DE2546756B2 - Kontinuierliches Verfahren und Vorrichtung zum Abtöten von Krankheitserregern in Abwasser-Klärschlamm - Google Patents

Kontinuierliches Verfahren und Vorrichtung zum Abtöten von Krankheitserregern in Abwasser-Klärschlamm

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Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zum Abtöten von Krankheitserregern in Abwasser-Klärschlamm, wobei der Klärschlamm in einer Schicht gefördert, in dieser Schicht mittels eines sauerstoffhaltigen Gases stark durchwirbelt und während der Durchwirbelung einer von oben auf die Schicht wirkenden Elektronenstrahlung ausgesetzt wird und h"> eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei mindestens eine Förderrinne für den Klärschlamm vorgesehen ist, deren ebener Boden im Strahlungsbereich einer über ihm angeordneten Elektronenstrahlquelle als Düsenboden zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases ausgebildet ist, und wobei am Zuführende der Förderrinne eine Einrichtung zur Zuführung von Klärschlamm in einer gleichmäßig dicken Schicht vorgesehen ist.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bereits in der DT-OS 23 64 221 vorgeschlagen worden. Hierbei wird das sauerstoffhaltige Gas, an dem sich nach der Durchwirbelung der Klärschlamm-Schicht Ozon bildet, ins Freie abgeleitet.
Aus der DE-OS 23 37 406 ist es bekannt, Klärschlamm dadurch zu hygienisieren, daß ein DünnschichtfluB erzeugt und einer Elektronenstrahlung ausgesetzt wird, wobei gleichzeitig dem Klärschlamm ein Wirkgas zugeführt wird.
Aus der DE-OS 23 12 602 ist eine Anlage und ein Verfahren bekannt, wobei einer Fällungs- und Kläreinrichtung Abwasser entnommen und durch ein Vorozinierungsbecken einem Mischkopf zugeführt wird, in dem das Abwasser mit in einem Ozonerzeuger erzeugten Ozon gemischt und anschließend einem Reaktionsbehälter zugeführt wird. In diesem Reaktionsbehälter verbleibt das Gemisch aus Wasser-Luft-Ozon so lange, bis die Hygienisierung und Keimabtötung aufgrund eines rein chemischen Prozesses, nämlich durch Oxidation mit Ozon, abgeschlossen ist. Aus dem Reaktionsbehälter wird durch ein Gebläse ozonhaltige Luft abgesaugt und dem Vorozonierungsbecken zugeführt, so daß dort bereits eine Vorreaktion stattfindet. Zweck dieser bekannten Maßnahme ist es, die sonst im Reaktionsbehälter auftretenden Ozonverluste zu vermeiden und damit die Effektivität der Anlage und des Verfahrens zu erhöhen.
Aus der DE-AS 22 08 160 ist eine Anlage zur Hygienisierung von Abwasser-Klärschlamm, d.h. zum Abtöten von Krankheitserregern, wie z. B. Viren, Bakterien und Parasiten, bekannt, in der der Klärschlamm mit y-Strahlen aus einer radioaktiven Kobalt-60-Quellt bestrahlt wird. Der Klärschlamm wird hierbei in einer verhältnismäßig dicken Schicht an den Strahlungselementen vorbeigeführt. Die Nachteile dieser Art, Klärschlamm zu bestrahlen, liegen darin, daß umfangreiche Sicherheits- und Abschirmmaßnahmen erforderlich sind. Dazu kommt ein hoher Preis des radioaktiv strahlenden Materials, wobei wegen der relativ kurzen Halbwertzeit von Kobalt-60 eine jährliche Nachladung von ca. 12% notwendig ist. Dazu kommt, daß diese radioaktiven Strahlenquellen nicht abschaltbar sind, und daß die Bestrahlungskosten aufgrund der hohen Kosten des radioaktiven Materials sehr hoch sind. Hinzu kommen noch starke psychologische Bedenken gegen die Installierung von stark radioaktiven Strahlenquellen in dicht besiedelten Gegenden. Außerdem bereiten die nowendigen Sicherheitsvorkehrungen bei der in Abständen von ein bis zwei Jahren notwendigen Nachladung und die Ablagerung ausgebrannter Strahlungselemente erhebliche Probleme.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß die Behandlungsdauer des Klärschlammes verkürzt und gleichzeitig ein besserer Hygienisierungseffekt erreicht wird und eine besonders einfache Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß das sauerstoffhaltige Gas im Bereich der Elektronenstrahl-
