DE2838386C2

DE2838386C2 - Verfahren zur Entwässerung von organischem Schlamm

Info

Publication number: DE2838386C2
Application number: DE2838386A
Authority: DE
Inventors: Hideki Haji; Fujiaki Yokohama Kanagawa Mochizuki; Tohru Atsugi Kanagawa Shimizu
Original assignee: KURITA WATER INDUSTRIES Ltd OSAKA JP
Current assignee: KURITA WATER INDUSTRIES Ltd OSAKA JP
Priority date: 1978-06-20
Filing date: 1978-09-02
Publication date: 1989-10-12
Also published as: DE2838386A1; JPS551851A; US4221661A

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Schlammes durch Hinzufügen von Säure oder Eisen-III-Salz eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm nach der Zugabe des Oxidationsmittels und vor Überführung in den Bereich von pH 5 bis 7 auf eine Temperatur vor. 70° C oder weniger abgekühlt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerung von einen Feststoffgehalt von 0,5-8 Gew.-% aufweisendem organischem Schlamm, der auf 70 bis 95° C erhitzt wird, dessen pH-Wert auf 5 oder weniger erniedrigt wird, und der nach einer Überführung in den Bereich von pH 5-7 einem Entwässerer zugeführt wird.

Ein Verfahren der genannten Art ist durch die DE-OS 23 17 673 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ausgefaulter Schlamm zunächst auf eine Temperatur von 70-100° C erhitzt und danach einer chemischen Konditionierung ausgesetzt. Bei der chemischen Konditionierung wird durch Zugabe wn Säure oder eines Metallsalzes der pH-Wert des Schlammes auf einen Wert im Bereich von 3-6 abgesenkt. Vor der abschließenden Entwässerung in einem Entwässerer wird der Schlamm neutralisiert, d. h. auf einen pH-Wert von 7 eingestellt. Dem Schlamm können zusätzlich noch während des Verfahrens dehydrierende Agentien, wile Poiyelektrolyte, zugesetzt werden.

Nachteilig Ist bei dem bekannten Verfahren, daß der Schlamm auch nach dieser Behandlung einen relativ hohen Wasse/gehalt aufweist, wie durch Vergleichsversuche belegt ist. Bei den Temperaturen, die bei dem Verfahren angewendet weiden, erscnelnt ferner eine genaue pH-Wert-Einstellung auf einen bevorzugten Wert von 4,5 nur schwer durchführbar iu sein, wodurch schwankende Ergebnisse beim Wassergehalt des entwässerten Schlammes erzielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zur Entwässerung von organischem Schlamm die Reihenfolge der thermischen und chemischen Konditionierung so aufeinander abzustimmen, daß eine weitergehende Entwässerung des Schlammes erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß Erfindung dadurch gelöst, daß die pH-Wert-Erniedrigung vcr dem Erhitzungsschritt durchgeführt wird, und daß nach dem Erhitzungsschritt, aber vor der Neutralisierung, ein Oxidationsmittel aus der Gruppe Wasserstoffperoxid, Kaliumpersuifat oder Ozon In einer Konzentration von 100 ppm oder mehr zugesetzt wird.

Nur wenn diese Reihenfolge der Verfahrensschritte eingehalten wird, werden gute Ergebnisse erhalten. Jede Abweichung von dieser Reihenfolge führt zu schlechteren Ergebnissen. Als Oxidationsmittel kommt jeweils nur eines aus der Gruppe Wasserstoffperoxid, Kaliumpersulfat und Ozon Infrage.

Die Ansprüche 2 und 3 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahrens. Dabei ist im Anspruch 3 unter anderem sinngemäß angeführt, daß vor der pH-Wert-Erhöhung auf 5-7 der Schlamm abgekühlt wird, um eine Hydrolyse der Proteine zu vermelden. Die pH-Wert-Angaben sind deshalb wichtig, weil gemäß Beispiel 5 der Unterlagen selbst bei kleinen pH-Wert-Differenzen (5,5 und 7,5 Im genannten Beispiel) der Feststoffgehalt im behandelten Schlamm unterschiedlich ausfallen kann.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel nach der Erfirdung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine Darstellung der Abhängigkeit des Wassergehaltes vom pH-Wert des Schlammes.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist gemäß Fig. 1 eine Schlammelndlckvorrlchtung 3, einen Wärmeaustauscher 6, einen Heiztank 7, einen Reaktionstank 9, einen pH-Einstellungstank 11, eine Schlammeindickvorrichtung 13, eine Schlammgrube 17 und einen Entwässerer 19 auf.

