DE2333948A1

DE2333948A1 - Einrichtung zur waermebehandlung von faulschlamm

Info

Publication number: DE2333948A1
Application number: DE19732333948
Authority: DE
Inventors: Joseph Galliker
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1973-06-12
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1975-03-13
Also published as: AT330108B; FR2233290B1; FR2233290A1; ATA308874A; ES427135A1; BE816114A; IT1014905B; CH559152A5

Description

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Patelhold Patentverwertungs- und Elektro-Holding AG, Glarus

Einrichtung zur Wärmebehandlung von Paulschlamm

In Kläranlagen fallen einerseits geklärtes Abwasser und ande rerseits Paulschlamm an. Beide Endprodukte sind vom baktereo logischen Standpunkt aus gesehen für Menschen und Tiere gefährlich. Insbesondere muss der Paulschlamm - soll er wieder einer wirtschaftlichen Verwertung zugeführt werden - in einen ungefährlichen Zustand übergeführt werden.

Es sind verschiedene Methoden zur Pasteurisierung von Paulschlamm bekannt geworden. So wird beispielsweise in der Zeit schrift "Gas Wasser Abwasser" 51, 1971, Nr.2 über Heissdampf behandlung und Bestrahlung von Paulschlamm berichtet. Beide Verfahren weisen jedoch gewisse Nachteile auf. Die Heissdampfbehandlung bringt eine erhebliche Geruchsbelästigung, unerwünschte Wasserzufuhr und schlechten Wirkungsgrad mit sich. Die Strahlenbehandlung, z.B. mit Gammastrahlen erfor-

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dert hohe Investitionen und ist darüber hinaus aufgrund der Radioaktivität der Endprodukte sehr problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Wärmebehandlung von Faulschlamm zu schaffen, bei der ein Minimum an Umweltbelastung eintritt, der aufbereitete Faulschlamm baktereologisch einwandfrei der Landwirtschaft zugeführt werden kann und die Anlagekosten in einem wirtschaftlich vertretbarem Verhältnis zum erreichbaren Erfolg stehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Einrichtung Mittel zur elektrolytischen Aufheizung des Faulschlammes aufweist, wobei der Faulschlamm selbst den elektrolytischen Leiter bildet.

Auf diese Weise erreicht man eine rasche und homogene Erwärmung des zu behandelnden Gutes. Die Energieumwandlung erfolgt dabei im Gut selbst, ähnlich wie der dielektrischen Hochfrequenz-Erwärmung, wie sie beispielsweise in der holzverarbeitenden Industrie (Press-Spannplatten und dergl.) mit Erfolg angewandt wird.

Als Energiequelle kann technischer wechselstrom verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Faulschlamm durch einen mindestens zwei voneinander isolierte Elektroden aufweisenden Behälter hindurchgeleitet und dort elektrolytisch erwärmt.

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Durchgeführte Versuche haben gezeigt, dass eine Verweilzeit von 30 Minuten und eine Endtemperatur des Paulschlamms von etwas über 70° C ausreicht,,um zu dem gewünschten ziel zu gelangen. Bei einer durchschnittlichen Eingangstemperatur des Faulschlamms von 20° C müssen dabei pro Tonne Faulschlamm max 50 000 kcal oder 58 kWh zugeführt werden.

Schaltet man dem Behandlungsbehälter einen Wärmeaustauscher vor, der von dem bereits behandelten Gut gespeist wird, kann ein Grossteil der aufgewandten Energie zurückgewonnen werden. Durch geeignete Ausbildung dieses Wärmeaustauschers gelingt es, die pro Tonne Faulschlamm aufgewandte Energie auf nahezu die Hälfte zu senken.

Nähere Einzelheiten der Einrichtung zur Behandlung von Faul-' schlamm werden nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Behälters zur elektroiytischen Faulschlammbehandlung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer gesamten Behandlungsanlage,

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines dem Behälter vorgeschalteten Wärmeaustauschers.

