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Verfahren zur Aufarbeitung von Abfallstoffen
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Abfallstoffen
mit brennbaren Anteilen und von Klärschlamm im Verbundbetrieb. Die Erfindung betrifft
ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Anwendung des Verfahrens.
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Die Müllverbrennung ist ein bekanntes Verfahren zur Aufarbeitung von
Abfallstoffen und wird in städtischen Agglomerationen vielfach angewendet. Bei den
in solchen Agglomerationen vorhandenen Kläranlagen zur Aufarbeitung von Abwasser
nach dem Belebtschlammverfahren
entsteht ferner Klärschlamm in
erheblichen Mengen und stellt ein Problem der Beseitigung dieses speziellen Abfalles
dar. Da die Verbrennung von Abfallstoffen mit brennbaren Anteilen thermische Energie
liefert und die Aufarbeitung von Klärschlamm in der Regel Energie verbraucht, hat
man bereits versucht, Abfallstoffe mit brennbaren Anteilen im Verbundbetrieb mit
der Verarbeitung von Klärschlamm aufzuarbeiten. Die hierzu bisher bekannt gewordenen
Verfahren bzw. Vorrichtungen weisen jedoch erhebliche Nachteile einschliesslich
geringer Wirkungsgrade, Geruchsbelästigung, Umweltsbelastung und erhebliche Kosten
auf, sowohl bezüglich Anlage als auch bezüglich Betrieb.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man
(a) mindestens einen Teil der brennbare Anteile enthaltenden Abfallstoffe in an
sich bekannter Weise zur Bildung von heissem Abgas verbrennt, (b) das in Stufe (a)
entstehende Abgas mindestens teilweise zum Entwässern von Klärschlamm verwendet,
wobei sich das heisse Abgas von (a) abkühlt und ein warmes Abgas mit hohem Dampfanteil
entsteht, und (c) das warme Abgas von (b) zur Kondensation mindestens eines Teiles
des in Stufe (b) aufgenommenen Dampfes kühlt und reinigt.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Abfallverbrennung unter Bildung von
heissem Abgas, eine Einrichtung zur Klärschlammentwässerung mit dem heissen Abgas
der Abfallverbrennungseinrichtung
und eine Einrichtung zur Kühlung,
Entwässerung und Reinigung des in der Klärschlammentwässerung entstehenden Abgases.
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Das erfindungsgemässe Verfahren wird mit besonderem Vorteil zur Gewinnung
von Wärme und Bewässerungswasser für den Betrieb von landwirtschaftlichen Intensivkulturen
angewendet.
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In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 ein Fliessschema mit den Haupt- und
Nebenstufen des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 das Fliessbild einer bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, und Fig. 3 ein Detail aus dem
Fliessbild von Fig. 2.
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Gemäss Fliessbild von Fig. 1 wird der bei 100 gesammelte Abfall mit
brennbaren Anteilen vorzugsweise einer Sortierung 110 unterworfen, um kompostierbare
Anteile auszuscheiden und bei 112 in üblicher Weise zu kompostieren. In der Sortierung
110 können auch rückgewinnbare metallische Anteile, Glas und dergleichen ausgeschieden
werden. Der so vorsortierte Abfall mit brennbaren Anteilen wird bei 101 in an sich
bekannter Weise und vorzugsweise mit überschüssigem Sauerstoff zur Bildung eines
heissen Abgases, das beispielsweise eine Temperatur von 700-900°C aufweist, verbrannt.
Hierfür können übliche Rostöfen verwendet werden. Gegebenenfalls können der Verbrennungsstufe
101 auch Gewerbe- oder
Industrieabfälle zugeführt werden. In der
Verbrennungsstufe 101 entsteht fester Verbrennungsrückstand, der in üblicher Weise
in eine Deponie 111 gebracht oder in anderer Weise aufgearbeitet und gegebenenfalls
wiederverwendet werden kann.
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Die in der Verbrennungsstufe 101 entstehenden heissen Abgase, die
die bei der Müllverbrennung üblichen Abgas anteile einschliesslich von sauren Komponenten
enthalten, gelangen direkt in die Stufe 103, eine Trockenanlage zur Entwässerung
von nassem Klärschlamm, der bei 102 anfällt und von dort in den Schlammtrockner
103 eingeführt wird. Der Schlammtrockner kann eine an sich bekannte Vorrichtung
sein und ist vorzugsweise ein Etagentrockner. Allgemein ist eine möglichst intensive
Wechselwirkung zwischen den heissen Abgasen der Verbrennungsstufe 101 und dem nassen
Klärschlamm zweckmässig, weil dies nicht nur die Entwässerung des Klärschlammes
bewirken, sondern auch eine adsorptive Aufnahme von Komponenten des Abgases durch
den Klärschlamm ermöglichen soll. Vorzugsweise wird ein Teil des in der Stufe 103
entstehenden Trockenklärschlammes über 150 in eine Mischstufe 113 gebracht, in welcher
der Trockenschlamm mit frischem Nassklärschlamm gemischt und in Form dieser Mischung
in die Schlammtrocknungsstufe 103 eingeführt wird. Ueberschüssiger Trockenschlamm
kann über 140 in die Kompostierung 112 oder in die Verbrennungsstufe 101 geführt
oder in üblicher Weise in eine Deponie 155 gebracht werden.
