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Entwässerungsverfahren für unvorbehandelten Ab-
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wasserschlainin Die Erfindung betrifft ein Entwässerungsverfahren
für unvorbehandelten Abwasserschlamm, welcher anfänglich wenigstens 75 ,0 Wasser
enthält, allgemein also ein Verfahren zur Behandlung von einen hohen Anfangswassergehalt
aufweisendem Abwasserschlamm, um die Probleme der Behandlung und Beseitigung zu
vereinfachen.
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Rohschlamm oder aktivierter Schlamm aus typischen industriellen und
städtischen Abwasserbehandlungsanlagen enthält üblicherweise wenigstens 75 Gewichtsprozent
Wasser. Der Schlamm ist eine gelartige, thixotropische Substanz, die Pumpen oder
eine Behandlung mit anderen üblichen Mitteln extrem schwierig macht.
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Dies kompliziert das Problem des Transports des Schlammes zu lagerstätten
bzw. Beseitigungsplätzen.
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Die Beseitigung selbst kann Probleme sowohl bezüglich der Umweltverschmutzung
als auch des Energieverbrauches mit sich bringen. Obwohl die Beseitigung von unbehandeltem
Schlamm sowohl zu land als auch zu Wasser in großem Umfang als die einzig lebensfähige,
derzeit angewandte slternative praktiziert wird, ist allgemein festzustellen, daß
diese Beseitigungsart nicht in alle Zukunft fortgesetzt werden kann. Die Beseitigung
durch Verbrennen ist extrem ineffizient, da man eine große Menge Energie verbraucht,
um das in dem Schlamm enthaltene Wasser zu entfernen.
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Daher erscheint es klar, daß man die größeren Probleme, die sowohl
mit der physikalischen Behandlung als auch mit der Beseitigung der Abwasserschlämme
verbunden sind, dadurch minimalisieren kann, daß man einen beachtlichen Teil des
anfänglich in dem Schlamm enthaltenen Wasser extrahiert. Die Entwässerung des Schlammes
bringt jedoch weitere Probleme mit sich, die auf die Natur der Substanz zuriickzuführen
sind. Dies bedeutet, daß die Entwässerung durch konventionelle, wirtschaftliche
Mittel, wie z.B.
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durch Filtrierung oder normale Verdampfung unzweckmäßig bzw. undurchführbar
ist, weil das Wasser durch die molekulare Struktur des Schlammes eingeschlossen
ist und weil der Schlamm dazu tendiert, eine kruste zu bilden, die darüber hinaus
eine Lufttrocknung verhindert.
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Eine chemische Behandlung von Abwasserschlämmen als Entwässerungsverfahren
ist z.B. in der US-PS 3.772.191 dargestellt worden. Nach diesem Verfahren wird der
Schlamm zunächst mit einer konzentrierten mineralischen Säure behandelt, um den
Wassergehalt auf ungefähr 60% zu
reduzieren, und dann mit Kalziumhydroxid
vermischt, um eine weitere Entwässerung in einer Filterpresse zu erleichtern.
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Andere Verfahren, die eine Verbindung von Schlammfeststoffen mit anderen
Chemikalien umfassen, sind in den US-PSen 3 050 383 und 3 758 287 beschrieben worden.
Diese Patentschriften sind jedoch in der Hauptsache auf eine Behandlung oder eine
Herstellung anderer Produkte gerichtet und benutzen Schlamm, der mittels einiger
Einrichtungen auf einen Wassergehalt vorentwässert worden ist, der erheblich geringer
ist als der von typischen frischem Schlamm.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Entwässerungsverfahren für unvorhehandelten
Abwasserschlamm zu schaffen, bei dem der Wassergehalt des Schlammes auf einen brauchbaren
Wert mittels chemischer Behandlung herabgesetzt wird, welches effizient und wirtschaftlich
und ebenso auch ökologisch akzeptabel ist.
