DE2931949A1

DE2931949A1 - Klaerschlamm-mineral-mischduenger

Info

Publication number: DE2931949A1
Application number: DE19792931949
Authority: DE
Inventors: Norwood K Talbert
Original assignee: Agway Inc
Current assignee: Agway Inc
Priority date: 1978-08-10
Filing date: 1979-08-07
Publication date: 1980-02-21
Also published as: GB2028294A; JPS5551787A

Description

DIPL.-ING. HORSl RÖSif D1P1..-ING. PETER KOSEL PATENTANWÄLTE 0 Q Q 1 C ' Q

un.ere Ak.en-Nr.: 2883/3 D-3353 Bad Gandersheim, 6. August 1979

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Anmelder:

Agway, Inc.,

Dewitt, New York 13221, USA

Klärschlamm-Mineral-Mischdünger

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mineralsalz-Klärschlamm- Mischdünger.

Kunstdünger werden in flüssiger oder fester Form hergestellt und enthalten als Pflanzennährstoffe Stickstoff-, Phosphor- und Kaliumsalze. Die festen Düngemittel liegen im allgemeinen als sphärische oder annähernd sphärische Körner vor, von denen jedes eines oder mehrere der Düngesalze enthält. Sowohl feste als auch flüssige Düngemittel werden in ziemlich genauer Weise derart abgepackt, daß sich ein Produkt mit bestimmten Prozentsätzen an Stickstoff, Phosphor und Kalium ergibt. Diese Anteile werden gewöhnlich auf der Packung durch Zahlen wie 2-4-2 angegeben, was 2 % Stickstoff, 4 % Phosphorpentoxid und 2 # Kaliumoxid bedeutet. Es versteht sich, daß die Herstellung von Flüssigdünger sehr viel leichter zu steuern ist als ein Verfahren zum Vermischen von festen Düngemitteln.

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Hierzu vermischt man Körner von verschiedenen Düngesalzen in einem Verhältnis, das zur Einstellung bestimmter Prozentzahlen an Stickstoff, Phosphor und Kalium erforderlich ist. Im allgemeinen bleiben abgepackte Düngemittel während der Abfüllung, des Transportes, der Lagerung und der Anwendung homogen vermischt. Es ist jedoch schwierig, kugelförmige oder fast kugelförmige Körner von synthetisch erzeugten und deshalb relativ reinen Düngesalzen wie Ammoniumphosphat und besonders Ammoniumsulfat herzustellen. Diese Salze sind am leichtesten in kristalliner Form erhältlich. Wenn nun Körner eines kristallinen Salzes wie Ammoniumsulfat mit dem eine bessere Kugelform aufweisenden Körnern anderer Düngemittel— Komponenten vermischt werden, neigt das Gemenge zur Entmischung. Es ist daher leicht möglich, daß beim Streuen des Düngers der Prozentanteil von einem oder mehreren der Düngesalze falsch ist.

Ein anderes Problem, das bei Mineraldüngern auftritt, ist ihre Affinität für Wasser. An feuchter Luft absorbieren die Körner oder Kügelchen Wasser und agglomerieren zu Klumpen, deren Handhabung und gleichmäßige Verteilung schwierig ist. Aus diesem Grund werden von vielen Herstellern die Körner mit einem nicht-hygroskopischen Überzug beschichtet, um ein Zusammenbacken zu verhindern. Diese Maßnahme erfordert jedoch zusätzliche Arbeitsgänge und erhöht den Preis der Düngemittel. Kristalline Düngesalze wie Ammoniumsulfat und Ammoniumphosphat sind sogar sehr hygroskopisch; es ist deshalb zweckmäßig, die Kristalle mit einem Überzug zu versehen und so die Agglomeration zu verhindern.

Vom Mineral-Dünger nun zum Abfall-Dünger:

Die Beseitigung von Klärschlamm ist in den meisten städtischen Gebieten zu einem großen Problem geworden, und zwar sowohl hinsichtlich des Umweltschutzes als auch der Energieeinsparung. Obwohl es noch immer in großem Umfange üblich

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ist, unbehandelten Klärschlamm einfach zu Lande oder zu Wasser abzuwerfen, weil dies derzeit die einzige wirtschaftliche Möglichkeit zu sein scheint, so weiß man doch allgemein, daß man so nicht unbegrenzt weiter verfahren kann. Die Klärschlammbeseitigung durch Verbrennen ist wegen des enormen Energiebedarfs zum Austreiben des in dem Schlamm enthaltenen Wassers äußerst unwirtschaftlich.

