DE2263752A1 - Vorrichtung und verfahren zum stabilisieren von abfallmaterial - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zum stabilisieren von abfallmaterialInfo
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Description
General Signal Corporation
Rochester, Ή.Ί. 14602, USA.
Rochester, Ή.Ί. 14602, USA.
27.Dezember 1972 6835
Vorrichtung und Verfahren zum Stabilisieren von Abfallmaterial
Priorität: 11.April 1972, USA. Er. 242 989
Die Erfindung betrifft eine'verbesserte Vorrichtung und ein
verbessertes Verfahren für die Stabilisierung von faulendem,
unbeständigem Abfall durch Behandlung des Abfalls bis zu einem Grad, bei welchem weitere chemische Veränderung in sehr
geringem Ausmass auftreten wird. Hierdurch wird der Abfall nicht-stinkend gemacht und eine Verringerung in seinem biologischen
Sauerstoffbedarf gebildet und geschaffene Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Verbesserung bezüglich des
Verfahrens und Apparats gemäss der US-PS 5 3OO 402»
In dieser US-PS ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Stabilisieren von f aulendeniy unbeständigem Abfallmaterial
beschrieben, wobei die anfängliche Behandlung des Abfalls in beliebiger geeigneter Weise durchgeführt wird, um einen
Schlamm zu gewinnen, welcher mit einem oxydierenden Agens vermischt
und durch eine Reihe von in ihrem Innern ohne Hindernisse versehenen Reaktionsbehältern gepumpt wird, worin eine
chemische Oxydationsreaktion stattfindet. Während das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung im allgemeinen befriedigend
arbeiten, ist zu bemerken, dass der letzte Reaktionsbehälter in ddr Reihe die Mischung aus Schlamm und dem oxydierenden
Agens auf einem ungewöhnlich niedrigen Druck hält,
, ,. _ , ,. ., . verhältniamässig
sodass die Oxydation mit einer 3O3igigira3däiDcs3i niedrigen Geschwin
digkeit verläuft. Es wurde festgestellt, dass mitunter das
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zuzusetzende oxydierende Agens mehr Zeit erfordert, um mit dem Schlamm zu reagieren, als in der bekannten Anlage vorgesehen
ist, sodass das Oxydationsverfahren nicht in dem angemessenen Grad in dem Reaktionsbehältern durchgeführt wird.
Infolgedessen kann nicht in der erforderlichen Weise stabilisierter
Schlamm aus dem letzten Reaktionsbehälter entleert werden.
Ein Vorschlag zur Lösung des Problems der Entleerung eines
nicht in der erforderlichen Weise stabilisierten Schlamms
bestand darin, mehr Reaktionsbehälter in der Anlage zu verwenden,
aber eine solche Lösung verursacht zusätzliche Kosten für die zusätzlichen Reaktionsbehälter,, Weil überdies der
letzte Behälter in der bekannten Anlage die Mischung nicht unter merklichem Druck enthält, was auch für die zugefügten
Behälter gilt, wurde hierdurch weder die Reaktionszeit noch infolgedessen der Stabilisationsgrad in merklicher Weise verbessert.
Ein anderer Vorschlag zur Lösung des obigen Problems bestand darin, die Reaktionsbehälter zu vergrössern. Wie im fall des
Zufügens weiterer Reaktionsbehälter ist die Vergrösserung der Behälter mit zusätzlichen Kosten verbunden, die in keinem Verhältnis
zur Erhöhung der Reaktionszeit stehen.
Verfahren und Vorrichtung gemäss der Erfindung sind nun dadurc
gekennzeichnet, dass ein grösserer Anteil der Mischung aus dem ersten Reaktionsbehälter durch den ersten Behälter zurückgelei
tet und der restliche Anteil zu dem zweiten Behälter gefördert wird, und dass !Druck in beiden Behältern aufrecht erhalten
wird, um eine verhältnismässig rasche chemische Oxydation des
Materials während im wesentlichen des gesamten Umlaufs der Mischung durch die Behälter aufrecht erhalten wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung ergeben. Darin wird die Erfindung
beispielsweise an einer bevorzugten in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung
erläutert.