In einem ersten Schritt werden Schlamm 1, die entwässert werden sollen, In der Schlamnielndlckvorrlchtung 3 auf einen Feststoffgehalt Im Bereich von 0,5-8 Gew.-* eingestellt. Die Einstellung der Feststoffkonzentration kann durch eine Sedimentationskonzentrierung oder eine Zentrifugenentwässerung durchgeführt werden.

Durch die Feststoffkonzentration wird das Volumen des Schlammes stark reduziert, so daß sowohl die Wärmemenge für den späteren Heizschritt als auch der Verbrauch an Chemikalien wirtschaftlich gestaltet werden kann.

In einem zweiten Schritt wird daher der pH-Wert der Schlämme auf 5 oder weniger eingestellt Zum Zwecke der pH-Werteinstellung wird Säure 5, z. B. Salzsäure, Schwefelsäure oder dergleichen, verwendet. Der Verbrauch an Säure kann reduziert und gleichzeitig der pH-Wert gesenkt werden, wenn wenigstens ein Teil des Im folgenden Schritt verwendeten Elsen-III-Clorids und des Elsen-III-Sulfats hier schon hinzugefügt wird. Die Schlämme

werden danach In den Heiztank 7, in den Dampf 8 eingeblasen wird, auf eine Temperatur von 70-95° C aufgeheizt. Anschließend werden die Schlämme in dem Reaktionstank 9 mil einem Oxidationsmittel 10 versetzt. Als Oxidationsmittel eignen sich Substanzen, die innerhalb des sauren Bereichs oxidieren. Aus wirtschaftlichen Gründen und wegen Ihrer leichten Handhabung werden Wasserstoffperoxid und Persulfat bevorzugt. Die benötigte Menge an Oxidationsmittel beträgt 100 ppm oder mehr.

Da das Oxidationsmittel schnell auf die Schlämme einwirkt, genügt für die Behandlung eine kurze Durchmischzeit von 10-60 min. Bei einer Verlängerung der Durchmischzeit werden schlechtere Ergebnisse beim Wassergehalt der Schlämme erzielt.

Wichtig ist ?ine Durchführung des Verfahrens in der oben beschriebenen Reihenfolge. Durch die Einstellung des pH-Wertes erniedrigt sich die Viskosität der Schlämme. Somit wird das Rühren während des Heizschrittes i" erleichtert und eine gleichmäßige Wärmeleitung erreicht. Ferner läßt sich das Oxidationsmittel im nächsten Schritt, gleichmäßig innerhalb des ganzen Schlammes verteilen und mischen, wodurch die Reaktion erleichtert wird. Die so modifizierten Schlämme werden, bevor sie in einem dritten Schritt weiterbehandelt werden, in dem Wärmeaustauscher 6 abgekühlt.

Die Kühlung der aufgeheizten Schlämme wird vorgenommen, damit nicht bei der pH-Werteinstellung im ¹^ dritten Schritt Proteine in den Schlämmen hydolysieren und die Konzentration an suspendierter Materie, der COD-Wert und die Farbsättigung überstehenden Wassers 15 und Filtrates 21 ansteigen. Durch die Kühlung werden die Schlämme auf eine Temperatur unterhalb 70° C abgekühlt.

Danach werden die Schlämme in dem pH-Einstellungstank 11 mit einem alkalischen Agens 12, z. B. Ätznatron oder Löschkalk, auf einen pH-Wert im Bereich zwischen 5 und 7 eingestellt und in der Einrückvorrichtung ^:" 13 konzentriert.

Durch die pH-Wert-Einstellung steigt nir;it nur das Volumen der Schlämme pro Filterflächeneinheit des Entwässerers, es wird auch die Korrosion innerhalb des Entwässerers gemindert. Bei einem pH-Wert oberhalb von 7 nimmt das Volumen der Schlämme wieder ab.