Aus dem vorgesagten ergibt sich, daß es für die physikalische Handhabung wie auch für die Verwertung des Klärschlamms wesentlich darauf ankommt, neue Einsatzmöglichkeiten aufzuzeigen. Roher und aktivierter Klärschlamm enthält allgemein bis zu 75 Gew.# Wasser und insgesamt 5 bis 10 % Pflanzennährstoffe. Wegen eben dieses Gehaltes an Pflanzennährstoffen ist Klärschlamm bereits als Düngemittel allein oder im Gemisch mit Düngesalzen verwendet worden.

Aufgabe der Erfindung ist es, kristalline Düngesalze zu Körnern mit besonders günstigem Aufbau zu verarbeiten, die insbesondere weniger hygroskopisch sind als Körner herkömmlicher Form. Darüberhinaus wird angestrebt, einen einfachen und zweckmäßigen Weg zur Verwertung von Klärschlamm aufzuzeigen.

Wie bereits gesagt, haben Düngesalze normalerweise nicht die Tendenz, sphärische oder auch nur annähernd abgerundete Körner auszubilden, schon garnicht von solchen mit verminderter Hygroskopizität.

Zwar ist es aus der allgemeinen Chemie bekannt, daß die Kristallisation anorganischer Salze normalerweise durch Verunreinigungen in dem Fällmedium beeinflußt wird. Gleichwohl überrascht der Einfluß der Klärschlammes auf die Form der entstehenden Teilchen, und in unerwartetem Maße wird die Hygroskopizität der Düngesalze durch Aufbringen eines Überzuges aus Klärschlamm verringert.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im nachstehenden anhand der Zeichnung in einer bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Rotations-Granuliergerät, welches zur Herstellung von Düngerkörnern nach der Erfindung verwendet werden kann.

Fig. 2 und 3 sind schematische Querschnitte durch die erhaltenen Düngemittel-Kügelchen.

Ein kristallines Düngesalz oder die zu seiner Bildung dienenden Reaktionsteilnehmer bzw. eine Kombination von beiden, wie sie beispielsweise aus der Rückführung eines Teiles des Produktes im Produktionskreislauf (etwa zum Abgleich von variablen Wasser- bzw. Temperaturwerten) vermischt man zwecks Granulierung einer Drehtrommel mit nassem Klärschlamm. Die Mengenverhältnisse betragen gewöhnlich 10 Gew.$ Schlamm auf 90 Gew.# Düngesalz-Ablauf. Diese Werte variieren jedoch in weitem Umfang, weil sie nicht nur von dem Feuchtigkeitsgehalt des Klärschlammes und den hygroskopischen Eigenschaften des kristallinen Düngesalzes abhängen, sondern auch durch lokale Gegebenheiten bedingt werden. An manchen Orten kann die Schlammbeseitigung wirtschaftlich vorrangig sein, während in anderen Fällen die Erzeugung eines Granulats mit kugelähnlicher Form das Hauptziel sein kann. Die meisten Klärschlämme enthalten etwa 75 Gew.# Wasser; in der Praxis kann der Wassergehalt von 50 bis 60 % (jenachdem ob der Schlamm filtriert und/oder in Becken oder auf Sandbetten getrocknet wurde) bis zu 99# Wasser enthalten. Der nasse Schlamm beeinflußt nicht nur die Kristallisation von unbeeinflußten Feststoffen, sondern bewirkt auch eine Auflösung und Wiederausfällung der festen Düngesalze, die bereits in der Granulierungsvorrichtung vorliegen. Insgesamt wird ein annähernd kugelförmiges

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Granulat aus einem klärschlammhaltigen Düngesalz erzeugt, das dann durch Trocknung auf ein Düngemittel mit "besonders günstigen Eigenschaften weiterverarbeitet werden kann. Das hygroskopische Verhalten des Produktes kann man noch weiter verringern, indem man die Schlammzugabe entweder nur am Ende des Zyklus (bei Einzelansätzen) steuert oder indem man den Schlamm lediglich einem getrennten Behälter anschließend hinzugibt, um auf den einzelnen Körnern einen Schlammüberzug zu formen.

Beispielsweise kann man mit einer Vorrichtung, wie sie schematisch in der Zeichnung dargestellt ist, wie folgt verfahren: In einer Granuliertrommel 10 werden Schwefelsäure und Ammoniak vermischt und mit feuchten Klärschlamm versetzt. Die Schwefelsäure und das Ammoniak setzen sich in bekannter Weise zu Ammoniumsulfat um. Wärme, die von einer äußeren Wärmequelle 16 und/oder einer Infrarot-Lampe 18 zugeführt wird, kristallisiert das Ammoniumsulfat. Während der Kristallbildung haftet Klärschlamm, der aus einem Aufgabetrichter 12 und einem Fallrohr 14 in die Granuliertrommel eingebracht wurde, gleichförmig an den Kristallen an und füllt die Zwischenräume zwischen diesen, so daß sphärische oder annähernd sphärische Körner entstehen. Ein Gebläse 20 sorgt für Luftumlauf in dem Inneren der Trommel und vertreibt Feuchtigkeit und Dämpfe. Zum Antrieb der Trommel 10 ist beispielsweise ein Motor 22 vorgesehen.