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Auf dieser Zeichnung ist eine Einlassleitung 10 vorhanden,
welche den EinlaiBstutzen einer Speisepumpe 12 mit einer "beliebigen
Quelle des zu stabilisierenden Abfallmaterials verbindet. Der Ausdruck Abfallmaterial soll rohen Abfall und
Schlammabwässer aus einem beliebigen Sj^stem für die anfängliche
Behandlung von Rohabfail oder Abwässer einschliessen. Die letztere Kategorie schliesst beispielsweise den Abfluss
aus einer primären Kläranlage oder sekundären Schlamm aus einem aerobischen Behandlungsverfahren und einer sekundären
Kläranlage ein, oder könnte- in unvollständiger Weise abgebauter Schlamm sein, welcher aus einea? anaerobischen Paulanlage
stammt, oder könnte eine Kombination dieser drei Möglichkeiten sein. J?ür die erfindungsgemässen Zwecke ist die anfängliche
Behandlung, welcher der rohe Abfall unterworfen wurde, belanglose
Eine Vorratskammer 14 schliess-- die übliche Eließregeleinrichtung
ein,enthält ein geeignetes oxydierendes Agens und ist auf der Einlasseite der Pumpe 12 so gelegen, dass das
oxjrdierende Agens vorzugsweise in Porm von Gas und insbesondere
von Chlor dem Abfallmaterial in Leitung 10 zugeführt wird. Wie noch später beschrieben wird, steht der Speisemechanismus
14 in Verbindung mit Leitung 10 durch eine Leitung 24 Hnd einen Strömungsbehinderer 28. Wie ebenfalls
noch später erläutert wird, wirkt der Strömungsbehinderer 28 wie eine den Druck erhaltende Einrichtung und vorzugsweise
hat er die ^'orm eines Eduktors mit einer düsenförmigen
Strömungsbehinderung und einer Saugkammer. Derartige Eduktoren sind im Handel erhältlich, und wenn hier verwendet,
wirken sie auch dahingehend, dasjoxydierende Agens aus der
Vorratskammer 14 und in die Leitung 24 .hinein zu evakuieren. Die Verwendung des Eduktors wird besonders bevorzugt, wenn
das oxydierende Agens Chlorgat ist, weil er eine Sicherhiitsfunktion
schafft. Während die Verwendung von Ohlorgas bevorzugs wird, können auch andere geeignete oxydierende Agentien
benutzt werden. Pumpe 12 ist vorzugsweise eine Zentrifugalpumpe mit abgesetztem Laufrad zur Verhindung von Verstopfung
und rührt das Abfällmaterial und das' oxydierende Agens in
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der Pumpenkammer um, sodass sie gründlich und innig gemischt
werden. Die Mischung aus Abfallmaterial und oxydierendem Agens wird aus Pumpe 12 in eine Leitung 16 durch eine Düse
18 , und in einen ersten Reaktionsbehälter 20 entleert, welcher im Innern frei von Hindernissen ist und eine in
allgemeinen zylindrische Gestalt besitzt. Düse 18 ist tangential in Bezug auf Reaktionsbehälter 20 gelegen und
verursacht nur einen geringen Druckabfall in dem Gemisch. Weil es mit hoher Geschwindigkeit entleert wird, läuft das
Gemisch auf einem opiralweg um die äussere Wand des Behälters um und erleidet dabei eine chemische Oxydationsreaktion.
Obwohl nicht erforderlich für die .üurchführung der
Erfindung,ist die Längsachse des Behälters 21 in einer
waagerechten Ebene angeordnet,um Raum in der Installation des Systems zu bewahren.
Eine Entleerungsleitung-22 ist naturgemäss angeschlossen an
das Ende des Behälters 20 gegenüber dem Einlassende und kann in einer beliebigen Winkelstellung in Bezug auf den
Behälter gelegen sein» Vorzugsweise jedoch ist die Entleerungsleitung
22 oben an Behälter 20 gelegen, um das Entweichen von Gas zu erleichtern, welches während der Oxydationsreaktion
oder während der Perioden sich gebildet haben kann, wenn das System sich in Ruhe befindet. Entleerungsleitung
22 teilt sich in zwei Arme 24 und 26, wobei der erstere über den Strömungsbehinderer 28 mit der Einlassleitung 10
verbunden ist, und der letztere an einen zweiten Reaktionsbehälter
30 angeschlossen ist. Arme 24 und 26 sind so eingerichtet,
dass ein grösserer Anteil der aus dem Behälter entleerten Mischung zur Leitung 10 geführt und nur ein
kleinerer Anteil dem Behälter 30 zugeführt wird. Der Strömungsbehinderer 28 hält den Druck in Reaktionsbehälter 20
aufrecht, sodass die rasche Oxydatxonsreaktion darin verlaufen kann.
