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Verfahren zum Entfernen von Metallen aus Klärschlamm
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Metallen, insbesondere
Schwermetallen, aus als wässrige Suspension vorliegendem Klärschlamm, bei dem der
wässrigen Suspension mindestens ein solches Zusatzmittel beigegeben wird, das die
Metallanteile in andere Metallverbindungen umwandelt, die dann aus der Suspension
abgetrennt werden.
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Ein derartiges Verfahren ist durch die DE-AS 26 51 673 bekannt. Als
Zusatzmittel werden dabei Mikroorganismen, z.B.
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Bakterien der Gattung Thiobacillus, verwendet, die die im Klärschlamm
enthaltenen Metallsulfide in Metallsulfate umwandeln. Bevor diese Umwandlung der
Metallanteile vorgenommen werden kann, müssen also die Metallanteile im Klärschlamm
erst in Metallsulfide überführt werden. Dies kann durch Beigabe von elementarem
Schwefel im Faulturm geschehen. Das bekannte Verfahren geht also bei dem Entfernen
der Metalle aus dem Klärschlamm von dem anaeroben Klärschlamm
aus.
Sind die Metall anteile in die Metallsulfate überführt, dann können sie durch mehrmaliges
Waschen unter Ausnutzung der Gravitation zusammen mit der Lauge abgetrennt und schließlich
in an sich bekannter Weise aus der Lauge ausgefällt werden.
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Dieses Verfahren setzt ein aufwendiges mehrmaliges Waschen der Suspension
voraus, wobei das Verhältnis der in der Lauge enthaltenen Metallsulfate und der
in den Schlammfeststoffen noch enthaltenen Metallsulfate von der Anzahl der Waschvorgänge
abhängig ist. Um eine ausreichende Entmetallisierung des Klärschlammes zu erreichen,
muß der Waschvorgang gründlich sein und sehr oft wiederholt werden. Ein weiterer
Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt darin, daß die Bakterien relativ empfindlich
gegen organische Substanzen sind, welche stets im Klärschlamm enthalten sind. Daher
müssen die organischen Substanzen im Klärschlamm vor der bakteriellen Behandlung
möglichst weitgehend biologisch abgebaut sein. Dies erfordert aber eine sorgfältige
Kontrolle des Klärschlammes und auch eine Überwachung der Bakterien, damit diese
in ausreichendem Maße vorhanden sind. Da die Zusammensetzung des Klärschlammes sehr
stark variieren kann, ist diese Kontrolle und Überwachung nicht immer leicht durchführbar,
was sich schließlich dann in einer ungenügenden Entfernung der Metalle aus dem Klärschlamm
auswirken kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, bei dem das Entfernen s von Metallen aus dem Klärschlamm unabhängig
von organischen Substanzen im Klärschlamm stets in ausreichendem Maße erfolgt und
bei dem auf das aufwendige und mehrmalige Waschen der Suspension zur Ausscheidung
der Metallanteile verzichtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aerober Klärschlamm
verwendet ist, in dem die Metallanteile vorwiegend schon in Metallsulfaten vorliegen,
daß ein chemisches Zusatzmittel beigegeben wird, das die Metallsulfate in wasserlösliche
Metallverbindungen umwandelt, daß die Suspension danach durch mechanische Trennung
in eine feststoffreiche und eine feststoffarme Phase getrennt werden, wobei die
im Wasser gelösten Metallverbindungen zum überwiegenden Teil in der feststoffarmen
Phase enthalten sind, und daß mittels eines Fäll- und/oder Flockungsmittels aus
der feststoffarmen Phase die gelösten Metallverbindungen ausgefällt und mittels
einer weiteren mechanischen Trennung von der feststoffarmen Phase getrennt werden.
Der Klärschlamm wird erst dann dem Verfahren unterzogen, wenn er sich in der aeroben
Phase befindet, die Metallanteile sind dabei im wesentlichen schon in Metallsulfate
überführt, Diese Metallsulfate können dann mit chemischen Zusatzmitteln, die von
den organischen Substanzen des Klärschlammes nicht beeinflußt werden, in wasserlösliche
Metallverbindungen überführt werden. Nach diesem Verfahrensschritt sind die Metallanteile
also in der Suspension gelöst und können durch einfache mechanische Trennung der
Suspension in eine feststoffreiche und in eine feststoffarme Phase abgetrennt werden.