Es folgen einige Ausführungsbeispiele für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel 1

Ein kristallines Ammoniumsulfat und ein typischer Kommunal-Abwasserschlamm - im vorliegenden Fall entnommen aus der Syrakuse-Minoa-Kläranlage - wurden durch den Trichter 12 und das Rohr 14 in den Drehgranulator der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung eingegeben. Das Äußere des Granulators*f6

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wurde mit Wärme aus der Wärmequelle 16 bzw. der Infrarot-Lampe 18 beaufschlagt. Mit der kaskadenförmigen Fall- und Mischbewegung des Ammoniumsulfats und des Klärschlamms in dem Granulator 10 wird Feuchtigkeit aus dem Klärschlamm ausgetrieben, dessen Wassergehalt zu 75 Gew.$ bestimmt wurde. Der Klärschlamm haftet an der Oberfläche der Ammoniumsulfatkristalle und füllt die Zwischenräume zwischen den Kristallen, so daß sich gleichförmige sphärische oder annähernd sphärische Körner bilden (Fig. 3).

Wenn auch dieses Experiment nicht sonderlich genau ist, so zeigt es doch, daß die erhaltenen Körner vergrößert und daß die Oberfläche der Ammoniumsulfatkristalle gleichförmig mit dem Schlamm überzogen wurde.

Beispiel 2

Ein Düngemittel handelsüblicher Qualität mit einem Gehalt von 10 i> Stickstoff, 20 # Phosphor und 20 % Kalium wurde an Stelle der Ammoniumsulfatkristalle von Beispiel 1 eingesetzt.

Es ergab sich, daß die Körner in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, vergrößert und gleichförmig mit Schlamm überzogen waren.

Beispiel 3

70 g Ammoniumsulfatkristalle wurden mit 50 g Klärschlamm in einem rotierenden Granulator nach Beispiel 1 vermischt.

Quantitative Messungen, bezogen auf Trockensubstanz, ergaben einen Schlammgehalt der erzeugten Körner von 15,1 #·

Beispiel 4

65 g eines gekörnten Düngemittels mit 11 fi Stickstoff und 48 # Phosphor wurden gemäß Beispiel 1 mit 40 g Klärschlamm vermischt. Die Ergebnisse der quantitativen Messungen, auf Trockensubstanz bezogen, ergaben einen Schlammgehalt der resultierenden Körner von 13,2 #.

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Ob und in welchem Umfange sich die Korngröße nach den
Beispielen 3 und 4 erhöhen ließ, wurde dadurch gemessen, daß die Menge eines Petroleum-Lösungsmittels (Kerosins) bestimmt wurde, in welchem die Düngesalzkörner unlöslich sind und das zur Ausbildung der Teilchen-Hohlräume in einer abgemessenen Menge Körner erforderlich war. Die Ergebnisse dieses
Versuches sind wie folgt zusammengefasst:

Ammonium- Ammoniumsulfat 11-48-0 11-48-0

+ Schlamm + Schlamm

Hg 13g 10g

0,69 1,035 0,69

20,3 cm⁰ 12,6 cnT 14,5 enf

8,45 cm⁴ 4,23 cnT 9,85 cm

41,75 £ 33,5 % 68 $

39 $ 103 $

An den vorstehenden Testergebnissen ist die starke Vergrößerung der Düngesalzkristalle wesentlich, nachdem sie mit Klärschlamm granuliert wurden. Im Falle der 11-48-0-Düngerperlen trat eine Agglomeration ein, die auf eine entsprechende Teilchenvergrößerung von kristallinem Ammoniumphosphat bei Granulation mit Klärschlamm schließen lässt. Damit die Hygroskopizität der Düngesalze bzw. der 11-48-0-Düngerperlen mit und
ohne Zusatz von Klärschlamm gemessen werden konnte, wurden
die Salze in einen Klimaschrank gebracht. Dort wurden sie
getrennt untersucht, indem sie dem Einfluß von Wasserdampf
ohne Kontakt mit flüssigem Wasser ausgesetzt wurden. Die
Ergebnisse dieser Versuche waren wie folgt:

