DE2320183A1 - Verfahren zur herstellung von aktivkohle aus schlammsuspensionen, die organische materialien enthalten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von aktivkohle aus schlammsuspensionen, die organische materialien enthaltenInfo
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Description
AB Thule-Therm
Sveavägen 28-30
111 34 Stockholm (Schweden)
Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle' aus Schlammsuspensionen, die organische Materialien
enthalten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Schlamm, der organische Materialien enthält. Bei
dem Verfahren nach der Erfindung wird der Schlamm in einer ersten Verfahrensstufe getrocknet und in einer
zweiten Verfahrensstufe wird das getrocknete Produkt pyrolysiert, wodurch ein vorteilhaftes Aktivkohlematerial
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erhalten wird. Die gasförmigen Reaktionsprodukte aus der zweiten Verfahrensstufe werden gegebenenfalls verbrannt
und als Wärmemittel in die erste Verfahrensstufe zurückgeführt. ·
Als Ausgangsmaterial kann Schlamm aus Abfallwässer-Behandlungsbetrieben
verwendet werden als auch bei Industriewerken anfallender Schlamm wie beispielsweise
Faserkämmlings-Aufschlämmungen, die als Abwasser bei
Zellulosefabriken erhalten werden. Das Verfahren nach der Erfindung wird primär im Zusammenhang mit Ausgangsmaterialien
wie Schlamm aus Abwasser-Behandlungsbetrieben beschrieben» ·
Im Rahmen der Verhinderung der Umweltverschmutzung sind in der letzten Zeit einige Probleme entstanden, da bei
den modernen Abwasserbehandlungsbetrieben große Mengen an konzentriertem Schlamm entstehen, die in vielen
Fällen aufgrund ihrer Konsistenz schwer zu handhaben
sind und überdies schlechte Gerüche verbreiten und gefährliche Substanzen wie beispielsweise path'ogene
Bakterien und dergleichen enthalten.
Viele dieser Nachteile können verhindert werden, wenn man den Schlamm mittels Hitze trocknet. Man erhält dabei ein granuliertes geruchloses Produkt und durch die
Hitzebehandlung wird das Produkt pasteurisiert und eignet sich gegebenenfalls als Düngemittel bzw. als ein
den Boden verbesserndes Mittel wenn nicht toxische Verbindungen, Schwermetalle und dergleichen enthalten sind,
die sich für eine Verwendung in der Landwirtschaft nicht eignen.
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Der aus den Verdickungsvorrichtungen erhaltene Schlamm bzw. abgesetzte Schlamm hat je nach Schlammart einen
Trockensubstanzgehalt von 2 bis 15 Gew.-5ο, Es müssen
beträchtliche Mengen an Wasser abgedampft werden, wenn ein solcher Schlamm so weit getrocknet werden soll, daß
er einen Trockensubstanzgehalt besitzt, der sich optimal
für Düngemittelzwecke eignet, d.h. zu einem Trockensubstanzgehalt von über 50 Gew.-%. Dies ist nur möglich,
wenn eine nicht in kostspieliger Weise zu erzeugende Wärme zugeführt wird, wie beispielsweise überschüssige
Wärme in Form von Rauchgasen und Abgasen aus Verbrennungsofen für Abfälle, Fasern und dergleichen.
Falls keine Überschuß-Wärmemengen zur Verfügungjstehen, wird der^ Schlamm normalerweise mit mechanischen Vorrichtungen
entwässert wie beispielsweise Zentrifugen, Filterpressen, Vakuumfilter u. dgl.. Auf diese Weise
wird der Gehalt an Trockensubstanz von 2 bis 15 Gew.-5ο
auf 15 bis 35 Gew.-% je nach Art des Schlammes erhöht. Durch diese Art der Entwässerung wird ein dickerer,
trockener Schlamm erhalten, jedoch ist dieses Produkt immer noch schwer zu handhaben und enthält wie die Ausgangsmaterialien
pathogene Bakterien und in bestimmten Fällen Hydatide. Ein solches Material ist meistens für
eine Verwendung und Verteilung auf Ackerland nicht geeignet. Dazu besser geeignet ist ein in Pelletform befindliches
und pasteurisiertes Produkt, das durch Hitzetrocknung erhalten worden ist.