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Der in Pig.l dargestellte Behälter besteht aus einer Vielzahl von Isolierrohren 1 mit zwischengeschalteten ebenfalls rohrförmigen Elektroden E_Q, E_R, E_Q, Eg, E_Q, E_T, E_Q. Diese Elektroden sind jeweils mit den Klemmen R, S, T und ο eines Dreiphasennetzes verbunden. Der Paulschlamm tritt am Anschluss-Stutzen 2 in den Behälter ein und verlässt diesen durch den Anschluss-Stutzen 3·

Da die Elektroden im Laufe der Betriebszeit einen Belag erhalten können, ist in den Behälter eine Reinigungsvorrichtung eingebaut. Diese besteht aus einer mittels eines Getriebemotors 4 angetriebenen Isolierwelle 5> die im Bereich der Elektroden mit Schabern 6 oder Bürsten versehen ist.

In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel einer vollständigen Behandlungsanlage dargestellt. Der Behandlungsprozess durchläuft die folgenden Phasen:

1. Ansaugen des Faulschlammes mittels einer Pumpe 7 aus einem Vorratsbehälter 8,

2. vorwärmen des Faulschlammes mit der Abwärme des bereits behandelten Schlammes in einem Wärmeaustauscher 9,

5· Elektrolyt is ehe Erwärmung auf eine Temperatur von etwas über 70° C in dem Behälter (geraäss Fig.l).

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4. Durchlauf durch einen wärmeisolierten Reaktionsbehälter 10 mit einer Verweilzeit von ca. JO Minuten.

5. Sekundärer Durchlauf durch den Wärmeaustauscher 9 zwecks Wärmeabgabe an den Primärkreis (s.Phase 2) und anschliessenden Ablauf in einen zweiten Vorratsbehälter 11.

Die Pumpe 7 fördert den kalten Schlamm - dieser hat im Sommer wie im Winter eine Temperatur von ca. 20° C - über ein Ventil 12 in'den Wärmeaustauscher 9· Das Ventil 12 ist so aufgebaut, dass es in der Lage ist, den Schlamm im einstellbaren Verhältnis zwischen der Leitung Γ3 zum Wärmeaustauscher 9 und der Rückleitung l4 zum Vorratsbehälter 8 aufzuteilen. Durch Einstellung dieses Ventils lässt sich neben der Durchflussmenge durch den Wärmeaustauscher und die ihm nachgeschalteten Be- ' handlungsstationen bei gleichbleibender Förderleistung der Pumpe 7 eine gute Homogenisierung des zu behandelnden Schlammes erzielen.

Der in Fig.2 lediglich schematisch angedeutete Wärmeaustaucher 9 ist in Fig.5 ausführlich dargestellt. Er besteht aus einer Vielzahl voneinander mittels Distanzmittel 15 voneinander getrennter Metallplatten 16 aus einem gegen Faulschlamm resistenten Material, z.B. Aluminium oder Edelstahl. Die dadurch gebildeten Kammern 17 sind wechselweise mit entsprechenden Durchbrüchen 18 versehen, welche die Kammern mit zwei sam-

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melleitungspaaren 19 bzw. 20 verbinden. Aus zeichentechni-■ sehen Gründen sind in Pig.~5, welche einen Horizontalschnitt durch den wärmeaustauscher zeigt, jeweils nur die dem unteren Ende des Wärmeaustauschers zugeordneten Sammelleitungen sichtbar.

Der Wärmeaustauscher wird im Gegenstromprinzip betrieben. Der noch nicht behandelte (kalte) Paulschlamm wird in die mit der Sammelleitung 19 verbundenen Kammern 17 geleitet und verlässt diese an den dem oberen Ende des Wärmeaustauschers zugeordneten Durchbrüchen via Sammelleitung zum Behälter. Entsprechend dem Gegenstromprinzip wird der vom Reaktionsbehälter 10 kommende (warme) Faulschlamm von oben in die Kammern 17 geleitet und verlässt diese durch die Durchbrüche , s

l8 via Sammelleitung 20 zum Vorratsbehälter 11.