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Ferner soll mit dem Entwässerungsverfahren der Wassergehalt von frischem
Abwasserschlamm auf leichte und ökonomische Art auf einen solchen Wert herabgesetzt
werden, welcher weitere Entwässerung mittels anderer Verfahren erleichtert. Weiterhin
soll ein Verfahren geschaffen werden, welches eine ökonomische Herstellung und Benutzung
von im wesentlichen allen Komponenten des Verfahrens ermöglicht. Endlich sollen
mittels des Entwässerungsverfahrens brauchbare Endprodukte ohne Zwischen-oder Nebenprodukten,
die Umweltverschmutzungsprobleme schaffen, erzeugt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß a) eine Menge
von unbehandeltem Schlamm mit einer wenigstens gleich großen Gewichtsmenge einer
Chemikalie in Berührung gebracht wird, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus
Harnstoff und den Salzen des Ammoniums und Kaliums besteht, b) der Schlamm und die
Chemikalie miteinander in Berührung belassen werden für eine solche Zeit, daß sich
im wenentlichen die ganze Chemikalie in Wasser, welches hierdurch aus dem
Schlamm
extrahiert wird, auflöst, um eine Trennung des Schlamm und der Chemikalie in eine
flüssige Phase, die aus der in Wasser gelösten Chemikalie besteht, und in eine feste
oder halbfeste Phase aus Schlammfeststoffen mit allem etwa verbliebenen? Wasser
zu erzeugen, und c) die Phasen durch Abziehen der flüssigen Phase1 getrennt werden.
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Mit diesem Verfahren ist es möglich, unvorbehandelte Abwasserschlämme
zu behandeln, um eine Entwässerung derselben auf ein Niveau zu bewirken, das eine
weitere Behandlung, Beseitigung und darauffolgende Verfahrensschritte ermöglicht.
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Der Begriff ~unvorbehandelt", wie er hier benutzt wird, bezieht sich
auf den Wassergehalt des Schlammes, wobei damit ausgedrückt werden soll, daß kein
beachtlicher Teil des Wassers aus dem Schlamm entfernt worden ist, wenn er aus der
Abwasserbehandlungsanlage oder Kläranlage herausgenommen wird.
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Der Schlamm kann dabei entweder "roh" (Rohschlamm) oder aktiviert
sein und einen anfänglichen Wassergehalt von wenigstens 75% besitzen, Gemäß der
Erfindung wird der Schlamm mit einer hygroskopischen Chemikalie behandelt, die so
wirkt, daß sie das Wasser dem Schlamm entzieht, während sich die Chemikalie selbst
in dem Wasser löst, wobei sie dabei zwei unterschiedliche Phasen bildet. Diese können
physikalisch einfach durch Ableiten der flüssigen Phase des Wassers getrennt werden,
welches von dem die aufgelöste Chemikalie enthaltenen Schlamm entfernt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des Verfahrens
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Mit der Erfindung wird also ein Entwässerungsverfahren für Abwasserschlamm,
welcher einen Wassergehalt in der Größenordnung von 75% bis 95% aufweist und unvorbehandelt
ist, angegeben, um das Wasser aus dem Schlamm freizusetzen. Dabei wird der Schlamm
mit einer Chemikalie vermischt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Harnstoff
und den allgemeinen
Ammonium- und Kaliumsalzen besteht, und zwar
in aufeinander abgestimmten Mengen, welche einen gewünschten Grad von Phasentrennung
erzeugen. Die hygroskopischen Eigenschaften der Chemikalie wirken so, daß sie das
Wasser aus dem Schlamm entfernen, um eine selbständige flüssige Phase der in dem
aus dem Schlamm entfernten Wasser aufgelösten Chemikalie und eine feste oder eine
halbfeste Phase der Schlammfeststoffe mit allem etwa zurückgebliebenem Wasser bilden.
Die Phasen können dann leicht voneinander mit großer Vereinfachung für die folgende
Behandlung, Beseitigung oder weitere Verfahrensschritte für jede Phase getrennt
werden.