Da in bestimmten Gebieten geringe Möglichkeiten bestehen, einen solchen getrockneten Schlamm als Düngemittel
"u verteilen, kann ein solcher Schlamm alternativ
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verbrannt werden, um sein Volumen zu verringern« Jedoch
entstehen durch das Verbrennen solcher Schlämme folgende Nachteile:
1. Während des Verbrennens entstehen Gase, die beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Chlorwasserstoff, Schwefeloxide,
Stickstoffoxide und Mercaptane enthalten. Solche Gase können nur mit kostspieligen Vorrichtungen entfernt und absorbiert
werden. Meistens sind dazu Waschvorrichtungen notwendig.
2. Die durch solche Verbrennungen erhaltene Asche enthält in konzentrierter Form nicht-brennbare Verunreinigungen wie
beispielsweise Schwermetalloxide. Durch die Verteilung solche Ascheprodukte, die örtlich konzentriert sind, entsteht die
große Gefahr einer Auslaugung aufgrund der Wirkung von Regenwasser, das einen pH-Wert im Bereich von 3 bis 7 besitzt,
wobei dieser pH-Wert immer mehr zum unteren Ende dieses Bereiches tendiert, je industrialisierter die entsprechende
Gegend ist und je größer die Bevölkerungsdichte ist. Dadurch kann eine unhygienische Infiltrierung des
Grundwassers entstehen.
Da weder das Wärmetrocknen noch das Verbrennen des Schlammes eine vollständig zufriedenstellende Lösung
ergibt, wurde ein Verfahren zur Karbonisierung von Schlamm entwickelt, d.h. zur Herstellung eines Pyrolyseproduktes,
das aufgrund seines Kohlenstoffgehaltes nicht
ausgelaugt bzw. herausgelöst werden kann. Die Aktivkohle in dem Produkt adsorbiert dadurch die nachteiligen Substanzen
und das Produkt selbst hat einen vorteilhaften Wert als Absorptionsmittel und. Adsorptionsmittel für
eine große Anzahl von festen oder gasförmigen Materialien
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die zur Zeit nur durch Aktivkohle abgetrennt und gebunden werden können.
Bei der Herstellung von Aktivkohle ist es .von großem Vorteil,
wenn der Kohlenstoff in der Form eines gekörnten porösen Produkts erhalten wird, da dadurch eine Staubbildung
vermieden wird. Ein solches Produkt ist außerdem leicht zu handhaben und sehr permeabel, d.h. es bietet
den zu filtrierenden Flüssigkeiten und Gasen nur geringen Widerstand. Es ist wünschenswert, .daß der Oberflächenbereich
des Kohlenstoffs so groß wie möglich ist.
Es ist weiterhin sehr wichtig, daß die Verbrennbaren und schlecht riechenden Gase, die während der Karbonisierung
oder Pyrolyse gebildet werden, gesammelt und vernichtet werden können, ohne daß kostspielige und komplizierte
Vernichtungs- bzw. Abbauverfahren angewendet werden müssen.
Falls das ganze Verfahren in einer einzigen thermischen Stufe durchgeführt wird, entstehen einige beträchtliche
Schwierigkeiten. Ein einstufiges Verfahren erfordert ein kontinuierliches indirektes Erhitzen, Trocknen und
Karbonisieren in einer Stufe.Alternativ kann der Schlamm in einer einzigen thermischen Verfahrensstufe erhitzt,
getrocknet und karbonisiert werden durch eine direkte Gegenstromwärmeübertragung. Beide Verfahrensweisen haben
wesentliche Nachteile. Bei dem indirekten Verfahren entstehen Korrosionsprobleme und dieses Verfahren ist sehr
kostspielig und dies insbesondere, wenn die Karbonisierung b?-w. Verkohlung bei Temperaturen oberhalb von 80O0C stattfinden
soll. Bei der direkten einstufigen Verfahrensweise entstehen Kontroir - und Regulierschwierigkeiten, da der
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Feuchtigkeitsgehalt des anfänglich eingespeisten Schlammes hoch ist und variiert. Aus diesem Grunde kann es vorkommen,
daß ein nicht karbonisiertes Produkt erhalten wird oder daß das Produkt Feuer fängt und zu Asche verbrennt. Sowohl die
Karbonisierung als auch das Verbrennen führen oft zu einer
Rauchbildung und zu einem unangenehmen Geruch der Abgase. Überraschenderweise konnte festgestellt werden,■daß mittels
dem Verfahren nach der Erfindung unerwünschte Abfallprodukte in vorteilhafte Materialien umgewandelt werden, die
sich für die verschiedensten Verwendungszwecke eignen und dem erforderlichen Umweltschutz gerecht werden.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung von
Aktivkohle aus Schlammsuspensionen, die organische Materialien enthalten, wird die Schlammsuspension in einer ersten
thermischen Stufe getrocknet und man erhält dabei ein trockenes Material mit einem Trockensubstanzgehalt von
mindestens 50 Gew.-5o. Anschließend wird das getrocknete
Material in einer zweiten thermischen Stufe durch direktes Erhitzen unter reduzierenden Bedingungen pyrolysiert. Vorzugsweise
werden die während der Pyrolyse gebildeten Gase zu der Trocknungsstufe zurückgeführt bzw. rezykliert, um
dort verbrannt und abgebaut zu werden.