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Die in Stufe 103 entstehenden Abgase sind durch den Entwässerungsvorgang
auf Temperaturen von etwa 200-5000C abgekühlt und gleichzeitig mit erheblichen Mengen
heissen Wasserdampfes beladen. Dieses grosse Mengen Wasserdampf enthaltende warme
Trocknungs- und Verbrennungsabgas wird in Stufe 104 einer Abgasreinigung unterzogen,
in welcher das Abgas unter Kondensation mindestens eines Teils des in der Schlammtrocknungsstufe
103 aufgenommenen Wasserdampfes gekühlt und gereinigt wird. Vorzugsweise wird die
Stufe 104 in Form einer üblichen Nassabgasreinigung, beispielsweise mittels eines
Nasswäschers nach Art der sogenannten Venturi-Scrubber mit nachfolgender Trennung
der gasförmigen von den flüssigen Anteilen, z. B. in einem Zyklon, durchgeführt.
Das so gereinigte Trocknungs- und Verbrennungsabgas wird über 120 in die Atmosphäre
abgegeben. Der bei der Schlammtrocknung entstandene Dampf kann bei 104 als praktisch
reines Wasser durch Kondensation wiedergewonnen und über 165 als Reinigungswasser
106 in die Stufe 104 eingeführt werden. Vorzugsweise wird die Kondensationswärme
bzw.
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die überschüssige Wärme des kondensierten Waschwassers in die Wärmeaustauschstufe
105 eingeführt. Das in der Stufe 104 entstehende Waschwasser kann bei 130 in üblicher
Weise ausgetragen und weiter verarbeitet werden. Gemäss einer besonders bevorzugten
Ausführungsform wird das Waschwasser jedoch über 135 in die Wärmeaustauschstufe
105 übertragen und dort zur Erwärmung von Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise
Wasser, verwendet, das über 114 155 zur Beheizung einer Intensivkultur einsbesondere
einer Freilandkultur, zirkuliert. Das in Stufe 105 entstehende abgekühlte
Abwasser
kann über 145 zur Bewässerung der über 155 beheizten Intensivkultur 114 verwendet
werden. Wie durch die Verbindungslinie 160 angedeutet, kann das in der Kompostierungsstufe
112 entstehende Material ebenfalls in die Intensivkultur eingeführt werden. In bestimmten
Fällen kann auf einen besonderen Austauscher 105 verzichtet bzw. das warme Waschwasser
bzw. Kondensat direkt als Heizmedium für 114 verwendet werden.
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Das in Fig. 2 dargestellte Fliessbild einer bevorzugten Ausführungsform
zeigt die Versorgung eines Müllbunkers 2 über die Hausmüllzufuhr 1. Der Hausmüll
wird in üblicher Weise in einer Sortierungsanlage 3 aufgearbeitet, wobei die verrottbaren
Anteile in an sich bekannter Weise über eine Kompostverrottungsanlage den Kompostmieten
4 zugeführt werden. Von dort gelangt das kompostierte Material in die Kompostverteilung
5. Die in der Sortierungsanlage 3 anfallenden Siebreste werden über 28 in den Bunker
7 übertragen, der mittels der Transporteinrichtungen 6 gegebenenfalls mit zusätzlichem
Gewerbe- und Industriemüll gespeist werden kann. Aus dem Bunker 7 gelangt das Abfallmaterial
in den Müllverbrennungsofen 8, z. B. einem konventionellen Rostofen. Die dort anfallende
Schlacke wird über 29 in die Deponie 30 überführt. Die bei der Müllverbrennung im
Ofen 8 entstehenden heissen Gase werden über die Leitung 9 in den Schlammtrockner
10, vorzugsweise einen Etagentrockner, übertragen. Der Betrieb dieser Trockenanlage
ist weiter unten anhand von Fig. 3 eingehender erläutert.
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Die im Schlammtrockner 10 entstehenden Abgase sind noch relativ warm,
a. h. sie haben Temperaturen im Bereich von 200-5000C, und enthalten das im Schlammtrockner
10 aufgenommene Wasser des Klärschlammes. Sie werden über die Leitung 11, gegebenenfalls
unter Einschaltung eines Elektrofilters 12 in die Rauchgaswaschanlage 13a überführt,
die über 17 mit Wasser gespeist wird, das in der Anlage 13a durch Kondensation des
Dampfes der Abgase gebildet und im Wärmeaustauscher 16 gekühlt ist. Das gewaschene
Rauchgas gelangt in die Abscheideranlage 13b, wo Waschwasser über 17 in den Wärmeaustauscher
16 eingeführt und gegebenenfalls teilweise über 17 wieder in die Anlage 13b rezirkuliert
wird.