Ferner wird aufgrund der vorhergehenden Konzentrierung der Schlämme durch die Eindickervorrichtung 13 ~ die Belastung der folgenden Entwässerung mit dem Entwässerer 19 reduziert und das Maß der Entwässerung gesteigert. In der Eindickervorrichtung 13 wird ein Koagulationsmittel 14, z. B. ein kationisches, hochmolekulares Koagulationsmittel, zugesetzt. Somit wird die Zeit für die Konzentrierung verkürzt.

Im Anschluß an die pH-Wert-Einstellune und Konzentrierung werden die Schlämme zunächst in der Schlammgrube 17 gespeichert und danach dem Entwässerer 19 zugeführt. Als Entwässerer dienen öeisplels- -'" weise eine Filterpresse, ein Bandfilter, ein Rotationstrommel-Vakuumfilter, oder ein Rollschwamm-Druckentwässerer.

Als nächstes werden in einem dritten Schritt die Schlämme dem Entwässerer 19 zugeführt.

Die entwässerte Masse 20 wird verworfen oder einer weiteren Verwendung, z. B. einer Verbrennung, zugeführt. In der FIg. 1 bezeichnen die Bezugszahlen 4, 16, 22 und 23 Pumpen.

Nach dem Verfahren wird die Entsorgung der Schlämme besonders- erleichtert, da die Schlamm-Restmasse auf ein Minimum reduziert ist und zudem einen niedrigen Wassergehalt aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von weiteren Beispielen näher beschrieben. Die bei den Beispielen eingehaltenen Verfahrensparameter sind in Tabelle 5 zusammengefaßt.

Beispiel 1

Es werden verschiedene Restschlämme einer Abwasserbehandlungsanlage behandelt, die eine Feststoffkonzentration von 1 Gew.-% besaßen. Durch Zugabe von Schwefelsäure wurde der pH-Wert der Schlämme auf den Bereich von 3-7 eingestellt. Die Aufschlämmungen wurden anschließend auf eine Temperatur von 80-90° C ^4:i aufgeheizt, und nach Hinzufügen von 1000 ppm Wasserstoffperoxid wurde 30 min gerührt. Danach wurde der pH-Wert der Schlammaufschlämmung mit Ätznatron auf 6 eingestellt und 0,5 Gew.-96 eines kationischen, hochmolekularen dehydricrenden Agens (vom Pnlyacrylsäureestertyp) und 5 Gew.-% Eisen-III-Chlorid, bezogen auf das Schlammtrockengewicht, hinzugefügt. Das Ergebnis zeigt Flg. 2. Danach 1st der Wassergehalt In den Schlammproben bei jedem pH-Wert In dem dargestellten Bereich niedriger als der von Vergleichsproben A, die für 30 min auf eine Temperatur von 80-90° C aufgeheizt und nicht mit Wasserstoffperoxid behandelt wurden. Bei pH-W<jrten unterhalb von 5, insbesondere bei pH 3-4 trat eine starke Erniedrigung des Wassergehaltes ein.

Beispiel 2

Gegenüber Beispiel 1 wurde die Temperaturbehandlung des Schlammes Im Bereich von 20-120° C durchgeführt. Am Ende der Entwässerungsbehandlung wurde die für die Filtration e'forderliche Zelt und der Wassergehalt des Filtrationskuchens gemessen. Das Ergebnis Ist In Tabelle 1 aufgeführt.

Danach kann eine zufriedenstellende Entwässerungsfähigkeit erwartet we.den, wenn eine Aufheizung bei 7O-l2O°C In Gegenwart eines Oxidationsmittels durchgeführt wird. Bei Temperaturen von 80-95° C erreicht ^wl man einen Wassergehalt von 80% oder weniger.

Tabelle

Reaktionstemperatur	Wassergehalt	Filtrationszeit
(⁰C)	(Gew.-%)	(S)
20	84,5	65
60	84,5	65
70	82	62
80	78	60
90	76	58
95	76	60
120	80	80
	Beispiel 3

