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Behandlung von Elärschlamm Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Verfahren und eine Anordnung zum Behandeln von Klärschlamm o.dgl.
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durch anaerobe oder aerobe Behandlung und Entseuchung, etwa durch
Pasteurisieren,wobei man Rohschlamm in einem Verweilbehälter wiannd einer zum Entseuchen
ausreichenden Zeit mindestens auf Pasteurisierungstemperatur hält.
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Es ist bereits bekannt, die einen relativ hohen Wassergehalt von teilweise
mehr als 95 % aufweisenden Roh-oder Frischschlämme in Kläranlagen zunächst auf ca.
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350 C zu erwärmen und dann einem gärenden Faulprozeß auszusetzen,
bei dem die fäulnisfähigen organischen Stoffe unter Bildung von Faulgas, insbesondere
Methangas und Kohlendioxyd dissimiliert werden. Der hierbei technisch stabilisierte
Faulschlamm riecht aufgrund nicht völlig aufspaltbarer Kohlenwasserstoffe nur noch
leicht teerartig, hat aber im wesentlichen keinen unangenehmen Geruch mehr. Er eignet
sich als stabilisierter Schlamm kommunaler Kläranlagen in besonderer Weise zur Düngung
landwirtschaftlich genutzter Flächen.
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Es ist weiterhin bekannt, Faulschlamm nach dem Gär~ungsprozeß erneut
zur Entseuchung zu erhitzen, und zwar auf mindestens 650 C und den Faulschlamm wenigstens
30 min lang auf dieser Temperatur zu halten, um eine weitgehende Eranidheitskeime
und -erreger abtastende
Entseuchung des Schlammes zu gewährleisten.
Danach erfolgt dann in bekannter Weise die Entwässerung in entsprechenden Behältern
(Eindickern) auf Trockenbeeten oder speziell hierfür geeigneten Vorrichtungen und
Maschinen.
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Es ist weiterhin bekannt, Rohschlamm durch hochthermische Behandlung
bei Temperaturen von 180 - 230 0C und entsprechenden Drücken von ca. 20 bar zu konditionieren,
dadurch unmittelbar zu entseuchen und nachfolgend zu separieren. Dieses Verfahren
erfordert einen hohen apparativen Aufwand und ist in der üblichen Ausführung in
hohem Maße betriebskostenintensiv.
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Weiterhin ist bekannt, daß bei bestimmten Schlammzusammensetzungen
durch künstliche Luftzufuhr exotherme biologische Oxydationen organischer Substanz
eingeleitet werden können, bei denen die Temperatur des Schlammes bis zu 700 C ansteigen
kann.
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Alle weiterhin bekanntgewordenen Verfahren zur biologischen Behandlung
von aus Industrieabfällen, Klärbecken, Abwässern und dgl. anfallenden nassen Schlämmen
haben jedoch den Nachteil, daß der Schlamm zunächst in einem Vorwärmer oder dem
Faulbehälter selbst für den Faulprozeß auf ca. 350 C erwärmt wird. In einem zweiten,
oder einer Reihe von Behältern, erfolgt dann nach dem Faulprozeß das Entseuchungsverfahren
durch Erwärmung des Schlammes auf mindestens 650 C. Die nach den veterinärmedizinischen
Regeln notwendige Venjeildauer von 30 min bei 65 0C ist bislang nur in diskontinuierlich
betriebenen Nehrbehälter-Systemen exakt zu
erreichen, in Einbehälter-Systemen
jedoch infolge unkontrollierbarer Schlammströmungen kaum einzuhalten.
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Weiterhin liegt allen bekannten Verfahren eine Abkühlung des Schlammes
von 65 0C auf Umgebungstemperatur in der Weise zugrunde, daß entweder hierfür frei
ablaufendes Kühlwasser (also ohne Wärmerückgewinn) verwendet wird, oder die Wärme
in großvolumigen und leicht verschmutzbaren Schlamm/#chlamm-Wärmetauschern zurückgewonnen
wird.