Zwischen der ersten und der zweiten Verfahrens stufe kann
das getrocknete Produkt gegebenenfalls mit einer Flüssigkeit besprüht werden, die ein organisches Material enthält. Diese
Flüssigkeit kann beispielsweise aus reinem Wasser, einer Ölaufschlämmung,
Tallöl oder einer Sulfit.abfallflüssigkeit bestehen. Durch ein solches Besprühen werden einige Vorteile
erreicht: Die in der Trockenstufe erhaltenen Körner werden stabilisiert, so daß sie in der Pyrolysestufe nicht verfallen.
Falls die Sprühflüssigkeit ein organisches Material
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enthält, wird der Kohlenstoffgehalt des Endproduktes erhöht. Falls die Sprühflüssigkeit eine ölige Aufschlämmung
ist, kann ein Material gleichzeitig zerstört werden, das sonst nur unter schwierigen Umständen abgebaut werden kann.
Es können ebenfalls oberflächenaktive Mittel zugesetzt werden, um die Bildung von zu großen Körnern oder Kugeln zu vermeiden
oder es können auch bestimmte Materialien zugesetzt werden, um die Sorptionskapazität des Endproduktes zu erhöhen.
Ebenfalls können Entwässerungsmittel wie beispielsweise Phosphorsäure oder Zinkchloridlösungen zugesetzt
werden. Weiterhin kann eine Suspension aus Mikroteilchen bestimmter Tone zugesetzt werden, um die Oberfläche des
Endproduktes zu vergrößern. Mittels chemischer Verbindungen, die eine desodorierende Wirkung haben, kann der Geruch des
Endproduktes verbessert werden.
Die erste thermische Verfahrensstufe, d.h. die Trocknungsstufe kann entweder durch direkte Erhitzung oder indirekte
Erhitzung und entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom durchgeführt werden. Die Trocknung kann beispielsweise in einer
Rotations-Trocknungsvorrichtung durchgeführt werden. In
dieser Verfahrensstufe wird der mechanisch entwässerte oder
verdickte Schlamm getrocknet und zwar von einem Trockensubstanzgehalt von 15 bis 35 Gew. -% oder 2 bis 15 Gew.-?o
zu einem Material mit einem Trockensubstanz gehalt von mindestens 50 Gew.-% und vorzugsweise von 60 bis 80 Gew.-%.
\'Ierm ein verdickter Schlamm als Ausgangsmaterial verwendet
wird, dann ist die Anwendung von billig erzeugter Wärme beispielsweise von Abgasen aus wirtschaftlichen
Gründen erforderlich.
Pas aus der ersten Verfahrensstufe erhaltene Produkt wird
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in die zweite Verfahrensstufe geführt und unter Pyrolysebedingungen
behandelt. Dies kann- beispielsweise in einem Drehofen geschehen, indem die restliche Feuchtigkeit abgedampft
wird und die Karbonisierung bzw. Verkohlung im . Gegenstrom oder im Gleichstromverfahren stattfindet. Die
Abgase aus der zweiten Verfahrensstufe können den verwendeten
Brennern zugeführt werden, die in der ersten Verfahrensstufe benutzt werden. Dort werden die Abgase
verbrannt und abgebaut.
Es sollen selbstverständlich auch andere Vorrichtungen zum Durchführen der Trocknungsstufe und der Pyrolysestufe
verwendet werden können wie beispielsweise Bandtrockner, Wirbelschicht-; Staub- oder Kornfließbettvorrichtungen,
Wirbelschichtbettvorrichtungen, WirbelschichtbetijiErocknungsvorrichtungen,
mehrstufige Öfen und dergleichen.