Hier ist zu vermerken, dass die aus Behälter 20 entleerte Mischung mit zusätzlichem oxydierenden Agens in dem Strömungsbehinderer
28 vermischt wird,durch Arm 24 und in Leitung 10 hineinströmt, worin sie mit neuem zu stabilisierendem
l vermischt und rinrnh fiphältpr· PD tp^ i-Vui i
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wirdo Durch diese Einrichtung wird zusätzliche Oxydationsreaktionszeit für einen grösseren Teil des zu stabilisierenden
Abfallmaterials geschaffen. Während der rezirkulierte Anteil geändert werden kann, wurden befriedigende Ergebnisse
erhalten, wenn mindestens 75% des Abfallmaterials rezirkulier
werden. U1Ur beste Ergebnisse jedoch sollten etwa 85?£ des
Abfallmaterials rezirkuliert v/erden.
Der sekundäre Reaktionsbehälter 30 ist ähnlich dem Behälter 20, das heisst er ist zylindrisch, enthält im Innern keine
Hindernisse und ist tangential an seinen Einlass, den Arm 26,
angeschlossen. Demgemäss läuft der Teil der aus Behälter 20 in Behälter 30
/ entleerten Mischung ebenfalls auf einem Spiralweg um die Y/ände des Behälters um und wird durch die Entleerungsleitung 32 entleertjT welche vorzugsweise oben an dem Behälter angeordnet ist, um das Entweichen von Gas zu erleichtern. Behälter 30 ist vorzugsweise senkrecht angeordnet, sodass Feststoffe, welche sich am Boden des Behälters während Ruhezeiten abgesetzt haben, leicht durch die Strömung der Mischung aufgenommen werden können, wenn die Anlage-wieder in Gang gesetzt wird» Leitung 32 enthält einen geeigneten Mechanismus, um Druck in dem Behälter 30 aufrecht zu erhalten, sodass die Oxydationsreaktion sich in der aus dem Behälter 20 entleerten Mischung fortsetzt. Während verschiedene Druck erhaltende Mechanismen benutzt werden können, sc-hliesst der bevorzugte eine Pumpe 34 ein, welche in entgegengesetzter Richtung zur Strömung der Mischung läuft, wie noch später näher erläutert wird. Es ist zu vermerken, dass das Druckabfall zwischen dem ersten Reaktionsbehälter 20 und dem zweiten Reaktionsbehälter 30 so klein wie möglich ist, sodass die Oxydationsreaktion im gewünschten Ausmass verläuft. Vorzugsweise ist der Druckabfal gerade klein genug, um der Mischung das Strömen aus dem erste zu dem zweiten Behälter zu ermöglichen«, Die aus dem Behälter 30 entleerte Mischung ist stabilisierter Schlamm, welcher durch eine Leitung 36 zu einer geeigneten Entwässerungsapparatur geführt wird.
/ entleerten Mischung ebenfalls auf einem Spiralweg um die Y/ände des Behälters um und wird durch die Entleerungsleitung 32 entleertjT welche vorzugsweise oben an dem Behälter angeordnet ist, um das Entweichen von Gas zu erleichtern. Behälter 30 ist vorzugsweise senkrecht angeordnet, sodass Feststoffe, welche sich am Boden des Behälters während Ruhezeiten abgesetzt haben, leicht durch die Strömung der Mischung aufgenommen werden können, wenn die Anlage-wieder in Gang gesetzt wird» Leitung 32 enthält einen geeigneten Mechanismus, um Druck in dem Behälter 30 aufrecht zu erhalten, sodass die Oxydationsreaktion sich in der aus dem Behälter 20 entleerten Mischung fortsetzt. Während verschiedene Druck erhaltende Mechanismen benutzt werden können, sc-hliesst der bevorzugte eine Pumpe 34 ein, welche in entgegengesetzter Richtung zur Strömung der Mischung läuft, wie noch später näher erläutert wird. Es ist zu vermerken, dass das Druckabfall zwischen dem ersten Reaktionsbehälter 20 und dem zweiten Reaktionsbehälter 30 so klein wie möglich ist, sodass die Oxydationsreaktion im gewünschten Ausmass verläuft. Vorzugsweise ist der Druckabfal gerade klein genug, um der Mischung das Strömen aus dem erste zu dem zweiten Behälter zu ermöglichen«, Die aus dem Behälter 30 entleerte Mischung ist stabilisierter Schlamm, welcher durch eine Leitung 36 zu einer geeigneten Entwässerungsapparatur geführt wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
ist ersichtlich, dass ausreichende Zeit für die
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Oxydationsreaiction vorgesehen ist, um eine angemessene
Stabilisierung des Abfallmaterials durch äblh Rezirkulation
eines grösseren Anteils der Mischung und durch Aufrechterhai tung von -Uruck in der κι βchung während der gesamten
Oxydationsreaktion sicherzustellen« Rezirkulation naturgemäss
vergröcsert die Reaktionszeit eines bedeuten^ Volumens
der Mischung und Zirkulation unter Druck in dem zweiten Behälter stellt sicher, dass jeglicher Anteil der nicht
rezirkulierten Mischung mit angemessener zusätzlicher Reaktionszeit versehen wird. Andere auffallende Vorteile
werden auch insofern verwirklicht, dass nur zwei Behälter zur durchführung des Verfahrens benötigt werden, wobei der
zweite nur von verhältnismässig geringer Grosse ist, was die installationskosten der Anlage erniedrigt, und dass
auch ferner das Verfahren kontinuierlich ist, was die Betriebskosten senkt.