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Das gereinigte Abgas wird über die Leitung 14 in den Kamin 15 abgeführt.
Mindestens ein Teil des in der Anlage 13b abgeschiedenen Waschwassers wird nach
Durchlaufen des Wärmeaustauschers 16 bei 21 abgezweigt und über Verteileranlagen
22 zur Bewässerung einer beheizten Freilandkultur verwendet Die Beheizung der Freilandkultur
20 erfolgt über die Leitungen 18 mit Hilfe eines Sekundärkreislaufes des Wärmeaustauschers
16 über die im Boden der Intensivkultur verlegten Heizrohre 19. Die Kultur 20 kann
wie bei 5 angedeutet mit dem in der Kompostierung 4 gewonnenen Material versorgt
werden.
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In Fig. 3 ist eine bevorzugte Betriebsweise des Schlammtrockners 10
dargestellt. Ein Teil des bei der Trocknung entstehenden Trokkenklärschlammes wird
über die Leitung 25 in den Mischer 24 gebracht, der über die Leitung 23 mit frischem
Nassklärschlamm versorgt
wird. Im Mischer 24 kann eine relativ
einfacher zu verarbeitende Schlammischung mit erhöhtem Feststoffanteil gebildet
und über 26 in den Schlammtrockner 10 eingeführt werden. Ueberschüssiger trockener
Klärschlamm kann über die Leitung 27 direkt in die Kompostierung, in einen der Bunker
2 oder 7, den Verbrennungsofen 8 oder eine Deponie überführt werden.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine weitgehende finanzielle
Entlastung der mit der Aufarbeitung von Abfall und Klärschlamm beauftragten Institutionen,
da der bei der bevorzugten Ausführungsform erzielbare Ertrag der Intensivkultur
eine Deckung der Betriebs- und Amortisationskosten der erfindungsgemässen Anlage
ermöglicht. Das erfindungsgemässe Verfahren bietet weitere Vorteile dadurch, dass
die bisher meist problematische Aufarbeitung von nassem Klärschlamm weitgehend vereinfacht
und verbilligt werden kann. Beispielsweise werden die normalerweise üblichen Schlammtrocknungsanlagen,
wie Filterpressen, Zentrifugen und dergleichen, überflüssig und es werden auch keine
Faulräume benötigt. Da das erfindungsgemässe Verfahren den Frischschlamm direkt
verarbeiten kann, sind an den Klärsanlagen nur noch Frischschlamm-Sammelbehälter
erforderlich. Ferner entfällt die Notwendigkeit der sonst zur Schlammbehandlung
nötigen Zusätze von Chemikalien bzw. Polyelektrolyten als Ballungs- und Flockungsmittel.
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In der Praxis kann mit einer Anlage der beschriebenen Art bei der
Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ein Durchsatz von beispielsweise
etwa 10 Tonnen Müll und 20 Tonnen Schlamm pro Stunde erzielt werden. Mit der auf
diese Weise für Intensivkulturen ausnützbaren Wärmemenge können relativ grossflächige
Kulturen ohne Schwierigkeiten voll versorgt werden, wenn man den üblichen Bedarf
von 1000-3000 Kilokalorien pro Tag und Quadratmeter Kulturland zugrundelegt. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass das Rauchgas-Waschwasser, das in der Regel
Schwefelverbindungen und Salzsäure enthält, vollständig für die Bewässerung der
Kulturen verwendet werden kann. Allfällige Zusatzwassermengen können gering gehalten
werden. Gleichzeitig entfällt damit das sonst mit der Rauchgasreinigung verbundene
Abwasserprohlem. Auch der Humusbedarf der Freilandkultur kann mindestens teilweise
durch das erfindungsgemässe Verfahren gedeckt werden. Durch Abkühlung der Abgase
bzw. des Waschwassers bis auf ca. 20-300C kann der Wärmeinhalt des als Ausgangsmaterial
eingesetzten Abfalles bzw. Schlammfeststoffes sehr weitgehend genützt werden. Der
gesamte Ausnützungswirkungsgrad (Kompostierung und Gewinnung thermischer Energie)
kann durch das erfindungsgemässe Verfahren praktisch ohne Umweltverschmutzung auf
sehr viel höhere Werte gesteigert werden, als sie mit bekannten vergleichbaren Methoden
erzielt werden konnten. Zudem sind beim erfindungsgemässen Verfahren die neuesten
Erfahrungen der Rauchgasreinigung vorteilhaft angewendet.
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