DE2263752C3 - Vorrichtung und Verfahren zum Stabilisieren von Abwasserschlamm oder ähnlichem Abfallmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zum einen eine Vorrichtung und zum anderen ein Verfahren zum Stabilisieren von Abwasserschlamm oder einem ähnlichen Abfallmaterial gemäß Oberbegriff des Anspruchs I bzw. Anspruchs 6.

Zur Klarstellung sei darauf hingewiesen, daß die Bezeichnung Abwasserschlamm oder ähnliches Abfallmaterial auch im Sinne eines faulenden, unbeständigen Abfallmaterials zu verstehen ist, das stabilisierbar ist durch eine entsprechende Behandlung bis zu einem gewissen Grad, bei welchem eine weitere chemische Veränderung nur in sehr geringem Ausmaß auftritt. Hierdurch wird der Abfall nicht-stinkend gemacht und eine Verringerung in seinem biologischen Sauerstoffbedarferreicht.

Aus der US-PS 33 00 402 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Stabilisieren derartiger Abfallmaterialien beschrieben, wobei die anfängliche Behandlung des Abfalls in beliebiger geeigneter Weise durchgeführt wird, um einen Schlamm zu gewinnen, der mit einem oxydierenden Agens vermischt und durch eine Reihe von in ihrem Inneren ohne Hindernisse ausgestatteten Reaktionsbehältern gepumpt wird, worin eine chemische Oxydationsrcaktion stattfindet. Dieses bekannte Verfahren und die zugehörige Vorrichtung arbeiten /wnr im allgemeinen befriedigend, jedoch hält der letzte Reaktionsbehälter in der Reihe die Mischung aus Schlamm und oxydierendem Agens iiuf einem ungewöhnlich niedrigen Druck, so dall die Oxydation mit einer verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit statt-4(1 findet. Insbesondere benötigt das zuzusetzende oxydierende Agens mitunter zu seiner Reaktion mit dem Schlamm eine Zeit langer als diejenige, die bei der bekannten Anlage vorgesehen ist, so daß das Oxydationsverfahren nicht in dem angemessenen Ausmaß in

■r> den Reaktionsbehiiltern durchgeführt wird. Infolgedessen kann nicht in der erforderlichen Weise stabilisierter Schlamm aus dem letzten Reaktionsbehälter entleert werden.
Zur Überwindung des Problems, einen nicht in der

1(1 erforderlichen Weise stabilisierten Schlamm abführen zu müssen, ist bereits vorgeschlagen worden, mehr Reaktionsbehälter in der Anlage zu verwenden. Dies verursacht jedoch zusätzliche Kosten. Weil aber der letzte Behälter in der bekannten Anlage die Mischung

v> nicht unter einem merklichen Druck enthält, was auch für die zusätzlichen Behälter gilt, wurde hierdurch weder die Reaktionszeit noch der Stabilisationsgrad in merklicher Weise verbessert.

Des weiteren ist zur Überwindung des Problems

h'i bereits vorgeschlagen worden, die Reaktionsbehälter zu vergrößern. Auch dies ist mit zusätzlichen Kosten verbunden, die in keinem Verhältnis zur Verbesserung der Reaktionszeit stehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die

>■' eingangs hinsichtlich ihrer Gattung bezeichnete Vorrichtung und das zugehörige Verfahren derart zu verbessern, daß schließlich ein in der erforderlichen Weise stabilisierter Schlamm erreichbar lsi.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß in vorrichtungstechnischer- bzw. verfahrenstechnischer Hinsicht gelöst durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 6.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind aus den Unteransprüchen zu ersehen.

Im folgenden wird die Erfindung weiter ins einzelne gehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Aui^rGhrungsbeispiels beschrieben.