lung unmittelbar oberhalb der Schicht abgezogen und im Kreislauf dem Klärschlamm zugeführt und zu dessen Durchwirbelung eingesetzt wird. Hierdurch wird erreicht, daß das oberhalb der Schicht im Strahlfeldbereich dor Elektronenstrahlung gebildete Ozon nicht (nutzlos) entweicht, sondern im Kreislauf zurück in den Behandlungsprozeß geführt wird und zur Hygienisierung des Klärschlammes beiträgt, da ja bei der Durchwirbelung des Klärschlammes der Kontakt zwischen dem Gas und dem Klärschlamm besonders innig ist. Da das sauerstoffhaltige Gas unmittelbar oberhalb der Klärschlammschicht abgezogen wird, wird verhindert, daß das in der Klärschlammschicht gekühlte Gas sich im Strahlfeldbereich der Elektronensirahlung erwärmt, was zu einem schnelleren Zerfall des Ozons führen würde. Durch diese Maßnahme wird also erreicht, daß die abgezogene Ozonmenge auch als Ozon wieder dem Klärschlamm zugeführt wird. Unter Normalbedingungen beträgt die Halbwertzeit des Ozons ca. 12 Minuten. Außerdem wird hierdurch das Austrittsfenster der Elektronenstrahlquelle gekühlt, was zu einer Verlängerung seiner Standzeit führt. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn in den Bereich der Elektronenstrahlung oberhalb der Schicht reiner Sauerstoff eingeblasen wird, da die Ozonkonzentration auch vom Sauerstoffgehalt des in diesem Bereich befindlichen Gases abhängt. Weiterhin ist es hierbei vorteilhaft, wenn das sauerstoffhaltige Gas unterhalb der Einblasung des reinen Sauerstoffes abgezogen wird, da hierbei eine Optimierung der Ozonbildung erreicht w wird und da hierbei die Kühlung des Austrittsfenster der Elektronenstrahlquelle besonders günstig ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß im Bereich zwischen der Elektronenstrahlquelle und der mindestens einen Förderrinne mindestens eine Absaugdüse vorgesehen ist, die über eine Leitung mit dem Düsenboden verbunden ist. Hierdurch werden die gleichen Vorteile erreicht, wie sie vorstehend hinsichtlich des Verfahrens bereits erläutert sind.
Vorteilhafterweise ist hierbei mindestens eine Absaugdüse unmittelbar über der Klärschlammschicht angeordnet. Insbesondere bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der in der DT-OS 25 38 080 vorgeschlagenen Weise ist es von großem Vorteil, wenn die Absaugdüse mit einer Rückführleitung für den Klärschlamm verbunden ist, wobei die Einführung des ozonhaltigen Gases in die Rückführleitung vorteilhafterweise dadurch bewerkstelligt wird, so daß in die Rückführleitung eine Venturidüse geschaltet ist, mit der die Absaugdüse verbunden ist. Weiterhin kann es insbesondere bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der in der DT-OS 25 38 080 beschriebenen Weise zweckmäßig sein, wenn die Absaugdüse mit mindestens einem der mindestens einen Förderrinne vorgeschalteten Behälter verbunden ist. Bei diesen Maßnahmen, bei denen ozonhaltiges Gas nicht wieder zur Durchwirbelung verwendet, sondern an anderen Stellen der Vorrichtung in den Klärschlamm w> eingeführt wird, ist es nicht zweckmäßig, dieses sauerstoffhaltige Gas wieder in den Behandlungsprozeß zurückzuführen, da dies aufgrund der relativ kurzen Halbwertzeit des Ozons einerseits und der langen Verweilzeit des Gases im Klärschlamm in dem i>> mindestens einen Behälter andererseits keinen nennenswerten Effekt bringen würde.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung,
Fi g. 2 einen Horizontalschnitt durch die Vorrichtung gemäß der Schnittlinie 11-11 in F i g. I und
F i g. 3 einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung gemäß der Schnittlinie I1I-1II in F i g. I.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist jeweils mehrere parallel zueinander angeordnete Förderrinnen 1, 2, 3 auf, die ortsfest aufgestellt und gegebenenfalls in ihrer Neigung gegenüber der Horizontalen einstellbar sind Sie weisen jeweils einen gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von 5 bis 30", vorzugsweise 8 bis 12° und besonders bevorzugt 10" geneigten Boden 4 auf. Die Förderrinnen 1, 2, 3 sind — bezogen auf ihre Durchflußrichtung 5 — parallel zueinander und lückenlos nebeneinander angeordnet, so daß die Böden 4 als durchgehende Platten ausgebildet sein können. Demzufolge bestehen mit Ausnahme der beiden äußeren Seitenwände 6 die übrigen Seitcnwande der einzelnen Förderrinnen 1, 2, 3 aus Trennwänden 7. Am oberen Ende jeder Förderrinne 1, 2, 3 ist ein Druckraum 8 vorgesehen, der durch den Boden 4 die Seiten- bzw. Trennwände 6 und 7, eine stirnseitige Abschlußwand 9 und ein oberes, zwischen die Seiten- bzw. Trennwände 6 und 7 und die Stirnseite Abschlußwand 9 eingeschweißtes, in Durchflußrichtung 5 zum Boden 4 hin geneigtes Begrenzungsblech 10 begrenzt ist. Zwischen dem oberen Begrenzungsblech 10 und dem Boden 4 ist eine als Düse U wirkende öffnung, die einen flachen Rechteckquerschnitt aufweist, gebildet. Diese Düsen 11 können ihrer Höhe, beispielsweise durch einen festsetzbaren Auslaßschieber, verstellbar sein.
