen Ascheanteil, der den Ofen als Blinddurchsatz (bezogen auf die Verbrennung) zusätzlich belastet. Der Ascheversatz und das vorgesehene Verdünnungswasser erfordern entsprechend große Filterpressen bzw. Zentrifugen. Aus der DE-OS 19 06 404 ist es bekannt, zur Flockung dem erhitzten und mit Asche versetzten Klärschlamm ein Flockungsmittel zuzudosieren. Unter Flockungsmittel für Abwasserschlämme versteht man bekanntlich insbesondere anorganische Elektrolyte, organische

Polyelektrolyte oder sonstige oberflächenaktive Stoffe, die eine Ausflockung der Stoffe herbeiführen und so die mechanische Entwässerbarkeit der Schlämme erhöhen. Bevorzugte Flockungsmittel sind Kalk und mehrwertige Metallsalze, die einzeln oder gemeinsam (lern Schlamm vor dem Entwässern zugesetzt werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Konditionierung und anschließenden Entwässerung von Abwasserschlämmen aus Kläranlagen zu entwickeln, das RückJösungseffekte organischer Substanzen vermeidet und zugleich die Verwendung erheblicher Mengen von festen Inertstoffen oder zu festen Inertstoffen reagierenden Chemikalien (z. B. Filterhilfsmittel) vermeide L Die erforderliche spezifische Flokkungsmittelmenge pro Tonne entwässertem Schlamm soll erheblich herabgesetzt werden. Es soll möglich sein, Abwasserschlämme aus Kläranlagen mit einem möglichst geringen technischen und zeitlichen Aufwand auf einen derartigen Trockensubstanzgehalt zu entwässern, daß der entwässerte Schlamm in einem Ofen, ζ. Β. Wirbelschichtofen, selbstgängig verbrannt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Erhitzen des Schlammes dieser, zu kleinen Tröpfchen versprüht, durch eine heiße Gasatmosphäre hindurchgeleitet wird. Es hat sich gezeigt, daß die Eiweißstoffe in den Schlammtröpfchen durch die heiße Gasatmosphäre praktisch sofort (innerhalb vernachlässigbar kurzer Zeit) irreversibel denaturiert jo werden, wobei die Eiweißstoffe durch Gerinnen ihre Wasserbindungsfähigkeit verlieren und dabei auch noch weiter auszufällende Substanzen an sich binden, so daß bei der anschließenden Flockungsmittelzugabe ein sehr hoher Wirkungsgrad erzielt wird. j >

Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiter den Vorteil, daß der Schlamm nicht mit Filterhilfsmitteln — wie Asche — versetzt und nicht verdünnt wird. Die Maschinenaggrsgate sind demzufolge nicht mit Blindleistung belastet, sondern optimal dimensionierbar. Es wird der Umstand voll genutzt, daß infolge der Adsorption in der Vorklärstufe der biologischen Reinigungsstufe und der Mitfällung schwerausscheidbarer Anteile in der Flockungsphase ein hoher Ausscheidungsgrad der organischen Substanzen erreichbar ist. 4ί

Da für die Schlammbeseitigung vielfach eine Schlammverbrennungsanlage der Entwässerung nachgeschaltet ist, sieht eine besonders einfache und zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Schlamm tröpfchen durch eine COyhaltige — aus der Verbrennungsanlage stammende — Rauchgasatmosphäre hindurchgeleitet werden. Die Rauchgasatmosphäre unterstützt die Schlammkonditionierung, insbesondere wenn gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung die Schlammtröpfchen beim Erhitzen auf pH-Werte unter 4 angesäuert werden, insbesondere wenn der pH-Wert zwischen 2 und 3 eingestellt wird. Es ist dabei zweckmäßig, wenn der Schlamm vor dem Versprühen durch Säurezugabe angesäuert wird und nach dem Versprühen, aber vor der bo Flockungsmittelzugabe, der pH-Wert des Schlamms durch basische Zusätze in den neutralen Bereich oder geringfügig darüber angehoben wird.