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Es ist also nicht nur wegen der zweimaligen Erwärmung und unvollständiger
Wiederabkühlung der Schlämme in Schlamm/Schlamm-Wärmetauschern ein erhöhter Bedarf
an Wärmeenergie erforderlich, sondern die Durchführung der bekannten Schlammbehandlungsverfahren
in voneinander getrennten Faul- und nachfolgenden Entseuchungs-Systemen bedingen
auch einen großen Aufwand an umständlich und zeitaufwendig zu bedienenden teuren
Maschinen und Apparaten. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht
überdies noch darin, daß der Faulschlamm nach der Faul- und anschließenden Entseuchungsbehandlung
zwangsläufig noch einen sehr hohen Restfeuchtegehalt von 96 % bis 98 % aufweist,
dessen Eindickung nachfolgend häufig nur durch Zugabe von elektrolytisch wirkenden
chemischen Flockungsmitteln mit anschließender maschineller Entwässerung wirtschaftlich
ist. Die hierbei anfallenden Trübwässer haben im allgemeinen einen hohen Verschmutzungsgrad.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung
zum Ausfaulen und Entseuchen
durch Pasteurisieren von Schlämmen
zu schaffen, das einen möglichst geringen apparativen Aufwand erfordert, energiesparend
ist und unter Beachtung der unterschiedlichen Beschaffenheit kommunaler Schlämme
einen möglichst gut entwässerbaren Faulschlamm als Endprodukt ergibt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren der
eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rohschlamm zunächst
mindestens auf Pasteurisierungstemperatur erhitzt, nach dem Entseuchen auf eine
Faultemperatur von ca. 350C abgekühlt und dann einem anaeroben oder aeroben Faulprozeß
unterworfen wird.
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Hierdurch erhält man eine teilweise Zerlegung der makromolekularen
Zell substanzen der im unbehandelten Klärschlamm oder in anderen zersetzbaren, Keime
enthaltenden Schlämmen enthaltenen Kohlehydrate und Eiweißstoffe in mikrobiell leichter
resorbierbare Monomere, dabei eine teilweise Ablösung des Zwischenraumwassers und
der Kapillarflüssigkeit (Ballastwasser) der Zellen, mit der Folge einer Verkürzung
des technischen Faulprozesses (Stabilisationsprozesses), sowie einer Verkleinerung
der mit dieser thermischen Vorbehandlung ausgerüsteten Faulbehälter gegenüber Behältern
ohne derartige Schlammbehandlung bzw. bei vorgegebenen Faulbehälterabmessungen eine
vergleichsweise stärkere Schlammengenbelastung, bezogen auf die technische Faul
zeit. Der mit diesem Verfahren und anschließender anaerober Faulung behandelte Schlamm
ist leicht und höher entwässerbar als vergleichsweise
thermisch
unbehandelter Schlamm. Daher ergibt sich nach normaler Entwässerung des Schlammes
durch Sedimentation -ein Wassergehalt von etwa 89 Yo kann hierbei erreicht werden-
bei Naßschlammabfuhr eine wesentliche Verringerung der Schlammabfuhrkosten, während
bei den bisher üblichen Verfahren unter gleichen Bedingungen in der Regel ein Restfeuchtegehalt
im Schlamm von ca. 95 % und mehr bleibt.
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Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die notwendigerweise
vorzusehende gesonderte Beheizung der Faulbehälter eingespart, da mit dem aus dem
Pasteurisierungsprozeß kommenden, jedoch auf Faulraumtemperatur abgekühlten Schlamm~,
dem nachgeschalteten Faulbehälter die zur Aufrechterhaltung des anaeroben Prozesses
notwendige Wärmeenergie zugeführt werden kann.
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Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn der flüssige Rohschlamm
kontinuierlich gefördert und im Gegenstrom mit einem im Kreislauf befindlichen Heiz-
bzw. Kühlmedium auf die Entseuchungstemperatur von mindestens 650 C erhitzt wird.
Diese Maßnahme ist jedoch nicht nur bei den erfindungsgemäßen Verfahren, sondern
auch bei dem bekannten Verfahren sehr vorteilhaft, bei dem die Erwärmung auf Entseuchungstemperatur
nach dem Faulprozeß erfolgt.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner die Anordnung zur Durchführung
dieses Verfahrens mit Entseuchungs- und Faulbehältern sowie Mitteln zum Befördern
und Erwärmen des Schlammes, die durch einen ersten Wärmetauscher,
einen
nachgeschalteten beheizbaren Verweilbehälter und einen sich daran anschließenden
Wärmetauscher gekennzeichnet ist, der mit den nachfolgenden Faulbehältern in Verbindung
steht. Hierbei wird für den Erhitzungs- und Abkühlprozeß in den Wärmetauschern das
gleiche Wärmeträgermedium (Wasser, Glyzerin, öl o.ä.) im Kreislauf verwendet.