Wie bereits erwähnt schliesst der den Druck aufrecht erhaltende Mechanismus, welcher bei der erfindungsgemässen Ausführung^
form benutzt wird, die Pumpe 34 ein, welche in entgegengesetzter Richtung zur Strömung der aus dem Behälter 30 entleerten
Mischung läuft, otrömungsbehinderer oder Druckentlastungsventile
könnten benutzt werden, aber bei den niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten,mit welchen die Mischung entleert
wird, sind diese Mechanismen für Verstopfung durch die in der Mischung enthaltenen Feststoffe anfällig. Pumpe 34
der Zeichnung ist vorzugsweise eine Zentrifugalpumpe mit
einem abgesetzten Laufrad 35, um Verstopfung zu vermeiden. Die Pumpe ist so angeschlossen, dass ihr üblicher Entleerungsstutzen ein Einlaßstutzen 38 wird, und ihr gewöhnlicher Einlaßstutzen
ein Entleerungsstutzen 40 wird. Jedoch wird die Krümmung des Laufrads nicht gegenüber der üblichen Gestaltung
des Leitens des Fluidums aus der Pumpe durch Stutzen 38 abgeändert.
Im Betrieb wird Laufrad 35 in üblicher Weise,wie durch den Pfeil A angedeutet, angetrieben, sodass es gegen die
Richtung der Strömung der durch Leitung 32 entleerten Mischung arbeitet, jedoch mit einer Geschwindigkeit, welche weniger
Druck schafft als denjenigen in Behälter 30. Daher wird die Strömung der Mischung nicht unterbrochen, π
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strömt durch die Pumpe in einer Weise umgekehrt zu derjenigen
des üblichen Betriebs der Pumpe. Zusätzlich zur Vermeidung des Verstopfungsproblems ist die "Verwendung
der Pumpeneinrichtung auch wirtschaftlich, weil sie in
einem fast unbelasteten Zustand arbeitet und ihre Krafterfordernisse
Minimal sind.
Prüfungen wurden durchgeführt in einer städtischen qülisserbehandlungsanlage,
welche aktivierten Schlamm lieferte, der dem beschriebenen bystem zugeführt und daraus entleert
wurde in einer Menge von 38 1 pro Minute, Die Speisepumpe steigerte den .Druck der Mischung auf 2,46 kg/cm und die
Einlassdüse verursachte einen Druckabfall von. 0,70 kg/cm
Demgemäss wurde ein Druck von 1,76 kg/cm auf der Mischung
in dem ersten Reaktionsbehälter und ein nur wenig .'.niedriger
Druck als dieser 'in dem zweiten Behälter aufrecht erhalten. Etwa 35y<>
der aus dem ersten Reaktionsbehälter entleerten Mischung wurde rezirkuliert.
Bei einer Prüfung wurde Ghlorgas der Anlage mit einer
Geschwindigkeit von 1790 ppm (Seile pro Killion) zugeführt,
•Wenn aus dem ersten Reaktionsbehälter entleert, betrug das restliche oder unverbrauchte Chlor 430 ppm und die
relative Stabilität der Mischung wurde zu 99;ί berechnete
Wenn aus dem zweiten Reaktionsbehälter entleert, wurde das restliche Chlor mit 390 ppm gemessen und die relative
Beständigkeit der Mischung wurde wieder auf 99$ berechnet.