Die optimalen pH-Werte können somit durch eine Säurezugabe vor dem Versprühen des Schlamms t>i eingestellt werden. Es hat sich gezeigt, daß das Zusammenwirken von stoßartiger Erhitzung und ausreichend saurer Basizität der SchlammtröDfchen zu einer stabil irreversiblen Eiweißnanirierung und zusätzlicher Fällung von sonstigen, schlecht abzufilternden Substanzen führt, die auch dann erhalten bleibt, wenn der Schlamm nach dieser Behandlung wieder abkühlt.

Bei der Anhebung der Basizität des Schlamms durch basische Zusätze in den neutralen Bereich oder gerinfügig darüber empfiehlt sich eine optimale Abstimmung auf das jeweils benutzte Flockungsmittel. Die erzielte irreversible Denaturierung gestattet es, auch solche mechanischen Entwässerungseinrichtungen zu benutzen, die nur zusammen mit Pumpen eine hohe Durchsatzleistung erreichen, wie z. B. Zentrifugen.

Durch die Kombination der vorstehend genannten Maßnahmen werden nicht nur sehr kurze Entwässerungszeiten bei hoher Entwässerungsleistung, sondern auch hohe Wirkungsgrade des zugesetzten Flockungsmittels und höhere Trockensubstanzgehalte als bisher üblich erzielt

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß dem Schlamm vor dem Versprühen Kalziumchlorid zugesetzt wird. Damit werden der Schlamm angesäuert als auch gleichzeitig Kalziumionen eingebracht, die später die vorteilhafte Bildung von Kalkseifen verursachen. Da Kalziumchlorid in großen Mengen preisgünstig verfügbar ist, kann diese Maßnahme in der Regel wesentlich zur Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nach der Erfindung beitragen.

Die vollständige und irreversible Denaturierung der Eiweißstoffe des Schlamms kann bei den meisten Abwasserschlamnizusammensetzungen erreicht werden, wenn die Schlammtröpfchen stoßartig auf eine Temperatur von mind. 41 ° C, vorzugsweise im Bereich von 60 bis 85°C, erwärmt werden, wobei die mittlere Aufenthaltszeit der Schlammtröpfchen in der Gasatmosphäre zweckmäßig in der Größenordnung von 1 bis 10 s gewählt wird. Das kann durch die Einsteilung einer günstigen Tröpfchengröße ohne weiteres erreicht werden und bei Verwendung heißer Rauchgase aus einem Verbrennungsofen durch die weitere Maßnahme, daß das Rauchgas vor seiner Einwirkung auf die Schlammtröpfchen durch Einspritzen von Wasser abgekühlt wird, vorzugsweise auf etwa 200 bis 500⁰C.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann dabei das Rauchgas auf einen vorgegebenen Wasserdampfpartialdruck eingestellt werden, so daß im Schlammreaktor stellenweise der Taupunkt unterschritten wird. Die Schlammtröpfchen erleiden durch die freiwerdende Kondensationswärme einen thermischen Schock, der die irreversible Denaturierung der Eiweißstoffe besonders wirksam einleitet.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des bis jetzt beschriebenen Verfahrens. Sie ist gekennzeichnet durch einen turmartigen Schlammreaktor mit einer in ihrem Durchlaßquerschnitt für den Schlamm einstellbaren Einspritzvorrichtung, an dem ein Auslaßstutzen für heißes Abgas und ein oberhalb des Schlammbades einmündendes Gaseinleitungsrohr angeordnet sind und dessen Fußabschnitt einsn Behälter für das Schlammbad mit einem zur Entwässerungseinrichtung führenden Ablaufrohr bildet. Die Einspritzvorrichtung hat zur Vermeidung von Verstopfungen große Durchgangsquerschnitte. Daher eignen sich dafür insbesondere bekannte Exzenterdüsen mit verstellbaren Düsenquerschnitt oder bekannte Rotationszerstäuber. Sie gestatten es, zusammen mit einer Regelung des Arbeitsdruckes die Größe der Schlammtröpfchen und somit ihre mittlere Aufenthaltszeit im Reaktor und ihre Erwärmung optimal einzustellen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Der in einem Stapelbecken 1 bereitgehaltene Abwasserschlamm wird dort mittels bekannter schwimmender Oberflächenbelüfter 2 intensiv belüftet, um so die an die Schlammpartikel adsorptiv gebundenen organischen Stoffe so weitgehend wie möglich in körpereigene Eiweißstoffe umzuwandeln. Der Schlamm wird mittels Exzenterschneckenpumpen 3 entsprechendem Druck einem turmartigen Schlammreaktor 4 zugeführt, in dessen Einspritzvorrichtung 5, nämlich mit verstellbarem Durchlaßquerschnitt ausgestattete Exzenterdüsen, der Schlamm in Form von Tröpfchen in eine Rauchgasatmosphäre 6 eingespritzt wird. Die durchschnittliche Tröpfchengröße wird dabei so gewählt, daß ihre mittlere Aufenthaltszeit in der Rauchgasatmosphäre 6 in der Größenordnung von etwa