Gegenüber üblichen •fce»fWärmeaustauschern weist der vorstehend beschriebene den Vorteil des einfacheren Aufbaus auf und ermöglicht einen guten Wärmeaustausch zwischen den vergleichsweise hochviskosen, an Primär- und Sekundärdurchlauf beteiligten stoffen.

Versuche haben gezeigt, dass es mit einem derart aufgebauten Wärmeaustauscher möglich ist, den Energiebedarf der Anlage nahezu auf die Hälfte zu verkleinern.

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Nach Durchlaufen des Wärmeaustauschers 9 gelangt der nunmehr vorgewärmte Faulschlamm in den Behälter B und wird dort elektrolytisch aufgeheizt. Um der durch die Aufheizung bedingten Zunahme der elektrolytischen Leitfähigkeit zu begenen, sind die Abstände der Elektroden E im Bereich der Schlammeintrittsstelle kleiner gewählt als im Bereich der Austrittsstelle. Statt die Elektrodenabstände (= länge des elektrolytischen Widerstandes) zu verändern, kann auch dessen wirksamer Querschnitt variiert werden, beispielsweise durch entsprechende Querschnittsbemessung der Isolierwelle 5 und/oder Innendurchmesser der Isolierrohre 1.

An den Behälter B schliesst sich eine zum Reaktionsbehälter-10 führende Leitung 21. In diese Leitung ist ein Temperatur-' fühler 22 eingebaut, welcher eine Ueberwachung der Schlammaustrittstemperatur ermöglicht.

Die Förderleistung der Pumpe 7 und der Oeffnungsgrad des Ventils 12 Ist so gewählt, dass sowohl der Paulschlamm beim Austritt aus dem Behälter B eine Temperatur von ca. 70° C aufweist, als auch der Faulschlamm im Reaktionsbehälter 10 eine Verweilzeit von ca. 30 Minuten hat. Der Reaktionsbehälter 10 ist gut wärmeisoliert und weist eingebaute Schikanen 2J auf.

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Der behandelte Paulschlamm gelangt in den Sekundärteil des Wärmeaustauschers 9, wo er einen Teil seiner Wärme an den noch nicht behandelten Faulschlamm abgibt, und anschliessend in den zweiten Vorratsbehälter 11.

Die elektrolytische Leitfähigkeit des Faulschlamms und seine Viskosität sind starken Aendeungen unterworfen. Beide haben Einfluss auf die Dauer des Umlaufes, auf die Endtemperatur, auf die Verweilzeit und auf die aufzubringende elektrische Leistung. Um diesen Tatsachen Rechnung zu tragen, sind die folgenden Massnahmen zur Regelung bzw. Steuerung vorgesehen:

In die Rohrleitung 24 zwischen dem Wärmeaustauscher 9 ^und Behälter B ist eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung 25 eingebaut. Im einfachsten Fall besteht diese aus zwei isolierten Elektroden , die an eine konstante Spannung angeschlossen sind. Der zwischen diesen Elektroden fliessende Strom ist ein Mass für die elektrolytische Leitfähigkeit des Faul- . Schlamms. Mittels einer Steuereinrichtung 2^ kann nun die Förderleistung der Pumpe 7 und/oder Oeffnungsgrad des Ventils 12 verändert werden (Dies ist in der Zeichnung durch wirkungslinien schematisch angedeutet).

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die an den Elektroden E anliegende Spannung in Abhängigkeit von der elektrolytischen Leitfähigkeit des Faulschlamms zu variieren, z.B. durch Aende-

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derung der Sekundärspannung eines Dreiphasen-Regeltransformators 26. Auch kann die Beschaltungsart der Elektroden E durch ein geeignet ausgebildetes Schaltnetzwerk verändert werden.