Die dort dargestellte Vorrichtung verfügt über eine EinlaQleitung 10, die den Einlaßstutzen einer Speisepumpe 12 mit einer beliebigen Quelle des zu stabilisierenden Abfallmaterials verbindet. Der hier verwendete Ausdruck Abfailmaterial soll rohen Abfall und Abwasserschlamm aus einem beliebigen System für die anfängliche Behandlung von Rohabfall oder Abwässern einschließen. Die letztgenannte 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, der aus einer ueroben Faulanlage stammt, oder könnte eine Kombination dieser drei Möglichkeiten sein. Für die erfindungsgemäßen Zwecke ist die anfängliche Behandlung, der der rohe Abfall unterworfen wird, belanglos.

Eine als Vorratskammer dienende Einrichtung 14 schließt die übliche Fließregeleinrichtung ein, enthält ein geeignetes oxydierendes Mittel und ist auf der Einlaßseite der Speisepumpe 12 so angeordnet, daß das oxydierende Mittel vorzugsweise in Form von Gas und insbesondere von Chlor dem Abfallmaterial in der Einlaßleitung 10 zugeführt wird. Die Einrichtung 14 steht mit der Einlaßleitung 10 über eine Leitung 24 und eine als strömungsbehindernde dienende druckaufrechterhaltende Einrichtung 28 in Verbindung. Diese den Druck aufrechterhaltende Einrichtung 28 hat vorzugsweise die Form eines Eduktors mit einer düsenförmigen Strömungsbehinderung und einer Saugkammer. Derartige Eduktoren sind im Handel erhältlich und wirken bei ihrer hier vorgesehenen Verwendung in der Weise, daß das oxydierende Mittel aus der als Vorratskammer dienenden Einrichtung 14 heraus- und in die Leitung 24 hinein evakuiert wird. Die Verwendung des Eduktors ist besonders zu bevorzugen, wenn das oxydierende Mittel Chlorgas ist, weil der Eduktor eine Sicherheitsfunktion erfüllt. Statt der bevorzugten Verwendung von Chlorgas können auch andere geeignete oxydierende Mittel verwendet werden. Die Speisepumpe 12 ist vorzugsweise eine Zentrifugalpumpe mit abgesetztem Laufrad zur Verhinderung einer Verstopfung und rührt das Abfallmaterial und das oxydierende Mittel in der Pumpenkammer um, so daß sie gründlich und innig miteinander vermischt werden. Die Mischung aus Abfallmaterial und oxydierendem Mittel wird aus der Speisepumpe 12 in eine Leitung 16 durch eine Düse 18 hindurch und in einen ersten Reaktionsbehälter 20 abgegeben, der im Inneren frei von Hindernissen ist und eine im allgemeinen zylindrische Gestalt besitzt. Die Düse 18 ist tangential /um Reaktionsbehälter 20 angeordnet und verursacht nur einen geringen Druckabfall in der Mischung. Wegen der Abgabe mit hoher Geschwindigkeit läuft die Mischung auf einem Spiralweg um die äußere Wand des Behälters um, wolv.-i sie eine chemische Oxydationsreaktion durchlauft. In allerdings nicht erforderlicher Weise ist die Längsachse des Behälters 20 in einer waagerechten l.bene angeordnet, um Raum in der Installation des Systems zu bewahren.

Eine Entleerungsleitung 22 ist an das dem Einlaßende gegenüberliegende Ende des Behälters 20 angeschlossen und kann in einer beliebigen Winkelstellung zum ί Behälter 20 angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Entleerungsleitung 22 jedoch oben am Behälter 20 angeordnet, um das Entweichen von Gas zu erleichtern. das sich während der Oxydationsreaktionen oder der Perioden sich gebildet haben kann, wenn das System

in sich in Ruhe befindet. Die Entleerungsleitung 22 teilt sich in zwei Leitungen 24 und 26 auf, wobei die Leitung 24 über die druckaufrechterhaltende Einrichtung 28 mit der Einlaßleitung 10 und die Leitung 26 mit einem zweiten Reaktionsbehälter 30 in Verbindung steht. Die Leitungen 24 und 26 sind so eingerichtet, daß ein größerer Anteil der aus dem Behälter 20 entleerten Mischung zur Leitung 10 geführt und nur ein kleinerer Anteil zum Behälter 30 geführt wird. Die Einrichtung 28 hält den Druck im Reaktionsbehälter 20 aufrecht, so daß in diesem eine rasche C-.vdationsrepktion stattfinden kann.