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Als besonders zweckmäßig hat sich im Rahmen der Erfindung ein beheizbarer
Verweilbehälter erwiesen, der im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und drei
Kammern mit sich nach unten erstreckenden kegelförmigen Boden aufweist, an deren
Spitze die jeweilige Füll- bzw. Entleerungsleitung angeschlossen ist. Diese ist
jedoch auch allgemein für die Entseuchung von Schlämmen nach anderen Verfahren verwendbar.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Anordnung zur Durchführung
dieses Verfahrens lassen sich-insbesondere die im Merkblatt Nr. 7 zum Bundesgesundheitsblatt
5/16 vom 18.7.1972 festgelegten Regeln zur Behandlung von Schlämmen mit Sicherheit
erreichen. Hiernach wird eine mindestens 30-minütige konstant gehaltene Pasteurisierungstemperatur
von mindestens 650 C gefordert. Neben den wesentlich vereinfachten apparativen Aufwand
für das erfindungsgemäße Verfahren durch den drei Kammern aufweisenden Verweilbehälter
wird eine zuverlässige Entseuchung des Schlammes in einem kontinuierlich ablaufenden
Verfahren gewährleistet, was zu einer wesentlichen Vereinfachung des Verfahrensablaufes
und einer übersichtlichen, leicht zu überwachenden Anordnung der gesamten Anlage
führt.
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Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Anordnung zur Dur#chf-uhrung
des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird im folgenden
anhand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
zur Klärschlammbehandlung; Fig. 2 zeigt schematisch den zeitlichen Verfahrensablauf
in dem Drei-Kammer-- -~ Verweilbehälter.
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Der unbehandelte Rohschlamm in der Rohschlammleitung 1 wird mit einer
Temperatur von 18 - 200 C kontinuierlich über die Rohschlammpumpe 2, die vorzugsweise
eine ExzenterscheeckepEwnpe evtl. kombiniert mit einem Zerkleinerer, ist, die mit
einer weiteren, den Heißschlamm absaugenden und weiterfördernden Heißschlammpumpe
3 durch einen Elektromotor 4 synchron angetrieben sein kann, in einen als Doppelrohr-Wärmeaustauscher
ausgebildeten Rohschlammerhitzer 5 gepumpt, und dabei im Gegenstromverfahren durch
einen Wärmeträger, z.B. Heißwasser, Glyzerin, Thermoöl oder dgl., aus einem Heizkessel
16 mit Temperaturregler 17, Umwälzpumpe 18 und Regler 19, sowie Ausdehnungsgefäß
22 auf die notwendige Pasteurisierungstemperatur von mindestens 650 C erwärmt.
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In einem diesem Rohschlammerhitzer 5 über entsprechende Rohrleitungen
mit Dreiwege-Stellventilen 6 und einem Umführungsventil 7 nachgeschalteten Verweilbehälter
8 mit den drei Kammern A, B, C mit je einem Füllstandsanzeiger
und
Kontaktgeber 9 und je einer Belüftungsleitung 10 sowie einem Isoliermantel 11 wird
der erhitzte Schlamm durch eine elektronisch programmierte Ventilsteuerung den einzelnen
Kammern A, B, C so zugeführt, daß die Taktfolge jeder Kammer in der Reihenfolge-F0LLEN
- VERWEILEN (mindestens 30 min) - 1EEREN sichergestellt ist. Hierbei kann je nach
Bedarf in die Verbindungsleitung vom Erhitzer während des Füllvorganges einer Kammer
durch eine handelsübliche Dosierpumpe dem Heißschlamm ein polyelektrolytisch aktives
Flockungsmittel beigemischt werden. Die einzelnen Kammern A, B, C wirken insbesondere
bei Verwendung eines Flockungsmittels, bedingt durch die Mindestverweilzeit des
Schlammes von 30 min in einer Kammer, als statische Schlammeindicker unter Einfluß
der Schwerkraft. Das sich hierbei oberhalb des Schlammspiegels absetzende Wasser
kann--dirrch eine geeignete Einrichtung vor dem Abpumpen des Schlammes abgesaugt
werden.