Relative Beständigkeit ist das Verhältnis von dem in dem Abfall verfügbaren Sauerstoff zu dem für vollständige
Oxydation der organischen Substanzen in dem Abfallmaterial erforderlichen. Je höher der Prozentsatz,umso beständiger
ist die Mischung,
Bei einer anderen Prüfung wurde Chlorgas der Anlage in einer Menge von 1210 ppm. zugeführt und die Restmengen
wurden bei der Entleerung des ersten und zweiten Reaktionsbehälters zu 250 ppm. "bzw. 240 ppm. gemessen. Die relative
Stabilität der aus dem ersten Behälter entleerten Mischung wurde zu 84^ und der aus dem zweiten Behälter entleerten
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-8-zu 90% gemessen.
Schliesslich bei einer noch anderen Prüfung wurde ühlorgas
in die Anlage in einer Menge von 600 ppm eingeführt und die Restmengen, gemessen an der Entleerung des ersten und
des zweiten Behälters, waren 130 bzw. 120 ppm. Die relative Stabilität der aus dem ersten Behälter entleerten Mischung
wurde zu 75/» und die der aus· dem zweiten Behälter entleerten
zu 87% gemessen,,
Während der Prüfungen wurde auch festgestellt, dass die
höchste relative Beständigkeit,bei welcher chemische Veränderung bei einer ungenügenden henge eintreten könnte, 84%
war. Demnach würde jede der oben erwähnten Chlorspeisemengen befriedigende Ergebnisse liefern. Tatsächlich konnte mit
einer Speisemenge von 1790 ppm ein befriedigender Grad an Stabilität mit nur einem Reaktionsbehälter erzielt werden,,
Jedoch führte Senken der Speisemenge zu wirtschaftlicherem
Betrieb, insofern weniger Chlor verbraucht wurde und doch der Stabilisierungsgrad befriedigend -ist. Die bevorzugte
Speisemenge ist 1210 ppm», weil grosse Betriebswirtschaftlichkeit verwirklicht wird, während eine verhältnismässige
Stabilität von 90% an der.Entleerung aus dem zweiten Behälter
aufrecht erhalten und eine angemessene Sicherheitsgrenze über die kritischen 84% geschaffen wird.
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Claims (7)
- -9-PatentansprücheYotrichtung für das ,Stabilisieren von Abfallmaterial, umfassend einen ersten und einen zweiten Re akt ions be halter, von welchen jecter im Innern ohne Hindernisse ist, eine Speisepumpe zum fördern von Abfallmaterial zu dem ersten Behälter, eine Einrichtung·zum Einführen eines chemischen oxydierenden Agens in das Abfallmaterial und eine Intleerungs leitung aus dem ersten Behälter, dadurch gekennzeichnet , dass die Entleerungsleitung an die Pumpe und an den zweiten Behälter so^angeschlossen ist, dass ein grösserer Teil der Mischung durch den ersten Behälter rezirkuliert und der restliche Teil zu dem zweiten Behälter gefördert wird, und dass eine erste und zweite Druck aufrecht erhaltende Einrichtung vorgesehen sind, um Druck in dem erste und zweiten Behälter aufrecht zu halten, um so eine verhältnismässig rasche chemische Oxydation des Abfallmaterials während im wesentlichen des gesamten Umlaufs der Mischung durch die Behälter zu begünstigen«
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, . dadurch gekennzeich net, dass mindestens 75% der Mischung durch den ersten Behälter rezirkuliert wird.
- 3 ο Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass etwa 83% der Mischung durch den ersten Behälter rezirkuliert wird»
- 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Druck aufrechterhaltende Einrichtung einen Strömungsbehinderer in der Entleerungsleitung umfasst.309843/0781
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung zur Einführung des oxydierenden Agens in das AM'altmaterial mit der Entleerungsleitung an oder in der rJähe des Strömun<jsbehinderers verbundei ist.
- 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Druck aufrechterhaltende Einrichtung eine weitere i-uiupe umfasst, welche mit dem Auslass des zweiten Behälters verbunden ist und in entgegengesetzter dichtung zu der btrömungsrichtung aus diesem zweiten Behälter läuft«
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass diese v/eitere Pumpe eine Zentrifugalpumpe ist.b. Verfahren zum Stabilisieren von Abfallmaterial, wobei ein oxydierendes Agens mit dem Abfallmaterial vermischt und diese Mischung einem raschen Umlauf unter Druck in einer ersten Zone zur Begünstigung der chemischen Oxydation des Materials unterworfen wird, dadurch gekennzeichne t, dass ein grösserer Teil der Mischung aus der ersten Zone zurück durch die erste Zone rezirkuliert und der restliche Teil der Mischung aus der ersten Zone einem weiteren raschen Umlauj unter Druck in einer zweiten Zone unterworfen wird, 'um fortgesetzte Oxydation des Materials zu begünstigen.309843/0781
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