Die Eigenschaften des Endproduktes hängen ab von dem als Ausgangsmaterial eingespeisten Schlamm. Je geringer
der Gehalt an organischem Material in dem Ausgangsmaterial ist, umso geringer ist der Gehalt an Aktivkohle
in dem Endprodukt, Im allgemeinen hat ein ausgefaulter Schlamm (digested sludge) einen geringeren Gehalt an
organischen Materialien als ein nicht ausgefaulter Schlamm. Selbst wenn der ausgefaulte Schlamm etwas weniger Sauerstoff
verbrauchende, biologisch abbaubare organische Materialien enthält, kann ein solcher Schlamm immer noch
wesentliche Mengen an verbrennbaren organischen Materialien enthalten.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hat somit
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sowohl eine wesentliche Bedeutung wenn als Ausgangsmaterial ein ausgefaulter Schlamm verwendet wird als auch wenn als
Ausgangsmaterial ein nicht ausgefaulter Schlamm verwendet wird. Bei den modernen Schlammbehandlungsindustriebetrieben
wird ins: besondere angestrebt, daß teuere und viel Raum erfordernde Digestierungsbehälter nicht in Anwendung
kommen. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt auch darin, daß in zufriedenstellender Weise
ein Rohschlamm bzw. ein nicht ausgefaulter Schlamm behandelt werden kann. Da die Aktivkohle als Filtermaterial
verwendet werden kann, werden durch.das Verfahren nach der
Erfindung eine große Anzahl von sanitären bzw. hygienischen Nachteilen vermieden, die entstehen würden,
falls Rohschlamm oder nicht ausgefaulter Schlamm entsprechend den herkömmlichen Verfahren behandelt werden
würde. Außerdem ergibt der nach dem Verfahren der Erfindung behandelte Rohschlamm oder nicht ausgefaulte Schlamm ein
bedeutend besseres Endprodukt als bei der Verwendung eines ausgefaulten Schlammes.
Im folgenden Beispiel wird eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung im einzelnen erläutert.
Ein nicht ausgefaulter, mechanisch entwässerter Schlamm aus einem Abwasser-Behandlungsbetrieb wurde in einer
Rotationstrockenvorrichtung getrocknet und zwar im direkten Kontakt mit Verbrennungsgasen aus einem Ölbrenner, der sich
in einer Verbrennungskammer befand, der mit der Rotations-Trockenvorrichtung
in Verbindung stand. Der Schlamm, der in
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einer Menge von 200 kg je Stunde eingespeist wurde, hat einen Trockensubstanzgehalt von 24 Gew.-%. Die Trockensubstanz
enthielt etwa 50 % karbonisierbares Material.
Aus der Rotations-Trocknungsvorrichtung erhielt man ein getrocknetes Produkt mit einem Trockensubstanzgehalt von
75 Gew.-% in einer Menge von 64 kg je Stunde. Das
Volumen des Schlamms nahm um etwa 50 % ab während der Trocknung und der Schlamm wurde in Körner umgewandelt,
die einen Durchmesser von 6 bis 10 mm besaßen.
Das trockne Produkt wurde noch im warmen Zustand und in
einer Menge von 64 kg ;je Stunde in einen mit feuerfesten
Steinen ausgekleideten Rotationsofen eingespeist, der mit einem Ölbrenner versehen war und an den Enden abgedichtet,
um Leckverluste zu verhindern.
Die Abgaskammer des Ofens wurde durch eine Gasleitung mit
der Verbrennungskammer der Rotations-Trocknungsvorrichtung verbunden. In der Trocknungsvorrichtung wurde ein Vakuum
erzeugt und seine Verbrennungskammer wurde mittels eines Abgasgebläses nach der Trocknungsvorrichtung angeordnet
und mittels dieses Vakuums wurden die heißen Gase aus dem Pyrolyseofen in die Verbrennungskammer der Trocknungsvorrichtung
gesaugt, wo sie vollständig verbrannt wurden. Das Einspeisen von Sekundärluft zu dem Brenner des
Pyrolyseofens wurde langsam verringert, so daß ein Zustand geschaffen wurde, bei dem eine Karbonisierung des getrockneten
Produktes stattfinden konnte. Ein Teil der Gase, die das Produkt verließen, wurden Jedoch über der Oberr
fläche des Produktes verbrannt. Die Wärmeübertragung zu den Körnern erfolgte durch 1) Strahlung und 2) durch die
regenerative Wärmeübertragung von den heißen feuerfesten Steinen.