Gegenüber Beispiel 1 erfolgte unter sonst gleichen Bedingungen hier eine Variation des Oxidationsmittels. Sofort nach Einstellung der Temperatur der Aufschlämmung auf 95 C wurden jeweils 1000 ppm Wasserstoffperoxid. Kaliumpersulfat oder Ozon als Oxidationsmittel hinzugefügt, und im Anschluß daran wurde 30 min gerührt. Am Ende der Entwiisserungsbehandlung wurde die Zeit für die Filtration der Aufschlämmung sowie der Wassergehalt der Fihraiionskuchen gemessen. Das Ergebnis zeigt Tabelle 2. Danach wird durch Mischen mit einem der angeführten Oxidationsmittel die Entwässerungsfähigkcii des Schlammes verbessert. Im Fall von Wasserstoffperoxid oder Kaliumpersulfat ist der Verbesserungseffekt im Hinblick auf die Filtrationszelt bemerkenswert

Tabelle 2

Oxidationsmittel

Wasserstoffperoxid

Kaliumpersulfat

Wassergehalt (Gew.-%) 74

Filtrationszeit (s) 20

76 30

B e i s ρ i e! 4

Im Vergleich zu Beispiel 1 wurde hier der Säurezusatz zum Schlamm variiert. Es wurden verschiedene Aufschlilmmungen präpariert., indem man zu einer Aufschlämmung von gemischtem Schlamm mit einer Feststoffkonzentration von 4% 10 Gew.-% Eisen-III-Chlorld oder 7 Gew.-% Elsen-II-Sulfat hinzufügte und danach einen pH-Wert von 3,5 durch Hinzufügen von Schwefelsäure einstellte. Am Ende der Entwässerungsbehandlung wurden der Wassergehalt der entwässerten Masse und die Menge der behandelten Aufschlämmung In bezug auf die trockenen Feststoffe ermittelt. Das Ergebnis ist In Spalte B der Tabelle 3 angeführt. Spalte A der Tabelle 3 zeigt das Versuchsergebnis für den Fall, daß die Behandlung unter sonst gleichen Bedingungen unter Weglassung von Wasserstoffperoxid durchgeführt wurde, und Spalte C der Tabelle 3 das Ergebnis, wenn unter sonst gleichen Bedingungen das Eisen-III-Salz durch Eisen-II-Sulfat ersetzt wurde.

Tabelle 3

Eisen-III-Chlorid 10 Gew.-Vo

Wassergehalt (Gew.-%)

8,5

Menge des behandelten Schlammes 11,0 (kg/m² · h)

Eisen-III-Chlorid 10 Gew.-%

Eisen-II-Sulfat 7 Gew.-%

Wassergehalt (Gew.-%)

77

Menge des behandelten Schlammes 12,2 (kg/m² - h)

Wassergehalt (Gew.-%)

77

Menge des behandelten Schlammes 13,0 (kg/m² · h)

Fortsetzung

C Eisen-II-Sulfat Wassergehalt (Gew.-%) 78

7 Gew.-% ::

Menge des behandelten Schlammes 8,0 , '<:,

(kg/m² ■ h) >i^;

Wie -r>; voranstehenden Ergebnisse zeigen, wird durch den Zusatz von Eisensalzen die gute Entwässerungsfü- >|

higkeit dos Schlammes nicht beeinträchtigt. Vielmehr kann durch den Zusatz von Eisensalzen die zur pH-Wert- i'

Einstellung benötigte Schwefelsäuremenge reduziert werden. Den Wassergehalt der entwässerten Masse und die '" (J

Menge an behandeltem Schlamm beeinflußt sin Zusatz von Elsen-II-Sulfat gemäß Tabelle 3, Spalte C weniger f

als ein Zusatz von Elsen-III-Salz. Die Verbesserung der Entwässerungsfähigkeit ist folglich nicht auf eine jj

Fenton-Behandlung zurückzuführen, die bei gleichzeitiger Anwesenheit von Eisen-lI-Salz und Wasserstoffpero- '«

xld durchgeführt wird. Hinsichtlich des Typs des Eisensalzes ist ein Eisen-IU-Salz einem Eisen-II-Salz sowohl in ;

seiner Auswirkung auf die Schlammentwässerung als auch auf die Schlamm-Menge überlegen. Elsen-IIl-Chlorld ¹^
und Elsen-IIl-Sulfat zeigen praktisch die gleiche Wirkung.