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Der Verweilbehälter 8 ist über seinen isolierten Doppelmantel 11 mittels
unter leichtem Überdruck von etwa 0,5 bar stehendem Heizmedium aus dem Kreislauf
system über eine Drosselblende 23 beheizbar. Die in seinem zylindrisch ausgebildeten
Inneren befindlichen drei Kammern A, B, C weisen kegelförmige Böden 25 auf, an deren
unterer Kegelspitze die Büll- bzw. Entleerungsleitungen 26 angeschlossen sind. Die
dadurch gegebene gedrängte Bauweise hat gegenüber den bekannten Mehrbehältersystemen
den großen Vorteil einer kostengünstigen Herstellung, verbunden mit dem am AufstellungE
ort erforderlichen geringen Platzbedarf.
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Die für jede Kammer A, B, C vorgesehene Belüftungsleitung 10 führt
durch den Isoliermantel 11 des doppelwandig
ausgebildeten Verweilbehälters
8, um die bei der Entleerung einer Kammer nachfolgende Außenlftftdurch das in dem
Raum 30 zwischen Isoliermantel 11 und der Innenwand des Verweilbehälters 8 strömende
Heizmedium anzuwärmen. Im allgemeinen erfolgt der Luftaustausch pulsierend im Büll-
und Entleerut#ga-- - ~~ rhytmus über die Leitung 10 zwischen den Behältern. -Dennoch
über die Öffnung der Rohrleitung 10 ins Freie entweichende übelriechende Gase werden
über eine handelsübliche Filter- oder Gaswaschvorrichtung 10a gereinigt. Die Rohrleitung
10 verhindert in jedem möglichen Fall ein überfüllten der Behälterkammern mit -der
Folge unzulässig hoher auftretender Drücke.
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Die vorgeschriebene Einhaltung der Verweildauer des Schlammes in der
jeweiligen Kammer kann durch entsprechende Dimensionierung des Verweilbehälters
in Verbindung mit einer elektrischen Meß- und Signaleinrichtung und entsprechender
Anordnung der elektronisch gesteuerten Dreiwege-Stellventile 6 sicherge-rnrnstellt
werden.
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Zwecks Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Betriebes der Schlammpumpen
2, 3 auch bei einer durch Verschleiß verringerten Förderleistung einer Exzenter-
-schneckenpumpe kann sowohl der HeiBschlamm wie auch der Kaltschlamm durch ein Umführungsventil
7 bzw. 14 umgeleitet werden.
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Dem Verweilbehälter 8 ist ein ebenfalls als Doppelrohr-Wärmetauscher
ausgebildeter Heißschlammkühler 12 gleicher abmessung wie der Rohschlammerhitzer
5 nachgeschaltet. Die Heißschlammpumpe 3 saugt den heißen Schlamm kontinuierlich
jeweils aus der einen oder anderen
Kammer A, B, G des Verweilbehälters
8 ab und drückt ihn in den Heißschlammkühler 12, der den Schlamm aufeine für den
anaeroben Faulprozeß notwendige Temperatur von 33-38° C abkühlt. Die hier zu der
Förderung des heißen Schlammes verwendete Exzenterschneckenpumpe 3 soll zwecks Aufrechterhaltung
einer konstanten Schlammfördermenge in der ganzen Anlage möglichst#synchron mit
der Kaltschlammpumpe 2 umlaufen.
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Die Abkühlung des Heißschlammes erfolgt mit dem im Rohschlammerhitzer
5 zur Beheizung verwendeten, dort jedoch im ProzeSverlauf wieder abgekühlten Heizmedium,
das in einer Leitung 21 geführt wird. Auch die Heißschlammabkühlung erfolgt im Gegenstromverfahren,
so daß sich das Heizmedium während des Durchgangs durch den Heißschlammkühler 12
wieder erwärmt.
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Die Entseuchungsanlage bzw. deren einzelne Bauteile werden in zweckmäßiger
Weise so ausgelegt, daß sie gleiche Abmessungen aufweisen und untereinander auswechselbar
sind.
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Die für den Rohschlammerhitzer 5 bzw. für den Heißschlammkühler 12
vorgesehenen Schlammleitungen bestehen aus hintereinander geschalteten Doppelrohren,
die so dimensioniert sind, daß die Schlammgeschwindigkeit in den Innenrohren Ablagerungen
organischer Bestandteile, Sand und Spinnstoffe im Rohrsystem, weitestgehend verhindert.
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Die verbindenden Rohrleitungen und die Wärmetauscher 5,12 sind zweckmäßigerweise
mit einem Isoliermantel versehen.