Die mit den gelösten Metallverbindungen angereicherte feststoffarme Phase kann dann
in bekannter Weise von den Metallverbindungen befreit werden. Dies erfolgt durch
Ausfällung und/oder Ausflockung mit nachträglicher weiterer mechanischer Trennung.
Die so gereinigte feststoffarme Phase kann dann bedenkenlos der Kanalisation zugeführt
werden. Die aus der flüssigen Phase abgeschiedenen Metallverbindungen können einer
Sonderdeponie oder einer Metallrückgewinnungsanlage zugeführt werden.
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Nach einer Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, daß chemische Zusatzmittel
verwendet werden, die zu leicht umwandelbaren und insbesondere durch Natriumsulfid
Na2S oder dgl. umwandelbaren Metallverbindungen führen. Die Verwendung derartiger
chemischer Zusatzmittel erleichtert die anschließende Umwandlung der in der Suspension
gelösten und mit der feststoffarmen Phase abgetrennten Metallverbindungen aus der
feststoffarmen Phase. Die Einleitung des so gereinigten Wassers in die Kanalisation
setzt ja eine ausreichende Entfernung der Metallverbindungen voraus, Leicht umwandelbare
Metallverbindungen lassen sich dabei vollständiger und vor allen Dingen auch rascher
umwandeln, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht.
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Als chemische Zusatzmittel haben sich bei aerobem Klärschlamm Zitronen-
oder Weinsäure sowie Glukonate oder Alkanolamine, insbesondere Trialkanolamine,
bewährt.
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Die Umwandlung verschiedenartiger Metallanteile läßt sich dadurch
verbessern, daß die chemischen Zusatzmittel als Gemisch gleichzeitig oder zeitlich
nacheinander zugegeben werden.
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Um die chemische Reaktion der Umwandlung der Metallsulfate in wasserlösliche
Metallverbindungen zu beschleunigen, hat sich eine Ausgestaltung bewährt, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß vor der Zugabe der chemischen Zusatzmittel eine pH-Korrektur
durchgeführt wird und daß während und/oder nach der Zugabe der chemischen Zusatzmittel
ein sorgfältiges Umrühren und/oder Belüften der Suspension vorgenommen wird.
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Die mechanische Trennung der feststoffreichen und feststoffarmen Phase
erfolgt dadurch, daß die mechanische Trennung der
feststoffreichen
und feststoffarmen Phase durch Dekantieren vorgenommen wird, während die mechanische
Trennung der ausgefällten und/oder ausgeflockten Metallverbindungen aus der feststoffarmen
Phase vorzugsweise mittels einer Kammerfilterpresse vorgenommen wird.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegendon Erfindunge
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang
mit den Ansprüchen. In der Zeichnung ist der Verfahrensablauf schematisch und stark
vereinfacht in Art eines FunktIonsdiagrammes# dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl kontinuierlich oder, wie
anschließend dargestellt, chargenweise durchgeführt werden.
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Von einer nicht näher dargestellten Kläranlage wird aerober Klärschlamm
1 mit 5 % Trockensubstanz angeliefert, der, bezogen auf die Trockensubstanz, beispielsweise
zwischen 1000 ppm und 10.000 ppm an Metallanteilen, vorwiegend als Metallsulfate,
enthält. Der aerobe Klärschlamm 1 wird in ein Behandlungsbecken .2 eingeleitet,
worauf über einen pH-Wert-Dosierer 3 der pH-Wert des aeroben Klärschlammes 1 in
dem Behandlungsbecken 2 auf einen optimalen Wert eingestellt wird. Wird anstelle
des aeroben Klärschlammes 1 Schlamm mit einem höheren Trockenstoffanteil angeliefert,
so wird der vorzugsweise in dem Behandlungsbecken 2 durch Zugabe von Wasser verdünnt.