Beispiel 5

Bei diesem Beispiel wurde die pH-Wert-Einstellung des Schlammes Im Anschluß an die Oxidätionsbehand- ^:"
lung variiert. Hierzu wurde In einem ersten Versuch der pH-Wert des Schlammes unverändert beibehalten. In
einem zweiten Versuch der pH-Wert mit Ätznatron auf 5,5 eingestellt und In einem dritten Versuch der pH-Wert mit Ätznatron auf 7,5 eingestellt. Die Menge an behandeltem Schlamm zu dem Zeltpunkt, wenn ein
Wassergehalt von 76 Gew.-% erreicht war, betrug bei diesem Test im Fall 1 15,5 kg Feststoff pro m²und Stunde.
Sie stieg Im Fall 2 an auf 18 kg Feststoff pro m² und Stunde, während sie im Falle 3 nur 13,5 kg Feststoff pro ^;~ >

m^} und Stunde betrug.

Beispiel 6 ;'_;

Bei diesem Beispiel wurde der Einfluß einer Abkühlung des Schlammes im Anschluß an die Oxldationsbe- ■"' ;:

handlu.ig auf das Verfahren untersucht. Hierzu wurde der Schlamm auf eine Temperatur im Bereich von $

30-80° C gekühlt. Der gekühlte Schlamm wurde dann In einen Eindicker überführt. Im Wasserüberstand wurde Ij

die Konzentration an suspendierten Feststoffen, der CODcr-Wert und die Farbsättigung gemessen. In der |

folgenden Tabelle 4 sind Durchschnittswerte der Meßergebnisse gezeigt. f

Tabelle 4	Konzentration an suspendierten Feststoffen (ppm)	CODcr (ppm)	Farbsättigung (Grad)
Abkühltemperatur (⁰C)	390 700 1780	6500 7600 9600	1900 3300 9300
kleiner als 60 zwischen 60 und 70 größer als 70

Gemäß Tabelle 4 ist bei einer Abkühltemperatur kleiner als 70° C die Qualität des überstehenden Wassers ⁵⁰
besser als bei einer Temperatur oberhalb 70° C. Die Qualität des Wassers wird sehr zufriedenstellend, wenn die
Abkühltemperatur 60" C oder kleiner Ist.

Tabelle

Zusammenstellung der Verfahrensparameter der Beispiele 1 bis 6

Bei- Festspiel stofT-konzen- tratior

(Gew.-%)

' pH-Wert-Hihs'tcllung mit Säure

Temperatur- Oxidationsmittel behandlung + Dauer

pH-Wert- dehydrierende

Einstellung Agentien mit Alkalien

⁰C)

kationisch anionisch (Gew.-⁰/,) (Gew.-%)

3

4

3-7 H₂SO₄

3 H₂SO₄

80-

20-120

95

3,5

10 Gew.-%

Fe(IIl)-Chlorid

+ H₂SO₄ oder

7 Gew.-% Fe(II)-

sulfat + H₂SO₄

90

H₂O₂, 1000 ppm 30 min	6 NaOH	0,5 PASE	5 Fe(III)- chlorid
H₂O₂, 1000 ppm 30 min	6-7	0,5 PASE	5 Fe(III)- chlorid
H₂O₂, 1000 ppm K₂S₂Os, 1000 ppm oder Oj, 1000 ppm, 30 min	7 NaOH	0,5 PASE	-
H₂O₂, 1000 ppm 30 min	6-7 NaOH	-	-

H₂O₂. 1000 ppm
30 min

H₂O₂, 1000 ppm

30 min, danach
Abkühlung auf
30-80° C

Einstellung:

1. keine: 5,5 5

2. NaOH 7,5 0,5 Fe(III)-

3. NaOH chlorid

Bemerkung: PASE = Polyacrylsäureester

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entwässerung von einen Feststoffgehalt von 0,5-8 Gew.% aufweisendem organischem Schlamm, der auf 70 bis 95° C erhitzt wird, dessen pH-Wert auf 5 oder weniger erniedrigt wird, und der nach einer Überführung in den Bereich von pH 5 bis 7 einem Entwässerer zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß die pH-Wert-Erniedrigung vor dem Erhitzungsschritt durchgeführt wird,

- und daß nach dem Erhitzungsschritt, aber vor der Neutralisierung ein Oxidationsmittel aus der GLappe Wasserstoffperoxid, Kaliumpersulfat oder Ozon in einer Konzentration von 100 ppm oder mehr zugesetzt wird.