Statt über die Leitfähigkeit des Faulschlamms kann selbstverständlich auch die Durchflussmenge und damit die Verweilzeit des Paulschlamms über die Endtemperatur am Behälter B geregelt werden. Dies erfolgt über eine nicht weiter dargestellte Regeleinrichtung, ueber- oder unterschreitet die Endtemperatur des Faulschlamms den gewünschten Optimalwert, so wirkt die Regeleinrichtung auf das Ventil 12 und/oder auf die Ausgangsspannung der elektrischen Energiequelle, z.B. auf den Regeltransformator 26.

In der Praxis hat sich folgende Kombination von Eingriffs- ' bzw. Regelmöglichkeiten bewährt:

Die Grobregelung erfolgt über die an den Elektroden anliegende Spannung und/oder über die Beschaltungsart der Elektroden, die Feinregelung über das Ventil 12. Es hat sich nämlich gezeigt, dass gerade die elektrolytische Leitfähigkeit des Faulschlamms stärkeren Aenderungen unterworfen ist, z.B. durch Witterungseinflüsse im Winter (Tauwetter), durch Streusalze u.v.a.m., und dass dann die Grobregelung über die Spannung und/oder Beschaltungsart der Elektroden einen grosseren Speilraum bei optimaler Ausnutzung der elektrischen Installation zulässt.

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Nähere Einzelheiten der Temperatur-, Durchflussmengen- und/ oder Verweilzeitregelung werden nicht näher erläutert, da sie sich mit durchwegs bekannten Steuer- und regelungstechnischen Massnahmen realisieren lassen.

Sind grössere Mengen Faulschlamm zu behandeln, so können im Bedarfsfall mehrere Wärmeaustauscher, Behälter zur elektrolytischen Aufheizung, und/oder Reaktionsbehälter parallel geschaltet werden.

Die vorgeschlagene Einrichtung zur Wärmebehandlung von Faulschlamm zeichnet sich durch grosse Wirtschaftlichkeit aus, da -bei ihr die zugeführte elektrische Energie direkt innerhalb des Mediums in Wärme umgewandelt wird. Sie bringt keine' Uöiweltbelastung durch Geruch, Dämpfe oder radioaktive Strahlung mit sich. Sie lässt sich in einfacher und wirtschaflicher Weise realisieren.

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Claims

- 11 - P 532 Patentansprüche

1.1 Einrichtung zur Wärmebehandlung von Faulschlamm, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (B, 1, E-., E₀, E_, E_m) zur elektro-

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lytischen Aufheizung des Faulschlammes vorgesehen sind, wobei der Faulschlamm selbst den elektrolytischen Leiter bildet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Behälter (B) mit mindestens einem Paar voneinander isolierter, mit dem Faulschlamm in elektrischer Verbindung stehender Elektroden (E) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden von einer niederfrequenten Wechselstromquelle (26) gespeist sind.

¹J. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Kaskade geschaltete Elektroden (E) vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden in Abhängigkeit von der elektrolytischen Leitfähigkeit des Faulschlamms von einer regelbaren Wechselstromquelle (26) gespeist sind.

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6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden in Abhängigkeit von der Temperatur des den Behälter (B) verlassenden Paulschlammes von einer regelbaren Wechselstromquelle (26) gespeist sind.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1+2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Behälter (B) ein Wärmetauscher (9) vorgeschaltet ist, durch den der den Behälter verlassende Faulschlamm geleitet wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dass der Wärmeaustauscher aus

einer Vielzahl voneinander distanzierter, Kammern (17 , 17 )

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bildender Metallplatten (16) besteht. /

9. Einrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (B) aus Isolierrohren (1), die durch ringförmige Elektroden (E) voneinander distanziert sind, aufgebaut ist.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1+2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (7) zur Förderung des Faulschlammes vorgesehen ist, dass der Pumpe (7) ein Ventil (12) nachgeschaltet ist, das in Abhängigkeit von seinem Oeffnungsgrad einen Teil des

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von der Pumpe (7) geförderten Gutes in einen der Pumpe zugeordneten Vorratsbehälter (8) zurückleitet, den anderen Teil des Gutes der Wärmebehandlung zuleitet.

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