Im Becken 2 befindet sich daher stets eine wässrige Suspension . Von einem Silo
4, der chemische Zusatzmittel wie beispielsweise Zitronen- oder Weinsäure oder Glukonat
oder Triaethanolamin enthält, wird über eine Dosiervorrich-
tung
5 eine bestimmte Menge an chemischen Zusatzmitteln in das Behandlungsbecken 2 eingeleitet.
Die Menge hängt einerseits ab von der Menge der im Behandlungsbecken 2 in Suspension
befindlichen Trc>ckensubstanz und andererseits von der in der Suspension enthaltenen
Menge an Metallsulfaten. Durch ein in dem Behandlungsbecken 2 vorgesehenes Rührwerk
6 wird eine gute Dllrchrischung sämtlicher Substanzen im Behandlungsbecl.
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2-erzielt, und es wird einer Sedimentation der Schlammteilchen entgegengewirkt.
Durch das Rührwerk 6 wird der Umwandlungsgrad, also der Anteil an Metallsulfaten,
der durch den oder die zugegebenen chemischen Zusatzmitteln chemisch umgewandelt
wird, groß gehalten. Die chemische Umwandlung führt die Metallslfae über in wasserlösliche
Metallverbindungen oder Metallkomplexe, die in dem Wasser der wässrigen Suspension
in Lösung gehen. Anschließend wird die behandelte Suspension in eine mechanische
Trenneinrichtung, z.B. Dekanter 7, geleitet. Der sich durch den mechanischen Trennvorgang
7 ansammelnde Klärschlamm ist in seinem Gehalt an Metallverbindungen um mindestens
einen Faktor von 101 reduziert.Dieser Schlamm hat vorzugsweise einen Trockensubstanzteil
von ca. 20 bis 40 %. Sein Gehalt an Metallverbindungen liegt in der Größenordnung
von 100 ppm. Aufgrund dieses geringen Gehaltes an Metallverbindungen kann der Schlamm
bedenkenlos abgelagert oder auch landwirtschaftlichen Zwecken zugeführt werden.
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Das Zentrat (feststoffarme Phase) aus der mechanischen Trenneinrichtung,
z.B. Dekanter/Presse, in dem sich nunmehr die zuvor im Schlamm enthaltenen Metallanteile
in Form gelöster Metallverbindungen befinden, wird abgepumpt in ein Becken 8.
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Im Becken 8 wird, soweit erforderlich, über einen pH-Wert-Dosierer
9 ein gewünschter, vorzugsweise im neutralen Bereich
liegender
pH-Wert eingestellt, und es wird dann von einem Silo 10 über eine Dosiervorrichtung
11 ein Fällmittel, beispielsweise Na2 S, zugeführt. Dieses Fällmittel bewirkt, daß
die im Wasser gelösten Metallverbindungen in wasserunlösliche Metallverbindungen
überführt werden, die sich dann als Schwebeteilchen im Wasser befinden. Soweit das
Fällmittel nicht bereits auch als Flockunqsmittel wirkt, kann noch zusätzlich in
analoger Weise ein Flockungsmittel zugegeben werden, das zu einem Ausflocken der
überführten Met<#llverbindungen dient, um Feststoffe besser von der Flüssigkeit
trennen zu können.
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Um eine gute Einwirkung zu erzielen, ist in dem Becken 8 ebenfalls
ein Rührwerk 1 vorgesehen. Nach einer ausrcichenden Reaktionszeit wird die Suspension
aus dem Becken 8 abgepumpt und z.B. in einer Kainrnerfilterpresse/Dekanter 13 eingedickt.
Das austretende Wasser kann unbedenklich der Kanalisation zugeführt werden, wogegen
der eingedickte Schlamm, der außer den noch von dem zugeführten Klärschlamm stammenden
Schwebeteilchen die ausgefällten Metallanteile enthält, einer Metallrückcjewinnungsanlage
oder einer Sondermülldeponie zugeführt wird. Die Menge an aus der Kammerfilterpresse
13 kommenden Filterkuchens, der hoch metallhaltig ist, ist nur ein Bruchteil der
als Klärsclllamm 1 zugeführten, aufzubereitenden Trocke##substanz.