1 bis 10 s liegt, so daß sich die Tröpfchen in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur auf etwa 41 bis 100⁰C, vorzugsweise auf 60 bis 85⁰C, stoßartig erwärmen. An die Schlammzuleitung zum Schlammreaktor 4 ist ein eine Säure oder Kalziumchloridlösung enthaltender Behälter 7 angeschlossen, um die Ansäuerung der Schlammtröpfchen durch CO2-haltiges Rauchgas auf einen pH-Wert unter 4,0, vorzugsweise zwischen

2 und 3, zu unterstützen. Der Fußabschnitt des Schlammreaktors 4 bildet für das Schlammbad einen Behälter 8 über dessen Ablaufrohr 9 der denaturierte Schlamm mittels einer Pumpe 10 der mechanischen Entwässerungseinrichtung(Siebbandpresse oder Zentrifuge) 11 zugeleitet wird. Ein übliches Flockungsmittel, beispielsweise auf der Basis von Copolymerisaten des Polyacrylamids oder Methacrylate, wird in einem Behälter 12 in der erforderlichen Konzentration und dem optimalen Reifegrad zubereitet und mittelts einer Pumpe 13 kurz vor der Entwässerungseinrichtung 11 in den denaturierten Schlamm eingeleitet. Zwischen dieser Einleitungsstelle und dem Schlammbad mündet in das Ablaufrohr 9 die Zuleitung eines Behälters 14 für alkalische Mittel, vorzugsweise Kalkhydrat oder Brandkalk, die der Neutralisation des angesäuerten Schlammes auf einen dem jeweiligen Flockungsmittel entsprechenden optimalen pH-Wert dienen, bei den vorgenannten Beispielen auf etwa 6,5 bis 7. Zweckmäßig sind die Antriebsmotoren der Pumpen 10 und 13 miteinander gekoppelt und werden von dem nur schematisch dargestellten Niveauregler 38 des Behälters 8 gesteuert.

Das gereinigte Wasser wird über eine Leitung 15 zur Kläranlage zurückgeleitet. Der Rückstand der mechanischen Entwässerungseinrichtung liegt als stichfester Schlammkuchen vor, der über ein geeignetes Transport mittel 16, beispielsweise einen nicht dargestellter Tragkettenförderer, in einen Wirbelschichtofen 17 transportiert und dort selbstgängig verbrannt wird. Da; Rauchgas enthält etwa 12 bis 18% CO₂; es erwärmt in einem Vorwärmer 18 die von einem Gebläse 19 übet eine Leitung 20 in den Boden des Wirbclschichtofens 17 eingeleitete Verbrennungsluft.

In der Zeichnung nicht dargestellt sind vorhanden«

ι« Einrichtungen zur Zufuhr von Heizöl für das Anfahren des Wirbelschichtofens und zur Mitverbrennung vor Rechengut und Sandfanggut aus der Kläranlage sowie von Altölen und ölemulsionen, die hierbei ohne zusätzlichen Aufwand vernichtet werden können.