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Spezifische Beispiele für geeignete Chemikalien, entsprechende bzw.
aufeinander abgestimmte Mengen und weitere Einzelheiten werden in nachfolgender
Beschreibung repräsentativer Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Das Verfahren
ist für eine Anwendung in großem Maßstab auf der Basis eines kontinuierlichen Durchflusses
geeignet, wobei der unvorbehandelte Schlamm an einem Ende und die trockene oder
meist hochkonzentrierte Chemikalie am anderen Ende eingeführt werden.
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Die Chemikalien, die mit dem Abwasserschlamm vermischt werden, um
die Phasentrennung zu bewirken, sind entweder anorganische Salze oder Harnstoff,
wobei der letztere die gleichen hygroskopischen, hochlöslichen Eigenschaften aufweist
wie die Salze, die so wirken, daß sie das eingeschlossene Wasser aus dem Schlamm
entfernen.
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Alle gemeinen (common) Ammonium- oder Kaliumsalze sind für die Verwendung
gemäß der Erfindung geeignet; z.B. kann man Ammoniumsulfat, Diammoniumphosphat und
Kaliumdihydrogenphosphat ebenso wie Harnstoff verwenden. Andere geeignete Chemikalien
sind Ammoniumsulfit, Ammoniumnitrat, Kaliumsulfat und Kaliumnitrat.
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Die aufeinander abgestimmten Mengen der hygroskopischen Chemikalien
und des Schlammes hängen von dem anfänglichen Wassergehalt des Schlammes und dem
gewünschten Grad der Entwässerung
ab. Die Verrinerung des Wassergehaltes
des Schlammes auf ungefähr 50% erzeugt ein Produkt, das ein Aussehen und eine Konsistenz
aufweist, die ähnlich der von schwarzem feuchten Staub (Dreck) ist, welcher keine
großen Probleme in der Behandlung und in der Beseitigung mit sich bringt, Obwohl
die Behandlung entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht notwenigerweise den
relativen Wassergehalt des Schlammes auf dieses Niveau reduziert, gewährt es tatsächlich
ein leichtes und ökonomisches Mittel der Entfernung erheblicher engen von Wasser,
welches in dem frischen Schlamm anfänglich enthalten ist, wobei es dadurch weitere
Verfahrensschritte durch solche Mittel, die in den US-PSen 3 050 383 und 3 758 287
oder in der US-SN 647 739 beschrieben sind, erleichtert.
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Spezielle Beispiele von Experimenten, die das erfindungsgemäße Verfahren
beschreiben und demonstrieren, werden im folgenden dargestellt: Beispiel I 50 g
eines aktivierten Abwasserschlammes, welcher 95% Wasser (gelartig, nicht-fließfähiger
Zustand) enthält, wurde mit 60 g eines granulierten Ammoniumsulfates bedeckt und
über Nacht in einem abgedichteten Behälter stehen gelassen. Das trockene Ammoniumsulfat
hat sich vollständig in dem dem Schlamm entzogenen Wasser gelöst, und eine klare
wässrige Phase, die 40% des Wassers enthielt, welches in dem ursprünglichen Schlamm
enthalten war, hatte sich abgeschieden und wurde leicht von dem entwässerten Schlamm
abgezogen.
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Beispiel II 45 g eines aktivierten Abwasserschlammes, welcher 95 Wasser
(gelartig, nicht-fließfähiger Zustand) enthält, wurde mit 25 g eines granulierten
Ammoniumsufates bedeckt und über Nacht in einem abgedichteten Behälter stehen gelassen.
Das trockene Ammoniumsulfat hat sich vollständig in dem Wasser gelöst,
welches
dem Schlamm entzogen wurde, und eine klare wässrige Phase, welche 19% des Wassers
enthielt, welches in dem ursprünglichen Schlamm enthalten war, hatte sich abgeschieden
und konnte leicht von dem entwässerten Schlamm abgezogen werden.
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Bei dem obigen Beispiel I sind Diammoniump#phat, Kaliumdihydrogenphosphat
und Harnstoff in trockener kristalliner Form jeweils anstatt des Ammoniumsulfates
verwendet worden.