Es ist zu beachten, daß die aus dem ersten Reaktionsbehälter 20 abgegebene Mischung mit zusätzlichem oxydierenden Mittel in der druckaufrechterhaltenden Einrichtung 28 vermischt wird und durch die Leitung 24 hindurch in die Einlaßleitung 10 hineingeführt wird, wo sie mit neuem zu stabilisierenden Abfallmaterial vermischt und durch den ersten Reaktionsbehälter 20 rezirkuliert wird. Hierdurch 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 rezirkuliert wur-

J5 den. Für beste Ergebnisse sollten jedoch etwa 85°/b rezirkuliert werden.

Der zweite Reaktionsbehälter 30 ist dem ersten Reaktionsbehälter 20 ähnlich, d. h. er ist zylindrisch, enthält im Inneren keine Hindernisse und ist tangential

■ίο an seinen Einlaß, der Leitung 26, angeschlossen. Entsp^rechend läuft der aus dem Behälter 20 in den Behälter 30 abgegebene Teil der Mischung ebenfalls auf einem Spiralweg um die Wände des Behälters .30 um und wird dieser Teil durch eine Entleerungsleiiung 32

4Ί abgegeben, die vorzugsweise oben an dem Behälter 30 angeordnet ist, um das Entweichen von Gas zu erleichtern. Der Behälter 30 ist vorzugsweise senkrecht angeordnet, so daß Feststoffe, die sich am Boden des Behälters 30 während Ruhezeiten abgesetzt haben, leicht von der Strömung der Mischung aufgenommen werden können, weim die Anlage wieder in Gang gesetzt wird. Die Entleerungsleitung 32 enthält eine geeignere Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Drucks in dem Behälter 30, so daß die Oxydationsreak-

v'i tion sich in der aus dem Behälter 20 abgegebenen Mischung fortsetzt. Zwar können verschiedene druckaufrechterhaltende Einrichtungen benutzt werden, jedoch besteht eine bevorzugte derartige Einrichtung in einer Pumpe 34, die '.n entgegengesetzter Richtung zur

du Strömung der Mischung arbeitet. Es ist zu beachten, daß der Druckabfall /wischen dem ersten und dem /weiten Reaktionsbehälter 20 b/w. 30 so klein wie möglich ist, sei daß die OxH..itionsreaktion im gewünschten Ausmaß verläuft. Vorzugsweise ist der Druckabfall gerade klein

"'■ genug, um der Mischiiiip das .Strömen aus dein ersten in den /weiten Behälter 20 bzw. 30 zu gestatten. Die aus dem liehälter JO abgegebene Mischung ist stabilisierte-' Schlamm, der über eine Leitung 36 zu einer geeigneten

Entwässerungseinrichtunggeführt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ist ersichtlich, daß ausreichend Zeit für die Oxydationsreaktion vorgesehen ist. um eine angemessene Stabilisierung des Abfallmatcrials durch Rczirkulation eines größeren Anteils der Mischung und durch Aufrcchterhaltung von Druck in der Mischling während der gesamten Oxydationsreaktion sicherzustellen. Die Rezirkulation vergrößert naturgemäß die Reaktionszeit eines bedeutenden Volumens dor Mischung, und die Zirkulation unter Druck in dem zweiten Reaktionsbehälter 30 stellt sicher, daß für jeglichen nichi-rezirkulierten Anteil der Mischung eine angemessene zusätzliche Reaktionszeit zur Verfügung steht. I-lin weiter auffallender Vorteil besteht darin, daß nur zwei Reaktionsbehälter zur Durchführung des Verfahrens benötigt werden, wobei der zweite Behälter nur von

4 ' Inr tnll

iL iniiniui zugeführt und in einer Menge von 38 l/min abgegebu wurde. Die Speisepumpe steigerte den Druck de Mischung auf 2.46 kg/cm·', und die Einlaßdüse vertir sachte einen Druckabfall von 0.70 kg/cm-'. So wurde ein Druck von 1.7b kg/cm·¹ auf der Mischung im erste Reaktionsbehälter und cm nur wenig geringerer Druc als dieser im zweiten Reaktionsbehälter auficchterlial ten. Etwa 35% der aus dem ersten Reaktionsbehälter abgegebenen Mischung wurde rezirkuliert.