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Unvermeidbare Inkrustierungen -durch Wasserstein aus dem Schlammwasser
lassen sich einfach durch perio- ~~~-disches Aussäuern mit inhibierter Säure aullöse#-
- -Außerdem lassen sich die schlammführenden Rohre dadurch leichter kontrollieren
und eventuell reinigen,daß die an ihren Enden vorgesehenen Verbindungsbögen 27 mittels
leicht lösbarer Rohrverschraubungen 13 befestigt sind.
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Für die Rohrleitungen können handelsübliche unlegierte Rohre verwendet
werden, so daß auch in dieser Hinsicht die Entseuchungsanlage kostengünstig ausgeführt
werden kann.
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Außerdem ist noch ein wesentlicher Vorteil darin zu sehen, daß die
Erwärmung im Rohschlammerhitzer 5, die Beheizung des Verweilbehälters 8 und die
anschließende Abkühlung des Schlammes im Heißschlsmmkühler#42T durch das gleiche
umlaufend-e Medium 21 erfolgt, wodurch sich ein wesentlicher Teil der für die Erwärmung
des Frischschlammes aufgewendeten Wärme energien im Heißschlammkühler 12 wieder
zurückgewinnen läßt. (Entsprechendes gilt für ein Verfahren, bei dem zunächst der
Faulprozeß und dann die Entseuchung vorgenommen wird.) Damit kann der Heizkessel
16 für die Aufheizung des Heizmediums 21 um den Anteil an Wärmeleistung, die im
Kühler 5 als Wärmeenergie zurück gewonnen wird, kleiner ausgelegt werden. Im etwa
gleichen Verhältnis verringert sich auch der Verbrauch an Brennstoff, z.B.
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Faulgas, Heizöl usw.
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Ferner ist durch die Verwendung eines im Kreislauf umgewälzten Wärmeträgers
sichergestellt, daß sowohl das Heizrohrsystem als auch die Kesselanlage selbst nicht
verschmutzen kann.
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Es versteht sich von selbst, daß das Reizmedium#dieser Entseuchungsanlage
ohne größere technische Schwierigkeiten auch auf Temperaturen von mehr als 1Oi0
C erwärmt werden kann, so daß auch eine Schlammkonditionierung mit Temperaturen
über 1800 C möglich ist.
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In diesem Falle müßte jedoch der Verweilbehälter 8 als Druckbehälter
ausgebildet sein und die zweite als Exzenterschnecken-Förderpumpe ausgebildete Heiß#11smmpumpe
3 den auftretenden höheren Demperaturenzmnger paßt sein Schließlich ist ein weiterer
erheblicher Vorteil noch darin zu sehen, daß die gesamte Entseuchungsanlage auch
über längere Zeit mit Teillasten#ohne besondere technische Änderung der Anlage betrieben
werden kann.
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Durch sinnvoll angeordnete Regelkreise im Heizsystem kann die im Umlauf
befindliche Heizmediummenge in einwandfreier Weise geregelt werden. Die Bezugs-
oder Führungsgrößen hierfür bilden jeweils die Schlammtemperaturen am Austritt der
beiden Wärmetauscher 5 bzw. 12.
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Der Synchronlauf der Pumpen kann auch durch Komutatormotoren, Gleichstrom-Nebenschlußmotoren
oder frequenzgeregelte Drehstrommotoren erreicht werden.
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Fig. 2 zeigt den Verfahrensablauf in dem Verweilbehälter 8, wobei
die einzelnen Kammern A, B und C schematisch nebeneinander dargestellt sind. Zu
Beginn eines ersten Zyklus, der beispielsweise 35 min umfaßt, wird
die
Kammer A gefüllt, während die Kammern B undC## noch leer sind. In einem zweiten
Zyklus von ebenfalls 35 min verweilt der Schlamm zum Pasteurisieren in der Kammer
A, während die Kammer B gefüllt wird und die Kammer G noch leer ist. Während des
nächsten Zyklus von wiederum 35 min wird die##ammar-A entleert, der eingefüllte
Schlamm in der e verweilt in dieser bei konstanter Temperatur von mindestens 650
C (Pasteurisieren) und die Kammer C wird gefüllt. In einem weiteren Zyklus von 35
min wird die Kammer A gefüllt, die Kammer B entleert ~ und der eingefüllt#e Schlamm
in der Kammer C der Verweilzeit von 35 min-pasteurisiert. Während eines weiteren
Zyklus von 35 min verweilt der in die Kammer A eingefüllte Schlamm in dieser zum
Pasteurisieren, die Kammer B wird gefüllt und die Kammer C entleert.
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Ansprüche