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Die gleichen Mengen der Chemikalie und Schlamm erzeugten im wesentlichen
den gleichen Grad der Phasentrennung.
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Wenn die Phasentrennung fortschreitet, wird die Lösung von Salz oder
Harnstoff schrittweise immer mehr verdünnt, bis die hygroskopische Energie der Chemikalie,
die dazu tendiert, das Wasser aus dem Schlamm zu ziehen, durch Wasserrückhaltevermögen
des Schlammes ausgeglichen wird, und die Phasentrennung kommt zum Stillstand, Wenn
weitere Phasentrennung gewünscht wird, nachdem die verdünnte flüssige Phase abgezogen
ist, kann der teilweise entwässerte Schlamm mit zusätzlichem Salz oder Harnstoff
in trockener Form oder hochkonzentrierter Lösung vermischt werden, um zusätzliche
Entwässerung in der gleichen Art zu bewirken.
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Anstatt den Schlamm auf verschiedenen Entwässerungsstufen wiederholt
mit der Chemikalie zu vermischen, jeweils auf die Phasentrennung zu warten, um ein
Gleichgewicht zu erhalten, und die Flüssigkeitsphase bzw. Flüssigphase abzuziehen,
kann man das Verfahren auch in einer kontinuierlichen Weise durchführen, Das heißt:
ein geeigneter Mischbehälter oder Berührungsbehälter, welcher einen Einlaß und einen
Auslaß an beiden Enden aufweist, wird mit frischem, unvorbehandeltem Schlamm versorgt,
wobei der Schlamm an einem Ende und die Chemikalie in ihrer am stärksten konzentrierten
Form (entweder trocken oder in hochkonzentrierter Wasserlösung) am anderen Ende
eingefüllt werden. Wenn der Schlamm und die Chemikalie in entgegengesetzten Richtungen
durch den Behälter fließen, dann wird die flüssige Phase, die die gelöste Chemikalie
enthält,
stufenweise immer mehr verdünnt, und der Wassergehalt
des Schlammes verringert sich. Die flüssige Phase in ihrer am stärksten verdünnten
Form wird an dem Ende aus dem Behälter herausgeholt, bzw, aus diesem entfernt, an
dem der frische Schlamm eingefüllt wird, und der Schlamm in seiner trockensten oder
am stärksten entwässerten Form wird an dem Ende abgelassen, bzw.
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herausgeholt, an dem die am stärksten konzentrierte Form der Chemikalie
eingeführt wird. Auf diese Weise wird der frische Schlamm, der zu Beginn den höchsten
Wassergehalt und daher das geringste Wasserrückhaltevcrmögen besitzt, mit der Chemikalie
in ihrer schwächsten Lösung, bei der sie die geringste Kraft zum Wasserentzug aufweist,
in Kontakt gebracht, Umgekehrt gelangt die Chemikalie mit der höchsten Konzentration
und dem größten Grad an Kraft zum Wasserentzug mit dem Schlamm bei dessen "geringstem"
Wassergehalt im Verfahren mit dem größten Wasserrückhaltevermögen in Berührung,
wobei hierdurch ein maximaler Wirkungsgrad des Verfahrens erzielt wird, Der endgültige
Wassergehalt des Schlammes hängt bis zu einem bestimmten Grad von der besonderen
Zusammensetzung des Schlammes, der Temperatur und anderer Faktoren ab, wobei es
gleichgültig ist, ob die Trennung in einer kontinuierlichen Weise oder in einem
stufenweisen Verfahren durchgeführt wird. In jedem Falle wird der Schlamm soweit
entwässert werden, daß man ihn entweder sofort in einer sicheren und ökologisch
akzeptablen Weise beseitigen kann, oder daß eine weitere Behandlung und weitere
Verfahrensschritte besonders vereinfacht werden. Ob der Schlamm vollständig oder
nur teilweise bis zu einem Grad, der zur Beseitigung in der gewünschten Art erforderlich
ist, entwässert wird, beide Male ist das Verfahren wirtschaftlich und leicht durchzuführen,