Bei einer Prüfung wurde C'hlorpas der Anlage in eine Menge von I 790 ppm /ι reführt. Hei der Abgabe au (.lern ersten Reaktionsbehälter betrug die Menge de restlichen oder unverbrauchten C hlors 4 30 ppm. und di relative Stabilität der Mischung wurde zu 99°/ berechnet. Bei Abgabe aus dem /weiten Reaktionsbc halter wurde das restliche Chlor mit 390 ppm gcmcsse und die relative Stabilität der Mischung wieder auf 99°/

tionskosten senkt, und daß des weiteren das Verfahren ein kontinuierliches ist, was die Betriebskosten senkt.

Wie bereits angegeben, umfaßt die druckaufrcchterhaltcnde Einrichtung die weitere Pumpe 34, die in entgegengesetzter Richtung zur Strömung der aus dem zweiten Behälter 30 abgegebenen Mischung arbeitet. Slromungsbehindercr oder Druckentlastungsventile können benutzt werden; diese Einrichtungen sind jedoch bei den niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten, mit denen die Mischung abgegeben wird, im Hinblick auf eine Verstopfung durch die in der Mischung enthaltenen Feststoffe anfällig. Die dargestellte Pumpe

34 ist vorzugsweise eine Zentrifugalpumpe mit abgesetztem Laufrad 35. um eine Verstopfung zu vermeiden. Die Pumpe ist so angeschlossen, daß ihr üblicher F.ntlcerungsstutzen ein Einlaßstutzen 38 und ihr üblicher Einlaßstutzen ein Entleerungsstutzen 40 wird. Jedoch ist die Krümmung des Laufrads gegenüber der üblichen Gestaltung des Lettens des Fluids aus der Pumpe durch den Stutzen 38 hindurch nicht abgeändert. Im Betrieb wird das Laufrad 35 in üblicher Weise, wie durch den Pfeil A angedeutet ist. angetrieben, so daß das Laufrad

35 gegen die Richtung der Strömung der durch die Leitung 32 abgegebenen Mischung arbeitet, jedoch mit einer Geschwindigkeit, die mit einem Druck in Verbindung steht, der geringer als derjenige im Behälter 30 ist. Daher wird die Strömung der Mischung nicht unterbrochen: vielmehr strömt die Mischung durch die Pumpe in einer zum üblichen Betrieb der Pumpe umgekehrten Weise. Über die Vermeidung des Verstopfungsproblems hinaus ausgehend ist die Verwendung der Pumpenein'-ichtung auch deshalb wirtschaftlich, weil sie in einem fast entlasteten Zustand arbeitet und ihre Krafterfordernisse minimal sind.

Beispiele

Es sind Prüfungen in einer städtischen Abwasserbehandlungsanlage durchgeführt worden, die aktivierten Schlamm lieferte, der dem beschriebenen System

zwischen der Menge des in dcrr Abfall verfügbare Sauerstoffs und der Menge des tür eine vollständig Oxydation der organischen Substanzen in dem Abfall material erforderlichen Sauerstoffs, je höher de Prozentsatz, ist, desto stabiler ist die Mischung.

Bei einer anderen Prüfung wurde der Anlag ' hlorgas in einer Menge von 1210 ppm zugeführt, um die Restmengen bei der Entleerung des ersten bzw zwei'..η Reaktionsbehälters wurden mit 250 bzw 240 ppm gemessen. Die relative Stabilität der aus der ersten Behälter abgegebenen Mischung wurde zu 84°/ und der aus dem zweiten Behälter abgegebene; Mischung zu 90% gemessen.