-11 309845/0903
Das Endprodukt wurde in einer Menge von 25 kg je Stunde erhalten. Das Endprodukt bestand aus Teilchen mit unregelmässiger
Form und mit einer Teilchengröße von 2 bis 10 mm. Während der Pyrolyse entstand ein geringer Gewichtsverlust
aufgrund von Staubverlusten.
Das Endprodukt hatte einen Kohlenstoffgehalt von 28 bis 30 Gew,-$o. Der Rest des Produktes bestand aus Silikaten,
Metalloxiden und anderen Substanzen. Die Oberfläche des Endproduktes lag bei 32 m/g und die SSnka'dsorption des
Produktes aus einer Zinkchloridlösung lag bei 2 mg/g des Produkts. Das Endprodukt hatte eine Iodzahl von etwa
100 und seine Adsorption von oberflächenaktiven Mitteln lag bei etwa 20 mg je g des Produkts.
Der wirtschaftliche Wert der so hergestellten Aktivkohle ergibt sich aus den folgenden Angaben. Die Verringerung des
COD-Wertes (chemischer Oxydationsbedarf) bei vier verschiedenen Industrie-Abwässern wurde gemessen, nachdem
diese Abwässer 1) mit dem erfindungsgemäß hergestellten Aktivkohleprodukt und 2) mit herkömmlicher Aktivkohle behandelt
v/urden. Der Preis der herkömmlichen Aktivkohle liegt 30 bis 70 mal höher als der Preis für die nach dem
Verfahren nach der Erfindung hergestellte Aktivkohle. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden
Tabelle zusammengefasst.
- 12 -
| Nr. Nr. Nr. Nr. |
1 2 3 4 |
2320183 | erfindungsgemäß herge stellte Aktivkohle |
|
| 1 I |
COD-Verringerung, % | 42 21 32 12 |
||
| I | herkömmliche Aktivkohle |
|||
| I I Abwasser !■ " It !I |
73 66 36 44 |
|||
Ss muß darauf hingewiesen werden, daß das dabei verwendete erfindungsgemäße
Produkt nicht durch Zusatz irgendwelcher Aktivierungsmittel zusätzlich aktiviert wurde.
Bei einer anderen Untersuchung wurde Tallöl zu dem getrockneten Produkt zwischen der Trocknungsstufe und der Pyrolysestufe zugesetzt.
Aufgrund der abbindenden Wirkung des Tallöls wurde der
Staubverlust in der Pyrolysestufe verringert und zur gleichen Zeit wurde die Teilchengröße des Endproduktes vergrößert.
3098A5/0903
Claims (7)
- Pat entansprücheVerfahren zur Herstellung von Aktivkohle aus Schlammsuspensionen, die organische Materialien enthalten, dadurch gekennzeichnet ,. daß die Schlammsuspension in einer ersten thermischen Verfahrensstufe zu einem Material getrocknet wird, das einen Trockensubstanzgehalt von mindestens 50 Gewichtsprozent besitzt, und daß das getrocknete Produkt in einer zweiten thermischen Verfahrensstufe pyrolisiert wird durch direktes Erhitzen unter reduzierenden Bedingungen.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die während der Pyrolyse gebildeter Gase zu der Trocknungsstufe zwecks Verbrennung und Abbau rezykliert werden.-
- 3. Verfahren nach den Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die anfängliche Schlammsuspension einen Trockensubstanzgehalt von 2 bis 35 Gewichtsprozent besitzt.
- 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlammsuspension in einer ersten thermischen Verfahrensstufe zu einem Material getrocknet wird, daß einen Trockensubstanzgehalt von 60 bis 80 Gewichtsprozent besitzt.
- 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das getrocknete Produkt zwischen den zwei thermischen Verfahrensstufen mit einer Flüssigkeit besprüht wird, die ein organisches Material enthalten kann.309845/0903
- 6. Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß sowohl die Trocknung als auch die Pyrolyse in Rotationsöfen durchgeführt werden.
- 7. Aktivkohle hergestellt nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 6.309845/0903
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