Am unteren, auslaufseitigen Ende jeder Förderrinne 1, 2, 3 kann ein als Pumpensumpf dienender Sammelraum 12 vorgesehen sein.
Den Förderrinnen 1, 2, 3 sind zwei Behälter 13, 14 vorgeschaltet, deren Auslässe jeweils über als Magnetventile ausgebildete Ventile 15, 16 auf eine Hauptzuführungsleitung 17 geschaltet sind. In jede Hauptzuführleitung 17 ist ein, beispielsweise als Zerkleinerungsmischer ausgebildeter Homogenisator 18 und eine Förderpumpe 19 in dieser Reihenfolge geschaltet. Unmittelbar vor den Förderrinnen 1, 2, 3 wird die Hauptzuführleitung 17 in eine Reihe von Teilleitungen 20, 21, 22 aufgeteilt, um eine gleichmäßige Beaufschlagung der einzelnen Förderrinnen 1,2,3 zu gewährleisten.
Aus den Sammelräumen 12 wird das Medium über Teilleitungen 23, 24, 25 abgezogen, die auf eine Hauptabführleitung 26 zusammengeführt sind, in die eine Auslaufpumpe 27 geschaltet ist.
Hinter der Auslaufpumpe 27 verzweigt sich die Hauptabführleitung in eine Rückführleitung 28 und eine Entleerungsleitung 29. Die Umschaltung auf die Rückführleitung 28 oder auf die Entleerungsleitung 29 erfolgt mittels als Magnetventile ausgestalteten Ventilen 30 und 31. Die Rückführleitung 28 führt über eine entsprechende Verzweigung auf die beiden Behälter 13, 14, wobei die Umschaltung auf einen der beiden Behälter über ebenfalls als Magnetventile ausgebildete Ventile 32 bzw.33 erfolgt
Oberhalb des jeweils zwischen Düse 11 und Sai.imelraurn 12 liegenden offenen Bereichs der Förderrinnen 1,2,3 ist eine sich über die Gesamtheit der Förderrinnen erstreckende Elektronenstrahlquelle 34, also ein Elektronenbeschleuniger, angeordnet, die an ihrem unteren Ende einen Flansch 35 mit einem
eingespannten Austrittsfenster 3b aufweist, durch das ein Elektroncnstrahlbündel 37 austreten kann. Im Bereich der größten Strahlungsintensität, also etwa in der Mittelebene 37' der Elektronenstrahlquelle 34, sind Einrichtungen zur mechanischen und/oder fluidischen Durchwirbelung der dünnen Klärschlammschicht vorgesehen, die bei Betrieb der Vorrichtung aus der jeweiligen Düse 11 über den Boden 4 der Förderrinne 1, 2, 3 fließt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu ein sich über die volle Länge des Förderrinnenpaares 1, 2, 3 erstreckender schmaler Düsenboden 38 vorgesehen. Unterhalb dieses schmalen Düsenbodens 38 ist ein ebenfalls durchgehender Druckraum 39 vorgesehen, dem in weiter unten noch zu beschreibender Weise ein Ozon-Luftgemiseh als Verwirbclungshilfsmittc! und als Entkeiniiingsmitiol für den Klärschlamm zugeführt wird. Die Beschickung eines Behälters 13 erfolgt über eine Beschickungsleitung 40 mittels einer Pumpe 41.
Unterhalb des Austrittsfenster 36 ist eine sich über die ganze Länge der Elektronenstrahlquelle 34 erstrekkcnde Luftdüsc 42 vorgesehen, die mittels einer Leitung 43 aus einer Sauerstoffquelle 44 mit reinem Sauerstoff beaufschlagt wird, der zur Sauerstoffanreichcrung der Luft im Strahlfeld 37 dient.