Bei einer weiteren Prüfung wurde in die Anlag Chlorgas in einer Menge von 600 ppm eingeführt. un< die Restmengen bei der Abgabe aus dem ersten bzw zweiten Behälter wurden zu 130 bzw. 120 ppn gemessen. Die relative Stabilität der aus dem erstei Behälter abgegebenen Mischung wurde zu 75% und di der aus dem zweiten Behälter abgegebenen Mischun; zu 87% gemessen.

Bet den Prüfungen wurde auch festgestellt, daß di höchste relative Stabilität, bei der chemische Verände rungen bei einer ungenügenden Menge eintrete! können, 84% betrug. Somit würde jede der obei angegebenen Chlormengen befriedigende Ergebniss liefern. Tatsächlich konnte mit einer Chlormenge voi 1790 ppm ein befriedigender Grad an Stabilität mit nu einem Reaktionsbehälter erzielt werden, jedoch führti eine Reduzierung der zugeführten Menge zu wirtschaft licherem Betrieb, da weniger Chlor verbraucht wurd und dennoch der Stabilisierungsgrad befriedigend wat Die bevorzugte zugeführte Menge ist 1210 ppm. wei hierdurch eine große Betriebswirtschaftlichkeit ver wirklicht wird, während eine relative Stabilität von 90°/i bei der Abgabe aus dem zweiten Behälter aufrech erhalten und eine angemessene Sicherheitsgrenzi oberhalb der kritischen 84% geschaffen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verrichtung zum Stabilisieren von Abwasserschlamm oder einem ähnlichen Abfallmaterial, umfassend einen ersten und einen zweiten Reaktionsbehälter, von welchen jeder im Innern ohne Hindernisse ist, eine Speisepumpe zum Fördern von Abfallmaterial zu dem ersten Behälter, eine Einrichtung zum Einführen eines chemischen oxydierenden m Mittels in das Abfallmaterial und eine Entleerungsleitung aus dem ersten Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerungsleitung (22) des ersten Behälters (20) an die Speisepumpe (12) und an den zweiten Behälter (30) so angeschlossen ist, daß der größere Teil des aus dem ersten Behälter (20) abgezogenen Materials durch diesen rezirkuliert und der restliche Teil zum zweiten Behälter gefördert wird, und daß eine erste und zweite druekaufrechterhaltende Einrichtung (28,34) vorgesehen sind, um Druck in dem ersten und zweiten Behälter aufrechtzuerhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste druckaufrechterhaltende Einrichtung (28) ein Strömungsbehinderer in der Entleerungsleitung (22) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14) zur Einführung des oxydierenden Mittels in das Abfallmaterial mii der Entleerungsleitung (22) an oder in der Nähe des S'.römungsbehinderers (28) verbunden ist.

4. Vorrichiung nach einem cer Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite druckaufrechterhaltende Einrichtung eine weitere Pumpe (34) ist, welche mit der Entleerungsleitung (32) des zweiten Behälters (30) verbunden ist und in entgegengesetzter Richtung zu der Strömungsrichtung aus diesem zweiten Behälter (30) läuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Pumpe (34) eine Zentrifugalpumpe ist.

6. Verfahren zum Stabilisieren von Abwasserschlamm oder einem ähnlichen Abfallmaterial, wobei der Schlamm oder dgl. mit einem oxydierenden Mittel vermischt und diese Mischung nacheinander einer ersten Zone und dann einer zweiten Zone zur Begünstigung der chemischen Oxydation zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung in der ersten und in der zweiten Zone unter Druck gesetzt wird und daß weiterhin beim Überleiten der Mischung von der ersten in die zweite Zone ein Teil der Mischung abgezweigt und noch einmal der ersten Zone zugeführt wird.

7. Verfahren nach .Ansppjch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 75% der Mischung nach Verlassen der ersten Zone dieser wieder zugeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 85% der Mischung nach Verlassen der ers;en Zone dieser wieder zugeführt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der der zweiten Zone zugeführte Teil der Mischung einem raschen Umlauf in der zweiten Zone unterworfen wird, um die fortgesetzte Oxydation des Materials zu begünstigen.