Q30G08/08CU

	sulfat
Gewicht der Körner	24 g
Dichte der Körner	1,035
Volumen der Körner	28 cm³
Volumen des Kerosins	8,45 cm³
Prozent Leerräume	30 $
Prozent Zunahme der Leerräume

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Körner Ammonium- Ammoniumsulfat 11-48-0 11-48-0

sulfat + Schlamm + Schlamm

Ausgangs gewicht	11 g	11 g	25 g	19 g
Gewicht nach 26 Stunden	12 g	11 g	29 g	19 g
Wasser aufnahme (g)	1	O	4	O
Wasser aufnahme (#)	9,1 *	O	16 Ji	O

Nach weiteren 12 Stunden Aufbewahrung der Proben in der Klimakammer konnte keine Gewichtszunahme mehr beobachtet werden.

Die Ergebnisse dieser Versuche zeigen, daß eine Granulierung der Düngesalze mit Schlamm die Hygroskopizität wesentlich herabsetzt.

Beispiel 5

Stöchiometrische Mengen verdünnte Salpetersäure und verdünntes Ammoniak wurden unter Verwendung eines Apparates nach Pig. 1 auf Klärschlamm aufgebracht. Die Masse wurde unter intensiven Bewegen vermischt und getrocknet. Es entstanden kugelförmige Krümel mit annähernd gleichförmiger Struktur aus Ammoniumsulfatkristallen (in Pig. 2 - ebenso wie in Pig. 3 durch Kreuze wiedergegeben) und Klärschlamm-Peststoffteilchen (punktiert).

Patentanwälte DipJ.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel

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Claims

unsere 2931S49 DIPL.-ING. HORST 3ÖSE DiPL.-ING. PETER KOSEL PATENTANWÄLTE r.: 2863/3 D-3353 Bad Gandersheim 6. August 1979 Anmelder: Agway, Ine., DeWitt, New York 13221, USA Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Mineralsalz-Klärschlamm-Misehdünger, dadurch gekennzeichnet, daß man vorgeformte, einzelne Düngesalz-Teilchen unter Veränderung ihrer Größe und Gestalt mit wasserhaltigem Klärschlamm vermischt, bis die Teilchen im wesentlich ganz mit Schlamm beschichtet sind, und anschließend wenigstens einen Teil des Wassers vertreibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Salze wenigstens zum Teil in kristalliner Struktur vorliegen.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düngesalze ganz oder teilweise aus Ammoniumsulfat und/oder Ammoniumphosphat bestehen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Klärschlamm mit den Salzkörnern vermischt wird, bevor er durch Anwendung von Wärme nicht solaren Ursprungs (ausgenommen chemische Reaktionswärme) entwässert wird.

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5· Verfahren zur Herstellung von Mineralsalz-Klärschlamm-Mischdünger, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Reaktionsgefäß Säure und Base vermischt, die ein Düngesalz ergeben, in das Gefäß nassen Klärschlamm einbringt, durch Steuerung von Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt in dem Gefäß die Bildung fester, einzelner Körner aus Düngesalz und Klärschlamm-Feststoffen bewirkt, und durch Entfernen wenigstens eines Teils des Wassers aus den Körnern praktisch trockene, kugelförmige Düngemittel-Körner erzeugt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Säure Schwefelsäure bzw. Phosphorsäure verwendet.

7« Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Base Ammoniak verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schlamm mit der Säure und der Base vermischt, bevor man ihn durch Wärmezufuhr entwässert.

9. Mischdünger, dadurch gekennzeichnet, daß er in Form von praktisch trockenen, kugelartigen Körnern vorliegt, deren jedes aus einer im wesentlichen gleichförmigen Mischung aus einem Düngesalz und Klärschlamm-Feststoff besteht.

10. Mischdünger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eines der in dem Düngesalz enthaltenen Kationen Ammonium ist.

11. Mischdünger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eines der in dem Düngesalz enthaltenen Anionen Sulfat oder Phosphat ist.

12. Mischdünger, dadurch gekennzeichnet, daß er aus praktisch trockenen, etwa kugelförmigen Körnern besteht, von denen jedes im wesentlichen aus einem Düngesalz-Teilchen gebildet ist, das praktisch ganz mit Klärschlamm-Feststoffen überzogen

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13· Mischdünger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eines der in dem Düngesalz enthaltenen Kationen Ammonium ist.

14· Mischdünger nach Anspruch 13_f dadurch gekennzeichnet, daß eines der in dem Düngesalz enthaltenen Anionen Sulfat oder Phosphat ist.

Patentanwälte ^D'Pl.-lng. Horst Rose DipW Peter Kosel

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