Das auf etwa 500 bis 800° C abgekühlte Rauchgas strömt über ein Auslaßrohr 21 des Vorwärmers 18 ir einen Vorkühler 22. Von diesem gelangt das Rauchgaj in einen Trockenentstauber 23, einem Zyklon, der mit einem oberhalb des Schlammbades mündenden Gasein· leitungsrohr 24 des Schlammreaktors 4 verbunden ist Mittels Sprühdüsen 25 wird Wasser oder vorzugsweise Ascheschlamm in den Vorkühler 22 eingespritzt, wöbe die Wassermenge durch eine Pumpe 26 mit durch einen Fühler 27 gesteuerter Regeleinrichtung beeinflußt wird.

Mit den erörterten Mitteln gelingt es ohne weiteres das Rauchgas im Schlammreaktor 4 auf die Temperatur und den Wasserdampf-Sättigungsgrad einzustellen, die für die irreversible Denaturierung der in den Schlamm tröpfchen enthaltenen Eiweißstoffe am günstigsten sind Ein Auslaßstutzen 28 des turmartigen Schlammreaktor! 4 ist mit einem Naßentstauber 29, im vorliegenden FaI einem Venturiwäscher, verbunden, in dem die durch der Schlammreaktor 4 im wesentlichen ohne Abtrennung vom Rauchgas hindurchgeführte Feinasche ausgewa sehen wird. Der Naßentstauber 29 wird mit Wasser au: dem Ascheabsetzbecken 30 gespeist.

Die aus dem Wirbelschichtofen 17 mit dem Rauchga; fast vollständig ausgetragene Schlammasche wird au; den Aschetrichtern 31, 32 und 33 des Vorwärmers 18 des Vorkühlers 22 und des Trockenentstaubers Z: trocken abgezogen und über einen Vertikalförderer 3Ί zum Aschebunker 35 verbracht Der aus dem Nassem stauber 29 über die Zuleitung 36 in das Ascheabsetzbekken 30 eingeleitete Ascheschlamm macht, bezogen au

•<5 den Gesamtanfall an Asche, nur einen geringen Antei aus. Der Ascheschlamm wird, soweit er nicht in der Vorkühler 22 eingespritzt wird, über eine Leitung 37 unc den Vertikalförderer 34 dem Aschebunker 3t zugeführt und zur Anfeuchtung der Trockenasch«

so benutzt, die dadurch besser zu handhaben ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Konditionierung und anschließenden Entwässerung von Abwasserschlämmen aus Kläranlagen, bei dem der Schlamm kurzzeitig bis auf max. 100⁰C erhitzt, dann mit Flockungsmittel versetzt und anschließend mechanisch entwässert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhitzen des Schlammes dieser, zu kleinen Tröpfchen versprüht, durch eine heiße Gasatmosphäre hindurchgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlammtröpfchen durch eine CC>2-haUige Rauchgasatmosphäre hindurchgeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlamm» öpfchen auf einen pH-Wert unter 4 angesäuert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert zwischen 2 und 3 eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm vor dem Versprühen durch Säurezugabe angesäuert wird und nach dem Versprühen, aber vor der Flockungsmittelzugabe, der pH-Wert des Schlamms durch basische Zusätze in den neutralen Bereich oder geringfügig darüber angehoben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlamm vor dem Versprühen Kalziumchlorid zugesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlammtröpfchen stoßartig auf eine Temperatur von mindestens 41 °C, vorzugsweise 60 bis 85° C, erwärmt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Aufenthaltszeit der Schlammtröpfchen in der Gasatmosphäre in der Größenordnung von 1 bis 10 s gewählt wird. 4»

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas vor seiner Einwirkung auf die Schlammtröpfchen durch Einspritzen von Wasser abgekühlt wird, vorzugsweise auf etwa 200 bis 500° C.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas auf einen vorgegebenen Wasserdampfpartialdruck eingestellt wird, so daß im Schlammreaktor (4) stellenweise der Taupunkt unterschritten wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen turmartigen Schlammreaktor (4) mit einer in ihrem Durchlaßquerschnitt für den Schlamm einstellbaren Einspritzvorrichtung (5), an dem ein Auslaßstutzen (28) für heißes Abgas und ein oberhalb des Schlammbades einmündendes Gaseinleitungsrohr (24) angeordnet sind und dessen Fußabschnitt einen Behälter (8) für das Schlammbad mit einem zur Entwässerungseinrichtung (11) führenden Ablauf rohr (9) bildet.