Oberhalb der dünnen, in den Förderrinnen 1, 2, 3 fließenden Klärschlammschicht 45 ist eine sich über die volle Breite der Förderrinnen 1, 2, 3 erstreckende Absaugdüse 46 angeordnet, mittels derer die im Strahlfeldbercich 37 mit Ozon angereicherte Luft über eine Leitung 47 abgesaugt wird, in die ein Sauggebläse 48 geschaltet ist. Dieses Ozon-Luftgemisch wird den Druckräumen 39 zugeführt und dient dann zur Durchwirbciung der Klärschlammschicht 45. Die Absaugdiisc 46 ist unmittelbar, also nur 10 bis 20 mm, über der Klürschlammschicht 45 angeordnet, so daß das abgesaugte Ozon-Luftgemisch noch durch die Kühlung im Klärschlamm kühl ist, wodurch der Zerfall des Ozons verzögert wird. Bis zur erneuten Zuführung des O/on-Luftgemisches in die Druckräume 39 und damit die Klürschlammschicht 45 tritt also keine nennenswerte Verringerung der Ozonkonzentration ein.
Da mehr ozonhaltige Luft durch die Absaugdüse 46 abgesaugt wird, als für die Durchwirbelung der Klarschlammsehicht 45 notwendig ist, wird aus der Leitung 47 ein Teil des Ozon-Luftgemisches entnommen und über eine Leitung 49 mit Hilfe einer Venturidüse 50 in die Rückführleitung 28 eingespeist.
Oberhalb der Absaugdüse 46 ist eine weitere Absaugdüse 51 angeordnet, mittels derer ebenfalls ozonhaltige Luft aus dem Strahlfcldbereich 37 abgesaugt und über eine Leitung 52, in die ein Sauggebläse 53 geschalte! ist, den Behältern 13, 14 zugeführt, in die es über bis in den unteren Bereich der Behälter 13, 14 ragende Begasungsrohre 54, 55 eingeführt wird. Die Steuerung erfolgt über Magnetventile 56, 57, wobei die Begasung jeweils während des Fiillvorgangcs eines Behälters 13 oder 14 vorgenommen wird. Die im Vergleich /u dem den Drückräumen 39 zugeführten ()zon-l .uftgemisch geringere Ozonkonzentration dieser Luft wird durch eine längere Kontaki/cit zwischen dieser ozonhaltigen Luft und dem Klärschlamm in den Behältern 15 oiler 14 kompensiert.
Aus der Leitung 52 kann nach Öfhen eines entsprechenden ebenfalls als Magnetventil ausgebildeten Absperrventils 58 über eine Leitung 59 cm Teilstrom dieses O/im I .iiilgemisches abgezogen und zur liegades Klärschlammes in einem außerhalb der Vorrichtung befindlichen Stapelbehälter verwendet werden.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben:
Der Behälter 13 is< mit zu behandelndem Klärschlamm gefüllt, das Ventil 15 ist geöffnet, während das Ventil 16 geschlossen ist. Der zu behandelnde Klärschlamm gelangt durch die Hauptzuführleitung 17, den Homogenisator 18 und die Pumpe 19 und über die Tciileitungen 20, 21, 22 in die Drückräume 8 der Förderrinnen 1, 2,3, von wo er durch die Düsen 11 über die Böden 4 in Richtung auf den jeweiligen Sammelraum 12 fließt. Hierbei wird der Klärschlamm beim Überfließen des Düsenbodens 38 aufgrund des aus diesem austretenden Ozon-Luftgemisches stark durchwirbelt und gleichzeitig einer intensiven Elektronenstrahlung mit einer Energie von 300 bis 800 keV ausgesetzt. Durch das im Ozon-Luftgemisch enthaltene Ozon wird gleichzeitig eine verstärkte Entkeimungswirkung im zu behandelnden Klärschlamm herbeigeführt. Außerdem wird eine starke Entkeimungswirkung durch die Elektronenstrahlung herbeigeführt. Der Klärschlamm fließt in einer gleichmäßig dünnen Schicht über den Boden 4. Aus dem jeweiligen Sammelraum 12 wird er mittels der Auslaufpumpe 27 abgesaugt und durch die Rückführleitung 28, deren Ventil 30 geöffnet ist, zurück in den Behälter 14 gepumpt. Gleichzeitig wird über die Leitung 49 und die Venturidüse 50 das Ozon-Luftgcmisch in den durch die Rückführleitung 28 zurückgeför-
jo denen Klärschlamm eingebracht, wodurch auch bereits an dieser Stelle der Enikeimungsprozeß verbessert wird. Das dem Behälter 14 zugeordnete Ventil 33 ist geöffnet, während das dem anderen Behälter 13 zugeordnete Ventil 32 geschlossen ist. Das zur
j> Entlcerungsleitung 29 führende Ventil 31 ist ebenfalls geschlossen. Gleichzeitig wird nach entsprechendem Öffnen des Ventils 57 über die Leitung 52 das aus der oberen Absaugdüse 51 abgesaugte Ozon-Luftgemisch über das Begasungsrohr 55 in den Behälter 14 eingebracht, wo es in besonders intensiven Kontakt mit dem einfließenden, zu behandelnden Klärschlamm kommt. Wenn der Behälter 13 entleert und der Behälter 14 gefüllt ist, wird das Ventil 15 geschlossen und das Ventil 16 geöffnet, d. h. der bereits einmal behandelte
ή Klärschlamm wird nunmehr aus dem Behälter 14 abgezogen und erneut in die Förderrinnen 1, 2, 3 eingegeben. Die erneute Rückförderung durch die Rückführlcitung 28 erfolgt in diesem Falle in den Behälter 13, d. h. das Ventil 33 wird geschlossen, und da5
w Ventil 32 wird geöffnet. Gleichzeitig wird dann da; Ozon-Luftgemisch über das Begasungsrohr 54 in der Behälter 13 eingeführt. Diese Durchlaufe wiederholer sich so oft, bis ein ausreichender Hygienisierungsgrac des zu behandelnden Klärschlamms erreicht ist
■;·, Anschließend wird das in der Rückführleitung 2f befindliche Ventil 30 geschlossen und das zur Entlee rungsleitung 29 führende Ventil 31 geöffnet und ilei Klärschlamm vollständig aus der Vorrichtung entfernt Gleichzeitig oder anschließend erfolgt die Beschickung
mi des Behälters 13 über die Leitung 40 mit eine'· neiiei Charge.
Die Umsteuerung der Ventile kann programiugestcu eil erfolgen. Der hierfür erforderliche Aufwand is gering, da die Ventile als Magnetventile ausgebildet siiu
ι · und daher leicht zentral ansteuerbar sind.
Versuche haben ergeben, daß unter normaler Hcstrahliingsbedingungcn, el. h. bei einer Beschleuniger spannung von 400 kcV, einem Strahlstrom voi
0,4 mA/cm und einer Raumluftschicht von 80 mm zwischen der Klärschlammschicht 45 und dem Austrittsfenster 36 eine Ozonkonzentration im Bereich von O1J bis 0,6 g Ozon/mJ vorhanden war. Dieser Ozongehalt der Luft kann durch die zuvor geschilderten Maßnahmen praktisch vollständig zur Hygienisierung des zu behandelnden Stoffes verwendet werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 Patentansprüche:
1. Kontinuierliches Verfahren zum Abtöten von Krankheitserregern in Abwasser-Klärschlamm, wobei der Klärschlamm in einer Schicht gefördert, in dieser Schicht mittels eines sauerstoffhaltigen Gases stark durchwirbelt und während der Durchwirbelung einer von oben auf die Schicht wirkenden Elektronenstrahlung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas im Bereich der Elektronenstrahlung unmittelbar oberhalb der Schicht abgezogen und im Kreislauf dem Klärschlamm zugeführt und zu dessen Durchwirbelung eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereich der Elektronenstrahlung oberhalb der Schicht reiner Sauerstoff eingeblasen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas umerhalb der Einblasung des reinen Sauerstoffs abgezogen wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Förderrinne für den Klärschlamm vorgesehen ist, deren ebener Boden im Strahlungsbereich einer über ihm angeordneten Elektronenstrahlquelle als Düsenboden zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases ausgebildet ist, und wobei am Zuführende der Förderrinne eine Einrichtung zur Zuführung von Jo Klärschlamm in einer gleichmäßig dicken Schicht vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen der Elektronenstrahlquelle (34) und der mindestens einen Förderrinne (1, 2, 3) mindestens eine Absaugdüse (46; 51) vorgesehen ist, die über eine Leitung (47, 52) mit dem Düsenboden (38) verbuken ist.
5. Vorichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Absaugdüse (46) unmittelbar über der Klärschlammschicht (45) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugdüse (46) mit einer Rückführleitung (28) für den Klärschlamm verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rückführleitung (28) eine Venturidüse (50) geschaltet ist, rriit der die Absaugdüse (46) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugdüse (5t) mit mindestens einem der mindestens einen Förderrinne (1, 2, 3) vorgeschalteten Behälter (13, 14) verbunden ist.
55
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